JP2653225B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は冷凍食品の解凍の自動化を実施する高周波加
熱装置に関するものである。

従来の技術 冷凍食品の解凍の自動化に関して、従来から冷凍食品
の重量を測定し、その測定重量と相関をもって加熱時間
を算出する手段がある。第12図に示すように冷凍食品13
の重量は重量センサー39によって測定され、マイクロコ
ンピュータ18へ入力される。測定された重量と加熱時間
は第13図に示す関係から決定される。そのため、重量の
測定精度が解凍の性能に直接影響し、秤としてのゼログ
ラム点の調整によって精度の保証ができた。

発明が解決しようとする課題 ところが、検波センサーの出力電圧はマイクロ波検波
センサーそれ自身の変換効率、加熱室の仕上がり寸法、
マグネトロンなどのマイクロ波電力の発振源のばらつき
によって影響を受け、同じ形状，重量，温度の冷凍食品
でも出力電圧が変化し、結果として解凍の結果に不完全
なものや、でき過ぎといった不具合とあらわれてしまっ
た。

マイクロ波検波センサーはマイクロ波加熱したときの
出力電圧の変化から重量を推定するセンサーであり、重
量センサーと同じくある程度秤としての重量精度が必要
である。

しかし、マイクロ波検波センサーから得られる情報は
加熱室内にある冷凍食品の直接の重量ではなく出力電圧
の変化をとらえて推定した間接重量であるので、測定重
量の較正にはマイクロ波加熱されて得られる出力電圧に
よって決まる重量が必要である。さらに実際の冷凍食品
をマイクロ波で加熱したときと似たマイクロ波検波セン
サー出力電圧が望ましいが、高周波加熱装置の生産現場
において実際の冷凍食品で調整の作業を行なうには冷凍
食品の扱いやそれを保存するための設備の整備の点で支
障があり、重量センサーのように単に重量がわかってい
る物で較正できるというものではなかった。

高周波加熱装置のマイクロ波検波センサーの較正を生
産工場で行なう場合は形の決まった固形物の方が扱いが
容易であるが、高周波加熱装置が販売された後に部品交
換などでサービス時に調整をする場合は身近な物質で生
産工場と同程度較正が行なえる必要がある。

また較正に要する時間は重量センサーの場合、単に重
量を測定するだけなので２〜３秒で調整できるが、マイ
クロ波検波センサーはマイクロ波加熱の手段そのものを
検出する点で一般にターンテーブルなどの均一加熱手段
によってマイクロ波電界が乱されるためこの均一加熱手
段の均一化周期分の平均化が必要でありさらにマイクロ
波発振の安定のための時間が付加され、10数秒かかって
しまい、より容易な調整手段が必要とされた。

課題を解決するための手段 前記課題を解決するために本発明の高周波加熱装置
は、加熱する負荷として冷凍食品の代わりに形を限定し
た樹脂の塊やポリプロピレンなどの低誘電率な樹脂製容
器に収められた水などの液体からなる誘電体の塊を用
い、これを基準負荷としてそれを収納する容器の形状を
マイクロ波加熱したときに冷凍食品と同等のマイクロ波
検波センサー出力電圧が得られるものとし、マイクロコ
ンピュータで演算処理した後の出力電圧相当値を記憶す
るための可変抵抗器などの機械的または不揮発半導体な
どの電気的記憶部へ係数として記憶し、前記冷凍食品を
解凍するための加熱時間を計算およびマグネトロンの高
周波出力を決定する際に前記係数を用いる制御手段から
なるものである。

作用 食品の初期温度や凍結状態はマイクロ波検波センサー
によって検知される。即ち加熱室内のマイクロ波の分布
状態は食品の状態によって影響を受ける。したがってマ
イクロ波の分布を何らかの手段で検知しておけば食品の
状態を知ることができる。この原理を応用したのがマイ
クロ波検波センサーである。マイクロ波検波センサーは
加熱室内のマイクロ波のエネルギーを検波ダイオードで
検波し、平滑化して直流信号の出力電圧に変換するもの
である。加熱室内の食品が凍結しているときにはマイク
ロ波加熱の特性上、食品から反射されるエネルギー量が
比較的大きく、そしてこの反射エネルギー量は重量に逆
比例する。加熱が進み、食品に吸収されるエネルギー量
が増えてくるにつれて、反射されるエネルギー量がしだ
いに減少してくる。したがってマイクロ波検波センサー
の出力電圧の変化をみていくと食品の加熱状態を知るこ
とができる。食品の重量は加熱当初のマイクロ波検波セ
ンサーの出力との相関から推定でき、食品の初期温度と
加熱状態の変化は相関が取れているので、一定時間のマ
イクロ波検波センサーの出力電圧の変化を見ていれば、
食品の初期温度を知ることができる。推定重量と初期温
度が分かれば必要な解凍エネルギーは容易に算出でき、
加熱時間と加熱出力を知ることができる。

一方、高周波加熱装置を量産する場合、マイクロ波検
波センサー，加熱室の仕上がり寸法，マグネトロンなど
のマイクロ波発振源の出力電力等々のばらつきがあり、
同じ形状，重量，温度の冷凍食品であってもマイクロ波
検波センサーの出力電圧は異なり、結果として満足な解
凍結果を得ることが困難であったが、常温で使用でき、
取り扱いが容易な樹脂の塊や入手が容易な水を形状の決
まった容器に収めることでマイクロ波検波センサーの出
力電圧の較正ができるため、冷凍庫などの特別な設備を
必要とせず、また部品交換などのサービス時の較正にも
簡単な容器を用意することで精度よく較正できる。

実施例 以下本発明の一実施例について図面に基づいて説明す
る。

第１図において、マグネトロン１によって励振された
高周波は導波管２によって加熱室３内に導かれ、食品13
に吸収される。加熱室３の天井部にはマイクロ波検波セ
ンサー（以下、検波センサーと言う）11が穴12に直角に
取付けられている。食品13は均一加熱のためターンテー
ブル14上に載せられ、ターンテーブル14はターンテーブ
ルモーター15によって回転させられる。一方、検波セン
サー11によって測定されたマイクロ波の強さは出力電圧
として増幅回路16で増幅された後、マイクロコンピュー
タ（以下マイコンという）18に入力される。マイコン内
部では可変抵抗器38の抵抗値で決定される電圧値が入力
され、先に入力された検波センサーの出力電圧との間で
演算され、マイクロ波を発生するマグネトロン１を駆動
させる高圧電源36の駆動時間、出力電力を制御する。可
変抵抗器38の調整はマイクロコンピュータ18の動作を検
波センサーの較正モードに設定したのち、表示部35にあ
らわれる数値を規定値に合わせる手段で行なう。

第２図は検波センサー11の分解斜視図であり、プリン
ト基板20上にエッチングされた銅箔パターン19とチップ
部品21で構成されており、エッチングで形成されたアン
テナ22を加熱室３に穿たれた穴12に対向して取付け板23
を介して設置されている。加熱付３から穴12を通って漏
洩したマイクロ波はアンテナ22にて捕えられる。

また第３図に検波センサー11の電気回路図を示す。検
波ダイオード24で検波されたマイクロ波電圧はフィルタ
ー部25によって低周波分のみを通過させ、平滑部26で直
流化されて、検波センサー11の出力電圧となる。

第４図に検波センサー11出力と食品の重量との関係を
示す。加熱当初の検波センサー出力は食品の重量が大き
いほど小さいという特性から、重量Ｗが推定できる。出
力電圧から重量が推定できるのは同図で太線に対応した
換算ができる場合に正しく行なわれ、たとえば1.0Vの出
力電圧の場合、310gと換算される。しかし、検波センサ
ーからの出力電圧が高めのとか低めであれば、225gや45
0gといったように誤差の多い結果となって解凍のできに
影響を与えてしまう。

第５図（ａ）は検波センサーの較正に使用する基準負
荷17の外観図である。ベークライトやエポキシといった
樹脂材料の塊を加熱室のターンテーブルの中央に置きマ
イクロ波加熱した時の出力電圧を基準値に調整して検波
センサーの較正を行なう。形が決まっているため、取り
扱いが容易で高周波加熱装置の量産には都合がよい。

第９図はマイコン18内部のデータフローを示す図であ
る。検波センサー11の出力VOは増幅回路16に増幅されLO
となる。基準負荷を加熱したときの出力電圧相当値はマ
イコンの入力値L1としてマイコン18の外部に接続された
可変抵抗器38に電圧値として記憶される。可変抵抗器38
はマイコンの基準電圧を分圧する形で電圧値をマイコン
に入力している。記憶には可変抵抗器38の抵抗値で決定
する分圧値をマイコン内部に取り込んだ値と予めマイコ
ン内部に用意しておいた値との比較を行ない結果を表示
部35に表示し、表示内容を見ながら可変抵抗を操作する
ことで実現できる。マイコン内部で扱っている値をレベ
ルといい、検波センサー出力電圧とレベルとの関係は第
10図のようにきまる。

通常の検波センサー出力電圧LOはマイコン内部でソフ
トアンプ27でマイコン18の内部で演算による増幅が行な
われ、Ｌレベルとなる。ソフトアンプ27の増幅率Afの決
定は基準負荷を加熱したときのL1レベルを基準負荷時出
力値28Lrefレベルとしてマイコン外部には可変抵抗器38
に保存され、解凍加熱が行なわれる毎に基準値30Lrefレ
ベルと比較し、ソフドゲインがAf＝Lref/L1で算出され
る。Ｗ演算部29で重量Ｗが計算され、Ｔ演算部32で加熱
時間Ｔが計算される。加熱出力処理部34でマグネトロン
の加熱シーケンスを決め、加熱時間Ｔはタイマー部33に
設定され、高圧電源36を駆動しマグネトロンの発振電力
および時間を制御する。また外部の表示部35にも減算中
の内容が表示される。

基準負荷として樹脂の塊は物体としての取り扱いは大
変容易であるが、繰り返し高周波加熱を続けていくと樹
脂の温度が上昇し形状が変化したり、誘電率が変わって
正確な較正に支障を来たすために冷却が必要なほか、高
周波加熱装置の部品交換などで再較正を行なう必要が出
てきたときに身近な負荷ではなかった。第５図（ｂ）は
身近な負荷で検波センサーを較正させるための基準負荷
容器19の外観図である。容器の材料にはポリプロピレン
などの誘電率の比較的小さなものを用い、この中に水を
入れて高周波加熱した時の出力電圧を基準値に調整する
手段がある。第６図はこの基準負荷容器を使ったとき、
中にいれる水量と出力電圧との特性図で、出力電圧は必
ずしも水量に比例せず特に水量が非常に少なく軽負荷の
空焼状態と呼ばれる部分では第16図のa,b,cのように出
力電圧は安定しないが、250ccのように水量が少々違っ
ても出力電圧が一定している部分がある。較正にはこの
ような安定している部分を持つ容器を用いるのが望まし
い。一方、第７図のように底面積が小さな形の容器を用
いた場合の水量と出力電圧との関係では、全体としては
第６図と同じような傾向を示しているにもかかわらず、
わずかな水量の変化で出力電圧が大きく波打っており安
定した部分がない。このような状態ではある出力電圧を
維持するために精密な水量管理を必要とし、使いにくい
形状といえる。第８図はこういった容器の形と出力電圧
の安定度合の傾向をまとめ、容器の底面積と出力電圧安
定度の関係で示した図である。較正には負荷の量に対す
る出力電圧の安定度のよい形状の容器を使用する。

基準負荷時出力値を可変抵抗器に保存するとき調整方
法として第９図の表示部35レベル表示内容を頼りに、第
11図（ａ）のように表示部左２桁にLref、右２桁にL1を
表示し左右２桁の内容を一致させるように可変抵抗器を
調整する手段が従来用いられていたが、同図（ｂ）では
L1−Lrefの演算を行なったあとの値を表示し、これをゼ
ロに調整する手段をとれば調整作業を短時間で済ませる
ことができる。さらに調整値を故意に高め、低めにさせ
るきにも（ａ）の手段に比べて（ｂ）のほうが一律２レ
ベル高めといったように対応が容易で広範囲である。

なお出力電圧の測定にはマイクロ波検波センサーでは
通常均一加熱させるために用いられるターンテーブルな
どによる出力電圧の平均化をするに足りる時間が必要で
ある。

発明の効果 以上のように本発明によれば被加熱物の重量と初期温
度を非接触の検波センサーで検出するに際し、高周波加
熱装置を量産する場合、検波センサー自身の出力信号，
加熱室の仕上がり寸法，マイクロ波電力のマグネトロン
などの発振源ばらつきによって影響を受け、同じ形状，
重量の冷凍食品でも出力信号の値が異なり、結果として
満足な解凍が結果が得ることが困難であったものが、取
り扱いが容易な樹脂の塊や入手が容易な水で検波センサ
ーの出力電圧のばらつきを抑えるための較正に活用でき
るため、特別な設備を必要とせず、部品交換などのサー
ビス時の較正にも簡単な容器を用意することで精度よく
対応できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である高周波加熱装置のシス
テム構成図、第２図は同装置の検波センサーの分解斜視
図、第３図は同装置の検波センサーの電気回路図、第４
図は同装置の加熱する冷凍食品の重量と検波センサー出
力電圧の特性図、第５図（ａ）は同装置の検波センサー
の較正に使用する樹脂の塊の斜視図、同図（ｂ）は同装
置の検波センサーの較正に使用する水を入れる基準負荷
容器の斜視図、第６図は同装置の基準負荷容器を使用し
たときの水量と出力電圧の特性図、第７図は同装置の形
状の異なる負荷容器を使用したときの出力電圧との特性
図、第８図は同装置の基準負荷容器の内側底面積と出力
電圧安定度合との特性図、第９図は同装置のマイクロコ
ンピュータの処理内容示す原理構成図、第10図は同装置
の出力電圧とマイコンが扱うレベルとの特性図、第11図
（ａ），（ｂ）は同装置のレベル調整をするときの表示
部の正面図、第12図は従来例の重量センサーを用いた高
周波加熱装置のシステム構成図、第13図は冷凍食品の重
量と加熱時間の特性図である。 １……マグネトロン、３……加熱室、11……マイクロ波
検波センサー、16……増幅回路、18……マイクロコンピ
ュータ。

フロントページの続き (72)発明者 森山 智美 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 吉野 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 酒井 伸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平３−199821（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−84025（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−291837（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−169270（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】食品を載置する加熱室と、前記加熱室内の
   食品にマイクロ波エネルギーを供給するマグネトロン
   と、前記加熱室内の冷凍食品からのマイクロ波エネルギ
   ーの反射量を検出するマイクロ波検波センサーと、前記
   マイクロ波検波センサーからの出力電圧を演算処理する
   マイクロコンピュータと、前記加熱室内の基準負荷をマ
   イクロ波加熱したときの前記マイクロ波検波センサー出
   力電圧を前記マイクロコンピュータで演算処理した後の
   出力電圧相当値を記憶するための可変抵抗器などの機械
   的または不揮発半導体記憶素子などの電気的記憶部を有
   し、前記基準負荷が樹脂等の誘電体で構成され高周波加
   熱したときの前記マイクロ波検波センサー出力電圧相当
   値を前記記憶部へ係数として記憶し、前記冷凍食品を解
   凍するための加熱時間の計算およびマグネトロンの高周
   波出力を決定する際に前記係数を用いる制御手段からな
   る高周波加熱装置。
2. 【請求項２】基準負荷はポリプロピレンなどの低誘電率
   の樹脂製容器に収められた水などの液体で構成された請
   求項１記載の高周波加熱装置。
3. 【請求項３】出力電圧相当値を記憶部へ記憶させるとき
   にあらかじめマイクロコンピュータに記憶させておいた
   基準値との差を表示部へ表示させた請求項２記載の高周
   波加熱装置。