JPH05326133A

JPH05326133A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH05326133A
Application number: JP12348692A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ikenobou; 泰裕池防
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1992-05-15
Filing date: 1992-05-15
Publication date: 1993-12-10

Abstract

(57)【要約】【目的】加熱室に残留するマイクロ波により被加熱物
の容量を検出しマグネトロンを制御する。【構成】加熱室１に残留するマイクロ波によりマイク
ロ波検出素子６を加熱しそのデータは温度検出回路７に
より制御回路８に送られる。制御回路８は被加熱物の容
量を検出し、検出した容量に基づいてマグネトロン２を
制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジの加熱室内
の電波強度を検出して食品の容量を検出し、マグネトロ
ンなど高周波発生源の出力制御を行なう高周波加熱装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の高周波加熱装置において、被加熱
物である食品の容量を検出する手段としては、容量を直
接計ることができないので、その代わりに容量に関係し
た重量として測定する静電容量方式の重量センサや圧電
方式の重量センサがあった。

【０００３】また、食品の容量によりマグネトロンから
出力されたマイクロ波の吸収量が異なることを利用し
て、マグネトロンとマイクロ波を感知する材料の素子と
の間に食品を入れ、食品を透過してくるマイクロ波の量
に応じた素子の温度変化に基づいて食品の容量を間接的
に検出する方法があった。

【０００４】図７は、マイクロ波を感知する材料を使用
した一例のブロック図である。図７において、マグネト
ロン２から出たマイクロ波はマイクロ波の伝送路である
導波管３を介して加熱室１に供給され、加熱室の容器４
の上に置かれた食品５に吸収され誘電加熱を行なう。容
器４はターンテーブル１０の上に置かれ、ターンテーブ
ル１０の中央部にはマイクロ波検出素子６が設けられて
いる。食品５に吸収されずに透過してくるマイクロ波
は、加熱室１底部のターンテーブル１０の中央部に設け
られたマイクロ波検出素子６に吸収されその温度を上昇
させ、そのデータは制御回路８に入力され、マグネトロ
ン２を制御する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】食品の容量を計る代わ
りに、これと関連した重量として検出する重量センサで
は、容器に入れられた食品の場合、容器の重量も含めて
食品の重量として測定していた。このため、食品そのも
のの正確な重量を検出することができず、特に食品重量
により加熱時間を決める解凍モードでは、解凍不足，解
凍し過ぎなどという問題があった。

【０００６】マイクロ波を検出して間接的に容量を検出
する方法では、マイクロ波検出素子の取付位置によって
は、加熱室内に入れる食品の位置や形状により、同じ食
品であってもマイクロ波検出素子の出力が変化し、容量
を正確に検出することができないという問題があった。

【０００７】また、上記の食品の位置や形状による検出
出力の変化を考慮して、マイクロ波検出素子をターンテ
ーブルなどの食品支持台の下部に取付けているものもあ
るが、マグネトロンの出力口から発生したマイクロ波
は、ターンテーブル上の食品を透過し、さらにターンテ
ーブルを透過してマイクロ波検出素子に到達するため、
ターンテーブルでマイクロ波が吸収され、マイクロ波検
出素子に到達する量が極端に少なくなっており、このた
めマイクロ波の検出精度が低くなり、ノイズマージンも
低くなるという問題もあった。

【０００８】このため、前述の図５に示されるように、
ターンテーブルの中心に穴をあけ、マイクロ波が食品を
透過して直接マイクロ波検出素子に到達するようにして
いるものもあるが、通常、食品を直接ターンテーブルの
上に置くことはなく、容器の上に食品を載せるか、また
は容器の中に食品を入れて加熱することが多く、この場
合、マイクロ波は食品だけでなく容器も透過してマイク
ロ波検出装置に到達する。このため、容器の材質により
マイクロ波の透過量が異なり、正確な容量が検出できな
いという問題があった。さらに、前記と同様に、容器に
よりマイクロ波が吸収され減衰するため、検出精度が低
くなる。

【０００９】また、食品がターンテーブルの中心に置か
れていない場合や、食品の数量が２個以上あるときや、
同時に加熱される容器が２個以上ある場合も、通常ター
ンテーブルの中心には食品を置くことがなく、マグネト
ロンから出力されたマイクロ波が、食品を透過せずに直
接マイクロ波検出素子に到達するため、正確な容量を検
出できないという問題があった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、食品
を透過してくるマイクロ波量を直接検出して容量を検出
するのではなく、食品に吸収されずに加熱室内に残って
いるマイクロ波量を検出し間接的に容量を検出する。こ
のため、加熱室内の残留マイクロ波を効率よく検出でき
るように、マイクロ波検出素子をターンテーブルの下方
に取付けずに、加熱室の壁面に取付ける。

【００１１】

【作用】マグネトロンから出力されるマイクロ波は、加
熱室内の食品に吸収され誘電加熱を行なうが、食品の容
量により吸収されるマイクロ波の量が決まっており、加
熱室内には食品に吸収されずに残っているマイクロ波が
存在する。この残留マイクロ波の量は、食品の容量に関
係してるため、加熱室内の壁面にマイクロ波検出素子を
取付けることにより、この残留マイクロ波量を検出して
後述のような理由により容量を判別することができる。

【００１２】食品の容量と残留マイクロ波量との間には
以下のような関係がある。マグネトロンから出力される
マイクロ波は、食品に吸収され、これを加熱するが、そ
の残りのマイクロ波は加熱室内に残留し、マグネトロン
側へ反射される。この残留マイクロ波の電力Ｐｒは、マ
グネトロンより出力されるマイクロ波出力Ｐｏから、食
品に吸収される加熱出力Ｐｗを差引いた値で、以下の式
のように表わされる。

【００１３】

【数１】Ｐｒ＝Ｐｏ−Ｐｗ……………（１）また、食品に吸収される加熱出力Ｐｗは、

【００１４】

【数２】Ｐｗ＝0.556 ・ε_r・tan δ・ｆ・Ｅ²・Ｖ…………（２） ε_r・tan δ：食品により決まる誘電損失ｆ：マイクロ波の周波数Ｅ：高周波電界強度Ｖ：食品の容量となる。ここで、マグネトロンから出力されるマイクロ
波出力Ｐｏ（高周波電界強度Ｅ）およびその周波数ｆ
が、制御回路により一定に制御されることから、食品の
成分つまり誘電損失ε_r・tan δが判別できれば、加熱
出力Ｐｗは食品の容量Ｖに比例する。

【００１５】この結果、残留マイクロ波電力Ｐｒは、食
品の容量Ｖに反比例する。以上のことより、残留マイク
ロ波電力右Ｐｒを測定できれば、食品の容量は判別する
ことができる。

【００１６】この残留マイクロ波電力を検出するため、
電磁波吸収材（マイクロ波吸収材）を用いる。電磁波吸
収材はマイクロ波を吸収すると発熱し、吸収された残留
マイクロ波の量により、温度上昇値が変化する材料であ
る。この電磁波吸収材をマイクロ波検出素子として用
い、素子の温度上昇値をサーミスタなどの温度検出手段
により、電気信号に変換しマイコンなどの制御部に入力
する。制御部では、予め用意されている食品容量と温度
上昇値のテーブルまたは計算式により、得られたマイク
ロ波検出素子の温度上昇値から食品の容量を判別する。

【００１７】図４はその一例のグラフである。食品（こ
こでは牛乳と酒）の材質による容量Ｖとマイクロ波検出
素子の温度上昇値ΔＴとの関係を示す。牛乳の場合は実
線で示し酒の場合は点線で示されている。

【００１８】

【実施例】図１は本発明の一実施例のブロック図であ
る、マグネトロン２から出たマイクロ波は、マイクロ波
の伝送路である導波管３を介して加熱室１に供給され、
加熱室内の容器４の上に置かれた食品５に吸収され誘電
加熱を行なう。食品５に吸収されずに加熱室内に残って
いる残留マイクロ波は、加熱室内壁面９に設けられたマ
イクロ波検出素子６に吸収され発熱し、サーミスタなど
で構成される温度検出回路７で温度上昇値を電気信号に
変換して制御回路８に入力される。制御回路８の中には
温度検出回路７の検出結果に基づいて被加熱物の容量を
検出する手段も設けられており、その結果に基づいてマ
グネトロン２を制御する。９は加熱室１の内壁面であ
り、１０は食品を乗せるターンテーブルである。ターン
テーブル１０は設けられていない場合もある。

【００１９】以下、本発明におけるマイクロ波検出素子
６を用いた被加熱物食品の容量検出の方法を説明する。

【００２０】まず、食品５を加熱室１内のターンテーブ
ル１０に載せ、食品に応じた材料選択スイッチ（図示さ
れていない）を押す。次に加熱スイッチ（図示されてい
ない）を押すと、このときのマイクロ波検出素子６の温
度Ｔ₁（図３参照）を温度検出回路７により測定し、制
御回路８に入力する。制御回路８では内部の記憶回路に
検出した初期温度Ｔ₁を記憶する。その後、制御回路８
はマグネトロン２を起動させマイクロ波を発生し、その
マイクロ波は導波管３を通じて加熱室１内に送られ、食
品５に吸収され加熱を開始する。このとき、食品５に吸
収されずに加熱室内に残っている残留マイクロ波によ
り、マイクロ波検出素子６も加熱されその温度が上昇す
る。

【００２１】そして図３に示すように、加熱を開始して
から一定時間Ｓ秒後（センサの感度や熱容量などで予め
決められている）に、マイクロ波検出素子６の温度Ｔ₂
を測定する。予め記憶されている加熱開始時のマイクロ
波検出素子６の初期温度Ｔ₁とＳ秒後の温度Ｔ₂との差
を演算して、センサの温度上昇値ΔＴ：（Ｔ₂−Ｔ₁）
を算出する。図３において、Ｔ₃はＳ秒経過したときの
酒のセンサ温度である。

【００２２】このようにして得られたマイクロ波検出素
子６の温度上昇値ΔＴは、前述のように、食品の容量Ｖ
と前述の図４のような関係があるため、制御回路８内部
に各食品毎の容量と温度上昇値のテーブルを備えておく
と、このテーブルにより温度上昇値ΔＴから食品の容量
Ｖを判別できる。

【００２３】加熱室内のマイクロ波検出素子６の取付位
置は、加熱室１の形状，大きさ、導波管３の出力口の位
置、ターンテーブル１０の寸法，位置などで一概に言え
ないが、ターンテーブル１０上の食品を置く位置や食品
の形状などに影響されずに、安定してマイクロ波検出素
子の出力が検出できるような位置として、図２（ａ），
（ｂ）および（ｃ）に示すような位置が考えられる。

【００２４】図２（ａ）の斜線部のように、マグネトロ
ンのマイクロ波の出力方向がたとえば右側面に出力口が
あると仮定すると、これと対向しない加熱室内壁面たと
えば背面に取付けることにより、マグネトロンからの直
接波がマイクロ波検出素子６に到達することがなく、ま
た食品の形状により直接波が遮られたりすることもない
ため、加熱室内の平均電波状態を安定して検出すること
ができる。

【００２５】また、図２（ｂ）の斜線部のように、ター
ンテーブルの中心つまり加熱室１内の中心軸を通るよう
な加熱室１の垂直な壁面の中央部に取付けることによ
り、ターンテーブルの中心に食品がある場合や端に食品
がある場合でも、ターンテーブルが回転しているため、
マイクロ波検出素子６の前面には常に食品があり、マイ
クロ波検出素子６付近の電波状態は食品の位置によりあ
まり変化しない。

【００２６】さらに、図２（ｃ）の斜線部のように、マ
イクロ波検出素子の高さ方向の取付位置については、タ
ーンテーブルのような食品支持部の水平面の位置の上方
の加熱室１の壁面でほぼ食品の高さの位置に取付けるこ
とにより、マイクロ波がターンテーブルに遮られないた
め、マイクロ波の検出精度は低下しない。ターンテーブ
ルのない場合は、食品を載せる容器の予定位置より上方
とする。

【００２７】前記のマイクロ波検出素子の取付位置につ
いては、加熱室の形状や大きさ、マグネトロンの出力口
の位置や、マイクロ波の出力方向など、電子レンジを構
成する条件により、単独で実施することもできるし複数
の取付位置を組合せて実施することもできる。

【００２８】さて、マイクロ波はマイクロ波検出素子６
のマイクロ波吸収材ですべて吸収されて熱に変わるので
はなく、もし図５に示されるように、内部にあるサーミ
スタなどの温度検出手段１１が加熱室内に設けられてい
ると、これにもマイクロ波が到達する。このため、サー
ミスタのような温度検出手段１１およびそのリード部分
１１ａに直接マイクロ波が照射されることになり、特に
リード部分１１ａに電流が流れて温度検出手段１１自身
が加熱される。この結果、食品の容量により決まるマイ
クロ波吸収材の温度上昇が、サーミスタ自身の温度上昇
のために、正確な容量を検出することができなくなる。
場合によっては、サーミスタ自身が加熱され過ぎて焼損
することもある。

【００２９】この問題を解決するために、加熱室内のマ
イクロ波を検出するマイクロ波吸収材のみを加熱室内に
設け、マイクロ波吸収材の温度上昇を検出するサーミス
タなどの温度検出手段を加熱室外に設けるとよい。

【００３０】また、マイクロ波吸収材が直接加熱室内の
雰囲気に触れているため、食品を加熱する際に食品から
飛散する油や水分などによる汚れが、マイクロ波吸収材
に付着する。このため、マイクロ波吸収材の誘電損失が
変わり、マイクロ波の吸収特性が変化する。この結果、
マイクロ波吸収材の温度上昇値が変化し、正確な容量が
検出できなくなる。この問題を解決するために、マイク
ロ波吸収材が加熱室内の雰囲気に直接触れないように、
マイクロ波吸収材を覆うような箱または容器を設ければ
よい。

【００３１】図６は、マイクロ波検出素子６の取付部分
の拡大図である。食品５に吸収されずに庫内に残ってい
る残留マイクロ波は、加熱室内壁面９に設けられたマイ
クロ波吸収材料からなるマイクロ波検出素子６に吸収さ
れ発熱し、サーミスタなどで構成される温度検出手段１
１で温度上昇値を検出する。そして検出された温度上昇
信号を温度検出回路７で電気信号に変換する。

【００３２】温度検出手段１１の加熱を防ぐため、図６
に示すように、サーミスタなどの温度検出素子１１を加
熱室内壁面９より外側になるように設け、マイクロ波検
出素子６を加熱室内側に設ける。これにより、サーミス
タのリード部分１１ａは完全に加熱室外にあることにな
り、リード部分に電流が流れることはなくなる。さら
に、マイクロ波検出素子６として用いられるマイクロ波
吸収材にマイクロ波が十分吸収されるように、その厚み
を半減透過深度Ｄよりも大きくなるようにすることが望
ましい。半減透過深度Ｄは、マイクロ波の電力密度が１
／２に減衰する距離として定義されている。半減透過深
度Ｄは、食品やマイクロ波吸収材の非誘電率ε_rと誘電
力率tan δにより決まっており、これらが大きいほど半
減透過深度Ｄは浅くなる。

【００３３】また、図６に示すように、マイクロ波検出
素子６を覆うような容器１２を設ける。この容器１２の
材質としては、マイクロ波を透過する材料にする必要が
ある。これにより、マイクロ波検出素子６が直接、加熱
室内雰囲気に触れないため、食品を加熱する際に飛散す
る油や水分による庫内の汚れが、マイクロ波検出素子６
に付着して、吸収特性が変化することがなくなり、安定
した出力が得られる。

【００３４】

【発明の効果】本発明によれば、マイクロ波検出素子６
を加熱室１の内壁面に取付けることにより、食品に吸収
されずに加熱室内に残っているマイクロ波量をマイクロ
波検出素子６の発熱量によって間接的に検出すること
で、正確な食品の容量が検出できる。

【００３５】食品の正確な容量が検出できれば、食品に
対する加熱時間がわかり、各々の食品に応じた最適な調
理時間を算出できる。

【００３６】本発明は食品の解凍に対して特に有効であ
る。現在の電子レンジでは、解凍状態の検出は困難であ
るため、現状では解凍する食品の重量を検出して解凍時
間を決定していたが、食品の容量が正確に検出できてい
なかったため、解凍し過ぎたり、解凍不足という問題が
あった。しかし、本発明によれば食品そのものの正確な
容量が検出できるため、解凍時間が正確に算出でき、完
全な解凍が実現できる。特に従来困難であった刺身など
の解凍に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のブロック図である。

【図２】（ａ），（ｂ），および（ｃ）は、それぞれマ
イクロ波検出素子の取付位置を示す斜視図である。

【図３】マイクロ波検出素子の温度上昇を示すグラフで
ある。

【図４】食品の容量とマイクロ波検出素子の温度上昇の
関係を示すグラフである。

【図５】マイクロ波検出素子の望ましくない取付部分の
拡大図である。

【図６】マイクロ波検出素子６の望ましい取付部分の拡
大図である。

【図７】従来の一例のブロック図である。

【符号の説明】

１加熱室２マグネトロン３導波管６マイクロ波検出素子７温度検出回路８制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高周波発生源と、被加熱物を収容する加
熱室と、前記加熱室内に高周波発生源より出力されるマ
イクロ波エネルギを導く伝送路と、前記加熱室内の壁面
に設けられた加熱室内のマイクロ波エネルギを検出する
マイクロ波検出手段と、該マイクロ波検出手段の温度変
化を電気信号に変換する温度検出手段と、温度検出手段
の検出結果に基づいて被加熱物の容量を検出する手段
と、検出された容量に応じて前記高周波発生源の出力電
力を制御する制御手段を有することを特徴とする高周波
加熱装置。
【請求項２】マイクロ波検出手段を、高周波発生源の
マイクロ波エネルギの出力方向と対向しない加熱室内壁
面に設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波加熱
装置。
【請求項３】マイクロ波検出手段を加熱室の垂直壁面
の中央部に取付けたことを特徴とする請求項１記載の高
周波加熱装置。
【請求項４】マイクロ波検出手段を食品支持部の水平
面の位置より上方の加熱室壁面に設けたことを特徴とす
る請求項１記載の高周波加熱装置。
【請求項５】マイクロ波吸収材の温度検出手段を加熱
室外に設けたことを特徴とする請求項１記載の高周波加
熱装置
【請求項６】加熱室内のマイクロ波検出素子の表面は
マイクロ波透過材料で覆われていることを特徴とする請
求項１記載の高周波加熱装置。