JP2009127924A - 高周波加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者が任意の時間設定して動作させる手動加熱時における異常加熱と誤動作を防止する。
【解決手段】加熱室１内の食品の温度を非接触で検出する表面温度検出手段５と、前記加熱室内の雰囲気温度を検出する庫内温度検出手段７と、前記表面温度検出手段及び庫内温度検出手段からの出力に基づき前記高周波発生手段の出力を制御する制御部８とを備え、前記制御部は、使用者が任意の時間を設定して加熱開始操作を入力すると、前記表面温度検出手段の温度が所定値以上であって、かつ、庫内温度検出手段の温度が所定値以上となった場合に前記高周波発生手段の出力レベルを落とす構成としてあり、少量の食品を手動加熱する場合の異常加熱を防止できるとともに、発熱シートを利用した冷凍食品を加熱するような場合の早切れを防止でき、安全で信頼性の高い高周波加熱装置を提供できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、表面温度検出手段により加熱室内の食品温度を検出し、安全性に配慮した高周波加熱装置に関するものである。

一般にオーブンレンジ等の高周波加熱装置は、使用者の誤使用による異常加熱への対策を施し安全を確保している。例えば、高周波加熱を行った時に食品から発生する蒸気を検知した時の食品の初期からの重量変化を算出し、蒸気を検知するまでの時間から算出される異常加熱判定重量との比較で加熱を終了させるようにし、食品の異常加熱を防止するようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２１４６３２号公報

前記従来の高周波加熱装置は、食品重量を測定する必要が有り、その食品重量は食品載せる載置台を通じて重量を測定している。この場合、前記載置台が円形であれば、載置台を支える軸の下に重量測定手段を設けることができるが、4角形の加熱室庫内に対し、円形載置台の外側に食品が置けない空間が生じるので、一度に料理できる食品の量は載置台の面積分となり、加熱室底面の面積を有効に活用できない。よって、近年のオーブンレンジ等の高周波加熱装置は、清掃性を向上させる意味もあって、その加熱室底面をフラット形状に構成したものが主流を占めてきているが、このような形態の高周波加熱装置では前記加熱室底面が加熱室に固定されていて、重量測定手段を設けることが困難であり、構成できたとしても、部品点数の増加を伴い、価格の高い商品となってしまう。

このため、最近の高周波加熱装置では、重量測定に変わって、食品の表面温度を検出する赤外線センサーを搭載したものも多く発売されてきている。そして、この加熱装置では赤外線センサーが検出する食品の表面温度が所定温度に達すれば異常と判断して加熱を停止させるようになっている。この赤外線センサーは食品の表面温度を検出するところから、この赤外線センサー出力に基づいて食品を加熱して適温に達すれば加熱を自動的に停止させる自動加熱を行うことができる。

ところが、使用者が任意の時間を設定して動作させる手動加熱の場合においては、適温に加熱することは、使用者が選ぶ加熱パワーと設定時間に依存することになる。つまり、使用者の経験や取扱説明書に記載された情報等を参考に、食品の大きさ、種類に応じて加熱パワーと加熱時間を設定し動作させることになる。したがって、加熱装置としては選ばれた加熱パワーと加熱時間が適正がどうかに関係なく動作し、選ばれた加熱条件が適切でない場合は食品が異常加熱される場合が生じることが懸念される。

そこで、本発明者はこの手動加熱時にも前記赤外線センサーを活用し、赤外線センサーが異常高温を検出した場合、加熱パワーを落とすように構成し、安全面を向上させた。ところが、近年、市販されている冷凍食品の中には、高周波で加熱される発熱シートを用いて焦げ目をつけることを特徴とする電子レンジ用の食材が発売されており、単に高温を検出して加熱パワーを落とすことをすると、赤外線センサーが発熱シート部の高温を検出してしまい、冷凍食品が十分に加熱されず、冷たいままで動作が停止するという不具合があることがわかった。

本発明は、このような課題を解決するもので、使用者の設定する加熱パワーと加熱時間
が食品の量からみて適切でなく、異常加熱になった場合でも、加熱室内の温度を検知することで安全に動作させ、また、発熱シートを利用した市販の冷凍食品に対しても、早切れが防止される高周波加熱装置を提供することを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために、本発明の高周波加熱装置は、加熱室の壁面外側に配置され、加熱室内の食品の温度を非接触で検出する表面温度検出手段と、前記加熱室内の雰囲気温度を検出する庫内温度検出手段と、前記表面温度検出手段及び庫内温度検出手段からの出力に基づき前記高周波発生手段の出力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、使用者が任意の時間を設定して加熱開始操作を入力すると、前記表面温度検出手段の温度が所定値以上であって、かつ、庫内温度検出手段の温度が所定値以上となった場合に前記高周波発生手段の出力レベルを落とす構成としてある。

上記構成により、使用者が少量の食品の加熱をする際、誤って加熱パワーを大きく、加熱時間も長く設定して加熱開始した場合にでも、加熱室内の雰囲気温度の上昇を検出、かつ、加熱室内の食品温度が高温になったと判断したら、それ以上加熱が進まないよう、加熱パワーを低減させるので、食品の異常加熱を防止することができる。また、発熱シートを利用した冷凍食品を加熱するような場合、発熱シートは加熱開始後から高温になるが、加熱室内の雰囲気温度の上昇を検出するまでは、加熱パワーの低減をしないので、早切れして冷凍のまま加熱が終了するということがなくなる。

本発明によれば、少量の食品を手動加熱する場合の異常加熱を防止できるとともに、発熱シートを利用した冷凍食品を加熱するような場合の早切れを防止でき、安全で信頼性の高い高周波加熱装置を提供できる。

第１の発明は、食品を収納する加熱室と、前記加熱室内の食品を高周波によって加熱する高周波発生手段と、前記加熱室の壁面外側に配置され、加熱室内の食品の温度を非接触で検出する表面温度検出手段と、前記加熱室内の雰囲気温度を検出する庫内温度検出手段と、前記表面温度検出手段及び庫内温度検出手段からの出力に基づき前記高周波発生手段の出力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、使用者が任意の時間を設定して加熱開始操作を入力すると、前記表面温度検出手段の温度が所定値以上であって、かつ、庫内温度検出手段の温度が所定値以上となった場合に前記高周波発生手段の出力レベルを落とす構成としてあり、使用者が少量の食品の加熱をする際、誤って加熱パワーを大きく、加熱時間も長く設定して加熱開始した場合にでも、加熱室内の雰囲気温度の上昇を検出、かつ、加熱室内の食品温度が高温になったと判断したら、それ以上加熱が進まないよう、加熱パワーを低減させるので、食品の異常加熱を防止することができる。また、発熱シートを利用した冷凍食品を加熱するような場合、発熱シートは加熱開始後から高温になるが、加熱室内の雰囲気温度の上昇を検出するまでは、加熱パワーの低減をしないので、早切れして冷凍のまま加熱が終了するということがなくなる。

第２の発明は、特に、第１の発明の高周波加熱装置において、表面温度検出手段を、加熱室内の定められた範囲の温度を検出できるよう、あらかじめ設定した角度間で往復動作させたものである。往復動作により、加熱室全体の温度を検出することが可能となるので、使用者が食品をどこに置くのかに係わらず食品の温度を検出でき、食品の異常加熱を確実に防止することが可能となる。

第３の発明は、第２の発明の高周波加熱装置において、往復動作による温度の検出を、加熱開始当初は一定時間間隔毎に行い、表面温度検出手段の温度が所定値以上になれば、
往復動作を一定時間間隔から連続動作に切り替えるようにしたものである。加熱開始の初期は食品の温度が異常に上昇する可能性が少ないことを考え合わせると連続的に温度を検出する必要は無く、一方、加熱が進んである程度の時間が経過し食品の温度が上昇すると場合によっては異常加熱する可能性が出てくる。そのためこのように加熱時間がある程度経過し、食品が異常に加熱されるような場合は、連続的に食品の温度を検出し、食品の異常加熱に至らないように常に監視する。このことにより、温度検出装置の駆動回数を減少させることが可能となるので、駆動部品の耐久性の確保や駆動時のレンズの汚れも減らすことができる。

第４の発明は、第３の発明の高周波加熱装置において、制御部は高周波発生手段の出力レベルを落とす閾値を複数有するとともに、加熱室内の雰囲気温度が所定値を超えるまでの時間によって前記閾値を使い分けるものである。食品の大きさによって、蒸気の発生する時間が異なる。小さな食品は早く蒸気が発生するので、加熱室の雰囲気温度も早く上昇する。一方、食品の温度を取得する表面温度検出は、センサーからの投影面積の平均値として取得するので、食品が大きい場合は問題ないが、食品が小さい場合は食品と周囲の温度との平均となるので実際の温度よりも低く取得する。よって、加熱室の雰囲気温度の上昇する時間により、食品の大きさを推測し、出力レベルを落とす閾値を少量負荷用と大量用に分けて設けておけば、少量負荷の加熱時でも異常加熱を防止することができる。

第５の発明は、第２〜４の発明の高周波加熱装置において、表面温度検出手段は、使用者が設定する任意の時間が、所定値以上設定された場合にのみ表面温度検出のための往復動作を行うようにしたものである。使用者の設定する時間が短い場合、異常加熱に至る恐れもないことから、表面温度検出の必要性もない。所定値以上の設定の場合にのみ、表面温度検出手段の往復動作を行うことにより、駆動回数を減少させ、駆動部品の耐久性を確保することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における高周波加熱装置のシステム概略図、図２は同高周波加熱装置の開閉扉を開けた状態を示す正面図、図３は右側面からみた機械室の構成図、図４は電気的構成を示すブロック図、図５はその動作を説明するフローチャートである。

加熱室１の底面には加熱室底面となる結晶化ガラスを加熱室内寸法で切ったサラウケダイ２が挿入されており、サラウケダイ２の上に食品３を載せる。加熱室右側面上方には温度検出用の穴４が開けられており、加熱室の壁面外側に配置された表面温度検出手段５（以下赤外線センサー５と称す）が対向配置してあって、加熱室１内の食品３の表面温度を非接触で検出するようになっている。赤外線センサー５は、加熱室１内の底面部の定められた範囲の温度が検出できるよう、駆動モータ６によって矢印で示す方向に反復動作する。加熱室天面右側奥には、加熱室内の雰囲気温度を測定する庫内温度検出手段(以下加熱室用サーミスタ７と称す)が設けてある。８はマイクロコンピューターを主体に構成した制御部で、駆動モーター６の動作を制御したり、表面温度検出手段５から得られる信号電圧や加熱室用サーミスタ７から得られる信号電圧をＡ／Ｄ変換し、そのＡ／Ｄ変換された食品３の温度データと所定の食品３の仕上がり温度の判定値を比較し、食品３の加熱時間を決定したり、後述する高周波発生手段の出力を制御するものである。加熱室１の奥には、ノズル９から給水された水を沸騰させて蒸気を発生させる為の水溜部１０が配置されている。

加熱室１の前面にはドア１１が開閉可能に設けてあり、さらには使用者が加熱メニュー
の選択や加熱開始の指示などを行う各種操作キー１１ａ〜１１ｄや必要な表示を行う表示部１２を有する操作パネル１３が設けてある。操作パネル１４の裏側には、制御基板（図示せず）が配設されていて、この制御基板に前記制御部８、高周波発生手段を動作させるための駆動回路１５等が設けられている。操作パネル後方には機械室が設けられている。

機械室には、加熱室１の右側壁に位置させて、高周波発生手段となるマグネトロン１５が配設されている。マグネトロン１５の右側にはウライタ１６に取り付けられた冷却ファン１７、エアガイドＡ１８を配置し、マグネトロン１５を冷却する。マグネトロン１５の左側にはエアガイドC１９を設置し、加熱室１内へ風を送り込んでいる。エアガイドC１９には、マグネトロン１５の温度を検出する排気サーミスタ２０を設けている。マグネトロン１５から発振した高周波は、導波管（図示せず）を介して、本体底面に備えた給電口（図示せず）から加熱室１内にマイクロ波を供給するようになっている。マグネトロン１５の上部には、マグネトロン１５の出力を可変するインバータ２１を配置してある。インバータ２１と、加熱室１内を照らすランプ２２等の間に前記赤外線センサー５が配置してある。

図４は電気的構成を示したものである。この図４において、上記制御部８には、スタートスイッチを含む各種の操作キー１１ａ〜１１ｄ、赤外線センサー５、マグネトロン１５の温度を検出する排気サーミスタ２０、加熱室１内の温度を検出する加熱室用サーミスタ７からの信号が入力されるようになっている。制御部８はこれらの信号に基づき予め記憶されたプログラムに従って表示器１２に加熱時間や付属品の情報を表示するとともに、駆動回路１５を介して、マグネトロン１５、上ヒーター２２、下ヒーター２３、冷却ファン１６、スチームヒーター２４、駆動モータ６を制御している。マグネトロン１５はインバータ２１を経由して制御されるので、出力をコントロールすることができ、例えば、スチームヒーター２４と高周波出力３００Ｗを同時に使用するということが可能になる。

以上のように構成された高周波加熱装置の動作について図５のフローチャートを用いながら説明する。

図５のフローチャートには、制御部８による制御内容のうち、本発明の要旨に関係した部分が示されており、以下これについて関連した作用と共に説明をする。

使用者が食品の加熱をする場合、操作キー１１ｂの「レンジ出力切り替え」キーをタップ操作することで、高周波加熱の出力パワーを選択する（ステップＳ１）。本実施の形態の高周波加熱装置は初めに押した時は８００Ｗ出力が選択され、以降タップの度に、６００Ｗ→５００Ｗ→１５０Ｗと切り替わるように設定されている。ここでは、８００Ｗ出力が選ばれたとする。次に使用者は、動作させたい時間を操作キー１１ｃのダイヤルを回すことで設定する（ステップＳ２）。使用者が高周波加熱の出力パワーを８００Ｗを選択した時は最大加熱時間を１０分。６００Ｗ、５００Ｗを選択している場合は、最大加熱時間を３０分、１５０Ｗを選択してる時は５時間まで選択可能なように設定されている。次に使用者は、加熱開始を指示するための「スタート」キーを押して、加熱加熱がスタートする（ステップＳ３）。加熱加熱スタートと同時に駆動モータ６を動作させる。

加熱中、制御部８は加熱を停止するかどうかの判断として、まず、ドア１１が開けられたかどうかを監視してる（ステップＳ４）。ドア１１が閉じられた状態のままの時は、操作キー１１ｄの「取消」キーが押されたかどうかを監視してる（ステップＳ５）。使用者が設定した加熱動作時間に達していなくても、ドア１１を開けると、もしくは、「取消」キーを押すことで、任意の時間で加熱を停止させることが可能となっている（ステップＳ８）。

従来であれば、手動加熱の場合、ドア１１が閉じられた状態で、かつ、「取消」キー操作の無い場合は、使用者が設定した加熱時間に達したかどうかを制御部８は監視していた（ステップＳ７）。

本発明では、ステップＳ５の後で、まず、加熱室内サーミスタ７の温度の判定を追加した（ステップＳ６）。ステップＳ６では、加熱室内の温度がＴ℃上昇したかどうかの判定を行っている。加熱開始後、加熱室内の温度はしばらくは開始時の温度を維持している。加熱が進むにつれて、食品から蒸気が発生しだし、加熱室内の温度も上昇する。食品が十分に加熱されているかどうかの判定値Ｔ℃の設定は実験により１０℃とした。ステップＳ６で１０℃を越えていない時は、異常加熱になっていないと判断し、ステップＳ７へと進む。ステップＳ６で１０℃以上になった場合は、異常加熱の恐れがあるので食品の温度が所定値を超えていないかどうかの判定を行う。

本実施の形態では、食品の大きさによって食品温度の所定値を区別して使用できるように設定した。ステップ６で加熱室内の温度上昇が１０℃以上になった場合、加熱開始から加熱室の温度１０℃以上になるまでの時間を計測し、あらかじめ設定してあるＸ時間以下かどうかの判定を行う（ステップＳ９）。食品が小さい場合は、蒸気発生の時間も早く、加熱室内の温度上昇も短い時間で起こる。一方、食品が大きい場合には、加熱室内の温度上昇時間も遅くなる。本実施の形態では、食品の大きさを判定するための時間Ｘを２分と設定した。ステップＳ９に到達した時間が２分以下だった場合、食品が異常加熱になっているかどうかの判定には少量負荷用に設定されている閾値１と比較を行う（ステップＳ１０）。ここで、閾値１の温度に達していなければ、まだ異常加熱状態ではないということで、ステップＳ７に移行し、加熱残り時間があるば加熱を継続する。閾値１に達している場合は、異常加熱状態になっていると判断し、加熱パワー１に出力を変更(低減)する（ステップ１１）。ステップＳ９に到達した時間が２分を越えていた場合は、大量負荷用に設定された閾値２と比較を行う（ステップＳ１２）。少量負荷時同様、閾値２を超えている場合は異常加熱状態になっていると判断し、ステップ１１に移行する。本発明では、閾値１を１０５℃、閾値２を１１５℃とし、加熱パワー１としては３００Ｗに設定をした。

図６は本実施の形態の赤外線センサー５の読み取り範囲である。赤外線センサー５は８素子を有しており、加熱室内全体を検出するように駆動モーター６によって往復動作するので、図に示すような検出エリアとなる。じゃがいものような大きさのもの３ａを加熱室中央に置いた場合は検出エリアよりも食品の方が大きいので、食品自身の温度を検出することができる。残った食材、例えば、さつまいもの端切れ５０ｇのような大きさの物３ｂを加熱室内左側に置いた場合には、図に示すように検出エリアに対し部分的に食品が入るので、周囲の食品以外の部分と合わせて平均温度を取得し、完全たる食品の温度を取得せず、食品温度よりも低い温度を検出することになる。

具体的にじゃがいも１ヶを加熱する場合で説明する。通常であれば６００Ｗで４分加熱すれば適切に加熱できるが、使用者が８００Ｗ、１０分設定したとする。加熱開始後、加熱室の雰囲気温度が１０℃上昇するのに２分３０秒要した。この時点での食品の検出温度は９５℃であった。閾値２の１１５℃に達していないので８００Ｗの加熱パワーで継続する。その後、加熱が続くので食品温度は上昇し、６分５０秒で１１５℃に達した。この時点で加熱パワーを３００Ｗに下げて、継続して加熱する。加熱パワーを落とすので、食品の温度上昇も抑えられ、設定した１０分が経過した時点では、１１９℃に達していたが、じゃがいもの異常加熱はなかった。

次に冷凍ピザを加熱する場合を説明する。市販の冷凍ピザの中には、食品の底面に高周波で発熱するシートを敷き、底面に焦げをつけるタイプのものがある。直径１５ｃｍ程度の冷凍ピザなら、６００Ｗで２分〜２分３０秒で加熱と包装袋に記載されている。高周波
加熱装置の電波分布によっては、食品メーカーの推奨の時間では加熱が足りない場合も多く、検討段階での実験では３分３０秒に設定し、様子をみることにした。加熱開始すると、開始２０秒の時点で食品の検出温度は１２０℃となり、加熱パワーが３００Ｗに落ちて、加熱停止した時点では、冷たい部分が残っていた。冷凍ピザは円形であるが、発熱シートは４角形であるため、発熱シートの４角が見えており、赤外線センサー５はその温度を取得した。検討段階では、高温検出でパワーを下げるようにしていたが、発熱シート付のような食品では不具合が生じるが、本発明では庫内温度の上昇を判断に追加してあるからこの不具合を解消できる。すなわち、本発明品で再度冷凍ピザを加熱すると、３分３０秒の時点では、庫内温度の上昇は７℃で、ステップ９以降の食品温度の判定ステップには移行せず、加熱パワーの低減も起こらなかったので、冷凍ピザは問題なく加熱できた。

本実施の形態では、ステップＳ６の判断は加熱開始時点では２０秒毎に行い、加熱室内の温度が１０℃以上上昇してステップＳ９に移行する時点で連続的に取得するようにした。食品の温度を検知して加熱停止させる自動加熱メニューの場合は、都度食品の温度を常に監視してるいが、使用者が加熱時間を設定して動作させている手動加熱の場合は、温度検出は異常な状態になったのかを判断できればいいので、自動加熱メユー時の場合と比較して、温度検出の頻度を１／５に落とし、駆動装置の耐久性にも考慮した。食品の加熱時に赤外線センサーを駆動させると、加熱された食品がはじけることによって生じる食品の飛び散りによる赤外線センサーのレンズ面の汚れが心配されるが、駆動回数を減らしたことにより、汚れへの影響も配慮した。

また本実施の形態では、使用者の加熱時間設定が３分より長く設定された場合にはじめて食品の温度検出のための往復動作を行うように設定した。通常、短い時間での加熱で食品が異常加熱に至ることはない。飲み物のあたためや食品の再加熱のような場合、３分以下で十分に加熱されることから一般的な使用の範囲においては、異常検出のための往復動作を行う必要はなく、駆動装置の耐久性により配慮した構成をとっている。

以上のように、使用者が誤って加熱パワー、加熱時間を設定して、加熱開始したような場合にでも、加熱室内の温度上昇と通常の食品が加熱された場合より高い温度を検出することによって、誤動作を防止しつつ高周波出力の出力パワーを落とすことで、食品の異常加熱を防止することができ、安全に使用することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる高周波加熱装置によれば、使用者が少量の食品に対し加熱パワーを大きく、加熱時間も長く設定して加熱開始した場合にでも、異常加熱を防止できるとともに、発熱シートを利用した冷凍食品を加熱するような場合の早切れをも防止でき、安全で信頼性の高い高周波加熱装置を提供できる。

本発明の一実施例における高周波加熱装置のシステム概略図 同高周波加熱装置の開閉扉を開けた状態を示す正面図 同高周波加熱装置の右側面のからみた機械室の構成図 制御部の電気的構成を示すブロック図 同制御部の制御内容を示すフローチャート 同高周波加熱装置における赤外線センサーの温度取得エリアを示す説明図

符号の説明

１ 加熱室
５ 表面温度検出手段(赤外線センサー)
６ 駆動モータ
７ 庫内温度検出手段(加熱室サーミスタ)
８ 制御部
１５ 高周波発生手段(マグネトロン)

Claims (5)

1. 食品を収納する加熱室と、前記加熱室内の食品を高周波によって加熱する高周波発生手段と、前記加熱室の壁面外側に配置され、加熱室内の食品の温度を非接触で検出する表面温度検出手段と、前記加熱室内の雰囲気温度を検出する庫内温度検出手段と、前記表面温度検出手段及び庫内温度検出手段からの出力に基づき前記高周波発生手段の出力を制御する制御部とを備え、前記制御部は、使用者が任意の時間を設定して加熱開始操作を入力すると、前記表面温度検出手段の温度が所定値以上であって、かつ、庫内温度検出手段の温度が所定値以上となった場合に前記高周波発生手段の出力レベルを落とすことを特徴とする高周波加熱装置。
2. 表面温度検出手段は、加熱室内の定められた範囲の温度を検出するよう、あらかじめ設定した角度間で往復動作させることを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。
3. 表面温度検出手段の往復動作による温度の検出を、加熱開始当初は一定時間間隔毎に行い、表面温度検出手段からの温度出力が所定値以上になれば、往復動作を一定時間間隔から連続動作に切り替えることを特徴とする請求項２記載の高周波加熱装置。
4. 制御部は高周波発生手段の出力レベルを落とす閾値を複数有するとともに、加熱室内の雰囲気温度が所定値を超えるまでの時間によって前記閾値を使い分けることを特徴とする請求項３記載の高周波加熱装置。
5. 表面温度検出手段は、使用者が設定する任意の時間が、所定値以上に設定された場合にのみ表面温度検出のための往復動作を行うことを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載の高周波加熱装置。