JPH1116673A

JPH1116673A - 高周波加熱装置

Info

Publication number: JPH1116673A
Application number: JP16574397A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Fujii; 茂喜藤井
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-06-23
Filing date: 1997-06-23
Publication date: 1999-01-22

Abstract

(57)【要約】【課題】高周波加熱時に、食品の解凍領域は、暖め領
域よりも高精度が要求される。暖め領域は±５℃程度の
精度で問題なくても、解凍領域ではこの程度の精度では
問題であり、過多煮え防止のためには最低限±１〜２℃
の精度が要求される。【解決手段】食品を加熱調理する調理室１０と、マグ
ネトロン１２３で発生したマイクロ波を攪拌して調理室
内に載置した食品を静止した状態で加熱する高周波加熱
装置において、前記調理室１０内の電界強度を検出する
電磁波吸収材と、前記食品が発する赤外線を検出する輻
射熱センサとを備え、前記電磁波吸収材による出力特性
と前記輻射熱センサによる出力特性とを基に前記食品を
加熱を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波により
食品を加熱する高周波加熱装置に関し、さらに詳しく
は、電界強度を検出する電磁波吸収材、及び、赤外線を
検出する輻射熱センサを備え、両方の情報に基づいて加
熱を制御する高周波加熱装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在市場にある家庭用電子レンジの大部
分は、食品の均一加熱を達成する手段としてターンテー
ブルを採用している。ターンテーブルを用いると、マイ
クロ波の伝播経路と調理室とのインピーダンスの整合を
行なうだけで、比較的簡単に均一な加熱を得ることがで
きる。そのため、多くの製造業者がこの方式を採用し、
現在では電子レンジといえばターンテーブル方式という
認識が広く普及している。

【０００３】しかしながら、ほとんどの電子レンジは箱
型であり、このような電子レンジにターンテーブルを用
いる場合、実際に食品を置くことのできる場所はターン
テーブル上に限られてしまい、容積効率の点で不満が残
ものであった。

【０００４】そこでターンテーブルを用いず、容積効率
の改善を図るものとしては、特開平８−１３８８６２号
公報に記載されているように、４０度から５０度の範囲
で曲げ起こした羽根部を有することにより、マイクロ波
の指向性を高め、所望の位置にマイクロ波を集中させ
る。あるいは、天井に傾斜を付けてマイクロ波を底面の
中心に集めることによって、底面の中心部分を低温にす
ることなく、加熱を均一とするマルチ給電型高周波加熱
装置がある。

【０００５】また、特願平８−３０１４５５号に記載さ
れているものは、加熱室の底面に複数の搬送体を設け、
この搬送体を互いに独立して駆動することにより、食品
を加熱室内において回転移動、周回移動、ランダムな移
動を行わせることができ、しかも、加熱室底面全体にわ
たって搬送体を配置することを可能として、加熱室内の
隅々まで有効に活用し容積効率を高めるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】特開平８−１３８８６
２号公報および特願平８−３０１４５５号に記載されて
いる内容は、いずれもターンテーブルを廃止しても均一
加熱を可能とし、容積効率の改善を大幅に図れるもので
ある。

【０００７】しかしながら、万一の加熱不足や過加熱と
いった不具合を打ち消すためには、この他に、食品の加
熱度合いをリアルタイムでセンシングできるものが必要
不可欠であり、これによって食品から放射される輻射熱
を検出して食品の温度を測定し、その温度情報に基づい
て加熱を制御するシステムが必要である。

【０００８】さらに、ここではターンテーブルレスが条
件となるため、加熱室底面のどこに置かれても食品の温
度検出が可能な、センシングにおける配慮が必要とな
る。

【０００９】また、食品の解凍領域は、暖め領域よりも
高精度が要求される。暖め領域は±５℃程度の精度で問
題なくても、解凍領域ではこの程度の精度では問題であ
り、過多煮え防止のためには最低限±１〜２℃の精度が
要求される。これを１個の輻射熱センサで単独に実現す
るには限界があり、これ以外のアシストが必要となる。
加えて現行のマイクロ波加熱方式では、どうしてもエッ
ジ部分が過多煮えになりやすいため、最悪、全解凍でき
なくてもこのような過多煮えにならないような制御が必
要である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】係る課題を解決するた
め、本発明は、食品を加熱調理する調理室１０と、マイ
クロ波発生装置（マグネトロン）１２３と、該マイクロ
波発生装置１２３から該調理室１０までマイクロ波を伝
播させる導波管１２２とを有し、ターンテーブルの存在
しない底面がフラットな高周波加熱装置において、調理
室１０内に電界強度を検出する電磁波吸収材、及び、赤
外線を検出する輻射熱センサを備え、両方の情報を基に
食品を加熱制御する。

【００１１】また、この高周波加熱装置において、食品
が投入された時点で、輻射熱センサの情報を基に、解凍
目的か暖め目的かの判断を行う。さらに、解凍目的にお
いては電磁波吸収材、及び、輻射熱センサ、暖め目的に
おいては輻射熱センサのみを用い、これらの情報を基に
食品の加熱制御を行う。

【００１２】また、この輻射熱センサは、輻射熱を検出
する感熱素子５３及び輻射熱を集光する集光レンズ５
１、また、周囲温度を測定するサーミスタを備え、この
１個の感熱素子５３の集光レンズ５１の角度を調節する
手段を有する。

【００１３】集光レンズ５１を図５に示すように、各々
の角度を変えて回転板５２（切換手段）に嵌め込んでお
き、回転方式にて切り換える。

【００１４】図５の輻射熱センサにおいて、集光レンズ
５１は、全て同一の指向性強度を持つものを用いる。ま
た、図６に示すように、回転板６２（切換手段）を金属
球６１による嵌め込み固定方式とし、この金属球６１
を、装置のＧＮＤ部分と電気的に導通性を持たせる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の高周波加熱装置の
実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。

【００１６】＜基本構成＞図１は、本発明の前提となる
マルチ給電型高周波加熱装置の組立斜視図である。調理
室１０は、傾斜付きの天井１１と、側壁１２，１３と、
背面壁１４と、底面１５とから形成されている。この側
壁１２，１３の給電用開口部の外側には円錐形ドーム１
６、１７が取り付けられている。底面１５は段差の付い
たプレートであり、ガラス製のトレイ等を置けるように
なっている。

【００１７】前記円錐形ドーム１６，１７の内部にはそ
れぞれ撹拝羽根であるスタラーファン１８、１９が設置
され、各々のスタラーファン１８，１９は独立したモー
タで回転する。前記円錐形ドーム１６、１７に導波管１
２２から延長された給電箱１２０，１２１が固定され、
導波管１２２はマグネトロン１２３からのマイクロ波を
給電箱１２０，１２１に分岐させる働きを持つ。図示し
てはいないが、調理室１０は、外郭を有しその前面開口
部には開閉自在の扉が取り付けられる。また、調理室１
０の全体構造はマイクロ波の漏洩を防ぐ意味で溶接し密
閉されている。

【００１８】＜実施の形態１＞本発明の実施の形態１で
は、図１のマルチ給電型高周波加熱装置において、食品
の解凍領域の精度を向上させるため、調理室１０内の電
界強度を検出する電磁波吸収材と、調理室１０内の赤外
線を検出する輻射熱センサとを配設する。そして、電磁
波吸収材と輻射熱センサとの両方の情報を基に食品を加
熱制御する。電磁波吸収材は、例えば炭化シリコンＳｉ
Ｃ等で特性がとれ、これを搭載することにより解凍専用
機として持ちいることが可能となる。

【００１９】図２は、電磁波吸収材の出力−時間特性の
実験結果を示す。調理室１０内に、冷凍された１００ｇ
の負荷（その特性を曲線ａで示す）、冷凍された３００
ｇの負荷（その特性を曲線ｂで示す）、冷凍された５０
０ｇの負荷（その特性を曲線ｃで示す）を、それぞれ置
いて高周波加熱を行ったものである。なお、図２の横軸
は経過時間ｔを示し、縦軸は電磁波吸収材の出力電圧Ｖ
を示している。

【００２０】図２から明らかなように、小型の負荷（食
品）ａから大型の負荷（食品）ｂまで、何らかの解凍ポ
イント、即ち変曲点の存在が確認できる。具体的には、
１００ｇの負荷の場合は変曲点ａ’、３００ｇ負荷の場
合は変曲点ｂ’、５００ｇ負荷の場合には変曲点ｃ’が
それぞれ生じている。

【００２１】ここで電磁波吸収材を用いた解凍検出の動
作原理について説明する。まず、マグネトロンから加熱
室に供給されるマイクロ波エネルギーをＰ１、そのとき
の周波数をｆ、冷凍食品の比誘電率をεｒ、冷凍食品の
誘電体率をｔａｎδとすると、冷凍食品に吸収されるエ
ネルギーＰ０は次式で表される。Ｐ０＝Ｋ１×Ｐ１×ｆ×εｒ×ｔａｎδ （式１）ただし、Ｋ１は定数である。

【００２２】また、加熱室の電界強度Ｐは、マグネトロ
ンからのマイクロ波エネルギーをＰ１から冷凍食品に吸
収されるエネルギーＰ０を差し引いた残りのエネルギー
に比例し、次式で表される。Ｐ＝Ｋ２×（Ｐ１−Ｐ０）（式２）ただし、Ｋ２は定数である。

【００２３】いま、マイクロ波エネルギーＰ１、及びそ
の周波数ｆを一定にして冷凍食品を解凍したものを図３
に示す。図３において、Ｐ１はマイクロ波エネルギー、
Ｐ０は冷凍食品に吸収されるエネルギー、Ｐは電磁波吸
集材によって検出される加熱室の電界強度である。な
お、図３の縦軸Ｅは単位体積当たりのエネルギー、横軸
Ｔは食品の表面温度を表す。

【００２４】図３に示すように、温度０℃付近で冷凍食
品に吸収されるエネルギーＰ０が急激に増大し、これに
伴い加熱室の電界強度Ｐが急激に減少する。

【００２５】この理由は、冷凍食品が０℃付近、即ち解
凍点を超えると、これまで吸収されにくかったマイクロ
波がより多く吸収されるためである。したがって、エネ
ルギーＰ０または電界強度Ｐの変曲点を検出できれば、
冷凍食品の解凍終了時点を検出することができる。

【００２６】＜実施の形態２＞本発明の高周波加熱装置
の実施の形態２では、まず、食品が投入された時点で、
輻射熱センサの情報を基に解凍目的か暖め目的かの判断
を行い、解凍目的においては電磁波吸収材、及び、輻射
熱センサ、暖め目的においては輻射熱センサのみを用
い、これらの情報を基に食品の加熱制御を行う。これを
実際の使用例で示すと、解凍モードと暖めモードの２モ
ードに使い分けて加熱制御を行うものとする。なお、食
品が投入された時点で、輻射熱センサは、食品の温度が
０℃より低い場合には、解凍モードであると判断し、食
品の温度が０℃より高い場合には、暖めモードであると
判断する。

【００２７】さらに詳しく説明すると、解凍モードの場
合には、図２における電磁波吸収材の変曲点ａ’、
ｂ’、ｃ’の確認、あるいは輻射熱センサの情報、若し
くは、電磁波吸収材と輻射熱センサの両者の情報によっ
て、食品の表面温度０℃が確認された時点で加熱を停止
するように制御する。

【００２８】これにより最悪、食品を全解凍できなくて
も食品の過多煮えは防止できる。電磁波吸収材出力の変
曲点の確認は、随時マイクロコンピュータにて経過時間
に対する出力上昇カーブの勾配（変化率）を検出してお
き、１，２秒前の傾き勾配より数％分数値が下がってい
れば変曲点とみなすこととする。

【００２９】一方、暖めモードの場合には、電磁波吸収
材による情報は利用せずに、輻射熱センサのみの情報を
基に、ユーザ設定温度に到達するまで加熱制御を行うも
のとする。

【００３０】食品温度Ｔｓに対する幅射熱センサの出力
Ｖｓを図７に示す。図７に示すように食品温度Ｔｓの上
昇に対して、幅射熱センサの出力Ｖｓは指数間数的に上
昇する特性となる。また、輻射熱センサ自身の温度によ
っても、出力Ｖｓは７Ａ、７Ｂのように、縦軸方向に平
行にシフトする。具体的には、輻射熱センサ自身の温度
が低いほど７Ａ側（出力Ｖｓが大きくなる方向への平行
移動）、高いほど７Ｂ側（出力Ｖｓが小さくなる方向へ
の平行移動）の方向にシフトする。

【００３１】この特性に対し、解凍領域（０℃付近で加
熱を停止する場合）、暖め領域（０℃より高い所定の温
度なで加熱する場合）ともに同等の精度で開発を行うと
不具合を生じる。なぜなら、暖め領域は±５℃程度の精
度で問題なくても、解確領域ではこの程度の精度では、
温度が上昇し過ぎて過多煮えとなる問題が生じる。

【００３２】即ち、過多煮え防止のためには最低限±１
〜２℃の精度が要求されるが、ここでは、電磁波吸収材
出力の変曲点を検出することにより、−２０℃〜＋１０
℃の低温域においても仕上がり温度の精度向上を図るこ
とができる。

【００３３】＜実施の形態４＞次に、本発明の高周波加
熱装置の実施の形態４について説明する。図１の高周波
加熱装置において、加熱室底面１５のどこに置かれても
食品の温度検出を可能とするものである。

【００３４】輻射熱センサの検出領域を図４（ｃ）のよ
うに、複数のスポット面積Ｓｃの組み合わせにより、調
理室底面１５の面積全体を漏れなく覆うようにする。な
お、図４（ａ）に示すような、調理室底面１５の中心部
分のみを覆うようなスポット面積Ｓａでは、食品が底面
１５の角の方に置かれた場合には、食品の表面温度を十
分検知できない。

【００３５】また、図４（ｂ）のように、調理室底面１
５全体を覆う程の指向性強度の弱い輻射熱センサのスポ
ット面積Ｓｂの場合には、食品温度の検知漏れは防げる
が、食品以外の大部分の面積も同時に検知することにな
り、食品の温度を的確に検知するには誤差を多く含む恐
れがある。

【００３６】したがって、食品の検知漏れを防ぎ、なお
かつ、精度を上げるためには図４（ｃ）に示すような検
出スポット面積Ｓｃとするのが理想的である。なお、図
４（ｃ）では、底面１５の４角の部分を４個所のスポッ
ト面積Ｓｃで検出し、さらに、底面１５の中央部分を１
箇所のスポット面積Ｓｃで検出する。

【００３７】そこで、以下、１個の輻射熱センサを用い
て、集光レンズの角度を調整して、図４（ｃ）に示した
５箇所のスポット面積Ｓｃを検出する構成について説明
する。

【００３８】図５において、調理室１０の天井５４のコ
ーナー部に、輻射熱センサの感熱素子５３を配設する。
さらに、ダイヤル切り換え回転式で円盤状の回転板５２
（切換手段）を取付け、回転板５２には調理室底面１５
の赤外線（輻射熱）を集光する集光レンズ５１を６個嵌
め込んでいる。この６個の集光レンズは、それぞれが集
光する加熱室底面の領域が異なるように、その取付け角
度が調節されている。

【００３９】図５に示すように、感熱素子５３の集光レ
ンズ５１を回転板５２を回転して６個の集光レンズ５１
を、それぞれ切り換えるようにする。具体的な制御とし
ては、食品の存在を確認する手段、例えば複数個の測距
センサ等（図示せず）を用いて、食品の位置情報を検出
して、その位置情報に基づき感熱素子５３の回転板５２
を、駆動モータ等（図示せず）により適切な位置を検出
する集光レンズ５１に自動で切り換えるように制御す
る。

【００４０】これにより輻射熱センサに用いる感熱素子
５３自体は１個で済み、状況に応じて図４（ｃ）に示し
たように、加熱室底面１５のスポット面積Ｓｃの位置を
切り換えることができる。このような構成により、指向
性強度の弱い集光レンズを用いて広範囲を検知する｛図
４（ｂ）の場合｝より、高精度な検知を行うことができ
る。また、順次集光レンズを切り換えて各領域の検知を
行うことにより、加熱室の底面全体の輻射熱を検知でき
るため、加熱室底面１５のどこに食品が置かれても検知
漏れがない。

【００４１】＜実施の形態５＞次に、本発明の高周波加
熱装置の実施の形態５について説明する。実施の形態４
において回転板５２に取り付けられる全ての集光レンズ
５１として、同一の指向性強度を持つものを用いる。

【００４２】これによって、各々のスポット面積率が同
等、即ち集光レンズ５１が切り替わることで、感熱素子
５３の感度が変わるといった不具合を防ぐことができ
る。また、すべての集光レンズ５１を同一の指向性強度
にすることにより、量産性の向上がはかれる。

【００４３】＜実施の形態６＞次に、本発明の高周波加
熱装置の実施の形態６について説明する。実施の形態４
に示したように、集光レンズ５１を切り換えてスポット
面積位置を切り換える回転板５２に関するものである。

【００４４】図６に示すように、集光レンズ５１を備え
る回転板６２の外周縁側に、金属球６１を嵌め込むよう
にする。さらに、この金属球６１を、高周波加熱装置の
ＧＮＤ部分と電気的に導通性を持たせる。また、金属球
６１はバネ６３により回転板６２に接触するように付勢
されているが、ソレノイドを用いてバネ６２を動かせ
ば、回転板６２に対して金属球６１とを着脱自在にする
ことができる。

【００４５】これにより、輻射熱の検出誤差の要因とな
るマイクロ波ノイズの影響を軽減し、輻射熱センサの能
力を運転時にも１００％維持することが可能となる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の高周波加
熱装置は構成するため、請求項１によれば、食品の解凍
領域の精度を向上させるため、調理室内に電界強度を検
出する電磁波吸収材、及び、赤外線を検出する輻射熱セ
ンサを備え、前記電磁波吸収材による出力特性の情報
と、前記輻射熟センサによる出力特性の情報の、両方の
情報を基に食品を加熱制御する。これにより、低温域に
おいても仕上がり温度の精度向上が図れ、解凍専用機と
して用いることも可能となる。

【００４７】また、請求項２によれば、食品投入時に輻
射熱センサの情報を基に、解凍調理か否かの判断を行う
ことで、システムの自動化が図れる。

【００４８】さらに、請求項３によれば、解凍調理か否
かの判定後、解凍調理においては電磁波吸収材の出力か
ら変曲点を検出して解凍を停止するため、解凍領域にお
いても仕上がり温度の精度向上を実現でさ、容量の大き
い負荷等、均一解凍が困難な条件でも最低限、過多煮え
は防止できる。

【００４９】また、請求項４によれば、１個の感熱素子
において、前記複数の集光レンズを切り換えて異なる領
域毎に輻射熱を検知する集ため、食品がどこに置かれて
も、一つの感熱素子により高精度で温度検出可能とな
る。

【００５０】また、請求項５によれば、前記複数の集光
レンズを切り替える切換手段を備えるため、状況に応じ
て検出領域を切り換えることができ、指向性の弱い集光
レンズを用いて広範囲を検知するより高精度となる。

【００５１】また、請求項６によれば、全ての集光レン
ズを同一の指向性強度を持つものを用いることにより、
各々のスポット面積率が同等、即ち集光レンズが切り換
わることで輻射熱センサの感度が変わるといった不具合
を防ぐことができ、また、すべての集光レンズが同一の
指向性強度ということで、量産性向上が図れる。

【００５２】さらに、請求項７によれば、前記切換手段
をＧＮＤ部分と電気的に接続することにより、検出誤差
要因となるマイクロ波ノイズの影響を軽減し、センサ能
力を運転時にも１００％維持することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の前提となるマルチ給電型高周波加熱装
置を示す組立斜視図である。

【図２】本発明に用いる電磁波吸収材の出力−時間特性
の実験結果を示す特性図である。

【図３】本発明の加熱室内の電界強度と冷凍食品に吸収
されるエネルギーの関係を示す特性図である。

【図４】本発明の加熱室底面の検出スポット面積を示す
（ａ）通常の集光レンズを１つ用いた場合、（ｂ）指向
性の弱い集光レンズを１つ用いた場合（ｃ）通常の集光
レンズを複数用いた場合の説明図である。

【図５】本発明の輻射熱センサの集光レンズの回転板を
示す要部斜視図である。

【図６】本発明の回転板を金属球によるロック式とした
構造を示す要部斜視図である。

【図７】本発明の食品温度に対する輻射熱センサの出力
を示す特性図である。

【符号の説明】

１０調理室１１天井１２，１３側壁１４背面壁１５底面１６，１７円錐形ドーム１８，１９スタラーファン１２０，１２１給電箱１２２導波管１２３マグネトロン５１集光レンズ５２回転板５３感熱素子５４調理室６１金属球６２回転板６３バネ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】食品を加熱調理する調理室と、マイクロ
波発生装置で発生したマイクロ波を攪拌して調理室内に
載置した食品を静止した状態で加熱する高周波加熱装置
において、前記調理室内の電界強度を検出する電磁波吸収材と、前
記食品が発する輻射熱を検出する輻射熱センサとを備
え、前記電磁波吸収材による出力特性と前記輻射熱セン
サによる出力特性とを基に前記食品の加熱を制御するこ
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、前記食品が前記調理室に投入された時点で、前記輻
射熱センサの情報を基に、解凍調理か否かの判断を行う
ことを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項３】請求項２記載の高周波加熱装置におい
て、前記解凍調理では前記電磁波吸収材出力の変曲点の
検出により解凍を停止することを特徴とする高周波加熱
装置。
【請求項４】請求項１記載の高周波加熱装置におい
て、前記輻射熱センサは、それぞれ異なる領域の食品の
輻射熱を集光する複数の集光レンズと、前記集光レンズ
によって集光された輻射熱を検出する感熱素子とを備
え、前記複数の集光レンズを切り換えて異なる領域毎に
輻射熱を検知することを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項５】請求項４記載の高周波加熱装置におい
て、前記複数の集光レンズを切り替える切換手段を備え
ることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項６】請求項４記載の高周波加熱装置におい
て、前記複数の集光レンズを全て同一の指向性強度を持
つもの用いることを特徴とする高周波加熱装置。
【請求項７】請求項５記載の高周波加熱装置におい
て、前記切換手段をＧＮＤ部分と電気的に接続すること
を特徴とする高周波加熱装置。