(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下に対峙し、静電容量センサとなるプラス側電極とマイナス若しくは接地側電極で構成された一対の電極と、該電極対より得られた信号により前記空間上に位置する食品の静電容量を測定する静電容量測定部とを備え、前記プラス側電極の上下両面が実質的な絶縁体により被覆若しくは挟持されて食品及び湿度の環境変動因子との接触を防止して構成するとともに、実質的な絶縁体により被覆若しくは挟持されたプラス側電極とマイナス若しくは接地側電極間が、食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて配置されて、
前記一対の電極に所定の電圧が印加されたときに検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする食品の非接触型品温測定装置。
【請求項２】
前記空間を挟んでプラス側電極の反対側に位置する他の電極が、導電性材料で形成され、食品搬送面若しくは設置面の一部となす事を特徴とする請求項１記載の非接触型品温測定装置。
【請求項３】
前記食品搬送空間の反対側に位置するプラス側電極の上方空間に、接地されたノイズフィルタが配設されていることを特徴とする請求項２記載の非接触型品温測定装置。
【請求項４】
前記静電容量測定部で得られた測定データを時系列的に取得して、この時系列データを予めメモリーされている被測定対象の食品の基準データと比較して、温度、凍結／解凍状態ともに、内部欠損、異物混入の被測定食品の品質評価を行うことを特徴とする請求項１記載の非接触型品温測定装置。
【請求項５】
食品をコンベア上に配設して連続して凍結若しくは解凍を行う連続式凍結若しくは解凍装置に適用される請求項１記載の非接触型品温測定装置において、
前記電極対の少なくとも一方の電極は、前記食品搬送コンベアの一部となす導電性搬送体とし、他方の電極は食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて上方に対峙する１又は複数の電極であることを特徴とする請求項１記載の食品の非接触型品温測定装置。
【請求項６】
食品をコンベア上に配設して連続して凍結若しくは解凍を行う連続式凍結若しくは解凍装置に適用される非接触型品温測定装置において、
静電容量センサとなる少なくとも一対の電極と、該電極対より得られた信号により前記空間上に位置する食品の静電容量を測定する静電容量測定部とを備え、
前記電極対の少なくとも一方の電極は、前記食品搬送コンベアの一部となす導電性搬送体とし、他方の電極は食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて上方に対峙する１又は複数の電極であるとともに、前記コンベアにより食品が移動する凍結解凍室を複数の凍結／解凍ゾーンに分割し、該各ゾーン毎に夫々プラス電極が設けられ、一方、前記コンベア若しくは該コンベアの一部に、接地されたベルト状導電材からなる電極を備えて構成することにより、前記一対の電極に所定の電圧が印加されたときに検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする食品の非接触型品温測定装置。
【請求項７】
食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて上下に対峙し、静電容量センサとなる少なくとも一対の電極と、該電極対より得られた信号により前記空間上に位置する食品の静電容量を測定する静電容量測定部とを備え、前記電極対のプラス側電極を、複数に分割された電極を有する多極センサで構成し、前記複数の電極を一体的に絶縁間隙を介して、接地された電気力線拡散防止用ガード電極に囲撓されて構成され、前記複数の電極よりの静電容量信号の選択若しくは合成信号に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする食品の非接触型品温測定装置。
【請求項８】
前記多極センサを相対的に食品が通過する際に、被測定物である食品の多極電極センサに対する方向、位置を変えて複数の静電容量信号を測定し、その複数の静電容量信号の選択的組み合わせにより食品の形状、内部空洞の有無の食品の品目、目的とする食品の品質評価を行うことを特徴とする請求項７記載の食品の非接触型品温測定装置。
【請求項９】
食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて、下方に食品設置面となる実質的な絶縁体、上方に静電容量センサとなる少なくとも一対の電極を配置するとともに、該電極対より得られた信号により前記空間上に位置する食品の静電容量を測定する静電容量測定部とを備え、
同一平面状に位置するプラス側電極とマイナス電極の上下両面が実質的な絶縁体により被覆若しくは挟持されて食品及び湿度の環境変動因子との接触を防止して構成し、
前記一対の電極に所定の電圧が印加されたときに検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする食品の非接触型品温測定装置。
【請求項１０】
前記同一平面状に位置するマイナス電極が、プラス電極に対する一の共通電極で形成され、該共通電極が接地されている事を特徴とする請求項９記載の非接触型品温測定装置。
【請求項１１】
前記食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間と対面する前記プラス電極側の雰囲気空気を加熱する手段を備え、該加熱手段により前記雰囲気空気を露点温度よりわずかに高い温度に保持しながら検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする請求項９記載の食品の非接触型品温測定装置。
【請求項１２】
前記同一平面状に位置するプラス側電極とマイナス電極の、食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間と対面する側の雰囲気空気を加熱する手段を備え、該加熱手段により前記雰囲気空気を露点温度よりわずかに高い温度に保持しながら検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする請求項９記載の食品の非接触型品温測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハンバーグ、ミートボール等の凍結食品や、加工済み食品等において、均一で高品質な加工食品や凍結食品の製造を可能とするための食品の静電容量検知に基づく非接触型品温測定装置、特に該検知データによって食品温度や凍結／解凍状態や気泡の有無等も含む品質評価や解凍装置の運転評価制御をも可能にした冷凍解凍システムに適用される非接触型品温測定装置に関する。ここで食品の品温とは食品の温度、凍結／解凍状態や気泡の有無等の品質評価も含む。
【０００２】
【従来の技術】
食品を凍結すると、低温と食品に含まれる水分の氷結により当該食品の持つ水分活性の低下で生物化学的反応を遅延させるとともに、微生物の活動を押さえ、食品を長期間保存することができる。細菌の繁殖限界は略−１０℃で、酵母や黴は略−１８℃である。このため、食品を−１８℃以下に冷蔵（深温凍結の状態）すると腐敗や自己消化による分解のおそれがなくなると言われている。ハンバーグやミートボール等の凍結前加工済み品の凍結について日本農林規格では、凍結方法は、食品中の大部分の水が凍結する温度帯である−１℃〜−５℃の最大氷結晶生成帯を急速に通過させ、品温（食品の温度）を−１８℃に到達させる方法によらねばならないとしている。
【０００３】
食品に含まれる水分は、凍結しやすい自由水、すなわち、自由に運動ができる水と凍結しにくい結合水、すなわち、束縛されている水とからなり、後者は蛋白質や糖質の分子と水和している水で、水和の度合いが強くなる程氷結しにくく、食品を凍結する際に氷結晶となるのは自由水の範囲である。食品の品温をある程度まで下降させ、食品の氷点に達すると、食品中の水溶液の中に氷結晶が析出する。更に品温を氷点以下に下げると、最大氷結晶生成帯（氷点が−１℃の食品の場合は−１℃〜−６℃の温度帯）に入り、この温度帯で氷結晶が成長し、細胞膜の破壊を惹起する。このため、急速凍結により最大氷結晶生成帯を短時間の内に通過させ、生成する氷結晶を微細のものにして細胞の物理的破壊を最小に押さえることが望まれている。
【０００４】
また、上記急速凍結の場合においても、細胞内外に小さい氷結晶が多数形成され、細胞膜を破壊するので、これを防ぐために細胞内での氷結晶が生じない程度の凍結速度に押さえた中で細胞外を氷結晶で固めた後、急速凍結に移行し細胞内にも微細な氷結晶を形成させた場合は凍害は発生しないと言われている。
このような凍害を発生させない凍結操作を行うためには、凍結中の時々刻々に変化する食品品温の的確な把握と、それに対応したプログラム制御による凍結制御が必要である。
【０００５】
また、前記急速凍結と深温凍結（最大氷結晶生成帯以下の低い温度、例えば−２０℃前後の凍結）の間には、凍結媒体と凍結条件の変更により可能とされる均温処理凍結の凍結操作の介入をさせ急速凍結により惹起された深温凍結の表面品温との平均化を図る必要がある。
この場合でも、食品の品温の的確な把握と、把握した品温に基づき行うプログラム制御による凍結操作を必要とする。
特に調理冷凍食品の凍結工程では、食品の組織や成分に与える物理的、化学的影響を最小限に押さえるため、急速凍結した際生成する氷結晶を微細のものにして肉質の機械的損傷を少なくするとともに、その後の貯蔵で氷結晶の成長が速やかに進行しないよう、−１８℃以下の低温、微変動（±２℃）で貯蔵する必要があると言われている。
【０００６】
また、小型の食品をバラバラに個別凍結するバラ凍結冷凍においては製品毎に表面、中心、平衡品温を測定し凍結曲線を作成し凍結雰囲気温度、速度等の適切な凍結条件のもとに凍結し、凍結後の品温チェックをする必要がある。
【０００７】
また、食品の解凍においても生化学的、酵素的反応から見て、急速解凍を行い最大氷結晶融解帯域通過の急速化を図り、品温が０℃になるまで１０℃以下、できれば５℃以下の低温に品温を維持することが要求される。即ち、この場合も初期の解凍は高温で行い、その後低温によるプログラム解凍操作を必要としている。
【０００８】
そして、均一、高品質、不良率の少ない冷凍食品を効率良く製造するためには、冷凍工程中の食品の温度、温度降下速度および凍結速度、凍結終了点、形状、大小、成分、連続式冷却凍結加熱装置にあっては搬送ベルト面上の配列、搬送速度等、その食品の諸状態を常に把握し、その食品に対して最適かつ効率の良い凍結装置の運転を行うことが重要である。
【０００９】
ところで、上記凍結ないし解凍中の食品の品温測定は食品に接触している空気、水、ブライン等の食品の周囲温度か、温度センサの接触による表面温度ないしセンサの突き刺しによる内部温度測定など一部分の測定に終始し、食品全体の温度を把握できる状況にない。
上記センサの突き刺しによる測定の場合、被測定物は製品としては使用できず、使い捨てになり、非経済的であり、また、接触式の場合は非衛生的である。
さらに、従来の方法によれば、最も重要な食品の温度、凍結については多数の食品の各部分を計測することは実用上不可能なため、サンプリングされた少数の食品の一部分について計測、凍結雰囲気（空気温度、風速、風向、凍結時間等）等から推定していた。また、凍結装置の運転制御管理は食品の温度、凍結度でなく凍結雰囲気のフィードバックによって行われている。
【００１０】
一方、今後、ＰＬ法、ＨＡＣＣＰ、コストダウン、高付加価値差別化商品等消費者側の要求に応えるため、より高精度の品質管理、装置の制御管理が必須となる。しかしながら、従来の方法では、測定項目の増加に伴い、多種多様多数のセンサや測定器、例えば、接触、埋込温度センサ、放射表面温度計、抽出したサンプルの化学的物理的計測分析、Ｘ線、放射線、磁気、超音波、光電管、イメージセンサ、タッチセンサ等種々のセンサや測定器が使用されているが、装置・操作が複雑化する、サンプル数が増加する、センサ管理が増加する等の問題があった。
最も致命的なことは、センサが被測定対象である食品に接触するため、食品の衛生品質上の問題であった。例えば、サーミスタなどで食品の温度を測定する場合、センサの先端を食品内に挿入しなければならない。このため、センサ自体を無菌の状態に維持しなければならない。さらにまた、多数の食品が連続式凍結装置等のベルトコンベア上を連続して移送される場合、個々にそれらの温度をサーミスタなどで測定することは不可能である。
【００１１】
また、含水分系食品の熱源装置において、チルド・パーシャル温度領域の制御に際して、食品の品温測定手段として、並設対向した一対の電極上に食品を載置して食品の導電率と誘電率の合成値であるベクトルインピーダンスを検出する検出手段を使用して、該検出値による熱源装置の前記チルド・パーシャル制御を可能とした発明が特公平７−７６６６４号公報に記載されている。
上記発明は一対の電極上に食品を載置して電極間の導電率及び誘電率の合成値を計測するようにしたものであるが、食品表面と電極との接触状態及び接触抵抗は一定ではなく、常に不安定な状態で測定されるため、合成値も不正確な値となり、従って該合成値による熱源装置の制御には高精度のものは望めない状況にある。
【００１２】
また、食品の諸状態を把握するために、従来、状態項目に対応した各種検出センサが用いられている。さらに、連続式凍結装置内に様々な大きさの食品が移送される場合、センサの位置が固定されていたのでは食品の温度を正確に測定することはできない。
本発明は、前述の問題点に鑑みなされたもので、食品の凍結、解凍に伴う水分の結合遊離、分子構造の変化等の物性変化及び成分変化は、当該食品の誘電率の変化をもたらし、該誘電率の変化は前記食品を非接触に挟持する電極間の静電容量の変化と相関関係にあることに着目した。
つまり、前記凍結、解凍状態にある食品の品温と前記電極間の静電容量との間にも相関関係があるものと考えられ、特に大きな物性変化を示す凍結点においては品温による物性変化に起因する前記静電容量の変化を惹起するものと考えられる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決するために、食品の静電容量検知データによって食品温度や凍結／解凍状態や気泡の有無等も含む品質評価や解凍装置の運転評価制御をも可能にした冷凍解凍システムに適用される非接触型品温測定装置を提供するにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。
【００１５】
請求項１記載の発明は、上下に対峙し、静電容量センサとなるプラス側電極とマイナス若しくは接地側電極で構成された一対の電極と、該電極対より得られた信号により前記空間上に位置する食品の静電容量を測定する静電容量測定部とを備え、前記プラス側電極の上下両面が実質的な絶縁体により被覆若しくは挟持されて食品及び湿度の環境変動因子との接触を防止して構成するとともに、実質的な絶縁体により被覆若しくは挟持されたプラス側電極とマイナス若しくは接地側電極間が、食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて配置されて、
前記一対の電極に所定の電圧が印加されたときに検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする。
【００１６】
そして前記電極のプラス側電極に印加される電圧が周波数５０ＫＨＺ〜１ＭＨの範囲の高周波電圧であるのがよい。
【００１７】
又前記所定の電圧が印加されるプラス側電極の周囲を絶縁間隔を保持して囲撓して電気力線拡散防止用ガード電極が設けられ、該ガード電極を接地して、プラス側電極を構成するのがよく、この場合、前記プラス側電極の上下両面が実質的な絶縁体により被覆若しくは挟持されて食品及び湿度の環境変動因子との接触を防止した構成であるのがよい。
【００１８】
又前記空間を挟んでプラス側電極の反対側に位置する他の電極が、導電性材料で形成され、食品搬送面若しくは設置面の一部となすことによりシステムの簡略化が達成される。
【００１９】
又、前記食品搬送空間の反対側に位置するプラス側電極の上方空間に、接地されたノイズフィルタが配設されるのがよい。この場合前記ノイズフィルタはマイナス極の反対側に配設しても良い。
【００２０】
そして本発明は、前記静電容量測定部で得られた測定データを時系列的に取得して、この時系列データを予めメモリされている被測定対象の食品の基準データと比較して、温度、温度変化に基づく凍結／解凍状態ともに、内部欠損、異物混入等の被測定食品の品質評価を行う。
又本発明は、食品をコンベア上に配設して連続して凍結若しくは解凍を行う連続式凍結若しくは解凍装置に適用される非接触型品温測定装置において、
静電容量センサとなる少なくとも一対の電極と、該電極対より得られた信号により前記空間上に位置する食品の静電容量を測定する静電容量測定部とを備え、
前記電極対の少なくとも一方の電極は、前記食品搬送コンベアの一部となす導電性搬送体とし、他方の電極は食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて上方に対峙する１又は複数の電極であるとともに、前記コンベアにより食品が移動する凍結解凍室を複数の凍結／解凍ゾーンに分割し、該各ゾーン毎に夫々プラス電極が設けられ、一方、前記コンベア若しくは該コンベアの一部に、接地されたベルト状導電材からなる電極を備えて構成することにより、前記一対の電極に所定の電圧が印加されたときに検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする。
【００２１】
又本発明は、食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて上下に対峙し、静電容量センサとなる少なくとも一対の電極と、該電極対より得られた信号により前記空間上に位置する食品の静電容量を測定する静電容量測定部とを備え、前記電極対のプラス側電極を、複数に分割された電極を有する多極センサで構成し、前記複数の電極を一体的に絶縁間隙を介して、接地された電気力線拡散防止用ガード電極に囲撓されて構成され、前記複数の電極よりの静電容量信号の選択若しくは合成信号に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする。
【００２２】
この場合も，前記複数の電極を一体的に、絶縁間隙を介して、接地された電気力線拡散防止用ガード電極に囲撓して多極センサを構成するのがよい。
そして前記多極センサを相対的に食品が通過する際に、被測定物である食品の多極電極センサに対する方向、位置を変えて複数の静電容量信号を測定し、その複数の静電容量信号の選択的組み合わせにより食品の形状、内部空洞の有無等の食品の品目、目的とする食品の品質評価を行うのがよい。
【００２３】
尚、前記発明のように被測定物（食品）を挟んでその上下に空間を挟んでプラス電極センサとマイナス電極センサを配置するのではなくプラス電極センサとマイナス電極センサ（プラス極１ａとマイナス極１ｂ）を同一平面上に並べる方式も可能である。特に、連続式冷凍装置では搬送台が非金属か、非導電性ベルトまたはベルト面の汚れが激しい場合に該ベルト面を絶縁面とすることで好ましく、又バッチ式冷凍解凍装置では従来の非接触式センサと同様に使用される事が出来有益である。
【００２４】
請求項９記載の発明はかかる点を考慮したもので、食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間を隔てて、下方に食品設置面となる実質的な絶縁体、上方に静電容量センサとなる少なくとも一対の電極を配置するとともに、該電極対より得られた信号により前記空間上に位置する食品の静電容量を測定する静電容量測定部とを備え、
同一平面状に位置するプラス側電極とマイナス電極の上下両面が実質的な絶縁体により被覆若しくは挟持されて食品及び湿度の環境変動因子との接触を防止して構成し、
前記一対の電極に所定の電圧が印加されたときに検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする。
【００２５】
この場合も、前記電極のプラス側電極に印加される電圧が周波数５０ＫＨＺ〜１ＭＨの範囲の高周波電圧であるのがよく、更に、前記所定の電圧が印加されるプラス側電極の周囲を絶縁間隔を保持して囲撓して電気力線拡散防止用ガード電極が設けられ、該ガード電極を接地して、プラス側電極を構成し、更に、前記同一平面状に位置するプラス側電極とマイナス電極の上下両面が実質的な絶縁体により被覆若しくは挟持されて食品及び湿度等の環境変動因子との接触を防止した構成であるのがよい。
【００２６】
更に記同一平面状に位置するマイナス電極を夫々接地した個別電極で構成しても良いが、プラス電極に対する一の共通電極で形成され、該共通電極が接地されているように構成しても良い。
【００２７】
尚、食品の冷却凍結装置、解凍装置、加熱装置内でセンサを使用する際、センサ表面に結露、氷結、霜付等の現象が発生、生長する。これら現象の発生、生長に伴い静電容量の値が変化するため、食品の正しい静電容量を測定できない。そこで、請求項１８、請求項１９記載の発明は、静電容量センサが置かれている雰囲気空気の露点温度よりわずかに高い温度（０．１℃〜１０℃）に保持して、水蒸気圧が雰囲気空気より高くなり結露、氷結、霜付を防止させたものである。
【００２８】
即ち請求項１１記載の発明は請求項１記載の発明に対応するもので、前記食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間と対面する前記プラス電極側の雰囲気空気を加熱する手段を備え、該加熱手段により前記雰囲気空気を露点温度よりわずかに高い温度に保持しながら検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする。
【００２９】
又請求項１２記載の発明は請求項１記載の発明に対応するもので、前記同一平面状に位置するプラス側電極とマイナス電極の、食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間と対面する側の雰囲気空気を加熱する手段を備え、該加熱手段により前記雰囲気空気を露点温度よりわずかに高い温度に保持しながら検出される静電容量に基づいて食品の温度を測定可能にしたことを特徴とする。
【００３０】
そしてこれらの発明を使用した凍結解凍制御システムは、冷却熱媒体による冷却手段と、加熱熱媒体による加熱手段と、処理すべき食品を所定位置に配置する食品設置手段とを内蔵する凍結解凍室に、静電容量センサとなる一対の電極を備え、該一対の電極に所定の電圧が印加されたときに前記食品の静電容量を検出可能とする静電容量測定部を有する非接触型品温測定装置が設けられ、かつ前記電極に対し非接触、非破壊状態に食品を配置可能の食品設置手段が構成され、前記静電容量測定部は比較演算部に接続され、該比較演算部では予め測定された特定食品の凍結過程の静電容量データと前記静電容量測定部からの現測定データとを比較演算可能にされ、さらに、前記比較演算部は調節設定部に接続されて、前記比較演算部において演算された結果に基づいて前記冷却熱媒体あるいは加熱熱媒体を制御するとともに、食品の品質評価をも可能とする。
【００３１】
また、前記各発明においては、電極の周囲に所定の間隔を保持してガード電極（電気力線拡散防止枠）を配設して電気力線拡散の影響を押さえること、及び前記電極対の上下外側に、該電極対を空間を介して挟むことによりノイズ障害を押さえるノイズフィルタ用接地電極を設けると好結果が得られる。さらに、連続式凍結装置を有する多角的凍結解凍制御システムでは、マイナス電極となる他方の電極を食品の搬送体であるステンレススチールベルト、ステンレスメッシュベルト、金属トレー（以下ベルトと称する）とすることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参考にして本発明の好適な実施形態例を例示的に詳しく説明する。但し、この実施形態例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その他相対的配置等は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３３】
図１は、本発明の基本構成に係る食品の非接触型品温測定装置の概略構成図である。
図１及び図６に示すように本発明の食品の非接触型品温測定装置は、食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間１６を隔てて上下に対峙し非接触式静電容量センサ３０となる一対の電極３０Ａと３０Ｂが存在する。
上側に位置する電極３０Ａはプラス電極として構成され、すなわち例えば図６に示すように銅、アルミニウムその他の導電部材よりなる方形若しくは円形薄板のプラス電極センサ３０Ａと該プラス電極センサ３０Ａの周囲に適当な間隔（絶縁間隔）１２を囲撓して設けたリング方形若しくはリング円形薄板のガード電極（電気力線拡散防止枠）３と、前記プラス電極センサ３０Ａとガード電極（電気力線拡散防止枠）３とを絶縁間隔１２を保持して上下両面より一体的に絶縁封止するシート状絶縁板２ａ、２ｂと、前記プラス電極センサ３０Ａよりの静電容量に対応する検知信号は、シールド被覆５を介して引き出し線４より引き出される。
上側に位置する電極３０Ａはプラス電極として構成され、すなわち例えば図６に示すように銅、アルミニウムその他の導電部材よりなる方形若しくは円形薄板のプラス電極センサ３０Ａと該プラス電極センサ３０Ａの周囲に適当な間隔（絶縁間隔）１２を囲撓して設けたリング方形若しくはリング円形薄板のガード電極（電気力線拡散防止枠）３と、前記プラス電極センサ３０Ａとガード電極（電気力線拡散防止枠）３とを絶縁間隔１２を保持して上下両面より一体的に絶縁封止するシート状絶縁板２ａ、２ｂと、前記プラス電極センサ３０Ａよりの静電容量に対応する検知信号は、シールド被覆５を介して引き出し線４より引き出される。
下側に位置する電極３０Ｂはマイナス電極（接地電極）として構成され、すなわち例えば図６に示すように銅、アルミニウムその他の導電部材よりなる方形若しくは円形薄板のマイナス電極１ｂと該電極１ｂの周囲に適当な間隔（絶縁間隔）１２を囲撓して設けたリング方形若しくはリング円形薄板のガード電極（電気力線拡散防止枠）３と、前記電極１ｂと接地されたガード電極（電気力線拡散防止枠）３とを絶縁間隔１２を保持して上下両面より一体的に絶縁封止するシート状絶縁板２ａ、２ｂとよりなり、前記マイナス（接地）電極１ｂよりの静電容量に対応する検知信号は、シールド被覆５を介して引き出し線４より引き出される。
又前記封止された二つの電極３０Ａ、３０Ｂの上側及び下側にはノイズ防止用のノイズフィルタ１４、１４が設けられるとともに、前記２つの電極は静電容量測定部６０に接続されている。
この静電容量センサ３０測定条件は略電圧１〜５０Ｖ、周波数５０ＫＨＺ〜１ＭＨの範囲の高周波電圧印加では安定した測定が可能である。さらに、ガード電極（電気力線拡散防止枠）３、３とノイズフィルタ１４、１４は接地して安定性を図っている。
なお、前記ガード電極（電気力線拡散防止枠）３は一方のプラス電極１ａ側に設け、他方のマイナス電極側には設けなくてもよい。
一方の電極１ｂを接地して使用する場合は、ガード電極（電気力線拡散防止枠）３を設ける電極は接地しない側のプラス電極１ａとする。
ノイズフィルタ１４は、鉄製部材１４ａに銅箔１４ｂを貼付するとともに接地させる構成とし、内外に対する静電気防止と高周波ノイズと低周波ノイズおよび電磁波ノイズ等を防止するようにしてある。
また、測定用の引き出しケーブル４はケーブル間の浮遊静電容量、高周波、低周波ノイズ、電磁波などによる測定誤差防止のため該測定ケーブルの銅またはアルミ金属メッシュで形成したシールド被覆５を接地してある。
シート状絶縁性板２ａ、２ｂは前記上下の電極１ａ、１ｂとガード電極（電気力線拡散防止枠）３のそれぞれを封止して被測定物である食品１０が電極１ａ、１ｂ、３に対し非接触且つ非破壊の状態で載置できるように全体的に包被するか挟持する構成にしてある。
なお、ガード電極（電気力線拡散防止枠）３は測定電極１ａ、１ｂ間に発生する電気力線が拡散することを防止するため測定ケーブル４の銅またはアルミ金属メッシュシールド被覆部（図６の符号５）に電気抵抗が少なくなるようにハンダ等で結合する。
上記構成により、測定電極１ａ、１ｂ間に静電容量測定部６０により高周波電圧を印加すると、該測定電極１ａ、１ｂ間に形成された容量負荷に対応した電流が流れ、該電流値により前記食品１０の静電容量を計測でき、この計測結果に基づいて後記に詳説するように食品の平衡品温を演算できる。これにより当該食品の凍結時や解凍時等の品温特性を知ることができ、後述する凍結時の急速凍結、均温処理凍結、深温凍結におけるプログラム制御や解凍時の急速解凍や低温維持のプログラム制御が確実に行うことができる。
【００３４】
次に、前記図１に示す双極静電容量センサの実施形態についてさらに詳細に図６及び図７に基づいて説明する。
図６は、図１の静電容量センサを具体化した概略構成図で（Ａ）は平面図、（Ｂ）、（Ｃ）は（Ａ）図のイ−イ線における断面図で、図７は、前記各静電容量センサの組立側面図である。
３０Ａはプラス電極１ａ側の１のセンサ部で、銅板等の導体で方形製作したプラス電極１ａの周囲には、相似形に大なる電気力線拡散防止枠３を電極１と所定の微小間隔１２を介して囲撓しており、これらを硬質塩化ビニル透明板等の実質的な絶縁体板２ａ、２ｂで上下に挟持固定することにより、電極１の周辺からの電気力線の拡散防止を図る。前記プラス電極１ａよりの静電容量に対応する検知信号は、シールド被覆５を介して引き出し線４より引き出されるてんは前記したとおりである。これにより図６（Ｂ）に示すような静電容量センサ３０Ａを構成する。
絶縁板２ａ、２ｂは同質の材料を使用すると、両者を融着する接着剤が使用できるための機械的強度、防水気密性が得られる。
また、このセンサ２０は双極センサであるための対峙する一対の電極１ａ、１ｂが必要である。
下側に位置する電極３０Ｂは図６（Ｃ）に示すように、マイナス電極（接地電極）として構成され、例えば銅、アルミニウムその他の導電部材よりなる方形薄板のマイナス電極１ｂを保持して上下両面より一体的に絶縁封止する硬質塩化ビニル透明板等の絶縁板２ａ、２ｂとよりなり、前記マイナス電極１ｂよりの静電容量に対応する検知信号は、シールド被覆５を介して引き出し線４より引き出される。
他方の電極センサ３０Ｂは図６（Ｃ）に示すように、図６（Ａ）の静電容量センサ３０Ａとは電気力線拡散防止枠３が付加されていないこと以外はすべて同一の構造のセンサ部３０Ｂを構成している。この場合他方の電極センサ３０Ｂにも電気力線拡散防止枠３を付加しても測定に際して何等の不都合は生じない。
図７は本発明の実施形態において用いた静電容量センサ３０を組立てた側面図である。
前記上下２つの電極センサ３０Ａ、３０Ｂは非測定物１０たる食品が非接触な状態で通過可能な、空間１６を持たせて上下に配置するとともに、夫々の電極センサ３０Ａ、３０Ｂの絶縁板２ａ、２ｂの平面外寸と同寸法の方形ステンレス製のホルダ１４Ａを、センサ３０Ｂの下方に配し、そのホルダ８四隅には雌ねじ９を設けてある。
ステンレス製ホルダ１４ａの上面に銅製の板１４ｂが貼着され、磁界、静電気、低周波、高周波電波のシールドを行うノイズフィルタ１４として機能させるために接地させる構成とし、磁界、静電気、低周波、高周波電波のシールドを行うとともにセンサ３０の重量を支えるだけの厚みをもたせる。
又前記ステンレス製ホルダ１４ａの雌ねじ９に４隅に垂直に立てたステンレス製のボルト１１には間隔保持部材としての複数のナット４２がねじ込まれており、ナット４２回転によりその間隔位置を変更することによりステンレス製ホルダ１４ａと電極センサ３０Ｂ及び電極センサ３０Ａと３０Ｂとの間隔Ｌ（空間）を調整することが可能である。１０は静電容量センサ３０Ａと３０Ｂｔの間に置いた被測定物（食品）である。
【００３５】
以下本センサを組み込んだ各種凍結解凍装置Ａを説明する。
図２は、図１及び図７の静電容量センサをバッチ式凍結解凍装置に適用した凍結解凍システムの概略構成図である。
同図において、凍結解凍室３８には、ブラインや冷媒等の冷却熱媒体を循環して形成される熱交換器等による冷却手段５１と、ヒートブライン等の加熱媒体を循環して形成される熱交換器等による加熱手段５２と、多段コンテナ５４上部に配置した温度センサ３１と、凍結若しくは解凍処理すべき食品１０をコンテナの各段の所定位置に配置する多段コンテナ５４と、さらに前記冷却手段５１と加熱手段５２に面して配置されたエアブラスト用ファン３５が内蔵されている。
また、食品設置手段である多段コンテナ５４の各段には図１に示される一対の電極センサ３０Ａ、３０ｂが配置され、その対峙空間位置は食品１０が非接触、非破壊状態に配置される間隔に保持され、該一対の電極センサ３０Ａ、３０ｂ間に前記した所定の電圧が印加されたときに、該食品１０の静電容量を検出することができるように構成されている。
前記非接触式静電容量センサ３０を構成する一対の電極１ａ、１ｂは引き出し線４を介して静電容量測定部６０に接続されて非接触型品温測定装置を構成する。
静電容量測定部６０は前記各棚に配置させた各静電容量センサ３０の選択器、センサ３０Ａ、３０Ｂ間の電圧信号に静電容量を測定する測定器、及びＡ／Ｄ変換器からなり、静電容量測定部６０の測定データは比較演算調整部６１に送信され、該比較演算調整部６１では時系列物性変化率設定器で時系列的に前記測定値を取得して予め測定されてメモリされている特定食品の凍結過程の静電容量データと、静電容量測定部６０からの現測定データの凍結過程の静電容量データとを比較演算する事により、後記するように、温度、凍結状態ともに、内部欠損、異物混入などをも検知して被測定食品の品質評価を可能としている。
また、比較演算調整部６１の品質評価データは環境温度や上下限設定器の基準温度と前記比較演算調整部６１において演算された結果に基づいて温度調節設定部６２に制御信号を送信し、冷却熱媒体（Ｃ）や加熱熱媒体（Ｈ）の流量制御に基づく温度制御を可能としている。
なお、本発明の凍結解凍制御システムは、凍結単独の機能を持つ凍結装置、解凍単独の機能を持つ解凍装置、更には冷蔵装置や加熱装置などを組み合わせて構成することもできることは言うまでもない。
【００３６】
図４には、図２のバッチ式凍結解凍システムの要素構成が示してある。本凍結解凍システムは、冷却／解凍凍結室３８内に、食品の非接触式静電容量センサ３０と、凍結時または解凍時の雰囲気温度計測用の温度センサ３１と、急速解凍用のヒータと熱交換器よりなる加熱源３２と、低温解凍用の冷熱源と均温処理凍結用冷熱源を形成する単段圧縮機３３Ａを有する冷却器３３（＋２０℃〜−２０℃）と、急速凍結用と深温凍結用の冷熱源を形成する２段圧縮機３４Ａを有する２段圧縮の冷却器３４（−２０℃〜−６０℃）とエアブラスト用ファン３５とを備えており、前記非接触式静電容量センサ３０の信号に基づいて、静電容量測定６０と比較演算調整６１を行い、該比較演算調整部６１の演算値により食品の品温演算処理を行い、ＰＩ、ＰＩＤプログラム制御をするＣＰＵ内臓の主コントローラ３６と、温度センサ３１の検出値により温度調節設定部６２として機能する庫内温度上限下限のリミット制御をする補助コントローラ３７とより構成する。
なお、圧縮機の能力が充分に大であれば、単段圧縮機３３Ａまたは２段圧縮機３４Ａと、これらにかかわる冷却器３３、３４は、どれか一つを省くことが可能である。安定した運転と省エネルギー効果を得るためには、２タイプの冷却器と圧縮機を用いることが好ましい。
上記構成による解凍及び凍結操作の一例を示せば、解凍時には加熱源３２よりの加熱熱媒体との熱循環による急速解凍を行う際に、前半はＰＩ制御により最大氷結晶融解帯域を急速に通過させ、平衡品温が０℃に到達後は冷却器３３のＰＩ制御により品温を１０℃以下、できれば５℃以下の温度により低温遅速解凍を行う。
一方凍結時には、冷却器３４により−４０℃以下の凍結温度でＰＩＤ制御による急速凍結を行い、中心温度を当該食品の氷点温度まで下降させる。次いで、冷却器３３によるＰＩ制御により均温処理凍結を行い、品温の均一化を図った後、冷却器３４のＰＩ制御により平衡品温を−１８±２℃に維持する深温凍結を行う。
上記加熱源３２と冷却器３３及び冷却器３４のＰＩ制御、ＰＩＤ制御は前記主コントローラ３６と補助コントローラ３７との連動により、コントロールバルブ３３Ｂ、３４Ｂを介して行う。なお、前記エアブラスト用ファン３５の代わりに衝突噴流を用いることもできる。
【００３７】
図３は、本図１の静電容量検出部構成を連続式凍結解凍装置に適用した概略構成図である。
同図に示すように、被測定食品の設置手段を兼ねる導電性のコンベア４０の上部空間１６に等間隔に延設され、または凍結工程中に静電容量を測定するのに必要な数カ所に数個ずつ配置されたプラス電極１ａ、１ａ…と、該プラス電極１ａの周囲に適当間隔を置いて設けられた電気力線防止枠であるガード電極（電気力線拡散防止枠）３、３…は、図１に示す場合と同様にシート状絶縁板２によって封止されプラス電極センサ３０Ａを構成している。また、プラス電極センサ３０Ａの上部には図１と同様に空隙を介してノイズフィルタ１４（図３では図示省略）を設けてある。
他方の電極センサ３０Ｂ、はコンベア４０に搭載された導電性ベルト状の共通電極１ｂを実質的な絶縁体２で被覆して形成され、マイナス電極若しくは接地電極となっている。この導電性ベルト状電極センサ３０Ｂと上記プラス電極センサ３０Ａにより非接触式静電容量センサ３０を構成する。
なお、コンベア４０のベルト状電極センサ３０Ｂの架台が接地していることにより、該導電性ベルト状電極センサ３０Ｂが接地されている。導電性ベルト状電極センサ３０Ｂと電気的に接続している架台等の金属部分と、静電容量測定器の接地端子を接続する。複数個配置されたプラス電極１ａ、１ａ…は周期的に順次微小時間電気回路を開閉するスキャンニング器１４ｃを経由して静電容量測定部６０の＋端子に接続される。
電気力線の拡散防止のために、プラス電極１ａの周囲にガード電極（電気力線拡散防止枠）３を設けるとともに、該ガード電極３は測定ケーブルシールド部５によって接地端子に接続される。
上記構成により、走行するコンベア４０上に食品１０をそのまま、あるいは絶縁性シート２３を食品と導電性ベルト状電極センサ３０Ｂの間に介在させながら、食品１０の上部空間１６の空気層を介して、または装置内に供給される冷媒ガス等のガス層を介して、間隔配置されたプラス電極センサ３０Ａの配置間隔に対応させて形成された複数のゾーン１６Ａ〜１６Ｆ毎に食品１０をコンベア４０上に載置し、コンベア４０上に載置された複数の食品１０に対応するそれぞれのプラス電極センサ３０Ａとマイナス電極（導電性ベルト）センサ３０Ｂの間で高周波電圧を印加すれば、スキャンニングされたプラス電極センサ３０Ａ側の電圧信号に対応して、静電容量が測定できる。このことにより、食品の品温、凍結の終了、凍結過程の凍結割合が判明する。
なお、上記の非接触式のセンサでは、食品の上部の空気層が空気以外のガス体（窒素ガス、炭酸ガス、水蒸気ガス等、あるいはこれらの混合体）であっても静電容量の測定が可能である。
【００３８】
図５は図３に示す非接触型品温測定装置を連続式凍結解凍装置Ｂに適用した凍結解凍システムの概略構成であり、凍結解凍室３８には、数カ所に形成されたゾーン１６Ａ〜１６Ｆ（入口ゾーン１６Ａと出口ゾーン１６Ｆの間に凍結解凍ゾーンを３ゾーン１６Ｂ〜１６Ｄに区分している。）対応して夫々プラス電極センサ３０ａ、３０ａ…が設けられている。
また、該複数のプラス電極センサ３０ａ、３０ａ…の下方には、前記プラス電極と非接触、非破壊状態に配置される食品空間１６を介して、接地電極であるベルト状電極センサ３０Ｂを備えたコンベア４０が設けられている。コンベア４０の端側側部にはコンベアを駆動するドライブモータ４１が設置されている。さらに、各凍結解凍ゾーン１６Ｂ〜１６Ｄにはそれぞれ冷熱若しくは加熱熱媒体による冷却手段５１・加熱手段５２と、夫々のゾーン温度を管理する温度センサ３１とが設けられている。
さらに各冷却手段５１・加熱手段５２に面してエアブラスト用ファン３５が設けられ、各ゾーン毎に温度制御可能に構成されている。
そして各ゾーンに毎に食品が侵入すると、プラス電極センサ３０Ａとベルト電極状電極センサ３０Ｂに所定の電圧が印加されたときに食品の静電容量を検出可能に構成される。
前記静電容量センサ３０を構成する一対の電極センサ３０Ａ、３０Ｂは静電容量測定部６０に接続されて非接触型品温測定装置を構成する。
静電容量測定部６０は前記コンベアの各ゾーン位置１６Ａ〜１６Ｆに配置させた各静電容量センサ３０の選択器、センサ３０Ａ、３０Ｂ間の電圧信号に静電容量を測定する測定器、及びＡ／Ｄ変換器からなり、静電容量測定部６０の測定データは比較演算調整部６１に送信される。
該比較演算調整部６１では時系列物性変化率設定器で時系列的に前記測定値を取得して予め測定されてメモリされている特定食品の凍結過程の静電容量データと、静電容量測定部６０からの現測定データの凍結過程の静電容量データとを比較演算する事により、温度、凍結度、内部欠損、異物混入などをも検知して被測定食品の品質評価を行うとともに、コンベアの搬送速度、ベルト面汚れ、ブライン汚れ、等の運転評価を行う。
また、比較演算調整部６１の品質評価や運転評価データは、温度調節設定部６２側の環境温度や上下限設定器の基準温度に基づいて、前記比較演算調整部６１において演算された結果に基づいて、冷却熱媒体（Ｃ）や加熱熱媒体（Ｈ）の流量制御に基づく温度制御や運転制御を可能としている。
さらに被測定食品の品質評価により規格外と判定された食品は出口側に設けた排除コンベア４３により規格外排除を行ったり、運転装置の異常の場合は警報や装置以上停止を行う。
【００３９】
次に本発明の効果を確認するために、図７に示した静電容量センサ３０を用いて静電容量と温度との相関関係を調べた。被測定物として、市販のハンバーグ、成形パン生地、エチルアルコールを選び、図２に示すバッチ式凍結解凍装置Ａの凍結解凍室３８内のプラスチック製の多段コンテナ５４内に、図７に示した静電容量センサ３０を２個近接して設置し、１個のセンサで静電容量を測定し他の１個のセンサは静電容量を測定せず被測定物内に直接サーミスタ等の温度測定センサを差し込んで温度測定を行う温度直接測定用とした。また、凍結解凍室３８の環境条件である内部温度、風速が同じ条件になるようにした。
【００４０】
（Ｉ）エチルアルコール冷却加熱過程における静電容量と温度との関係
図１８は、冷却過程でのエチルアルコールについての静電容量と温度の関係を表すグラフ図である。
静電容量と温度同一サンプルで＋２５℃から−３２℃までの冷却過程、−３０℃から＋２０℃までの昇温過程、＋２０℃から−３０℃までの再冷却過程での静電容量と温度を測定した。
図１８の冷却過程でのエチルアルコールについての静電容量−温度グラフ図より、冷却過程でのエチルアルコールについての静電容量と温度の関係は＋２５℃から−３２℃の間ではほぼ直線、すなわち一次関数で表されることが分かった。際冷却過程、昇温過程についても、静電容量と温度の関係は冷却過程と同様で極めて相関のあることが確認された。
【００４１】
（II）ハンバーグの凍結解凍過程における静電容量と温度との関係
品質的に安定している工業製品化された市販のハンバーグをサンプルとし、凍結解凍過程における静電容量と温度の時系列変化を測定し静電容量、温度、時間の関係を求めた。
測定は５個のサンプルを用いて５回行った。図１９〜図２８は、ハンバーグについての凍結過程、融解過程における時間、静電容量、温度を表すグラフの一例である。温度については、一個のハンバーグに温度センサを８点異なる位置に均等に埋込んで測定している。このため、図１９〜図２８の温度は８点それぞれの測温体の温度を表している。
ハンバーグの凍結過程における時間、静電容量、温度等の相互の関係を表すグラフ図１９、図２０、図２３、図２４、図２５のうち、図１９は時間に対する静電容量と温度の経過を、図２０は温度と静電容量の関係を、図２３、図２４は温度と静電容量の二次導関数の関係を、図２５は時間と静電容量の一次導関数の関係をそれぞれ表している。
以下、被計測物の温度測定点各位置での計測値をそれぞれ系列１、系列２…のように表す。図中のＮｏ．はそれぞれのセンサＮｏ．である。以下、他の実施例においても同様である。
図１９、図２０より静電容量はハンバーグの一部が凍結点に達すると静電容量の上昇勾配が急になり、すべての点が凍結点に達すると静電容量が最大になる。その凍結後は、ハンバーグの凍結温度の低下に伴い静電容量が減少する。この凍結の初め〜終了の間はハンバーグが最大氷結晶帯を通過した時間であり、このことにより凍結と未凍結の割合が推定される。言い換えれば凍結状態／非凍結状態の割合が、温度とともに、推定される。又＋１０℃付近で静電容量が減少しているが、これは油脂が硬化したことに起因すると推定される（ＤＳＣ＜示差走査熱量計＞による測定結果とも一致している）。従って食品の品質評価も可能である。
図２３はセンサＮｏ．１〜４、図２４はセンサＮｏ．５〜８におけるハンバーグの凍結過程における静電容量の時間に関する二次導関数の値を温度に対して描いたグラフである。凍結点に達すると、静電容量の二次導関数の値は、温度軸に対しほぼ直角に変化する。このことからハンバーグの凍結点は−２．７±０．２℃と容易に推定される。図２０と図２３、図２４とを合わせ比較検討することにより明確に凍結点が確認できる。
図２５は、時間に対する静電容量の一次導関数の値を示している。Ｙ軸（ｄｃ／ｄｔ）のＯを＋側から−側に、または−側から＋側に横切る際のＸ軸の値が、図１９で静電容量が極小値、極大値となる時間でありハンバーグの凍結が始まった時間、完了した時間を表している。
ハンバーグの解凍過程における時間、静電容量、温度等の相互の関係を表すグラフ図２１、図２２、図２６、図２７、図２８のうち、図２１は時間に対する静電容量と温度の経過を、図２２は温度と静電容量の関係を、図２６と図２７は温度と静電容量の二次導関数の関係を、図２８は時間と静電容量の一次導関数の関係をそれぞれ表している。
図２１、図２２から静電容量はハンバーグの一部が融解点に達すると極大になり、全ての部分が融解完了した時点で極小となり、その後ハンバーグの品温の上昇に伴い静電容量は再び増大する。凍結過程と同様に、上記極大、極小の間がハンバーグの最大氷結晶帯を通過している時間であり、このことより融解、未融解の割合が推定される。言い換えれば凍結／解凍状態の割合が、温度とともに、推定される。
図２６、図２７では、静電容量の二次導関数の値が温度軸に対しほぼ直角に変化する箇所が数点表れる。融解の場合は凍結と異なり、凍結温度点の低いものから融解を始める。
食品を凍結・解凍すると、塩類、糖類、アミノ酸、脂肪酸等種々の物質の水溶液が種々の共晶点を持つため、凍結点の低いものから順に融解し、最後に水分の多いものが融解することになる。このため、図２６、図２７では静電容量の二次導関数の値が温度軸に対し、直角に変化する個所が１個所以上表れる。大きな変化は−１０℃と−４．１±０．２℃近辺である。図２１、図２２と合わせ考察すると、−１０℃は融解点の低い成分が融解したもの、−４．１±０．２℃は、水分を多く含むものが融解したと思われる。
このように凍結過程における凍結温度と解凍過程における融解温度は相違する。これは、凍結によるハンバーグの組織細胞膜の破壊によるハンバーグの水溶液の成分変成に起因すると考えられる。また、かかる事実は、実際の現場で解凍時凍結点よりも低い温度でハンバーグが軟化し、解凍後に水溶液がハンバーグから分離する現象との因果関係が認められる。
図２８は、時間に対する静電容量の一次導関数の値を示す。Ｙ軸（静電容量）の０を＋側から−側、または−側から＋側に横切る際のＸ軸の値が図２１で、静電容量が極小値、極大となる時間でありハンバーグが融解を始めた時間、完了した時間を表している。前述したように、凍結の場合と異なり水溶液の成分に応じた種々の共晶点が現れている。
ハンバーグにおいても、静電容量と温度との相関関係があることが示された。とくに凍結点、融解点、融解完了点において静電容量の変化がみられ、被測定物である食品の凍結状況あるいは融解状況が分かり、このことから被測定物に対する凍結過程あるいは解凍過程において、静電容量を検出することにより、被測定物の品質管理、装置の制御管理を向上することができる。
【００４２】
（III）パン生地の凍結解凍過程における静電容量と温度との関係
２つの異なった成分の食材を組み合わせた食品としてチーズブロックをパン生地で包み成形したものをサンプルとした。
図２９〜図３６は、パン生地についての凍結過程、解凍過程における時間に対する静電容量と温度の経過、温度と静電容量の関係、温度と静電容量の二次導関数の関係及び時間と静電容量の一次導関数の関係を示すグラフである。
図２９、図３０のパン生地凍結時の時間、静電容量、温度の関係を示すグラフに見られるように、凍結過程における静電容量、時間、温度の関係は凍結開始から完了迄の間はハンバーグと同様であった。凍結前の冷却過程、凍結完了後の温度降下過程ではハンバーグと異なったパターンを示している。
パン生地凍結過程の時間、温度、静電容量の関係を表す図２９、図３０より静電容量は凍結開始点で最小になり、凍結完了点で最大になる。
最小と最大の間でパン生地の凍結割合をが変化する。凍結点はパン生地の凍結過程における図２９の時間、静電容量、温度、図３０の静電容量、温度、図３１の温度、静電容量の二次導関数から−４．３±０．２℃と推定される。
パン生地の部分とチーズの凍結点と融解点はそれぞれ異なるが、このように一体となった食品では、全体の凍結点あるいは融解点として計測・判定される。実際の食品製造の現場において、パン生地とチーズを別々に凍結、または解凍することはないため、静電容量によって食品の全体を計測できることは実用に即している。
また、同様に、本発明の実施例では、電極保護のプラスチック、空気、包装材が静電容量の測定値に影響を及ぼす。電極間に電極保護用樹脂、食品の包装材、空気層等食品以外の絶縁物が介在する場合、測定静電容量は食品とこれら介在物の合成されたものとなる。空気の誘電率は真空の誘電率と同じとして扱う。これらのことより介在物の静電容量は固定されたバイアス分とみなす。
また、電極の大きさ、食品よりの距離、その他種々の条件で測定静電容量は異なった値を示すが、これは測定装置常数として扱う。
よって実用上食品の品質管理、凍結装置の制御管理上測定静電容量を食品の静電容量として扱う。（測定静電容量は静電容量と記す。）
解凍については、図３２のパン生地の解凍過程における時間、温度、静電容量、図３３の静電容量と温度、図３４の温度、静電容量の二次導関数から、融解点は−５．４℃±０．２℃、融解開始から完了の間でパン生地（チーズを含む）の融解の割合をが変化する。
ハンバーグの凍結・解凍過程と同様に、図３５はパン生地の凍結過程における時間、静電容量の一次導関数である。静電容量の一次導関数がＹ軸の０を横切る点のＸ軸の値が凍結の経過時間を表し、図２９のパン生地の凍結過程における時間、静電容量の関係を表すグラフの極大、極小である。
従って、実際の食品の凍結過程において時間、静電容量の一次導関数をリアルタイムに演算すると凍結の始まり、完了が容易に認識できる。
図３６はパン生地の解凍過程における時間、静電容量の一次導関数である。静電容量の一次導関数がＹ軸の０を横切る点のＸ軸の値が解凍の経過時間を表し、図３０のパン生地の解凍過程における時間、静電容量の関係を表すグラフの極大、極小である。従って、実際の食品の解凍過程において時間、静電容量の一次導関数をリアルタイムに演算すると、解凍の始まり、完了が容易に認識できる。
上記より、静電容量は食品の凍結・融解点で大きく変化することが分かり、これにより食品各部分の凍結、融解の状況を確定することができる。また、食品によってその食品固有の静電容量、温度、経過時間の関係パターンが存在する。したがって、従来の温度センサによる検出方法では数多くの測定点、多数の温度センサが必要であったが、本発明による非接触式静電容量測定方法によれば、１個の静電容量センサで、しかも被測定物である食品に接触しないで、非破壊で食品の温度依存物性変化を検出把握できる。
一般に、凍結点と融解点は同一とされているが、本実験では融解点が低くなっている。実操業の現場ではしばしば見受けられる現象である。凍結点と融解点との相違は凍結の際は時系列的に見ると凍結点の高いものから凍ってくるため、高い温度帯で大部分のものが凍る。逆に融解の場合、凍結点の低いものから固体→液体に変化し、凍結点の高いものが後になって融解する。このことから、食品が凍り始める温度と解け始める温度が異なることになる。
一方、凍結過程、融解過程の経過時間と静電容量の関係は図１９、図２１、図２５、図２８、図２９、図３２、図３５、図３６より経過時間に対し、食品がどのような状態にあるかを把握することができる。
以上のように被測定物としての食品およびエチルアルコールにおいて、静電容量と温度との相関関係があることが示された。とくに食品においては、凍結点、融解点、融解完了点において更には油脂の効果状態によって静電容量の変化がみられ、被測定物（食品）の凍結状況あるいは融解状況が分かり、このことから被測定物に対する凍結工程あるいは解凍工程において、静電容量を検出して被測定物の品質管理、装置の制御管理を向上することができる。
【００４３】
（IV）異物混入の検出
加工食品に異物が混入していたのでは、清潔で衛生的とはいえない。また食品の内部に空洞があったのでは、商品価値が低くなってしまう。食品中の異物あるいは内部欠如の有無を検出することも重要なことである。食品に異物が混入した場合や食品内部に欠陥があった場合について、静電容量による検出の可能性を調べた。被測定物として切り餅、ハンバーグを使用、ゼムグリップを異物として静電容量を調べた。
図８は単極接地型の静電容量センサの実施形態例である。（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）のロ−ロ線における断面図である。
図９は単極接地センサを異物混入の検出に使用した実施形態例である。図８、図９においても図６と同じ符号については、同じ構成要素を表し、重複を避けるため、説明を省略するが、２つの電極センサ３０Ａ、３０Ｂの内、一方のプラス電極センサ３０Ａは前記した電気力線拡散防止枠３付の図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示す電極センサ３０Ａを使用し、他方の電極センサ３０Ｂは銅板を寸法を縦１０００ｍｍ、横１５００ｍｍ、厚さ０．２ｍｍとにしたのみでこれ１ｂを接地してマイナス電極センサ３０Ｂとした。
食品（被測定物１０）の静電容量の測定において、上記のように２つの電極センサ３０Ａ、３０Ｂのうち一方の電極３０Ａ面積に対し、ほぼ無限大の面積を持つ電極センサ３０Ｂを接地した場合、下の表１、表２のように電極間に空気層のみがある場合と、食品＋空気層の場合とで静電容量に明確な差が認められる。
【表１】
0004121707.tif 000002
【表２】
0004121707.tif 000003
また、接地しない電極板の投影下に入っている食品の面積により静電容量の値が変化することが測定実験より確認できた。食品に異物が混入した場合、上記表１、２から静電容量の値が変化することから静電容量より異物混入を識別できることが明らかとなった。
【００４４】
（Ｖ）連続式凍結装置における検出
図５に示す連続式凍結解凍装置Ｂの導電性ベルトであるスチールベルト状電極センサ３０Ｂに非接触式静電容量センサ３０を取り付けた場合について検出の可能性を調べた。図１０に示すように、凍結過程での測定にあたり前もってアースと測定ケーブルの一方を接続し、ターミナル架台のカバー上のビスに共締めする。温度測定は熱電対若しくはサーミスタ等の直接温度検知センサ６の先端を被測定物であるハンバーグの長さ、幅、厚さそれぞれの中心になる点に１個所差し込む。
図１０は連続式凍結装置において静電容量センサ３０を適用した実施形態の要部概略図である。導電性ベルトであるスチールベルトを電極センサ３０Ｂとして使用し、駆動モータ（図示せず）によって連続的に長手方向に移送される。なお、スチールベルトに代えてメッシュベルトを使用することもできる。
静電容量センサ３０と、前記静電容量センサ３０と同一の外形構造の温度測定用ダミーセンサＳＴとをスチールベルト状電極センサ３０Ｂ上に近接して配置する。設置場所は被測定物の取替え可能な凍結解凍室３８の出口側点検扉近くとする。静電容量センサ３０、温度センサＳＴの電極板の真下のスチールベルト状電極センサ３０Ｂに被測定物（食品）１０が位置するようにセットし、凍結過程における経過時間に対する温度、静電容量を測定する。温度測定は熱電対センサ６の先端を被測定物であるハンバーグの長さ、幅、厚さそれぞれの中心になる点に１個所差し込んで測定した。
食品の実操業に使用されるスチールベルト（またはメッシュベルト）状電極センサ３０Ｂの接地された金属ベルト面を一方の電極１ｂとした場合、静電容量の測定について運行しているベルトに常時接地線を接続することは実操業面で装置が複雑となる。また、衛生的にも好ましくない。そこで、可動部分でないドライブ側ステンレスターミナルカバー上のビスに接地線と測定ケーブルの一方を共締めし、ターミナルカバー水平部およびベルト面にそれぞれ静電容量センサ３０を設置して測定した。結果はベルトに接地線を接続した場合と測定値が同じであったことよりドライブ側ステンレスターミナルカバーに接地線と測定ケーブルを接続した。なお、スチールベルト（またはメッシュベルト）状電極センサ３０Ｂと金属接触、接合により電気的に導通していれば、ターミナルカバーでなくてよい。
かかる装置により、ハンバーグの凍結過程における経過時間、温度、静電容量の関係を調べた。
ハンバーグの凍結点は図３７「温度、静電容量の経時変化」および図３８「静電容量と温度」よりハンバーグの中心点温度は凍結点開始時が、−２．７℃±０．２℃、ハンバーグの全ての部分の凍結完了時が−１４．８℃と推定される。
時間をかけ食品の周囲から均等に熱を取り去る凍結方法の場合、食品各部の温度差が少なく、全体がほぼ同時あるいは短い時間内に凍結するため、全ての部分が凍結完了する温度・静電容量の二次導関数のピーク値に対応する温度の値が凍結点と近似する。
本実験ではハンバーグの下面を−４０℃に保たれたステンレス板に密着し、上面を−３５℃の空気に接しての急速凍結方法であるため、ハンバーグ内部の温度差が大きくなり、凍結・未凍結部が同時に混在する。凍結はハンバーグの周辺部から起こり内部に進行するため、中心点で測定された温度と全ての部分が凍結完了する温度の間に大きな差がみられる。いずれの場合も静電容量の値はハンバーグの部位に関わりなく被測定物１０であるハンバーグが凍結を始めると上昇し、全ての部分が凍結を完了すると極大値に達する。また、凍結の割合に対応して静電容量も変化する。
以上のことにより、被測定物１０の静電容量の変化と、温度による物性変化との間に、相関関係が認められた。
運行しているベルト状電極センサ３０Ｂ上に任意の間隔をおいて並べられた食品が定位置に置かれた静電容量センサ３０を通過するとき経時的静電容量の変化は、図４２、表３、図４３より、静電容量の値は電気力線を横切る被測定物の面積に対応して変化すること、被測定物の物性に対応して変化することが明らかになった。すなわち、スチールベルト上の製品の形状、製品の温度等、品質評価とスピード等連続式凍結装置の運転状況の評価が１つのセンサで同時にできることが分かった。なお、スチールベルトフリーザのテンションターミナル５００の構造は図４４に示すとおりである。テンションターミナルとはベルト４０が食品の重量でたわむのを防ぐためテンションスプリング５２１でベルト回転ドラム５９を付勢してベルト４０に張力を与えるものである。テンションターミナル５００の反対側にはベルト４０を駆動するドライブターミナル（不図示）が設置されている。尚５１はターミナル枠である。
【表３】
0004121707.tif 000004
【００４５】
（VI）多極電極型静電容量センサ
図１１は、本発明の実施例に係る多極電極型静電容量センサの要部概略図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は断面図である。
本実施形態では空間１６を介して対峙する二つの電極センサ３０Ａ、３０Ｂの内、一方のプラス電極センサ３０Ａ（３００）を構成する電極１ａの数は２以上の多数個となるが、ここでは電極１ａの分離、合成と静電容量の関係を解明する目的のため、電極１ａの数は２個とする。
又夫々の電極１ａ、１ａの接続される同軸ケーブル４のシールド部を電気力線拡散防止枠３にハンダ接合する。プラス電極センサ３０Ａ（３００）はアクリル板４５に電極１ａ、１ａと電気力線拡散防止枠３が互いに金属接触しないように間隔１２を保って配置されている点は、図６と同様である。また、プラス電極センサ３０Ａを構成する電極板３００は、電気力線拡散防止枠３が保持される充分な面積をもったアクリル板４６、４７を押板として電極１ａ、１ａと電気力線拡散防止枠３の配置されているアクリル板４５と接着固定する。
そしてかかる多極電極板３００は空間１６を介してと対峙する他方の電極板１Ｂの間の距離を一定に保持するためにスペーサ５２を介装させる。
【００４６】
（VII）多極電極センサによる内部欠損、成分判別
前記多極電極センサの電極板３００を単独でまたは２ケ並列に接続して、被測定物である切り餅の多極電極センサに対する方向、位置を変え静電容量を測定した。
図１２は、被測定物である長方形の切り餅をセンサの電極配設位置と長手方向に平行（縦）に配置しながらコンベア上を搬送する場合で多極プラス極電極センサと被測定物との搬送上の位置関係を▲１▼〜▲９▼の順で示す移動状態を表す概要図である。
図１３は、被測定物である長方形の切り餅をセンサの電極配設位置と長手方向に直角（横）に配置しながらコンベア上を搬送する場合で多極プラス極電極センサと被測定物との搬送上の位置関係を▲１▼〜▲９▼の順で示す移動状態を表す概要図である。
図１２、図１３に示すように、切り餅１０を搬送する方向を多極電極センサに対し縦にした場合と横にした場合とについて、また切り餅の多極電極センサに対する搬送上の位置関係を▲１▼〜▲９▼について静電容量を測定した。
測定結果は下の表４、表５、図３９、図４０に示す通り、電極の使用する数と被測定物の間に電極の投影面にかかる被測定物の面積と静電容量とが比例することが分かる。縦横いずれの場合も被測定物が電極板の真下に位置するとき、静電容量値が最大となることが示された。
また、電極と被測定物の相対位置方向に対応し静電容量の値の変化パターンが異なることが示された。このことは同じ被測定物でも電極の選択組み合わせによりさまざま情報が得られることを示している。すなわち図１２では被測定物が通過した、又はその存在の確認、図１３では被測定物の搬送方向における長さがより詳細に測定される。従って図１２と図１３若しくは（表４）と（表５）の組み合わせにより更には電極１ａ、１ａの静電容量の合成値により一層精度良く形状の測定をも可能となる。
【表４】
0004121707.tif 000005
【表５】
0004121707.tif 000006
又被測定物である切り餅が規格に適合しているかどうかの判別とともに、内部の空洞の有無の判別も重要なことである。
図１４は、被測定物である切り餅の内部に空洞がある場合で、該切り餅をセンサ配設位置と長手方向に直角（横）に配置しながらコンベア上を搬送する場合で多極プラス極電極センサと被測定物との搬送上の位置関係を▲１▼〜▲５▼の順で示す移動状態を表す概要図である。
図１４に示すように被測定物である切り餅の内部に空洞１７がある場合、表６、図４１に示す通り該空洞部がセンサの下にあると、静電容量が低下している。このことから、被測定物の内部欠損の有無を識別することができる。切り餅中に気泡が多く含まれていればその分静電容量が低下するので被測定物である切り餅中の気泡の量が規格以内か否かの判別にも有効である。
【表６】
0004121707.tif 000007
上記の被測定物の多極電極センサに対する位置の違いは、図５に示す連続式加熱冷却凍結装置Ｂ等において固定された静電容量センサ３０の下を被測定物が通過する際にセンサに対する被測定物の位置が変ることに対応する。このことにより、連続式加熱冷却凍結装置等において被測定物の流れ方向、形状に対し、静電容量センサ３０の中から、適当なプラス電極板１ａ、１ａを単独または複数選択組み合わせて測定した、静電容量から被測定物の欠損、寸法、個数、ピッチ、被測定物の搬送速度等必要に応じて情報を得ることが可能である。
プラス電極板１ａ、１ａの形状によって測定される誘電率（インピーダンス、静電容量）の値及び時間による、経時変化のパターンが異なる。
食品産業界では１つの連続式凍結装置等を固定した１品目に使用されることは希で、同時に複数または品目を変えて使用している。選択されたプラス電極板１ａ、１ａを単独または複数個並列に組み合わせることによって双極センサ、単極センサ、多極電極センサ等を構成し、食品の品目、目的とする食品の品質評価項目、装置の運転評価、制御項目に対応した最適な電極を構成することが可能である。
なお、静電容量は、測定値の演算方法によっては誘電率、インピーダンス、測定回路の合成インピーダンスが出力されるが、これらは静電容量変化とリニアーな相関関係にあり静電容量と同じ取り扱いができる。
【００４７】
（VIII）同一面上多双極静電容量センサ
被測定物（食品）を挟んでその上下に空間１６を挟んでプラス電極センサ３０Ａとマイナス電極センサ３０Ｂを配置するのではなくプラス電極センサ３０Ａとマイナス電極センサ３０Ｂ（プラス極１ａとマイナス極１ｂ）を同一平面上に並べる方式も可能である。特に、連続式冷凍装置では搬送台が非金属か、非導電性ベルトまたはベルト面の汚れが激しい場合に該ベルト面を実質的に絶縁面とすることで好ましく適用可能で、又図２のバッチ式ではこれまでに述べた食品を電極間に配置する非接触式センサと同様に使用される事が出来有益である。
図１５は、本実施例に係る同一面上多双極センサ（共通電極板）の要部概略図で、他方のマイナス電極センサ３０Ｂを共通電極板１ｂ１とした場合である。
ｎ個の多極プラス電極センサ３０Ａをアクリル板等の絶縁板上に並べる。３は電気力線拡散防止枠で、ｎ個のプラス電極センサ３０Ａは各電極１ａ、１ａを小間隙１２離した状態で、アクリル板等の絶縁板２上に接着剤で固定し、同一面上多双極センサの一方の電極センサ３０Ａとする。他方の電極１ｂは前記各電極１ａ、１ａの配置長さに対応する長さを有する帯状の共通電極板１ｂ１とする。ｎ個多極電極１ａ、１ａの各々は測定ケーブル芯線４と、又共通電極板１Ｂは測定ケーブル芯線４のシールド被覆線５とハンダ接合する。更にｎ個多極電極１ａ，１ａ全体を空隙１２を介して囲撓する電気力線格差防止枠３も測定ケーブル４のシールド部５とハンダ接合して構成する。
図１６は本発明に係る同一面上多双極センサ（個別電極板）の要部概略図である。図１５では、他方の電極１ｂを共通電極板１ｂ１としたが、図１６においては他方の電極１ｂをｎ個多極電極１ａ、１ａに対応させてｎ個の個別電極１ｂ２として配設した。これ以外の構成は、図１５と同じである。
図４５は、図１５に対応する静電容量センサの回路構成図で、同一面上に一対のプラス電極と、一の共通電極板を配置して静電容量センサを構成している多双極共通電極センサについて電極１ａ、１ａの数が２個の場合について、各電極の選択及び両者の合成スイッチＳＷボード回路の接続図を示す。
図４６は、図１６に対応する静電容量センサの回路構成図で、同一面上に一対のプラス電極１ａ、１ａと個別電極板１ｂ２、１ｂ２を配置して静電容量センサを構成している多双極個別電極センサの各電極の選択及び両者の合成スイッチＳＷボード回路の接続図を示す。図４５、図４６の個別電極（プラス電極１ａ、１ａと個別電極板１ｂ２、１ｂ２）（ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＬ１、ＳＬ２、ＣＨ１、ＣＨ２）は一辺２５mmの銅箔、共通電極１ｂ１＜Ｃ＞は２５×５５mmの銅箔である。
図５１は、前記同一面上多双極個別電極センサと前記同一面上多双極共通電極センサ夫々を絶縁板４６、４７に挟持してコンベア４０上を二列で切り餅を搬送させて測定させた切り餅測定装置の概要図で、スイッチボードにより各電極の選択合成が可能である。６０は静電容量測定部である。
図４７は図４５の同一面上多極センサ（共通電極）に対する切り餅の搬送順序に従った１１の位置関係を示し、各位置について単独の電極１ａ、１ａ（Ｃ１Ｈ、Ｃ２Ｈ）、及びスイッチＳＷの接続により並列合成した電極（Ｃ１Ｈ＋Ｃ２Ｈ）によって静電容量を測定した。測定データは表７に示し、図４８は表７をグラフ化したものである。
図４９は図４６の同一面上多極センサ（個別電極）に対する切り餅に対する切り餅の搬送順序に従った１１の位置関係を示し、各位置について単独の電極（Ｓ１Ｌ、Ｓ１Ｈ、Ｓ２Ｌ、Ｓ２Ｈ）並列合成した電極（Ｓ１Ｌ＋Ｓ２Ｌ〜Ｓ１Ｈ＋Ｓ２Ｈ）によって静電容量を測定した。測定データは表８に示し、図５０は表８をグラフ化したものである。
実験の結果、次のことが明らかになった。
【表７】
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【表８】
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▲１▼前記（VI）多電極センサで説明したセンサは、電極１ａ、１ｂを対面させたものであるが、それに比較し、本実施例の場合は静電容量の値が約２５％に低下した。
▲２▼電極対の一方の電極の投影下には被測定物が入っているが、もう一方の電極の投影下には被測定物が入っていないときは、静電容量の値は空気層単独の静電容量の値より小となり、投影面積に占める被測定物の面積に比例し、静電容量の値は減少した。
▲３▼電極対両方の電極投影下に被測定物が入っている場合で、一方の電極の投影下には全面に被測定物が存在する時は、静電容量は他方の電極の投影下に占める被測定物の面積に比例する。
▲４▼２組の電極対による静電容量の値を回路上で合成すると、合成された静電容量は、個々の静電容量の加算されたものとなる（表７、表８、図４８、図５０）。
同一面上双極センサが対面型のセンサと特に異なる点は、電極板投影下に空気層が存在すると電極、空気層、空気層と被測定物の間に直並列回路が形成される現象が見られることである。電極の投影下に占める食品の面積によって静電容量が大きく変動するので、連続式で通過している食品の個数計数、配列の乱れ等の管理に用いて有効と思われる。
【００４８】
（IX）結露防止付き双極センサ
食品の冷却凍結装置、解凍装置、加熱装置内でセンサを使用する際、センサ表面に結露、氷結、霜付等の現象が発生、生長する。これら現象の発生、生長に伴い静電容量の値が変化するため、食品の正しい静電容量を測定できない。そこで、加温装置を付加してその効果を確認した。静電容量センサが置かれている雰囲気空気の露点温度よりわずかに高い温度（０．１℃〜１０℃）に保持すれば、水蒸気圧が雰囲気空気より高くなり結露、氷結、霜付を防止できる。
図１７は本発明に係る結露防止装置付き双極センサの要部概略図である。加温の方法として、商用電源による電気ヒータ４８を絶縁板２ａ上面に銅板等を介して当接して加温させる。
この場合低周波による電気的ノイズの防止、電気ヒータ４８による局部加熱の防止のため、電極板１より大きい銅板１８を介して電気ヒータ４８を取り付けるのがよい。
銅板１８は静電容量センサの被測定物（食品）に対面する反対側の面に設置し、そこに電気ヒータ４８を接着する。又電気ヒータ４８の電気的外乱の種類によって、銅板１８の銅に代えて鉄、アルミニウム、ステンレス、銅を単独または組み合わせて用いてもよい。
かかるそうちの効果を検証するために、被測定物に切り餅を用いて測定した。
測定法は次の通りである。
（イ）氷結させないセンサ前記電気ヒータ４８等の結露防止装置を装着しない状態で空気層と切り餅、及び空気層のみを測定。
（ロ）又氷結させないセンサに結露防止装置Ｃを接着した状態で空気層と切り餅、空気層を測定。
（ハ）センサを氷結させ（ロ）と同様の測定、ヒータ電源は遮断と通電の両場合。
（ニ）氷結したセンサを冷凍庫（−３０℃）に設置し、通電した。２１分でセンサに付着した氷が昇華した。昇華後のセンサの温度は、−２８℃であった。
測定結果
ａ）センサに結露防止装置を装着すると、見かけの静電容量は増加する。（表９）増加の割合はヒータが電源と通電されている状態が遮断されている状態より小である。いずれの場合も電気的外乱による測定値の不安定な乱れはない。切り餅と空気層、空気層単独の場合の静電容量の差はセンサに氷、結露水、霜付がない場合、結露防止装置Ｃの装着の有無、ヒータへの電源の通電、遮断の各場合について同じ値となる。よって結露防止装置により増大した静電容量はバイアス分または装置常数として扱うことができる。
【表９】
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結露、結氷、霜付が発生している状態では、結露防止装置に通電の有無に関わらず、測定値は結露、結氷、霜付の影響を受ける。氷結、結露、霜付が結露防止装置Ｃにより解消されると、氷結、結露、霜付の発生していなかった状態に測定値が戻る。結露防止装置Ｃを装着し、電源をＯＮ・ＯＦＦすると、装置常数が相違する。
このため、計測中は結露防止ヒータ４８は電源を通電遮断しない、自己温度管理型のヒータを使用し、常に通電状態とし、装置常数を一定にするか、電源の通電遮断に応じて装置定数を加減する比較演算部６１（図２、図５参照）を設けることが必要である。
ｂ）センサに氷結、結露、霜付の付着量が少ないと静電容量は増大する。別の実験によると氷結、結露、霜付が成長し、センササポートの金属部分、被測定物、隣の電極等に電気的に接触すると電極間の絶縁が破壊され、静電容量が低下する。
ｃ）連続式冷凍装置Ｂの場合、金属の搬送面が他方の電極となり、ヒータの装着が不可能なため、搬送面に氷結、結露、霜付が発生した場合は、静電容量が変化することが考えられる。この場合は被測定物（食品）の静電容量値より搬送面上の被測定物（食品）の載っていない部分の静電容量値を引くことにより被測定物（食品）の静電容量を求めることが可能である。また搬送面の静電容量の変化より搬送面の汚れ、氷結、結露等を検出することができる。
以上のことから結露防止センサは氷結、結露、霜付の発生する環境下で静電容量を正確に測定する手段として有効であることが確認できた。
従って本発明の食品の非接触型品温測定装置を使用した凍結解凍システムによれば、非接触式静電容量センサで測定されている食品の静電容量と、予め測定しておいた同一食品の最適な静電容量の値や時間的変化の違い及び静電容量の時間に関する一次導関数の値や時間的変化の違いにより比較演算調整部６１において演算されたデータに基づいて、調節設定部６２（図２、図５参照）により熱媒体の流量、エアブラスト用ファンの回転数や方向を制御し、凍結解凍室３８内の雰囲気気体（空気、窒素ガス、炭酸ガス等）の温度と流速などをその食品の冷凍中の経過時間に対して最適な状態に維持する。また、食品に異物が混入したり欠損があることが判明すれば、装置の停止や不適当な食品の排除など適切な制御が行われる。
連続式凍結解凍装置に適用した場合には、各ゾーンに配置された複数の静電容量センサから得られる情報によって食品の搬送状態や搬送速度に応じたドライブモータの速度を制御するなど、装置の適切な運転管理が行われる。
なお、本発明では「食品の誘電率は食品の状態によって決まる物理量の一つ」「交流ＲＬＣ回路においてＲＬを一定にし、Ｃは誘電体としての食品を用いるとその時の食品の誘電率によって回路の合成インピーダンスが定まる。」の原理を利用した。
合成インピーダンス、静電容量、誘電率の間には一定の関係式がある。測定器の演算部の回路ソフトにより出力は任意に取り出せるため合成インピーダンス、静電容量、誘電率いずれの単位を用いてもよい。
【００４９】
【発明の効果】
本発明にかかる食品の非接触型品温測定装置によれば、
１）所定の温度範囲で、被測定物について静電容量を検出することにより、予め検出した静電容量と温度の相間関係を利用することにより、被測定物の内部状態を被接触で、非破壊状態で高精度に計測できるので、食品の冷凍過程あるいは解凍過程での衛生的で、無駄のない多角的な制御を正確に行うことができる。
２）センサの取付けスペースが小さいので、装置全体の構成を小さくできる。
３）連続式凍結装置等のスチールベルト上の製品の形状、製品の温度等、品質評価とスピード等の評価を１つのセンサで同時にでき、単一のセンサで多数の測定項目に対応できとともに装置全体を簡易に構成することができる。
４）温度を測定する従来方法の場合に比べ、被測定物（食品）に非接触、非破壊で計測できるので、被測定物にダメージを与えることがない。
５）食品の温度を凍結過程、解凍過程等において間接的に計測できるので、食品の状態を広範囲かつ、正確に把握でき、冷凍食品、食品の製造、品質管理、装置の衛生管理の等の精度向上を図ることができる。
６）被測定物の内部に空洞がある場合、静電容量値の変化を検出できるので被測定物の内部欠損の有無を識別することができる。従って、被測定物の品質管理を図ることができる。
７）被測定物に異物が混入された場合にも、静電容量値の変化を検出できるので、被測定物の品質管理、衛生管理の向上を図ることができる。
８）センサに結露防止装置を装着した場合、見かけの静電容量は増加するが、電気的外乱による測定値の不安定な乱れはない。結露防止により増大した静電容量はバイアス分または装置常数として扱うことができるので、結露防止装置静電容量センサを用いることにより、精度の向上を図ることができる。
９）多極センサ用をいると、特に導電性搬送体である連続式凍結解凍装置に適用すると、食品の寸法、ピッチ、搬送の速さなどに応じた静電容量の変化を把握することも可能となり、これに応じた適切な制御が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、本発明の基本構成に係る食品の非接触型品温測定装置の概略構成図である。
【図２】  図２は、図１の基本構成をバッチ式凍結解凍装置に適用した凍結解凍システムの概略構成図である。
【図３】  図３は、本図１の基本構成を連続式凍結解凍装置に適用したの概略構成図である。
【図４】  図４は、図２のバッチ式凍結解凍システムの要素構成を示す系統図である。
【図５】  図５は、図３の連続式凍結解凍装置を具体的にシステム化した凍結解凍システムの概略構成図である。
【図６】  図６は、図１の静電容量センサを具体化した概略構成図で、（Ａ）は平面図、（Ｂ）、（Ｃ）は（Ａ）図のイ−イ線における断面図である。
【図７】  図７は、図６の静電容量センサの組立側面図である。
【図８】  図８は、本発明に実施例に係る静電容量センサの１方の電極（プラス極）センサの具体例を示す。
【図９】  図９は、図８のプラス極電極と接地電極で構成した静電容量センサを異物混入の検出に使用した実施形態例である。
【図１０】  図１０は、本発明の実施例に係る静電容量センサを連続式凍結装置に適用した実施形態例の要部概略図で、（Ａ）はその平面図、（Ｂ）はその断面図である。
【図１１】  図１１は、本発明の実施例に係る多極電極センサの要部概略図である。（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面断面図である。
【図１２】  図１２は、被測定物である長方形の切り餅をセンサ配設位置と長手方向に平行（縦）に配置しながらコンベア上を搬送する場合で多極プラス極電極センサと被測定物との搬送上の位置関係を▲１▼〜▲９▼の順で示す移動状態を表す概要図である。
【図１３】  図１３は、被測定物である長方形の切り餅をセンサ配設位置と長手方向に直角（横）に配置しながらコンベア上を搬送する場合で多極プラス極電極センサと被測定物との搬送上の位置関係を▲１▼〜▲９▼の順で示す移動状態を表す概要図である。
【図１４】  図１４は、被測定物である切り餅の内部に空洞がある場合で、該切り餅をセンサ配設位置と長手方向に直角（横）に配置しながらコンベア上を搬送する場合で多極プラス極電極センサと被測定物との搬送上の位置関係を▲１▼〜▲５▼の順で示す移動状態を表す概要図である。
【図１５】  図１５は、本発明の他の実施例に係る同一面上に多数のプラス電極と、一のマイナス電極（共通電極板）を配置して静電容量センサを構成した平面図である。
【図１６】  図１６は、本発明の他の実施例に係る同一面上に多数のプラス電極と、これに対応する多数のマイナス電極（個別電極板）を配置して静電容量センサを構成した平面図とその要部斜視断面図である。
【図１７】  図１７は、本発明の実施例に係る結露防止装置付き静電容量センサのプラス電極側の要部概略図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は中央断面正面図である。
【図１８】  図１８は、冷却過程でのエチルアルコールについての静電容量と温度の関係を表すグラフ図である。
【図１９】  図１９は、ハンバーグ凍結時の温度、静電容量の時間的変化を表すグラフ図である。
【図２０】  図２０は、ハンバーグ凍結時の温度、凍結変化、静電容量の関係を表すグラフ図である。
【図２１】  図２１は、ハンバーグ解凍時の温度、静電容量の時間的変化を表すグラフ図である。
【図２２】  図２２は、ハンバーグの解凍時の温度、解凍変化、静電容量の関係を表すグラフ図である。
【図２３】  図２３は、センサＮｏ．１〜Ｎｏ．４におけるハンバーグ凍結時の温度、静電容量の二次導関数のグラフ図である。
【図２４】  図２４は、センサＮｏ．５〜Ｎｏ．８におけるハンバーグ凍結時の温度、静電容量の二次導関数のグラフ図である。
【図２５】  図２５は、ハンバーグ凍結時の時間、静電容量の一次導関数のグラフ図である。
【図２６】  図２６は、センサＮｏ．１〜Ｎｏ．４におけるハンバーグ解凍時の温度、静電容量の二次導関数のグラフである。
【図２７】  図２７は、センサＮｏ．５〜Ｎｏ．８におけるハンバーグ解凍時の温度、静電容量の二次導関数のグラフである。
【図２８】  図２８は、ハンバーグ解凍時の時間、静電容量の一次導関数のグラフである。
【図２９】  図２９は、パン生地凍結時の温度、静電容量時間的変化を表すグラフである。
【図３０】  図３０は、パン生地凍結時の温度、凍結状態変化、静電容量の関係を表すグラフ図である。
【図３１】  図３１は、センサＮｏ．１〜Ｎｏ．３におけるパン生地凍結時の温度、静電容量の二次導関数のグラフ図である。
【図３２】  図３２は、パン生地解凍時の温度、静電容量の時間的変化を表すグラフである。
【図３３】  図３３は、パン生地解凍時の温度、解凍状態変化、静電容量の関係を表すグラフ図である。
【図３４】  図３４は、センサＮｏ．１〜Ｎｏ．３におけるパン生地解凍時の温度、静電容量の二次導関数のグラフ図である。
【図３５】  図３５は、パン生地凍結時の時間、静電容量の一次導関数のグラフ図である。
【図３６】  図３６は、パン生地解凍時の時間、静電容量の一次関数のグラフ図である。
【図３７】  図３７は、連続凍結装置におけるハンバーグの急速凍結時の温度、静電容量の時系列変化を表すグラフ図である。
【図３８】  図３８は、連続凍結装置におけるハンバーグの急速凍結時の温度、凍結状態変化、静電容量の関係を表すグラフである。
【図３９】  図３９は、多極電極センサに対し長手方向に平行（縦）に配置した切り餅の各搬送位置毎の、各センサ及びその合成信号と静電容量の関係を表したグラフ図で、図１２に対応するものである。
【図４０】図４０は、多極電極センサに対し長手方向に直交して（横）に配置した切り餅の各搬送位置毎の、各センサ及びその合成信号と静電容量の関係を表したグラフ図で、図１３に対応するものである。
【図４１】図４１は、多極電極センサに対し平行（縦）においた被測定物である切り餅の内部に空洞がある場合の切り餅の各搬送位置毎の、各センサ及びその合成信号と静電容量の関係を表したグラフ図で、図１４に対応するものである。
【図４２】  図４２は、連続式凍結装置のテンションターミナル部に配置したコンベア上を▲１▼〜▲１０▼のハンバーグが通過しながら静電容量センサにより測定している状態を示す平面概要図である。
【図４３】  図４３は、図４２で測定している▲１▼〜▲１０▼のハンバーグの静電容量変化を示すグラフ図である。
【図４４】  図４４は、スチールベルトフリーザのテンションターミナル側の装置構成を示す要部切り欠き斜視図である。
【図４５】図４５は、図１５に対応する静電容量センサの回路構成図で、同一面上に一対のプラス電極と、一のマイナス電極（共通電極板）を配置して静電容量センサを構成している（以下このセンサを多双極共通電極センサという）。
【図４６】図４６は、図１６に対応する静電容量センサの回路構成図で、同一面上に一対のプラス電極とマイナス電極（個別電極板）を配置して静電容量センサを構成している（以下このセンサを多双極個別電極センサという）。
【図４７】  図４７は、図４５に対応する同一面上多双極共通電極センサを用いて被測定物である長方形の切り餅を、センサ下方に位置するコンベア上を搬送する場合で、多双極共通電極センサと被測定物との搬送上の位置関係を▲１▼〜▲１１▼の順で示す移動状態を表す概要図である。
【図４８】  図４８は、前記同一面上多双極共通電極センサにおける切り餅の各搬送位置毎の、各センサ及びその合成信号と静電容量の関係を表したグラフ図で、図４７に対応するものである。
【図４９】  図４９は、図４６に対応する同一面上多双極個別電極センサを用いて被測定物である長方形の切り餅を、センサ下方に位置するコンベア上を搬送する場合で、多双極個別電極センサと被測定物との搬送上の位置関係を▲１▼〜▲１１▼の順で示す移動状態を表す概要図である。
【図５０】図５０は、前記同一面上多双極個別電極センサにおける切り餅の各搬送位置毎の、各センサ及びその合成信号と静電容量の関係を表したグラフ図で、図４８に対応するものである。
【図５１】図５１は、前記同一面上多双極個別電極センサと前記同一面上多双極共通電極センサ夫々における切り餅測定装置の概要図である。
【符号の説明】
【００３３】
１６  食品が非接触の状態で通過若しくは対峙する空間
３０  非接触式静電容量センサ
３０Ａと３０Ｂ  一対の電極
１２  絶縁間隔
３  ガード電極（電気力線拡散防止枠）
２ａ、２ｂ  シート状絶縁板
５  シールド被覆
４  引き出し線
６０  静電容量測定部
１４、１４  ノイズフィルタ
１０  被測定物である食品
６０  静電容量測定部
５４  多段コンテナ
５１  冷却手段
５２  加熱手段
６１  比較演算調整部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６（Ａ）】
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【図６（Ｂ）】
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【図６（Ｃ）】
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【図７】
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【図８（Ａ）】
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【図８（Ｂ）】
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【図９】
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【図１０（Ａ）】
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【図１０（Ｂ）】
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【図１１（Ａ）】
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【図１１（Ｂ）】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７（Ａ）】
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【図１７（Ｂ）】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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