JP5066111B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、高周波出力によって食品を加熱する高周波加熱装置に関するものである。

従来のこの種の加熱装置においては、顧客が調理器本体の前面に配置されている操作部を操作することによって、食品を加熱するための高周波出力と加熱時間を設定することができるようになっている。

前記のように、顧客が高周波出力と加熱時間を設定できる調理方式では、顧客が食品の重量に適した加熱時間より大幅に上回る時間を設定することがあり、この場合には、食品を加熱するマグネトロンに過大な負担が掛かったり、食品の過加熱により食品自体が発煙したり、発火することがある。

そこで従来は、顧客が食品の重量に適した加熱時間より大幅に上回る時間を設定しても、食品を加熱するマグネトロンの温度上昇を防止する方法や食品の発煙や発火を防止する方法がとられており、それらの方法として以下に示すものが知られている。

特許文献１に示す高周波加熱装置は、被加熱物の重量に応じて高周波エネルギー（高周波出力）の最大出力を制御し、マグネトロンの発振を安定させ、異常な温度上昇や電界集中を起こさないようにしたものである。

その内容は、被加熱物の重量が小さい時は高周波エネルギーの最大出力を小さくし、被加熱物の重量が大きい時は高周波エネルギーの最大出力を大きくすることで、被加熱物の大きさや種類によってインピーダンス整合が取れない場合、マイクロ波が反射され、導波管からマグネトロンの方に戻ってマグネトロンの発振が不安定になったり、異常な温度上昇や電界集中を起こさないようにしている。

また、特許文献２に示す電子レンジは、調理者が操作部のタイマ操作を誤って、食品の重量に適した加熱時間より大幅に上回る時間を設定した場合、食品への過加熱による食品自体の発煙や発火を防止するものである。

その内容は、調理者のタイマ操作により入力した加熱時間ＴＭが食品の重量に基づき得られる加熱時間ＴＯより長い場合には、加熱時間ＴＯを実際の加熱時間として加熱調理動作を実行することで、顧客が食品の重量に適した加熱時間より大幅に上回る時間を設定しても、食品の過加熱による食品自体の発煙や発火することを防止するものである。

特開平３−２０１３８８号公報 特開平９−２１３４７２号公報

上記した特許文献１及び特許文献２においては、いずれも顧客が入力した設定条件とは異なる条件で被加熱物への加熱が行われる。

例えば、特許文献１では、加熱する食品の重量に応じて高周波エネルギー（高周波出力）の最大出力が制御され、また、特許文献２では、加熱する食品の重量に応じて加熱時間の上限が決められてしまう。

これらは、顧客の意図に反して調理器本体側で加熱の制御が行われ、顧客が設定した時間よりも短い時間で加熱が終了することになり、顧客は故障と勘違いしてクレームの要因になるという問題点が生じる。

本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、請求項１では、食品を加熱する加熱室と、該加熱室の底面に載置されたテーブルプレートと、該テーブルプレートを支持し該テーブルプレート上に載置された食品の重量を検出する重量検出手段と、前記食品を高周波出力によって加熱するマグネトロンと、該マグネトロンの高周波出力を可変可能とするインバータ電源と、前記食品を加熱するための高周波出力と加熱時間を設定する操作部とを備えた高周波加熱装置において、前記重量検出手段により検出した前記食品の重量に応じた各高周波出力ごとの最大通電許容時間を算出し、前記操作部で設定した前記食品の加熱時間が、前記最大通電許容時間より長い場合は、前記最大通電許容時間経過後、高周波出力を低下させて食品を加熱する制御手段を備えたものである。

請求項２では、前記制御手段は、前記操作部で設定した食品の加熱時間が、前記最大通電許容時間より長い場合は、前記最大通電許容時間経過後、段階的に高周波出力を低下させて食品を加熱するものである。

本発明によれば、顧客が食品の重量に適した加熱時間より大幅に上回る時間を設定しても、顧客が設定した加熱時間に加熱が終了するので、故障と勘違いしてクレームの要因になることがなく、また、その場合においても、マグネトロンの温度上昇を防止するとともに、食品の発煙や発火を防止し、調理器本体の安全を確保し、顧客に安心感を与えることができる。

一実施例の加熱調理器の本体を前面側から見た斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 一実施例の加熱調理器のドアを開け、本体内部が見える状態の斜視図である。 同加熱調理器の重量検出手段の概略構造を示す断面図である。 同加熱調理器の加熱室底面の回転アンテナと重量検出手段とを説明する説明図である。 同加熱調理器の制御回路を説明するためのブロック図である。 食品の重量に応じ高周波出力と最大通電許容時間を示す説明図である。

以下、本発明の実施例を添付図面に従って説明する。

図１から図３は、本実施例の主要部分を示すもので、図１は加熱調理器本体を前面側から見た斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は加熱調理器本体の外枠を取り外し、ドアを開けて本体内部が見える状態の斜視図である。

図において、加熱調理器の本体１は、加熱室２８の中に加熱する食品を入れ、高周波やヒータの熱を使用して食品を加熱調理する。

ドア２は、加熱室２８の内部に食品を出し入れするために開閉するもので、ドア２を閉めることで加熱室２８を密閉状態にし、食品を加熱する時に使用する高周波の漏洩を防止し、ヒータの熱を封じ込め、効率良く加熱することを可能とする。

取っ手９は、ドア２に取り付けられ、ドア２の開閉を容易にするもので、手で握りやすい形状になっている。

ガラス窓３は、調理中の食品の状態が確認できるようにドア２に取り付けられ、ヒータ等の発熱による高温に耐えるガラスを使用している。

入力手段７１は、ドア２の前面下側の操作パネル４に設けられ、高周波加熱やヒータ加熱等の加熱手段や加熱強さである高周波出力や加熱時間等を入力するための操作部６と、操作部６から入力された内容や調理の進行状態を表示する表示部５とで構成されている。尚、この入力手段７１は、操作バネル４をドア２の前面左右のいずれか一側に設けた場合には、この操作パネル４に設けられる。

外枠７は、加熱調理器の本体１の上面と左右側面を覆うキャビネットである。

後板１０は、前記したキャビネットの後面を形成するものであり、上部に外部排気ダクト１８が取り付けられ、該外部排気ダクト１８の取り付けられる内側に、食品から排出した蒸気や本体１の内部の部品を冷却した後の冷却風（廃熱）３９を排出する排気孔３６が設けられている。

また、外部排気ダクト１８は、排気孔３６を通過した冷却風（廃熱）を本体１の外に排出するもので、排気は外部排気ダクト１８の外部排気口８から排出し、排気の排出方向は本体１の上部方向で且つ前面側に排気する。排気の排出方向を上部方向で且つ前面側に向けることで、背面を壁面に寄せた時でも排気によって壁面を汚すことがない。

機械室２０は、加熱室底面２８ａと本体１の底板２１との間の空間部に設けられ、底板２１上には食品を加熱するためのマグネトロン３３，マグネトロン３３に接続された導波管４７，制御基板２３、その他後述する各種部品、これらの各種部品を冷却するファン装置１５等が取り付けられている。

加熱室底面２８ａは、略中央部が凹状に窪んでおり、その中に回転アンテナ２６が設置され、マグネトロン３３より放射される高周波エネルギーは、導波管４７，回転アンテナ駆動手段４６の出力軸４６ａが貫通する開孔部４７ａを通して回転アンテナ２６の下面に流入し、該回転アンテナ２６で拡散されて加熱室２８内に放射される。回転アンテナ２６は回転アンテナ駆動手段４６の出力軸４６ａに連結されている。

ファン装置１５は、底板２１に取り付けた冷却モータに連結されており、このファン装置１５によって発生する冷却風３９は、機械室２０内の自己発熱するマグネトロン３３や該マグネトロン３３の高周波出力を可変可能とする電源を作るインバータ電源を搭載したインバータ基板２２，重量検出手段２５等を冷却し、加熱室２８の外側と外枠７の間および熱風ケース１１ａと後板１０の間を流れ、外枠７と後板１０を冷却しながら排気孔３６を通り、外部排気ダクト１８の外部排気口８より排出される。

加熱室２８の後部には、熱風ユニット１１が取り付けられ、該熱風ユニット１１内には加熱室２８内の空気を効率良く循環させる熱風ファン３２が取り付けられ、加熱室奥壁面２８ｂには空気の通り道となる熱風吸気孔３１と熱風吹出し孔３０が設けられている。

熱風ファン３２は、熱風ケース１１ａの外側に取り付けられた熱風モータ１３の駆動により回転し、熱風ヒータ１４で循環する空気を加熱する。

加熱室２８の天面の裏側には、ヒータよりなるグリル加熱手段１２が取り付けられている。グリル加熱手段１２は、マイカ板にヒータ線を巻き付けて平面状に形成し、加熱室２８の天面裏側に押し付けて固定し、加熱室２８の天面を加熱して加熱室２８内の食品を輻射熱によって焼くものである。

また、加熱室底面２８ａには、複数個の重量検出手段２５、例えば前側左右に右側重量センサ２５ａ，左側重量センサ２５ｂ、後側中央に奥側重量センサ２５ｃが設けられ、その上にテーブルプレート２４が載置されている。

テーブルプレート２４は、食品を載置するためのもので、ヒータ加熱と高周波加熱の両方に使用できるように耐熱性を有し、かつ、高周波の透過性が良く、衛生面でも問題がない磁器等の材料で成形されている。

また、このテーブルプレート２４は、グリル加熱手段１２を使用して加熱する時に、食品を適宜グリル加熱手段１２に近づけるために、加熱室２８の左右側面に設けた上中下の多段（図では３段）の棚２７に載せて使用される。

次に、図４から図５を用いて内部の詳細な構造を説明する。

図４は重量検出手段の概略構造を示す断面図、図５は加熱室底面の回転アンテナと重量検出手段とを説明する説明図である。

重量検出手段２５は、加熱室底面２８ａの機械室２０側に取り付けられ、プランジャー６７のみが加熱室底面２８ａから加熱室２８へ臨んでおり、その上にテーブルプレート２４を載置している。

重量検出手段２５は、本実施例では静電容量式の検出手段を用いている。その詳細は、薄板の金属材で作られた可動電極６８と固定電極６９から構成され、固定電極６９と可動電極６８は略平行に対向して所定の隙間、すなわち検出空間７０を保持し、その検出空間７０にコンデンサを形成する。

そして、テーブルプレート２４に載置された食品の重さに応じてプランジャー６７が押されると、その下面の可動電極６８が移動し、静置している固定電極６９との検出空間７０で決まる静電容量を後述する制御手段７２に送り、制御手段７２は、事前にテーブルプレート２４だけを載せた時の静電容量を記憶しておくことで、その静電容量の差を求め食品の重量を求める。

食品の重量は、各重量検出手段２５の検出した食品重量の合計で求められ、また、各重量検出手段２５の検出値の比率からテーブルプレート２４のどの位置に食品の重心が有るかを求められる。

各重量検出手段２５の検出値の制御手段７２への伝達は、静電容量のままでは、各重量検出手段２５と制御手段７２とを結ぶ信号線間の容量ノイズや周囲からのノイズの悪影響を受けやすいので、各重量検出手段２５に静電容量の変化で発振周波数が変化する回路を設け、発振周波数を制御手段７２へ送る重量データとしている。

次に回転アンテナとその駆動について説明する。

マグネトロン３３から放射されるマイクロ波は、図２で前述したように、マグネトロン３３に接続されている導波管４７の中を通り、導波管４７の開孔部４７ａから加熱室底面２８ａの略中央に設けられた回転アンテナ２６の下面に流入し、回転アンテナ２６によって撹拌されて加熱室２８内に放射される。

回転アンテナ２６は、回転アンテナ駆動手段４６によって回転し、加熱室２８に置かれた食品にムラなくマイクロ波エネルギーを放射する。回転が停止した場合は食品の受けるマイクロ波エネルギーは不均衡になり加熱ムラが生じる。従って、意図的に回転アンテナ２６を止め、加熱の不均衡になる特性を利用して加熱効率を良くすることも可能である。

回転アンテナ駆動手段４６は、同期モータが使用され、制御手段７２からの回転アンテナ駆動信号４６ａによりＯＮ／ＯＦＦし、印加される電源の周波数によって回転数が決定する。ここで使用するアンテナ駆動手段４６は、駆動手段内にモータと減速器を設け、印加する電源の周波数が５０Ｈｚの時は出力軸４６ａが１回転に要する時間は１２秒で、周波数が６０Ｈｚの時は１０秒である。

図６は加熱調理器のシステム全体の動作を説明するブロック図である。

図において、電源７６は、加熱調理器の本体１を動作させるもので、電流検出手段Ａ７５を介して制御手段７２に接続されている。

また、電流検出手段Ａ７５は、加熱調理器の本体１で使用している電流を検知するもので、電源７６の変動を検出して加熱する出力を一定に調整するために用いられている。

レンジ加熱手段７７は、マグネトロン３３と該マグネトロン３３の高周波出力を可変可能とする電源を作るインバータ電源３４である。インバータ電源３４は、制御手段７２を介して操作部６より入力される高周波出力に応じた電源を作り、マグネトロン３３に印加する。作られる電源は、前述したようにマグネトロン３３の高周波出力が電源７６の変動に左右されないように、電源検出手段Ａ７５からの検出信号で電源７６を監視し、電源７６の変動分を出力で補正するように動作する。

オーブン加熱手段７８は、熱風ユニット１１内の熱風ヒータ１４と熱風ファン３２を駆動する熱風モータ１３である。制御手段７２は、加熱室２８内の温度が操作部６から入力された温度になるように熱風ヒータ１４の電力を調整する。

１２はグリル加熱手段１２のヒータである。

回転アンテナ駆動手段４６は、回転アンテナ２６を駆動するためのモータで、同期モータと回転数を減速するためのギャーが一体になっているものである。

２５は重量検出手段である。

７１は入力手段で、ここでは操作部６と表示部５を示す。

７２は制御手段で、操作部６から入力された内容に従い、食品を加熱調理するように動作させるもので、各検知手段から食品の状態や加熱室２８の状態を検知し、その後、各加熱手段や駆動手段を必要に応じて動作させるものである。

本実施例は、以上の構成からなり、次に動作について説明する。

初めにドア２を開けて加熱室２８の底面に配置したテーブルプレート２４上に食品（図示無し）を載置し、ドア２を閉める。

ドア２を閉めた後、ドア２に設けられた操作パネル４の表示部５を見ながら操作部６を操作して高周波加熱を選択し、加熱する時の高周波出力を例えば８００Ｗ（なお、高周波出力は１００Ｗ，２００Ｗ，５００Ｗ，６００Ｗ，８００Ｗの５通りから選択可能とする）と加熱時間１０分を入力する（なお、手動レンジ加熱では最大３０分の加熱時間が設定可能とする）。次に、操作部６の加熱開始用スタートボタンを押して加熱調理を開始する。

加熱は制御手段７２で管理され、レンジ加熱手段７７であるインバータ回路３４に、設定された高周波出力で食品を加熱調理するためのパワーに見合った高周波の出力値を送り、インバータ回路３４は、その値に応じた出力電圧をマグネトロン３３に印加する。

加熱調理中は、電流検出手段Ａ７５により入力電流を監視し、常に食品への加熱出力が一定になるように、入力電流の変動に応じてマグネトロン３３に印加する出力電圧を調整する。

加熱が開始されると、制御部７は設定された加熱時間を加熱タイマにより設定された１０分から減算を開始する。それと並行して加熱開始からの経過時間の計時を開始する。この時、加熱タイマの残時間は表示部５に表示される。

加熱を開始してから数秒後、例えば６秒後に重量検出手段２５で食品の重量を検出し、重量検出手段２５により検出した前記食品の重量に応じ、操作部６で設定した高周波出力と前記高周波出力より段階的に弱くした高周波出力（ここでは、前記設定可能な６００Ｗ，５００Ｗ，２００Ｗ，１００Ｗ）ごとの最大加熱時間である最大通電許容時間を算出する。

この最大通電許容時間は、制御手段７２に各高周波出力（設定可能な高周波出力１００Ｗ，２００Ｗ，５００Ｗ，６００Ｗ，８００Ｗの５通り）ごとに重量に応じた最大通電許容時間（図７）が事前に設定されている。

図７は食品の重量に応じて、操作部６で設定できる高周波出力によって加熱してもマグネトロン３３が無理なく動作でき、食品の発火，発煙が起こらない最大加熱時間である最大通電許容時間を表したものである。

例えば、２００ｇの食品を加熱する場合、高周波出力を弱くすること無く加熱できる最大加熱時間である最大通電許容時間は、高周波出力８００Ｗで連続加熱できる最大通電許容時間は２分間、６００Ｗでは５分間、５００Ｗでは１２分間、２００Ｗでは２０分間、１００Ｗでは３０分間である。

また、２００ｇの食品を高周波出力８００Ｗに設定し、最大の加熱時間（３０分間）を設定した場合は、設定した高周波出力を段階的に弱くして設定した加熱時間を加熱できるようにしたもので、初め設定した高周波出力８００Ｗで連続加熱で２分間加熱した後、高周波出力を６００Ｗに弱くして５分間（加熱開始からの加熱時間）加熱、次に５００Ｗに弱くして１２分間（加熱開始からの加熱時間）加熱、次に２００Ｗに弱くして２０分間（加熱開始からの加熱時間）加熱、次に１００Ｗに弱くして３０分間（加熱開始からの加熱時間）加熱できることを表している。

これは、高周波出力を下げることでマグネトロンの温度上昇率が低下する原理を利用したものである。

そして、この高周波出力と加熱時間は、高周波加熱装置の加熱室２８の大きさ、導波管４７の寸法などによって決まるインピーダンスの整合によって異なるものである。

重量検出手段２５から検出された食品の重量が２００ｇの場合、図７より高周波出力８００Ｗ時の加熱できる最大通電許容時間は２分間となる。

算出された最大通電許容時間が操作部６で設定された加熱時間より長い場合は、操作部６で設定された高周波出力の状態で設定された加熱時間で食品を加熱する。

しかし、算出された最大通電許容時間が操作部６で設定された加熱時間より短い場合は、操作部６で設定された加熱時間になるまで、最初に設定された高周波出力から段階的に高周波出力を弱くして加熱を行う。

最初に設定した高周波出力８００Ｗ、加熱時間１０分では、重量検出手段２５で検出した食品の重量が２００ｇであり、図７に示すように高周波出力８００Ｗの時の最大通電許容時間は２分間と設定時間１０分間より短いため、制御手段７２は加熱開始からの経過時間が２分に到達したら加熱する高周波出力を８００Ｗから６００Ｗに弱くするようにインバータ電源３４を制御する。

この時、図７より食品の重量が２００ｇ、高周波出力設定６００Ｗ時の最大通電許容時間は５分間となる。今度も最大通電許容時間が設定時間より短いため、制御手段７２は加熱開始からの経過時間が５分に到達したら加熱する高周波出力を５００Ｗと弱くするようにインバータ電源３４を制御する。

そして、高周波出力を５００Ｗと弱くしたところで、最大通電許容時間が１２分間となり、最大通電許容時間が設定時間より長くなり、制御部７は加熱時間の１０分が減算され加熱タイマの残時間が０になるのを待って加熱を終了する。

なお、同一条件にて顧客が設定した時間が１分だった場合は、高周波出力８００Ｗ時の最大通電許容時間が設定時間より長くなるため高周波出力８００Ｗのまま加熱タイマの残時間が０になると加熱が終了する。

また、顧客が設定した加熱時間が１５分の場合は、食品の重量が２００ｇの時の最大通電許容時間が設定時間より長く加熱ができる高周波出力を２００Ｗまで設定された高周波出力から段階的に弱くして、各弱くした高周波出力で最大通電許容時間加熱し、設定された加熱時間の加熱タイマが０になるのを待って加熱を終了する。

なお、加熱途中でドア１１を開いた場合は、制御部７は加熱を一時停止する。この状態からドアを閉め、スタートボタンを押すと加熱が再スタートし、加熱タイマは一時停止時の残時間より減算を再開する。この時、加熱室２８の食品は入れ替えられている可能性があるので、一時停止前に高周波出力８００Ｗから６００Ｗ以下に低下していた場合は、設定した高周波出力８００Ｗに戻し、経過時間は再スタート時を起点にリセットして計時を開始する。ただし、安全性を重視して再スタート時も一時停止直前の高周波出力を維持し、経過時間も一時停止前の経過時間より計時を再開することも考えられるので限定されるものではない。

以上説明したように、本実施例によれば、顧客が食品の重量に適した加熱時間より大幅に上回る時間を設定しても、顧客が設定した加熱時間に加熱が終了するので、故障と勘違いしてクレームの要因になることがなく、また、その場合においても、マグネトロンの温度上昇を防止するとともに、食品の発煙や発火を防止し、調理器本体の安全を確保し、顧客に安心感を与えることができる

６ 操作部
２５ 重量検出手段
３３ マグネトロン
７２ 制御手段

Claims (2)

1. 食品を加熱する加熱室と、
   該加熱室の底面に載置されたテーブルプレートと、
   該テーブルプレートを支持し該テーブルプレート上に載置された食品の重量を検出する重量検出手段と、
   前記食品を高周波出力によって加熱するマグネトロンと、
   該マグネトロンの高周波出力を可変可能とするインバータ電源と、
   前記食品を加熱するための高周波出力と加熱時間を設定する操作部とを備えた高周波加熱装置において、
   前記重量検出手段により検出した前記食品の重量に応じた各高周波出力ごとの最大通電許容時間を算出し、前記操作部で設定した前記食品の加熱時間が、前記最大通電許容時間より長い場合は、前記最大通電許容時間経過後、高周波出力を低下させて食品を加熱する制御手段を備えたことを特徴とする高周波加熱装置。
2. 前記制御手段は、前記操作部で設定した食品の加熱時間が、前記最大通電許容時間より長い場合は、前記最大通電許容時間経過後、段階的に高周波出力を低下させて食品を加熱することを特徴とする請求項１記載の高周波加熱装置。

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