JP5895141B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、被加熱物を誘電加熱する高周波加熱装置に関するものである。

代表的な高周波加熱装置である電子レンジは、代表的な被加熱物である食品を直接的に加熱できるので、なべや釜を準備する必要がない簡便さでもって生活上の不可欠な機器になっている。

近年の高周波加熱調理器では、食品の温度を検出するための赤外線センサを搭載するものが増えてきており、食品の温度をモニタし、最適な温度にあたためることが可能となってきている。

従来の高周波加熱調理器では、加熱開始直後の被加熱物の食品温度をモニタし、その温度によって、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の識別を行い、それによって被加熱物が、設定温度に到達した後、追加加熱を行うか、行わないかを決定する構成としており、冷凍食品など、表面的には温度が高くなっていても、調理物の中身は凍ったままとなるのを、追加加熱することで、食品全体を均一に仕上げることを可能とした、高周波加熱装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００１−３０４５６５号公報

しかしながら、従来の構成では、一般に、赤外線センサが赤外線を検出する範囲は、赤外線センサの視野と呼ばれるが、赤外線の視野の一部には、加熱室の底面や、壁面などの、食品以外も含む場合がある。そのため、加熱室の内側部分が高温であれば、食品が低温であっても、高温とみなされる場合があった。

そのため、従来の加熱調理器では、冷凍食品と正しく判定された場合は、追加加熱がなされ、食品の中心部まで加熱でき、均一な加熱がなされうるが、以前に加熱がなされ、加熱室内の温度が高くなっているときに、加熱がなされた場合、加熱開始時に測定した食品温度が高い温度と見なされ、冷凍食品でない、と判断される場合があった。

この場合、被加熱物が、設定温度に到達した後の追加加熱がなされず、食品の中身が冷たいまま、となる場合が発生してしまうという課題を有していた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、続けて加熱がなされたときも、正しく冷凍食品かの判定を行える構成とすることにより、どのような調理条件下でも、安定した仕上がりが得られる、高周波加熱装置を提供することを目的とする。

本発明の高周波加熱装置は、被加熱物を収納する加熱室と、加熱室に高周波電波を供給する高周波発生手段と、被加熱物からの赤外線エネルギーの放射を検出する赤外線センサにより被加熱物の温度を検出する表面温度検出手段と、加熱室内温度を検出する加熱室温度検出手段と、あたためなどの自動調理を開始させたり被加熱物の仕上がり温度等を設定
させたりするための入力手段と、入力手段および表面温度検出手段からの入力を元に、調理シーケンス制御を実行する制御手段とを備え、表面温度検出手段により測定した、加熱を開始した直後の被加熱物の温度をもって、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の判別を行うための温度しきい値を、加熱室温度検出手段により測定した加熱室内の温度により補正する構成としたものである。

この構成により、以前に調理がなされ、加熱室内の温度が高い状態になったときにも、正しく、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の判別を行うことができ、安定して食品を適温にあたためることができる、高周波加熱装置を提供できる。

本発明の高周波加熱装置は、どんな状況下においても、安定した仕上がり結果を生むことが可能となる、非常に優れた高周波加熱装置を提供することができる。

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 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からみた機械室の構成図 同高周波加熱装置の制御部の電気的構成を示すブロック図 同高周波加熱装置の制御部の制御内容を示すフローチャート 同高周波加熱装置の赤外線センサの温度取得エリアを示す説明図

第１の発明は、被加熱物を収納する加熱室と、加熱室に高周波電波を供給する高周波発生手段と、被加熱物からの赤外線エネルギーの放射を検出する赤外線センサにより被加熱物の温度を検出する表面温度検出手段と、加熱室内温度を検出する加熱室温度検出手段と、あたためなどの自動調理を開始させたり、被加熱物の仕上がり温度等を設定するための入力手段と、入力手段および表面温度検出手段からの入力を元に、調理シーケンス制御を実行する制御手段とを備え、表面温度検出手段により測定した、加熱を開始した直後の被加熱物の温度をもって、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の判別を行うための温度しきい値を、加熱室温度検出手段により測定した加熱室内の温度により補正する構成としたものである。

この構成により、以前に調理がなされ、加熱室内の温度が高い状態になったときにも、正しく、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の判別を行うことができ、安定して食品を適温にあたためることができる、高周波加熱装置を提供することができる。

また、第２の発明は、特に、第１の発明において、表面温度検出手段により、被加熱物の温度が設定温度に到達した時点で、温度検知とし、その後は、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品のそれぞれで、温度検知後に追加加熱を行うか、行わないかを決定する構成としたものである。

この構成により、冷凍食品など、表面温度は一時的に温かくなり、温度検知したとしても、被加熱物の内部温度は低く、凍ったままという事態を、追加加熱することで、内部温度を上げることができ、冷凍食品および冷蔵食品の調理性能を向上させることができる、高周波加熱装置を提供することができる。

また、第３の発明は、特に、第２の発明において、加熱室温度検出手段により、低温環境下であると見なされた場合は、表面温度検出手段により、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の判別結果に関わらず、常温食品とみなし、温度検知後に追加加熱を行わない構成とし
たものである。

この構成により、低温環境下で、常温食品が載せられている以外の箇所の温度が低い時に、表面温度検出手段により、冷凍食品あるいは冷蔵食品と判別されても、常温食品と見なすので、温度検知後に追加加熱がなされることがなくなるので、食品が熱くなりすぎることを防ぐことができる、高周波加熱装置を提供できる。

また、第４の発明は、特に、第１の発明において、表面温度検出手段による温度検知が発生するまでのリミットタイムを設け、リミットタイムが経過するまでの間に、温度検知しない場合は、調理を終了する構成としたものである。

この構成により、何らかの理由で赤外線センサにて温度検知できない状況に陥った場合にでも、程ほどの仕上がりにて調理を終了させることができる。

また、第５の発明は、特に、第４の発明において、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の判定結果により、リミットタイムを異ならせる構成としたものである。

この構成により、初期温度に関わらず仕上がり温度の安定性を図ることが出来、調理性能を向上することができるものである。

また、第６の発明は、特に、第１の発明において、表面温度検出手段により、被加熱物の温度が設定温度に到達した時点において、加熱開始からの経過時間に、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品のそれぞれで異なる係数を乗じて算出された時間の追加加熱を行う構成としたものである。

この構成により、設定温度に到達する時間が長い、大量の食品は、追加加熱時間を長めにすることができる。逆に、設定温度に到達する時間が短い、少量の食品では、追加加熱時間を短くすることができる。

また、掛ける係数を冷凍食品、冷蔵食品、常温食品のそれぞれで異なるようにすることで、食品の開始温度に応じて追加加熱する時間を加減することができるので、仕上がり温度の安定性を図ることが出来、調理性能が向上するものである。

本発明によれば、どんな状況下においても、安定した仕上がり結果を生むことが可能となる、非常に優れた高周波加熱装置を提供することができる。

以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。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は同高周波加熱装置の右側面からみた機械室の構成図、図４は同高周波加熱装置の制御部の電気的構成を示すブロック図、図５は同高周波加熱装置の制御部の制御内容を示す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皿受け台２が挿入されており、皿受け台２の上に被加熱物である食品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である赤外線センサ５（以下、赤外線センサ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加熱室温度検出手段である（以下、加熱室用サーミスタ７と称す）が設けてある。

マイクロコンピューターを主体に構成した制御手段である制御部８は、駆動モータ６の動作を制御したり、赤外線センサ５から得られる食品３の表面温度の信号電圧や加熱室用サーミスタ７から得られる加熱室内の雰囲気温度の信号電圧を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の仕上がりタイミングを検知したり、高周波発生手段であるマグネトロン１４の出力を制御するものである。

加熱室１の前面にはドア１０が開閉可能に設けてあり、さらには、入力手段である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１１（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１３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９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１４が配設されている。マグネトロン１４の右側には裏板１５に取り付けられた冷却ファン１６、エアガイドＡ１７を配置し、マグネトロン１４を冷却する。

マグネトロン１４の左側にはエアガイドＣ１８を設置し、加熱室１内へ風を送り込んでいる。エアガイドＣ１８には、マグネトロン１４の温度を検出する排気サーミスタ１９を設けている。

マグネトロン１４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１４の上部には、マグネトロン１４の出力を可変するインバータ２０を配置してある。インバータ２０と、加熱室１内を照らすランプ２１等の間に前記、赤外線センサ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１１（１１ａ〜１１ｄ）、赤外線センサ５、マグネトロン１４の温度を検出する排気サーミスタ１９、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いて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９を介して、マグネトロン１４、上ヒータ２２、下ヒータ２３、冷却ファン１６、スチームヒータ２４、駆動モータ６を制御している。

マグネトロン１４は、インバータ２０を経由して制御されるので、食品３を加熱する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、作用について図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１１の温度・仕上がりを選択する１１ａの「▲」キーあるいは１１ｂの「▼」キーをタップ操作することで、仕上がり温度を５℃刻みで高く設定したり、低く設定温度を変えたりして、所望の仕上がり温度を選択する（ステップＳ１）。

本実施の形態の高周波加熱装置は、初めに１１ａの「▲」キーあるいは１１ｂの「▼」キーを押した時は仕上がり温度として、４０℃が選択され、以降１１ａの「▲」キーをタップする度に、５℃ずつ仕上がり温度を高く設定し、最高温度９０℃までの設定ができる。

１１ｂの「▼」キーをタップする度に、５℃ずつ仕上がり温度を低く設定し、最低温度である−１０℃まで設定ができる。

次に、使用者が加熱開始を指示するための「スタート」キーを押したら、加熱がスタートする（ステップＳ２）。そして、加熱スタートと同時に駆動モータ６を動作させる。

本発明では、次に加熱室用サーミスタ７の温度の取得を行う（ステップＳ３）。そして、加熱室用サーミスタ７の温度の初回温度を用いて、冷凍判定温度ならびに冷蔵判定温度の補正を下記の計算式に基づき、実施する（ステップＳ４）。

冷凍判定温度＝Ａ１×加熱室用サーミスタ７の温度＋Ｂ１
冷蔵判定温度＝Ａ２×加熱室用サーミスタ７の温度＋Ｂ２
ここで、係数Ａ１、Ａ２は小数点を含む正の所定値であり、所定値Ｂ１，Ｂ２は正・負のどちらの値もとりうる値である。

なお、冷凍判定温度の計算結果は最低をＴ１＿ｍｉｎ、最高をＴ１＿ｍａｘに抑制するものとし、同様に冷蔵判定温度の計算結果も最低をＴ２＿ｍｉｎ、最高をＴ２＿ｍａｘに抑制するものとする。

本実施の形態では、係数Ａ１＝０．６２、所定値Ｂ１＝−５、Ｔ１＿ｍｉｎ＝−５℃、Ｔ１＿ｍａｘ＝２０℃、係数Ａ２＝０．６２、所定値Ｂ２＝＋５、Ｔ１＿ｍｉｎ＝＋５℃、Ｔ１＿ｍａｘ＝３０℃としている。

この場合、仮に加熱室用サーミスタ７の温度が３０℃であった場合、冷蔵判定温度の計算結果は、それぞれ最大値、最小値所定の値で冷凍判定温度は、１３．６℃、冷蔵判定温度は２３．６℃と計算される。

なお、上記の冷凍判定温度、冷蔵判定温度の計算式において、加熱室用サーミスタ７の温度を用いて計算する事例を記載したが、赤外線センサの測定点の中で、食品が実使用上置かれそうにない位置、例えば加熱室１底面の最も端の温度をプレート温度と見なし、
冷凍判定温度＝Ａ１×プレート温度＋Ｂ１
冷蔵判定温度＝Ａ２×プレート温度＋Ｂ２
という計算式にすることでも、同様のことができる。

次に、加熱室用サーミスタ７で取得した、加熱開始時点の加熱室１内の温度が低い状況かを判定する（ステップＳ５）。

このとき、加熱開始時点の加熱室１内の温度が低いと判定された場合は、常温の食品が加熱室１内に入れられていると見なす（ステップＳ６）。具体的に説明すると、本実施の形態では、１０℃以下の環境温度であったら、常温の食品であると見なしている。

その意図は、冷凍食品かの判定温度しきい値を例えば５℃、冷蔵食品かの判定温度しきい値を例えば１２℃とした場合に、環境温度、加熱室１の底面の温度が、例えば８℃であったとしたら、赤外線センサ５で取得する各測定点の温度のなかで、冷凍食品かの判定温度しきい値以下の測定点があると、加熱室１内に入れた食品が常温の食品だったとしても、食品以外の場所の温度が冷凍食品判定温度以下であるので、冷凍食品であると判定されてしまう。その場合、常温食品と判定されたときよりも、余計に加熱されてしまい、加熱しすぎの原因となるためである。

ステップＳ５で、加熱開始時点の加熱室１内の温度が低くないと判定された場合は、赤外線センサ５で測定する各測定点の中で、ステップＳ４で算出した冷凍食品判定温度以下の温度をとる測定点があれば（ステップＳ７）、冷凍食品が加熱室内に入れられていると判定する（ステップＳ８）。

ステップＳ７で、赤外線センサ５で測定する各測定点の中で、ステップＳ４で算出した冷凍食品判定温度以下の温度をとる測定点がなく、冷蔵食品判定温度以下の温度をとる測定点があった場合は（ステップＳ９）、冷蔵食品が加熱室内に入れられていると判定する（ステップＳ１０）。

ステップＳ９で、冷蔵食品判定温度以下の温度をとる測定点がなかった場合は、常温食品つまり冷凍・冷蔵食品が入れられていない、と見なし、ステップＳ６に移行する。

ステップＳ６、Ｓ８、Ｓ１０の次は、加熱開始からの加熱時間がリミット時間に到達したかを判定する（ステップＳ１１）。加熱開始からの加熱時間がリミット時間に到達した場合は、加熱完了とし、加熱を終了する（ステップＳ１２）。

加熱開始からの加熱時間がリミット時間に到達していない場合は、赤外線センサ５で測定する各測定点の中で、設定温度に到達する測定点があるかどうかを判定する（ステップＳ１３）。

ステップＳ１３で、赤外線センサで測定する各測定点の中で、設定温度に到達する測定点がなければ、ステップＳ１１の判定を引き続き行う。ステップＳ１３で、赤外線センサ５で測定する各測定点の中で、設定温度に到達する測定点が見つかった場合、温度検知として、追加加熱時間の計算を行う（ステップＳ１４）。

ステップＳ１４では、温度検知までに経過した加熱時間をＴとすると、追加加熱時間を下記の算出式によって求めるものとする。

追加加熱時間＝Ｔ×係数（係数は冷凍食品判定時、冷蔵食品判定時、常温判定時で、別の値をとる）。例えば、冷凍食品判定時の係数＝０．３とし、温度検知までに経過した加熱時間Ｔを３分００秒とすると、追加加熱時間＝３分００秒×０．３＝５４秒となる。

冷凍食品判定時の係数＝０．１とした場合は、追加加熱時間＝３分００秒×０．１＝１８秒となる。同様に常温食品判定時の係数＝０．０とすれば、追加加熱時間＝３分００秒×０．０＝０秒となり、加熱終了となる。追加加熱のあり・なしは、係数の値を０でない値にするか、０値とするかで決定することができる。あるいは常温食品判定時は、追加加熱を行わないという判定を実施することで、無駄な演算を省くことも可能である。

なお、ステップＳ６において、冷凍食品が実際に加熱室１内に入れられていたとした場合は、加熱開始時点の温度が低いと判定された場合は、常温の食品が加熱室１内に入れられていると見なすとしたが、食品温度が設定温度に到達した後、追加加熱がなされないことととなり、食品の内部温度が冷たい恐れがでてくる。この場合は、一旦常温食品と見なされても、所定時間後に赤外線センサ５で測定する各測定点の中で、開始直後の取得温度から所定温度上昇していれば、その測定点には食品が置かれている、と判定し、その食品が置かれていると判定された測定点の赤外線センサ５で測定した加熱開始直後の温度が、冷凍食品判定温度以下であれば冷凍食品と判定し、あるいは冷蔵食品判定温度以下であれば冷蔵食品と判定し、温度検知後の残時間計算時に、冷凍食品判定時あるいは冷蔵食品判定時の係数をもちいて、ステップＳ１４の追加加熱時間を計算し、追加加熱を行うようにすれば、調理性能の改善を図ることが可能となる。

ステップＳ１４の追加加熱時間計算後は、追加加熱時間を１秒毎に計時し、追加加熱時間の残りが０秒になるまで加熱を継続する（ステップＳ１５）。このときの加熱する電子レンジの出力は、温度検知前と違う出力にしても、しなくても構わない。ステップＳ１５で、追加加熱時間の残りが０秒になれば、加熱完了とし、加熱を終了する（ステップＳ１２）。

図６は、本発明の実施の形態１における高周波加熱装置の赤外線センサの温度取得エリアを示す説明図であり、本実施の形態の赤外線センサ５の読み取り範囲である。

赤外線センサ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。図を見て分かるように、加熱室の右側と左側は赤外線センサの視野から外れるので、食品を適切な温度にはできないため、加熱室底面に印を印刷することで、使用者に食品を置くべき場所を示している。

例えば、食品３ａのように、加熱室中央にきちんと置かれた場合は、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。

しかしながら、加熱室中央から少しずれた位置に置かれた食品３ｂの場合は、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されるため、完全たる食品の温度を取得できない。

この場合、加熱室１内の温度が高い状況下では、実際の食品温度よりも高い温度を検出してしまう。そのため、冷凍食品・冷蔵食品が、高い温度、つまり常温食品と見なされ、温度検知後の追加加熱が行われず、適切な加熱がなされない結果となってしまう。

本実施の形態では、加熱室１内の温度が高い場合は、冷凍食品・冷蔵食品を識別する為の温度判定しきい値を加熱室１内の温度で補正するので、加熱室１内の温度が高くても、冷凍食品・冷蔵食品を識別する為の温度判定しきい値を下げることで、冷凍食品・冷蔵食品を冷凍・冷蔵の食品と判定されやすくすることができる。

以上、本発明の一実施例である実施の形態につき説明したが、発明の主旨を逸脱しない範囲でさらに種々の変更を加えて実施することが可能である。

以上のように、本発明は、さまざまな環境下で、さまざまな食品を加熱しても、安定した仕上がり結果を得ることができ、信頼性の高い高周波加熱装置を提供できるので高周波加熱装置の用途に有効である。

１ 加熱室
３、３ａ、３ｂ 食品（被加熱物）
５ 赤外線センサ（表面温度検出手段）
６ 駆動モータ
７ 加熱室用サーミスタ（加熱室温度検出手段）
８ 制御部（制御手段）
１１ 操作キー（入力手段）
１４ マグネトロン（高周波発生手段）

Claims (6)

1. 被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室に高周波電波を供給する高周波発生手段と、前記被加熱物からの赤外線エネルギーの放射を検出する赤外線センサにより前記被加熱物の温度を検出する表面温度検出手段と、前記加熱室内温度を検出する加熱室温度検出手段と、あたためなどの自動調理を開始させたり、前記被加熱物の仕上がり温度等を設定させたりするための入力手段と、前記入力手段および前記表面温度検出手段からの入力を元に、調理シーケンス制御を実行する制御手段とを備え、前記表面温度検出手段により測定した、加熱を開始した直後の被加熱物の温度をもって、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の判別を行うための温度しきい値を、前記加熱室温度検出手段により測定した加熱室内の温度により補正するとした高周波加熱装置。
2. 前記表面温度検出手段により、被加熱物の温度が設定温度に到達した時点で、温度検知とし、その後は、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品のそれぞれで、温度検知後に追加加熱を行うか、行わないかを決定する構成とした請求項１に記載の高周波加熱装置。
3. 前記加熱室温度検出手段により、低温環境下であると見なされた場合は、常温食品とみなし、温度検知後に追加加熱を行わない構成とした請求項２に記載の高周波加熱装置。
4. 前記表面温度検出手段による温度検知が発生するまでのリミットタイムを設け、リミットタイムが経過するまでの間に、温度検知しない場合は、調理を終了する構成とした請求項１に記載の高周波加熱装置。
5. 冷凍食品、冷蔵食品、常温食品の判定結果により、リミットタイムを異ならせる構成とした請求項４に記載の高周波加熱装置。
6. 前記表面温度検出手段により、被加熱物の温度が設定温度に到達した時点において、加熱開始からの経過時間に、冷凍食品、冷蔵食品、常温食品のそれぞれで異なる係数を乗じて算出された時間の追加加熱を行う構成とした請求項１に記載の高周波加熱装置。