JP2018078034A - 加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】 加熱室内の負荷の有無、負荷の状況を正確に検知し、負荷の状態に応じて加熱制御できる加熱調理器を提供する。【解決手段】 上記課題を解決するため、本発明の加熱調理器は、負荷を収納する加熱室と、該加熱室に供給するマイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、前記加熱室と該マイクロ波発振器の間に設けられ、前記マイクロ波を伝送する伝送路と、前記加熱室の外側に設けられ、前記負荷の表面温度を検知する温度検知手段と、前記伝送路に反射するマイクロ波を検知する反射波検知手段と、前記温度検知手段と前記反射波検知手段の出力に基づいて前記マイクロ波発振器を制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記温度検知手段が検知した前記負荷の表面温度が同じであっても、前記反射波検知手段が検知したマイクロ波の反射量または反射比に応じて前記マイクロ波発振器の制御を変えるものとした。【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ波発振器により食品を加熱する加熱調理器に関するものである。

従来この種の代表的な加熱調理器である電子レンジでは、マイクロ波発振器が発振したマイクロ波を加熱室に供給し、加熱室内の食品にマイクロ波エネルギーを吸収させることによって食品を加熱している。多種多様な食品を効率良く、かつ適切に加熱できるよう、マイクロ波発振器から加熱室に通じる導波管などの伝送路の形状や整合状態を設計している。

電子レンジは加熱調理器であり、負荷を過不足やムラなく適温に均一加熱することが求められている。電子レンジで加熱の対象になる負荷は、形状、温度分布、大きさ、誘電率等の状況が多様であり、加熱に必要なエネルギーがそれぞれ異なっている。そのため、どのような負荷でも適切に加熱するために、加熱室内の負荷の温度や形状などの状態を検知して、それに応じてマイクロ波の出力や加熱時間を調整する加熱制御が行われている。しかし、従来は負荷の状況を正確に検知できないため、適切に加熱できないことがあった。

一方、電子レンジでは、異常や破損を発生させずに動作する高い信頼性が求められる。効率良く加熱するために負荷にマイクロ波を集中させて高効率で加熱する構造では、加熱室内に負荷がない（無負荷）か、あるいは負荷の量が極めて少量か、冷凍食品のようにマイクロ波を吸収しにくい負荷（低負荷）の場合にマイクロ波を加熱室に供給すると、マイクロ波エネルギーは加熱室内で吸収されにくいため反射して、マイクロ波発振器に戻ってくる。そのため、加熱室の壁面や導波管内部において、マイクロ波の局所集中による異常加熱や放電（スパーク）の発生や、マイクロ波発振器に戻ってきたマイクロ波エネルギー（反射波）によりマイクロ波発振器が加熱されることにより、機器の劣化要因になり、機器の信頼性を損なうことがあった。

そのため、無負荷や低負荷で異常加熱や放電などが発生しないように、負荷に高出力のマイクロ波を集中させないよう、あえて加熱効率を下げた調整を行うことで、高信頼性を確保することがあった。トレードオフの関係にある高効率加熱と製品の高信頼性を両立させるためには、加熱室内の負荷の状態に応じて出力あるいは加熱効率を制御することが有効である。つまり、加熱室内の負荷の状態を検知し、加熱室内の負荷が無負荷や低負荷の場合には、マイクロ波の出力を下げるか停止することによって、異常加熱や放電、発振器の加熱を防止することが可能である。

負荷の状態を検知する方法として、マイクロ波の反射量を検出する以下の構造が開示されている。

特許文献１の請求項１には、「加熱室内の赤外線量を検知する複数の赤外線センサと赤外線センサの検知出力に基づいて被加熱物に適した加熱パターンを決定する制御部とを含み、複数の赤外線センサの視野を互いに異なる方向および速度で移動させる電子レンジ」が記載されている。また、同文献の請求項１２には「導波管内に取り付けられ導波管内を伝送されるマイクロ波の反射成分を検知する方向性結合器と、マグネトロンの出力及び検知された反射成分から被加熱物のインピーダンスを推測し、被加熱物のインピーダンスに応じて、マグネトロンによる加熱調理の調理メニューを選択する加熱制御部とを含む、電子レンジ」が記載されている。

特許文献２の請求項１には、「加熱室からマイクロ波発生手段へ反射するマイクロ波電力を検知する反射電力検知手段と、反射電力検知手段の検知信号に基づいて高周波電源を制御する制御手段を有した高周波加熱装置において、制御手段は、加熱開始時の反射電力検知手段の検知信号の挙動に基づいて被加熱物の状態が液体か固体かを判定することを特徴とする高周波加熱装置」が記載されている。

特許文献３の請求項１には、「アンテナから固体発振器へと戻る高周波を検知するステップと、前記ステップでの検知結果に基づいて、固体発振器からアンテナへと伝搬する高周波の放射／伝搬条件を調節する」ことを特徴とする高周波加熱装置の制御方法が記載されている。

特開２００４−１０８６９７号公報 特開２０１２−４０５８号公報 特開２００８−２７０１１２号公報

しかしながら、これらの先行技術文献では、加熱室内の温度分布や、マイクロ波の反射電力のそれぞれを検知することで加熱室内の負荷の有無を検出することができるものの、温度と反射電力の両方の情報から負荷の状況を検出するものではなく、負荷の状況を正確に検知することができないことがあった。

例えば、加熱室内に配置した冷凍食品を加熱する場合、検知した負荷の表面温度だけからは、負荷が冷凍状態にあるのか冷蔵状態にあるのか、つまり氷なのか水なのかを判別することはできなかった。先行技術文献では、０℃の水と氷を同じ０℃の物体と認識し、水と氷を識別することができないため、何れの場合も同じ制御を実行せざるを得なかった。しかしながら、水と氷では温度上昇に必要とされるエネルギーが異なるため、負荷が０℃の水である場合に、負荷が０℃の氷である時に最適なエネルギーを供給すると、負荷が過加熱になることがあった。また表面が凍っていて内部が解凍されている負荷でも同様に、冷凍物として加熱するため過加熱になることがあった。逆に、表面温度が比較的高くて内部が冷凍されている負荷の場合は、冷蔵物として加熱するため加熱不足になることがあった。

また例えば、反射電力を検知する場合、冷凍食品は水やその他の食品類に比べるとマイクロ波を吸収せずに透過するため、水や食品よりも無負荷に近い反射電力となり、冷凍食品の有無を検知することはできなかった。そのため、冷凍食品を無負荷と判別して出力を下げるため、うまく加熱できないことがあった。また、マイクロ波を吸収しにくい冷凍食品が加熱室内に入っている場合に、高出力のマイクロ波を照射すると、大きな反射波によりマグネトロンが高温になり、破損する場合があった。マグネトロンの破損を防止するためにマイクロ波の出力を必要以上に下げると、食品の加熱に時間がかかることがあった。

また負荷の表面温度から負荷の有無を検出する場合には、負荷の温度が周囲温度と等しい場合には負荷の有無を検出することができなかった。

以下、特許文献１〜３に記載の装置の課題について説明する。

特許文献１に記載の電子レンジは、複数の赤外線センサの検知出力に基づいて、被加熱物に適した加熱パターンを決定する。その際、赤外線センサにより検知した３次元的な温度分布から被加熱物の形状を推定し、被加熱物の形状に適した出力制御で加熱を行うものである。また、マイクロ波の反射成分を検知して被加熱物のインピーダンスを測定することによって、被加熱物の状況を検知するものである。また、インピーダンスにより、赤外線センサで検出できない常温の負荷の有無を検知することが可能である。

しかし、赤外線センサによる温度検知と方向性結合器による反射成分検知の両方を行うものではなく、表面温度が低いが内部温度が高い負荷や、表面温度が高いが内部温度が低い負荷の状態を検知、識別することはできないため、上述した、過加熱や加熱不足の問題を解消することができない。

また、特許文献２に記載の高周波加熱装置では、反射電力検知手段により反射するマイクロ波電力の時間変動を検知することにより、被加熱物が固体の場合に反射電力が時間によって変動せず、被加熱物が液体の場合には液面が振動して反射電力が時間変動することを利用して、被加熱物が液体か固体かを検出するものである。被加熱物が冷凍から解凍されて液体になった場合には判別可能であるが、被加熱物が固体の状態のまま解凍された場合を判別することはできない。

さらに、特許文献３に記載の高周波加熱装置の制御方法では、アンテナから固体発振器へ反射して戻る高周波を検知し、伝播される高周波が最大になるように高周波の伝播条件を調節することにより、固体発振器が反射した高周波で破損することを防止し、加熱効率を高める構造である。反射して戻る高周波電力を検知するため、被加熱物のマイクロ波反射量の違いを検出することは可能だが、被加熱物の温度を検知できないため、冷凍食品のようなマイクロ波反射量が極めて少ない被加熱物を検出することは困難である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、被加熱物の状況を確実に検出できるセンサシステムと、またそれにより高性能の加熱が可能な加熱調理器を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明の加熱調理器は、負荷を収納する加熱室と、該加熱室に供給するマイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、前記加熱室と該マイクロ波発振器の間に設けられ、前記マイクロ波を伝送する伝送路と、前記加熱室の外側に設けられ、前記負荷の表面温度を検知する温度検知手段と、前記伝送路に反射するマイクロ波を検知する反射波検知手段と、前記温度検知手段と前記反射波検知手段の出力に基づいて前記マイクロ波発振器を制御する制御手段と、を具備し、前記制御手段は、前記温度検知手段が検知した前記負荷の表面温度が同じであっても、前記反射波検知手段が検知したマイクロ波の反射量または反射比に応じて前記マイクロ波発振器の制御を変えるものとした。

また、本発明の加熱調理器は、負荷を収納する加熱室と、該加熱室に供給するマイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、前記加熱室と該マイクロ波発振器の間に設けられ、前記マイクロ波を伝送する伝送路と、前記加熱室の壁面の外側に設けられ、前記負荷の表面温度を検知する温度検知手段と、前記伝送路に反射するマイクロ波を検知する反射波検知手段と、を具備するものとした。

本発明によれば、同じ表面温度で状態が異なる負荷、例えば０℃の水と０℃の氷などでも、負荷状態を正確に検知して識別し、それぞれに適した加熱制御を実行できるため、高効率加熱、高信頼性を両立し、負荷を適切な温度に加熱できる加熱調理器を提供できる。

実施例１の加熱調理器本体を前面側から見た模式図である。 図１に示す加熱調理器本体を前面上方側から見た分解斜視図である。 図１に示す加熱調理器の方向性結合器周辺を拡大した前面模式図である。 図１に示す加熱調理器の方向性結合器周辺を拡大した部分斜視図である。 図４Ａに示す結合孔、導体Ａ、導体Ｂの配置の一例を説明する平面図である。 図４Ａに示す結合孔、導体Ａ、導体Ｂの配置の他の例を説明する平面図である。 図１に示す加熱調理器の赤外線センサを拡大した部分斜視図である。 図１に示す加熱調理器の赤外線センサ周辺を拡大した前面模式図である。 図１に示す加熱調理器の赤外線センサ周辺を拡大した側面模式図である。 実施例２の加熱調理器本体を前面側から見た模式図である。 実施例３の加熱調理器本体を前面側から見た模式図である。 実施例４の加熱調理器本体を前面側から見た模式図である。

以下、本発明の実施形態例について図面を参照して詳細に説明する。

本発明の実施例１の構造について、図１から図７を用いて説明する。

図１は、実施例１の加熱調理器を前面側から見た模式図である。図２は、加熱調理器本体を前面上方から見た分解斜視図である。図３は、加熱調理器の方向性結合器周辺を拡大した前面模式図である。図４Ａは、加熱調理器の方向性結合器周辺を拡大した部分斜視図である。図４Ｂ、図４Ｃは、結合孔、導体Ａ、導体Ｂの配置の一例を説明する平面図である。図５は、加熱調理器の赤外線センサを拡大した部分斜視図である。図６は、加熱調理器の赤外線センサ周辺の前面模式図である。図７は、加熱調理器の赤外線センサ周辺の側面模式図である。

本実施例の加熱調理器は、マイクロ波を利用して食品を加熱するレンジ加熱機能を備え、食品が回転する載置台を備えていない、ターンテーブルレス式電子レンジ（以下電子レンジ）を用いて説明する。
［全体構成］
まず、電子レンジ（加熱調理器）の本体１の構造について説明する。図１及び図２に示すように、電子レンジの本体１は、前方が開口した加熱室２と、加熱室２の開口を閉鎖できる開閉可能なドア１１と、加熱室２の下方に設けた機械室３を備えている。ドア１１は上方から前方に回動することで開閉が可能である。また、加熱室２及び機械室３をキャビネット１０で覆うことで電子レンジの本体１が構成されている。

また、加熱室２の底面には食品などの負荷を配置するテーブルプレート２２が配置されている。テーブルプレート２２下方には、回転アンテナ６が配置され、回転アンテナ６はアンテナモータ７により回転駆動が可能である。また、機械室３にはマイクロ波発振器であるマグネトロン４とマイクロ波の伝送路である導波管５が加熱室２に接続されており、マグネトロン４において発生したマイクロ波は、導波管５を介して回転アンテナ６から加熱室２の方向に照射される構造である。

テーブルプレート２２はセラミックやガラスなどのマイクロ波の吸収量が小さくかつマイクロ波が透過しやすい材料で構成されており、テーブルプレート２２上に食品などの負荷を載置した場合には、回転アンテナ６から照射されてテーブルプレート２２を透過したマイクロ波、及び加熱室２の壁面で反射されたマイクロ波によって負荷を加熱することができる。

食品を加熱調理する際には、まず、テーブルプレート２２の上に食品を載置してドア１１を閉じ、操作パネル（図示せず）上で加熱調理を指示する。設定した加熱方法に応じてマイクロ波発生器であるマグネトロン４で出力されたマイクロ波を、伝送路である導波管５を介して回転アンテナ６に伝送する。回転アンテナ６に伝送されたマイクロ波はテーブルプレート２２を通過して加熱室２内に放射され、テーブルプレート２２上に載置された負荷に吸収され、負荷内部で熱エネルギーに変換されることで負荷の温度が上昇する。以上のようにマイクロ波を利用した加熱調理（レンジ加熱）を行う。
［マイクロ波伝送経路構成］
次に、マイクロ波が伝送される経路の詳細構造を説明する。図３に示すように、加熱室２底面のテーブルプレート２２の下方には回転アンテナ６が配置されている。回転アンテナ６は、導波管５を介してマグネトロン４に接続されている。また、導波管５と回転アンテナ６の間には、開口部である導波管開口部６２を設け、導波管開口部６２にアンテナ軸６１を貫通させ、導波管５の下壁面の外側にアンテナモータ７を配置し、導波管５内部にモータ軸７１を配置している。そして、モータ軸７１とアンテナ軸６１を連動可能に接続することで、アンテナモータ７を回転駆動させたときに、モータ軸７１とそれに接続されたアンテナ軸６１及び回転アンテナ６が回転する。

回転アンテナ６とアンテナ軸６１はそれぞれ金属材料で構成され、電気的に導通して接続されている。モータ軸７１は樹脂等の非金属材料で構成されており、回転アンテナ６及びアンテナ軸６１は導波管５の壁面とは電気的に接続されていない。そのため、アンテナ軸６１と導波管開口部６２は同軸伝送線路を構成しており、導波管５内部のマイクロ波をアンテナ軸６１及び回転アンテナ６に直接伝送する構造である。回転アンテナ６に伝送されたマイクロ波は、回転アンテナ６から上方に放射され、テーブルプレート２２を透過して加熱室２内に供給される。
［センサ構成］
本実施例の電子レンジでは、導波管５の下壁面に反射波検知手段である方向性結合器９を、加熱室２の上壁面に温度検知手段である赤外線センサ８を、それぞれ備えている。まず、導波管５に設置される方向性結合器９の詳細を図３と図４Ａ、図４Ｂ、図４Ｃにより説明する。

図３に示すように、導波管５の結合孔９３の下方に設けられる方向性結合器９は、基板９０の裏面に設けた金属薄膜（導体Ａ９１）と、基板９０の表面に設けた金属薄膜（導体Ｂ９２）の組み合わせで構成されたマイクロストリップ線路である。

また、図３に示すように、導体Ｂ９２は、上側の全面が導波管５と接触し、下側の全面が基板９０と接触する金属薄膜であるとともに、導波管５の結合孔９３の下方となる位置に開口部９２ａを開口させた金属薄膜である。導波管５は電気的に接地しているため、これと接触している導体Ｂ９２も電気的に接地している。一方、導体Ａ９１は、上側の全面が基板９０と接触する略Ｕ字状の一定幅の金属線路であり、その折り返し部が結合孔９３の下方を通過する位置に配置されるとともに、その両端が図示しない検出回路に接続されている。この導体Ａ９１は導体Ｂ９２と接続されていないため、導体Ａ９１は電気的に接地されていない。

図４Ａ〜図４Ｃを用いて、方向性結合器９の構成をさらに詳細に説明する。図４Ａの斜視図に示すように、導波管５の下壁面の中心軸Ｘ上に設けられた結合孔９３の下方に、導体Ｂ９２の開口部９２ａ、基板９０、略Ｕ字状の導体Ａ９１の折り返し部を配置し、導波管５と方向性結合器９を結合孔９３で結合する状態とした。これにより、導波管５内部を伝送されるマイクロ波の一部が、導体Ａ９１と導体Ｂ９２から構成されるマイクロストリップ線路に分岐して伝送される。ここで、導体Ａ９１の両端に検出回路を配置し、マイクロストリップ線路の一方向に流れるマイクロ波（進行波）と、逆方向に流れるマイクロ波（反射波）の比を検出することで、加熱室２におけるマイクロ波エネルギーの反射、つまり加熱室２内部での負荷のマイクロ波の吸収量を検知することが可能である。

図４Ｂ、図４Ｃを用いて、結合孔９３、導体Ｂ９２の開口部９２ａ、略Ｕ字状の導体Ａ９１の折り返し部の配置を詳細に説明する。図４Ｂに示すように、導体Ａ９１の折り返し部の直線部分は、結合孔９３の直径よりも狭い幅Ｗの金属線路であり、これを導波管５の中心軸Ｘと同方向に配置するとともに、導体Ａ９１の折り返し部以外の上方を導体Ｂ９２で覆ってシールドすることで、導波管５内に存在する様々な方向のマイクロ波から進行波と反射波の成分のみを抽出して観測することができる。なお、図４Ｂでは、導体Ａ９１の折り返し部の直線部分を中心軸Ｘと同方向に設けたが、図４Ｃに示すように、導波管５の壁面上での結合孔９３の位置（アンテナ軸６１との距離）や、導体Ａ９１の折り返し部の直線部分と導波管５のマイクロ波伝送方向の角度θを調整することで、方向性結合器９と導波管５の結合度を調整することができる。導波管５内の電界強度分布の状況によって、適切な結合度で方向性結合器９を配置することで、マイクロ波エネルギーの反射を適切に検出することが可能となる。なお、本実施例では、結合孔９３が１個である場合を例示したが、導波管５上に孔を２個設けて方向性結合器９と導波管５を２箇所の結合孔９３で結合させても良い。

ここで、本実施例は、方向性結合器９を導体Ａ９１と導体Ｂ９２を備えた基板９０で構成し、伝送路である導波管５の上壁面を加熱室２の底面すなわち筺体壁面と共用化しており、導波管５の下壁面に方向性結合器９を設置した構造である。つまり、導波管５は加熱室２の底面に接して設置された構造である。この構造では、最低限の寸法で反射波を検知できる伝送路を構成できるため、加熱調理器のサイズを大型化することなく、反射波の検知が可能である。また、導波管５の壁面のうち、加熱室２側とは逆の壁面に方向性結合器９を配置していることから、本体１の組み立て時には導波管５の外側から方向性結合器９を取り付けるため、製品を製造し易い。万が一、方向性結合器９を交換する必要がある場合でも、メンテナンスが容易である。

次に、赤外線センサ８の詳細を図５から図７を用いて説明する。赤外線センサ８は、負荷から放射される赤外線の量を検知することにより、負荷の表面温度を測定できるセンサである。本実施例の赤外線センサ８は、図５の透過斜視図ように、赤外線を受光する受光部８３と、受光した赤外線量を信号として出力する回路部８４を備えた赤外線センサ基板８２を取り付けたセンサ外筒８０を、センサモータ８１により回動可能に設置した構造である。そして、図６の断面図のように、赤外線センサ８と加熱室２の間の加熱室上面２１には赤外線センサ窓部２０を設け、赤外線センサ窓部２０を通して赤外線センサ８により加熱室２からの赤外線を受光する構造である。受光部８３には８個の受光素子を１列に並べた受光素子列８３０が配置されており、受光部８３を受光素子列８３０と平行な回転軸を中心に回転（図５における軸Ａ−Ａ’を中心に回転）させることで、広い領域の温度を検知することが可能である。また、図７の矢印に示すように、受光部８３が赤外線センサ窓部２０の外側に向くようにセンサモータ８１を制御すると、赤外線センサ窓部２０はセンサ外筒８０によって閉鎖されるため、グリル調理や高温のオーブン調理を行う場合などの赤外線センサ８を使用しない場合に、受光部８３が加熱室２内部に露出せず、高温の熱風や食品の飛散物による受光部８３の破損や汚損を防止できると共に、赤外線センサ窓部２０から外部への熱風の漏洩を防止できる。本実施例では以上のように、赤外線センサ８と方向性結合器９を備え、その両方を使用して負荷の状況を検知することが特徴である。
［負荷検知方法］
方向性結合器９では、導波管５に戻ってくるマイクロ波の反射波を計測することで、マグネトロン４から出力されたマイクロ波と反射波から、加熱室２内部のマイクロ波吸収量を検知することができるため、加熱室２内にマイクロ波エネルギーを吸収する負荷が存在するか否か、またマイクロ波エネルギーを吸収する負荷量が多いか少ないか、を検知することができる。例えば、加熱室２の内部にマイクロ波を吸収する負荷が存在する場合、導波管５から加熱室２に供給されるマイクロ波（進行波）に対して、加熱室２から導波管５に戻ってくるマイクロ波（反射波）は小さい。よって、反射波／進行波は０に近く、マイクロ波エネルギーの反射は非常に小さいことから、加熱室２内部に負荷があることを検知できる。一方、加熱室２の内部が無負荷やマイクロ波エネルギーを吸収しにくい低負荷の場合、加熱室２内部でマイクロ波エネルギーはあまり吸収されないため、進行波に対して、反射波が大きくなる。よって、反射波／進行波は１に近く、マイクロ波エネルギーの反射比（あるいは反射量）が大きいことから、加熱室２内部は無負荷か低負荷であることを検知できる。

理論的にはマグネトロン４から放射されたマイクロ波エネルギーが全て吸収される場合には反射波が０になるため、反射波／進行波は０になり、全くマイクロ波エネルギーが吸収されない場合は反射波＝進行波になるため反射波／進行波は１になる。よって、反射波／進行波は０以上１以下になり、０に近ければマイクロ波を吸収する負荷の量が多く、１に近ければ負荷が少ないことを検出できる。

実際には伝送途中で損失が発生し、テーブルプレート２２等によって吸収されるため、反射波／進行波が１になることはほとんど無く、無負荷時の反射波／進行波は０．６〜０．８程度であることが多い。例えば無負荷時の反射波／進行波が０．８程度、有負荷時の反射波／進行波がその半分の０．４程度である場合には、しきい値を０．６に設定することで、無負荷と有負荷を識別することが可能である。また、無負荷時の損失の程度は構造によっても異なるが、例えば無負荷時の値の１／２〜２／３をしきい値とするなど、無負荷と有負荷を区別するためのしきい値を構造に対して適切に設定することで、負荷の有無を検出することが可能である。

ここで、加熱室２内部にマイクロ波を吸収しにくい負荷、例えば冷凍食品がある場合には、無負荷の場合と同様に反射波が大きく検出される。そのため、方向性結合器９だけでは、マイクロ波を吸収しにくい負荷の有無は検知できない。本実施例では、赤外線センサ８により負荷の表面温度を検出することができるため、冷凍食品の場合には方向性結合器９で検出した反射波が大きく、かつ赤外線センサ８により検出される負荷温度が周囲温度よりも低い場合には加熱対象の負荷と認識できるため、負荷の有無を検出することが可能である。また、加熱室２内部に周囲温度と等しい常温の負荷が配置されている場合には、赤外線センサ８だけでは負荷の有無を検出することができないが、方向性結合器９によりマイクロ波エネルギーの吸収量を検知することにより、加熱室２内部の負荷の有無を検出することが可能である。

負荷の有無を検出することで、加熱室２内に負荷がない場合にはマグネトロン４からのマイクロ波の出力を低下するか停止することにより、スパーク等の異常加熱を防止することが可能である。加熱室内に負荷がある場合には高い出力のマイクロ波で効率良く加熱することが可能である。よって、本実施例の加熱調理器では負荷の有無を正確に検知できることから、高効率加熱と高信頼性を両立できる。

負荷の有無を検出することに加えて、加熱調理器では負荷を過不足なく適切に加熱することも重要であり、そのためには、負荷の状況を正確に検知することが必要である。例えば冷凍食品の場合、表面温度が０℃程度のもので、負荷全体が凍っているものと、負荷の表面だけが凍っていて内部は解凍されている場合があるなど、表面温度が等しくても負荷内部の状態が異なることがある。赤外線センサ８による表面温度の検出では、凍結しているか否かを判別することはできず、つまり０℃の氷と０℃の水を判別することはできない。０℃の水と０℃の氷では氷を溶解するのに必要な潜熱の分だけ加熱するために必要なエネルギーが異なり、０℃の氷を加熱するのに必要なエネルギーを加えると、潜熱分だけ０℃の水では加熱しすぎる。逆に、０℃の水を加熱するのに必要なエネルギーを０℃の氷に加えても潜熱分だけエネルギーが不足し、加熱できない。そのため、赤外線センサ９だけでは適切な温度に加熱できない。

本実施例では、赤外線センサ９で表面温度を検出することに加えて、方向性結合器９によりマイクロ波エネルギーの反射量を検知することにより、水と比べて氷の反射波が多いことから、０℃の氷と０℃の水を判別することができる。そのため、マイクロ波の出力と加熱時間を制御し、氷と水にそれぞれ適したエネルギーを供給することにより、負荷がどのような状態であっても適切な温度に加熱することが可能である。例えば反射波が大きくマグネトロンが損傷する恐れがある場合には出力を下げ、かつ負荷の温度が低い場合には供給エネルギーを増やすために加熱時間を延ばし、反射波が小さくマグネトロンの損傷する恐れが無い場合には、出力を上げて負荷の温度を計測しながら短時間で加熱を行うことができる。

氷と水を識別できるので、全体が氷か水である場合に加えて、解凍途中の冷凍食品など、表面温度が凍結温度よりも高くて負荷の内部が凍っている場合、例えば表面が１０℃程度で内部が０℃の場合でも、内部の凍結状態を検知することが可能である。

一方で、マイクロ波の反射量が同程度でも負荷の温度が異なることがある。例えば冷蔵で１０℃の負荷と、室温で３０℃の負荷では、マイクロ波の吸収量はほぼ変わらないため方向性結合器９で検知する反射波は同等であるものの、加熱に必要なエネルギーは異なる。そのため、方向性結合器９でマグネトロン出力に対する反射波が分かることで、負荷がマイクロ波を吸収し易い食品か否かの状態を判別することに加えて、赤外線センサ８で表面温度を測定することにより、より負荷の状態に応じた加熱が可能である。

また、冷凍食品において解凍が進んだ場合に、解凍された部分では誘電率が高くなりマイクロ波を吸収しやすくなるため、反射が小さくなる。つまり、ある瞬間のマイクロ波反射量を検出して瞬時の負荷状態を検出するだけではなく、時間経過によるマイクロ波反射量の変化を検出することにより、冷凍食品が解凍されている状態を検知することも可能である。また、負荷全体が凍結している場合は反射波が大きいため、マグネトロンの損傷を防止するために低出力のマイクロ波を照射する。一方、負荷の溶解が進んでマイクロ波の吸収量が増加した後には、マイクロ波の出力を上げて加熱することで、短時間で解凍できる。以上のように、加熱効率の向上と信頼性を両立でき、さらに加熱時間を短くすることができる。反射波の低下と負荷の温度上昇を同時に検出することで冷凍食品の溶解状態を推定できるため、低出力のマイクロ波を照射する場合に起こりやすい加熱不足や、高出力のマイクロ波を照射する場合に起こりやすい加熱しすぎを防止し、高性能の加熱調理が可能になる。

以上のように、本実施例の赤外線センサ８と方向性結合器９を備えた加熱調理器を用いることで、加熱室２内部の負荷の量や状況を正確に検知することが可能である。またこの検知結果を反映して、加熱室２内に供給するマイクロ波の出力や加熱時間を制御することにより、高効率加熱と異常加熱に対する高信頼性を両立し、かつ負荷を適切な温度に加熱する加熱調理器の提供が可能である。

まとめると、加熱室２内部の負荷の有無を正確に検知することで、負荷がある場合には負荷にマイクロ波を集中させて加熱効率を高めた加熱を行い、無負荷あるいは低負荷を検出した場合にはマイクロ波発振器から出力されるマイクロ波の出力を下げることにより、機器破損を防止した信頼性の高い加熱が可能である。また、負荷の表面温度と負荷のマイクロ波吸収量の両方を同時あるいは近いタイミングで測定することにより、例えば負荷内部が凍結しているか否かなど、負荷の状態を正確に判別することができるため、負荷の状態に応じて適したエネルギーを与えることにより、過不足のない適切な加熱が可能である。また、例えば冷凍食品を最初は低出力で加熱し、溶解された後には高出力で加熱するなど、加熱調理の途中で負荷の状態が変わった場合には、その状態に合わせてマイクロ波の出力を制御することにより、より短時間で過熱及び加熱の不足を抑制でき、性能の良い加熱が可能である。
［配置、その他構成］
本実施例では、赤外線センサ窓部２０を加熱室上面２１に、赤外線センサ８を加熱室２の上方に設置しているため、テーブルプレート２２上のどこに配置した負荷でも、負荷の表面温度を検出することが可能である。テーブルプレート２２上に配置された負荷から放射される赤外線を受光できる位置であれば、赤外線センサ８の位置はどこでも良い。受光部８３には８個の受光素子が並んでいる構造であるが、受光素子の数や配置位置、種類は問わない。負荷の表面温度を検知できる温度検知手段であれば、赤外線センサ以外の検出手段でも良い。

同様に、マイクロ波反射量を検知するために方向性結合器９を使用しているが、加熱室２内部のマイクロ波吸収量を検知できれば他の手段でも良い。また、方向性結合器９の取り付け位置は、最小の設置容積で設置できる構成を示したが、導波管５と結合する構造であれば、どこに設けても構わない。本実施例では、マイクロ波発振器としてマグネトロン４を用いた構造を示したが、マイクロ波発振器はマイクロ波を発振できる装置であれば何でも良く、例えばマイクロ波を発振できる半導体素子でも良い。

また、本実施例では、ターンテーブルレス式単機能電子レンジを対象としたが、本実施例は、ヒータによるオーブン加熱機能を備えたオーブンレンジでも、レンジ加熱使用時に適用可能である。また、本実施例では、マグネトロン４や導波管５、回転アンテナ６などを加熱室２の下方に備えた下方給電構造を示したが、加熱室２の側面からマイクロ波を供給する側方給電や、上面から供給する上面給電など、どのような構造でも構成可能である。

本発明の実施例２の構造について、実施例２の加熱調理器本体を前面側から見た図８を用いて説明する。なお、実施例１と共通する点は重複説明を省略する。

本実施例の加熱調理器は、赤外線センサ８、方向性結合器９に加えてテーブルプレート２２の下方に重量センサ３１を備えた構造である。テーブルプレート２２を重量センサ３１で支持することにより、テーブルプレート２２上に載置された負荷の重量を検出することができる。よって、赤外線センサ８で負荷の表面温度を、方向性結合器９でマイクロ波反射波を、重量センサ３１で負荷の重量を、それぞれ検出することで、負荷の状態をより精密に検出することが可能である。

例えば、冷凍された肉や魚のような負荷の場合、赤外線センサ８で表面温度を測定し、方向性結合器９でマイクロ波の反射波を検出することで負荷のマイクロ波吸収量を推定し、内部の冷凍の具合を判別することは可能である。それに加えて本実施例では、負荷の重量を測定することで、加熱に必要な総エネルギー量を推定できるため、加熱開始時におおよその加熱時間を決めることができる。さらに、マイクロ波の反射波と負荷の重量から、負荷の種類を推定することができる。つまり、負荷が液体なのか固体なのか、負荷がマイクロ波によって加熱されやすいか否か、などの加熱特性を推定できる。そのため、より詳細に負荷である食品の状態を検知し、食品の種類に適した加熱調理が可能である。

よって、本実施例の構成では、実施例１よりも更に詳細に負荷の状況を検知することができるため、それによって高効率加熱と高信頼性、加熱性能の向上を両立する加熱調理器を提供することができる。

本発明の実施例３の構造について、実施例３の加熱調理器本体を前面側から見た図９を用いて説明する。なお、実施例１または実施例２と共通する点は重複説明を省略する。

本実施例の加熱調理器は、赤外線センサ８を加熱室２の右側面に設けた構造である。実施例１のように加熱室２の上方に設けた場合に比べて、赤外線センサ８はテーブルプレート２２の全体を俯瞰することはできないが、テーブルプレート２２の中央部分に配置された負荷の表面温度を確認することは十分に可能であり、実施例１と同様に負荷の表面温度とマイクロ波吸収量を測定することが可能である。

本発明の実施例４の構造について、実施例４の加熱調理器本体を前面側から見た図１０を用いて説明する。なお、実施例１から実施例３と共通する点は重複説明を省略する。

本実施例の加熱調理器は、加熱室２の右側面に導波管５及びマグネトロン４を設け、加熱室２内部のテーブルプレート２２をテーブルモータ７２で回転駆動するターンテーブル式電子レンジである。導波管５と加熱室２の間には、仕切り板２３を配置している。仕切り板２３はマイカのようなマイクロ波を透過する材質であるため、マグネトロン４で発生したマイクロ波は導波管５を介して仕切り板２３を通過し、加熱室２内部に供給される。

ここで本実施例の赤外線センサ８を加熱室２上面に、方向性結合器９を導波管５の外側に配置しているため、実施例１から実施例３と同様に、加熱室２内部の負荷の状況を検知することが可能である。

また、導波管５の片側（左側）の壁面を加熱室２の壁面と共用化し、つまり導波管５を加熱室２に接して配置し、加熱室２に対向する片側（右側）に方向性結合器９を設置することにより、導波管５の大きさに比べて機械室３の大きさをあまり大きくすることなく、高精度な反射波検知が可能となる。

よって、本実施例のように導波管５を加熱室２の側面に配置した場合でも、実施例１および実施例２と同様に、加熱室内部の負荷の状況を検知し、それによって高効率加熱と高信頼性を両立する加熱調理器を提供できる。

１：本体
１０：キャビネット
１１：ドア
２：加熱室
２０：赤外線センサ窓部
２１：加熱室上面
２２：テーブルプレート
２３：仕切り板
３：機械室
３１：重量センサ
４：マグネトロン
５：導波管
６：回転アンテナ
６１：アンテナ軸
６２：導波管開口部
７：アンテナモータ
７１：モータ軸
７２：テーブルモータ
８：赤外線センサ
８０：センサ外筒
８１：センサモータ
８２：赤外線センサ基板
８３：受光部
８３０：受光素子列
８４：回路部
９：方向性結合器
９０：基板
９１：導体Ａ
９２：導体Ｂ
９２ａ：開口部
９３：結合孔

Claims (7)

1. 負荷を収納する加熱室と、
   該加熱室に供給するマイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、
   前記加熱室と該マイクロ波発振器の間に設けられ、前記マイクロ波を伝送する伝送路と、
   前記加熱室の外側に設けられ、前記負荷の表面温度を検知する温度検知手段と、
   前記伝送路に反射するマイクロ波を検知する反射波検知手段と、
   前記温度検知手段と前記反射波検知手段の出力に基づいて前記マイクロ波発振器を制御する制御手段と、を具備し、
   前記制御手段は、前記温度検知手段が検知した前記負荷の表面温度が同じであっても、前記反射波検知手段が検知したマイクロ波の反射量または反射比に応じて前記マイクロ波発振器の制御を変えることを特徴とする加熱調理器。
2. 請求項１に記載の加熱調理器において、
   前記温度検知手段が検知した前記負荷の表面温度が０℃であるとき、
   前記反射波検知手段が検知したマイクロ波の反射が大きいときの前記マイクロ波発振器の出力は、反射が小さいときの前記マイクロ波発振器の出力よりも大きいことを特徴とする加熱調理器。
3. 負荷を収納する加熱室と、
   該加熱室に供給するマイクロ波を発振するマイクロ波発振器と、
   前記加熱室と該マイクロ波発振器の間に設けられ、前記マイクロ波を伝送する伝送路と、 前記加熱室の外側に設けられ、前記負荷の表面温度を検知する温度検知手段と、
   前記伝送路に反射するマイクロ波を検知する反射波検知手段と、
   を具備することを特徴とする加熱調理器。
4. 同じ負荷に対して、負荷の表面温度とマイクロ波反射量の両方を同時にあるいは近いタイミングで検知することを特徴とする請求項３に記載の加熱調理器。
5. 前記伝送路が導波管で、前記反射波検知手段が方向性結合器であり、前記導波管において前記加熱室から離れた外側に前記方向性結合器を備えたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の加熱調理器。
6. 前記温度検知手段が赤外線センサであることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の加熱調理器。
7. 前記加熱室の下方に負荷の重量を測定する重量センサを設けたことを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載の加熱調理器。

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