JPH05217669A

JPH05217669A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH05217669A
Application number: JP1714692A
Authority: JP
Inventors: Ryoji Minagawa; 良司皆川; Kenichi Ito; 賢一伊藤; Hiroshi Ootsuka; 洋俟大塚; Masashi Osada; 正史長田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1992-01-31
Filing date: 1992-01-31
Publication date: 1993-08-27
Anticipated expiration: 2015-01-11
Also published as: JP2996799B2

Abstract

(57)【要約】【目的】食品量を推定することができ、最適な解凍を
行える高周波加熱装置を得る。【構成】加熱室１内のそれぞれ異なる複数の位置に配
置された高周波検出素子２１により高周波を検出し、高
周波検出素子２１の検出信号に基づき加熱室１内に置か
れた食品３の負荷量を検出回路２３により検出する。検
出結果に基づき食品量に応じた最適な解凍を行う。ま
た、高周波検出素子２１と熱検出素子２２は同一構造で
あり、両者の出力の差を用いることにより、オーブン加
熱直後等でも正確な食品量検出を行える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、食品の解凍及び加熱調
理を自動化する高周波加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、食品の解凍を自動化する高周波加
熱装置並びにオーブン機能を有する高周波加熱装置が知
られている（特開平３−２１９５８７号公報参照）。図
７に示すように、この高周波加熱装置は食品が出し入れ
される加熱室１を有しており、加熱室１には加熱室１内
へ高周波電力を供給する高周波放射手段としてのマグネ
トロン２が付設されている。更に、加熱室１内には、食
品３を載置して回転するターンテーブル４が設けられて
おり、このターンテーブル４により高周波電力が食品３
を均一加熱する。さらに、この高周波加熱装置は、食品
３に吸収されない高周波を受信するアンテナ５を有して
いる。

【０００３】アンテナ５には、アッテネータ６を介して
検波手段７が接続されている。アッテネータ６はアンテ
ナ５の受信出力を減衰させ、検波手段７は減衰した信号
を検波する。検波手段７には、Ａ／Ｄ変換器８を介し制
御手段９が接続されている。Ａ／Ｄ変換器８は検波手段
７のアナログ出力をディジタル変換し、マイクロコンピ
ュータ等で構成され各部を制御する制御手段９に出力す
る。制御手段９は、この出力に基づき各部を制御する。

【０００４】制御手段９には、ターンテーブル４を駆動
するモータ１０、マグネトロン２を冷却するファン１
１、マグネトロン２への出力を可変する出力可変駆動手
段１２が接続されている。なお、出力可変駆動手段１２
は高圧トランス１３を介してマグネトロン２と接続され
ている。

【０００５】また、検波手段７は、図８に詳示するよう
に、抵抗１４、１６、１７と、検波ダイオード（例えば
ショットキーバリアダイオード）１５、およびコンデン
サ１８から構成されている。

【０００６】次にこの従来例の動作について説明する。

【０００７】冷凍食品を解凍する場合、ターンテーブル
４上に食品３を載置し、図示しない操作部により解凍モ
ードを選択する。さらにスタートスイッチが押される
と、制御手段９は、モータ１０によりターンテーブル４
を駆動すると共に、出力可変駆動手段１２により高圧ト
ランス１３を介してマグネトロン２へ電力を供給し、更
にマグネトロン２を冷却するファン１１を駆動する。そ
して、マグネトロン２は、加熱室１内へ高周波電力を供
給し、この高周波電力により食品３を加熱する。

【０００８】この際、アンテナ５は、食品３に吸収され
なかった高周波を受信し、受信した高周波信号１００は
アッテネータ６により減衰される。減衰した信号１０１
は検波手段７により検波され、検波手段７の出力１０２
はＡ／Ｄ変換器８によりディジタルに変換される。変換
された信号１０３は制御手段９に入力され、制御手段９
はこの信号１０３をターンテーブル４の１周期ごとに積
分する。すなわち、加熱室１内に設けたアンテナ５を用
いて検波手段７の出力を得て、食品３の誘電体損失の温
度依存性と検波手段７の出力との関係を用い、食品３の
解凍状態を間接的に把握する。制御手段９は、積分値に
基づきターンテーブル４、ファン１１および出力可変駆
動手段１２を制御する。

【０００９】例えば、冷凍された食品３の温度が徐々に
上昇し−２°Ｃ付近になると、検波手段７の検波電圧が
急激に低下し、積分電圧も低下する。これは、食品３の
一部が氷点付近になったため誘電体損失が増加し、その
部分に高周波電力が吸収され始める結果、検波手段７に
より検波される高周波電力が相対的に減少するからであ
る。

【００１０】そして、制御手段９は、積分電圧の変化が
徐々に減少しほぼ変化が無くなった時点で解凍が終了し
たと判断し、モータ１０、ファン１１、および出力可変
駆動手段１２を制御する。このように、従来の装置は、
冷凍食品３の解凍を自動的に行う。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の装
置によれば、検波手段の出力から食品の解凍状態を相対
的に推定できる。しかし、食品の量に関しては、食品の
形状、大きさ、載置位置による検波手段の出力変化が大
きいため推定困難であった。

【００１２】この発明は、上記のような課題を解消する
ためになされたもので、食品の形状、大きさ、載置位置
にかかわらず食品量を推定でき、最適な加熱を行うこと
が可能な高周波加熱装置を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明の請求項１は、食品が出し入れされる
加熱室と、加熱室内へ高周波電力を放射する高周波放射
手段と、加熱室内の異なる位置に配置され高周波電力を
検出する複数の高周波検出素子と、高周波検出素子から
の検出信号に基づき加熱室内に置かれた食品量を検出す
る検出手段と、検出手段の検出結果に基づき高周波放射
手段を制御する制御手段と、を備えることを特徴とす
る。

【００１４】また、本発明の請求項２は、高周波検出素
子が、加熱室内に設けられ高周波電力を吸収することに
より自己発熱する発熱体と、発熱体の温度を検出する温
度検出体と、を含み、高周波電力を発熱体の温度上昇と
して検出することを特徴とする。

【００１５】そして、本発明の請求項３は、高周波検出
素子が、加熱室内に設けられ高周波電力を吸収すること
により自己発熱する発熱体と、発熱体の温度を検出する
温度検出体と、を含み、高周波からシールドされた状態
で高周波検出素子の近傍に配置され、高周波検出素子の
近傍の温度を高周波検出素子とほぼ同様の特性で検出す
る熱検出素子と、高周波検出素子からの検出信号と熱検
出素子からの検出信号の差を求め、高周波電力による温
度上昇を示す信号を出力する作動増幅器と、を備え、検
出手段が、食品量を作動増幅器の出力に基づき検出する
ことを特徴とする。

【００１６】

【作用】この発明の請求項１に係る高周波加熱装置にお
いては、高周波放射手段により加熱室内へ放射された高
周波電力が、それぞれ加熱室内の異なる位置に配置され
た複数の高周波検出素子により検出される。さらに、検
出手段により、高周波検出素子からの検出信号に基づき
加熱室内に置かれた食品量が検出される。そして、検出
結果に基づき高周波放射手段が制御され、食品量を考慮
にいれた最適な解凍・加熱調理が実施される。なお、こ
のとき、高周波放射手段の制御を駆動手段の制御として
行ってもよい。駆動手段は、高周波放射手段の高周波出
力を変化させる。

【００１７】また、請求項２においては、高周波電力が
発熱体の温度上昇として検出される。従って、ターンテ
ーブルの回転による高周波電力の検出結果の変動が少な
くなり、積分処理が不要となり、高周波回路が小規模と
なる。

【００１８】そして、請求項３においては、高周波検出
素子と熱検出素子とがほぼ同様の温度特性を有する。す
なわち両者はほぼ同一の構成を有しており、例えばヒー
タの加熱による温度上昇は両者の出力に同様に現れ、高
周波電力による温度上昇は高周波検出素子の出力のみに
現れる。従って、両者の出力の差を示す差動増幅器の出
力に基づき食品量の検出を行うことにより、例えばヒー
タによる加熱（オーブン）機能を使用した直後に高周波
加熱を行った場合でも、高周波による温度上昇を正確に
知ることができ、良好な食品量検出が可能である。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図を用いて説明
する。

【００２０】図１は、本発明の一実施例に係りオーブン
機能を有する高周波加熱装置を示す概略構成図である。

【００２１】この実施例は、図１に示すように食品が出
し入れされる金属で囲われた加熱室１を有している。加
熱室１内には、加熱室１へ高周波電力を供給するマグネ
トロン２が付設されており、熱を供給するヒータ２０が
加熱室１内の上部および下部に配置されている。更に、
加熱室１内には、食品３が載置されこの食品３が高周波
電力により均一加熱されるように回転するターンテーブ
ル４が設けられており、かつ加熱室１内のドアー部分を
除く垂直壁１ａ、１ｂ、１ｃ（図２参照）には、食品３
に吸収されない高周波電力を受信する高周波検出素子２
１が配設されている。さらにこの高周波検出素子２１の
近傍には、加熱室１内の熱を検出する熱検出素子２２が
配設されている。

【００２２】そして、高周波検出素子２１および熱検出
素子２２には、高周波検出素子２１の検出信号および熱
検出素子２２の検出信号に基づき加熱室１内に置かれた
食品３の量を検出する検出回路２３が接続されている。
検出回路２３には、検出回路２３の出力により各部を制
御する制御手段９が接続されており、制御手段９には、
ターンテーブル４を駆動するモータ１０と、マグネトロ
ン２を冷却するファン１１と、マグネトロン２への出力
を可変する出力可変駆動手段１２と、ヒータ駆動回路３
０を介してヒータ２０とが接続されている。制御手段９
はマイクロコンピュータとして構成され、検出手段２３
のアナログ出力を入力した後ディジタル変換し、適当な
加熱時間とマグネトロン２から出力する高周波電力を算
出する。なお、出力可変駆動手段１２は高圧トランス１
３を介してマグネトロン２と接続されており、高圧トラ
ンス１３に印加する電圧のオン時間及びオフ時間を制御
してマグネトロン２から出力する高周波電力の平均電力
を変化させる。

【００２３】また、高周波検出素子２１は、図３に詳示
するように、リニア温度係数抵抗３２と、リニア温度係
数抵抗３２を覆うフェライトの微粉末と接着剤の混合物
２４とから構成されている。フェライトの微粉末と接着
剤の混合物２４は、高周波を吸収して自己発熱し、リニ
ア温度係数抵抗３２の抵抗値は温度の上昇に伴いリニア
に増加する。更に、熱検出素子２２は、リニア温度係数
抵抗３２と、リニア温度係数抵抗３２を覆うフェライト
の微粉末を接着剤により混合して形成した発熱体２４と
から構成されており、高周波検出素子２１と同一構造で
ある。また、その表面にはマイクロ波を反射するシール
ド２５が形成されており、各素子２１、２２のリニア温
度係数抵抗３２には同一のものを使用する。加熱室１内
の垂直壁１ａ、１ｂ、１ｃには、それぞれ互いに近接し
た位置に２個の穴２６、２７が穿設されている。高周波
検出素子２１および熱検出素子２２の検出面は穴２６、
２７に嵌入しており、また、穴２６、２７と高周波検出
素子２１および熱検出素子２２の外縁部分とが食い違う
ことにより高周波の漏洩を完全に遮断している。さら
に、高周波検出素子２１と熱検出素子２２の間及び各素
子２１、２２と垂直壁１ａ，１ｂ，１ｃの間には、熱が
伝導しにくいようにそれぞれ熱絶縁を施す。

【００２４】検出回路２３は、図４に詳示するように、
差動アンプ２８を備えている。差動アンプ２８のマイナ
ス入力には、熱検出素子２２とプルアップ抵抗Ｒ₁₀の接
続点が抵抗Ｒ₁を介して接続されており、差動アンプ２
８のプラス入力には高周波検出素子２１とプルアップ抵
抗Ｒ₁₁の接続点が抵抗Ｒ₃を介して接続されている。各
接続点の電圧をそれぞれＶ₁、Ｖ₂とし、Ｒ₁＝Ｒ₃、
Ｒ₂＝Ｒ₄、Ｒ₁₀＝Ｒ₁₁とすると、差動アンプ２８の出
力Ｖ₀、すなわち高周波による発熱体２４の発熱温度は
相対的に次式で求められる。

【００２５】Ｖ₀＝（Ｒ₂／Ｒ₁）（Ｖ₂−Ｖ₁）異なる位置に設けた高周波検出素子２１の出力を検出す
る差動アンプ２８（３個）の出力は、それぞれ平均化処
理手段２９に入力される。平均化処理手段２９では入力
された電圧Ｖ_0a、Ｖ_0b、Ｖ_0cの相互の差を算出し、差が
最も少ない２つの出力電圧の平均値を求めるものであ
る。温度差検出手段３１は３つの熱検出素子２２の出力
電圧Ｖ₂の差から加熱室１内の温度分布を検出する。

【００２６】ここに、出願人は、図５に示すように、食
品３として例えば水を用いた実験により、食品量と出力
電圧との関係を求めている。この図では、加熱室１内の
垂直壁１ａ、１ｂ、１ｃのそれぞれの高周波検出素子２
１に係る出力電圧Ｖ₀をＶ_0a、Ｖ_0b、Ｖ_0cと表してい
る。実験の結果、食品量（負荷量）が増大するとともに
この電圧Ｖ₀が低下すること、すなわち差動アンプ２８
の出力電圧Ｖ_0a、Ｖ_0b、Ｖ_0cがそれぞれ低下することが
判明している。高周波検出素子２１に係る出力電圧Ｖ₀
（Ｖ_0a、Ｖ_0b、Ｖ_0c）は食品の大きさ、形によってばら
つきが大きく出る。したがって、このように、３個の差
動アンプ２８の出力のうち値の近い２個の平均値を求め
ると図５に示すようになり、食品量と出力電圧Ｖ₀の間
に簡単な相関関係があることがわかる。

【００２７】図６は、本実施例の高周波加熱装置を用い
て冷凍食品（冷凍したサシミ）を解凍加熱したときの検
出回路２３の出力電圧時間変化を示している。食品３が
氷点以下の状態（冷凍状態）では誘電率が低いため高周
波電力は食品３に吸収されず、この結果出力電圧Ｖ₀が
大きくなる。また、氷点に近くなると水分の部分が増加
し高周波電力を吸収するようになり、この結果出力電圧
が低下する。この後、食品３がほぼ水分状態となると、
高周波電力の吸収状態に大差がなくなり、出力電圧低下
は緩やかになる。従って、出力変化に基づいて解凍状態
及び解凍の完了を検出できる。

【００２８】次に、本実施例の作用について説明する。

【００２９】食品を高周波電力により加熱する場合、す
なわち電子レンジとして機能させる場合には、まずター
ンテーブル４上に食品３を載置し図示しない操作部によ
り加熱モードを選択する。この後スタートスイッチが押
されると、制御手段９は、モータ１０によりターンテー
ブル４を駆動すると共に、出力可変駆動手段１２により
マグネトロン２へ高圧トランス１３を介して出力を供給
し、更にマグネトロン２を冷却するファン１１を駆動す
る。そして、マグネトロン２は、加熱室１内へ高周波を
供給し、この高周波により食品３を加熱する。この際、
制御手段９は、加熱初期に食品量を正確に検出するため
一定量の高周波電力（例えば５００Ｗ）を出力するよう
に出力可変手段１２を制御する。

【００３０】この際、高周波検出素子２１の発熱体２４
は、食品３に吸収されなかった高周波電力を吸収して自
己発熱し、この熱により高周波検出素子２１のリニア温
度係数抵抗３２の抵抗値が増加する。これに対し、シー
ルド２５により高周波電力が反射されるため熱検出素子
２２は高周波電力を吸収せず、熱検出素子２２の発熱体
２４が自己発熱することはない。差動アンプ２８は、高
周波検出素子２１及び熱検出素子２２の出力を入力して
差動増幅し、検出回路２３は、差動アンプ２８の出力電
圧Ｖ_0a、Ｖ_0b、Ｖ_0cを平均値処理し、その結果に基づき
加熱室１内に置かれた食品３の量を検出する。更に、検
出回路２３は、検出した食品量を制御手段９へ出力し、
制御手段９は、この食品量に基づきターンテーブル４、
ファン１１および出力可変駆動手段１２を制御し、食品
３の自動加熱を行う。

【００３１】このように、加熱初期に食品量が検出でき
るため、出力可変駆動手段１２を制御し加熱時間や加熱
時の高周波出力を制御することにより、最適加熱を得る
ことができる。

【００３２】また、図示しない操作部によりオーブンモ
ードが選択され使用された直後や、周囲温度の変化が生
じたとき、高周波検出素子２１の出力電圧Ｖ₂がこれに
伴い変化する。本実施例では、高周波検出素子２１が同
一構造の熱検出素子２２と並置されているため、このよ
うな熱に因る高周波検出素子２１及び熱検出素子２２の
出力変化は同一となる。従って、差動アンプ２８の出力
は、高周波電力によって高周波検出素子２１が発熱した
場合にのみ得られ、オーブンモードの際等のように高周
波検出素子２１と熱検出素子２２が同時に温度上昇する
場合には得られない。したがって、熱検出素子２２の出
力Ｖ₁を計測することでオーブンの温度を検出すること
ができ、複数の設置場所の熱検出素子２２の出力のバラ
ツキから加熱室１内の温度分布を検出できる。この分布
に従って、ヒータ駆動回路３０を介してヒータ２０を制
御して食品に応じた最適加熱になるよう制御手段９が動
作する。

【００３３】また、冷凍食品を解凍する場合、図示しな
い操作部により解凍モードを選択し、スタートキーを押
す。これに応じ、制御手段９は、出力可変手段１２から
高圧トランス１３を介してマグネトロン２へ電力を供給
し、マグネトロン２は、加熱室１内に高周波電力を供給
する。解凍時は食品３が均一に解凍されるように高周波
電力を小さく（例えば２００Ｗ）し、高周波で食品３に
部分的発生した熱が食品３全体に拡散（熱伝導）するよ
うにする。このとき、検出手段２３の食品量出力は徐々
に低下し、変曲点が現れるｔ₀付近で解凍が終了する。
また解凍時間を短くするために図６に示すように高周波
電力を制御する。すなわち、食品３が氷点以下の場合は
出力を大きくして速く氷点に至るようにし、氷点に近付
いたら出力を低下させ、食品３を、熱伝導により均一に
解凍させる。この後、出力電圧に変曲点が現れるｔ₀付
近で解凍が終了する。

【００３４】なお、上述実施例においては、熱検出素子
２２にリニア温度係数抵抗３２を用いたが、これに限ら
ず、サーミスタ等、温度上昇を検出可能なものを用いれ
ばよい。また、高周波検出素子２１および熱検出素子２
２を３個ずつ設けたが、本発明は高周波検出素子２１お
よび熱検出素子２２の数に限定されるものではない。な
お、高周波検出素子２１および熱検出素子２２を３個ず
つ以上設けた場合に差動アンプ２８の出力電圧Ｖ₀の最
大と最小とを除いたものの平均をとるようにすること
や、各出力電圧からファジイ推論を用いて食品量を推論
したり、ニューラルネットワークを用いて検出すること
も有効である。更に、高周波検出素子２１と熱検出素子
２２とは熱絶縁して相互干渉を低減することが望まし
い。又、各素子２１、２２の設置位置は加熱室１の大き
さ、形状、マグネトロン２からの高周波出力位置等によ
り選択し、最適な検出出力が得られるようにする。従っ
て、垂直壁１ａ，１ｂ，１ｃに限られない。さらに、高
圧トランス１３に代え、インバータ等を用いて出力可変
手段１２を構成しても良い。

【００３５】さらに、高周波検出素子２１の発熱体２４
として、フェライト微粉体と接着剤の混合物を用いたが
これに限定されるものではなく、フェライトを所定の形
状に焼成し、そこにリニア温度係数抵抗３２など温度を
検出する素子を密着させるものでもよい。また発熱体２
４のフェライトに限定されず高周波電力を吸収して発熱
するものであればよい。

【００３６】熱検出素子２２は、高周波による加熱のみ
に使用する場合は必ずしも必要ないがくり返して、加熱
調理したり、周囲温度が変化する状態でも正確に食品量
を検出するためには有効である。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
加熱室内の異なる位置に配置された複数の高周波検出素
子により高周波電力を検出し、高周波検出素子からの検
出信号に基づき加熱室内に置かれた食品量を検出して高
周波放射手段の制御を行うようにしたため、食品量を考
慮にいれた最適な解凍・加熱調理が可能になる。なお、
高周波放射手段の制御を駆動手段の制御として行っても
よい。

【００３８】また、請求項２によれば、高周波電力を発
熱体の温度上昇として検出するようにしたため、ターン
テーブルの回転による高周波電力の検出結果の変動が少
なくなり、積分処理が不要となり、高周波回路が小規模
となる。

【００３９】そして、請求項３によれば、ほぼ同一の構
成、ほぼ同様の温度特性の高周波検出素子及び熱検出素
子を用い、熱検出素子を高周波検出素子の近傍に配置し
高周波からシールドしたため、両者の出力の差を示す作
動増幅器の出力に基づき食品量の検出を行うことによ
り、例えばヒータによる加熱（オーブン）機能を使用し
た直後に高周波加熱を行った場合でも、高周波による温
度上昇を知ることができ、良好な食品量検出が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るオーブン機能を有する
高周波加熱装置を示す概略構成図である。

【図２】本発明の一実施例に係るオーブン機能を有する
高周波加熱装置を示す斜視図である。

【図３】本発明の一実施例に係る高周波検出素子および
熱検出素子を示す斜視図である。

【図４】本発明の一実施例に係る検出回路を示す回路図
である。

【図５】本発明の一実施例に係る検出回路の出力電圧と
負荷量との関係を示す図である。

【図６】本発明の一実施例に係る検出回路の出力電圧の
時間に対する変化を示す図である。

【図７】従来の高周波加熱装置を示す概略構成図であ
る。

【図８】従来の検出回路を示す回路図である。

【符号の説明】

１加熱室２マグネトロン３食品４ターンテーブル９制御手段１２出力可変駆動手段２０ヒータ２１高周波検出素子２２熱検出素子２３検出回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者長田正史神奈川県鎌倉市大船二丁目14番40号三菱電機株式会社生活システム研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】食品が出し入れされる加熱室と、加熱室内へ高周波電力を放射する高周波放射手段と、加熱室内の異なる位置に配置され高周波電力を検出する
複数の高周波検出素子と、高周波検出素子からの検出信号に基づき加熱室内に置か
れた食品量を検出する検出手段と、検出手段の検出結果に基づき高周波放射手段を制御する
制御手段と、を備えることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項２】請求項１記載の高周波加熱装置におい
て、高周波検出素子が、加熱室内に設けられ高周波電力を吸収することにより自
己発熱する発熱体と、発熱体の温度を検出する温度検出
体と、を含み、高周波電力を発熱体の温度上昇として検出することを特
徴とする高周波加熱装置。
【請求項３】請求項１記載の高周波加熱装置におい
て、高周波検出素子が、加熱室内に設けられ高周波電力を吸収することにより自
己発熱する発熱体と、発熱体の温度を検出する温度検出体と、を含み、高周波からシールドされた状態で高周波検出素子の近傍
に配置され、高周波検出素子の近傍の温度を高周波検出
素子とほぼ同様の特性で検出する熱検出素子と、高周波検出素子からの検出信号と熱検出素子からの検出
信号の差を求め、高周波電力による温度上昇を示す信号
を出力する作動増幅器と、を備え、検出手段が、食品量を作動増幅器の出力に基づき検出す
ることを特徴とする高周波加熱装置。