JP2005188795A - 加熱調理器および差動静電容量式重量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】 周囲の環境変化に影響を受けない重量センサを備えた加熱調理器を提供すること。
【解決方法】 加熱室２と、該加熱室２の底面に配置された被加熱物３を載置するテーブル４ａと、該テーブル４ａの下部に配置された被加熱物３の重量を検知する重量センサ５を備え、該重量センサ５が少なくとも１枚の可動電極５３と少なくとも２枚の固定電極５４ａ、５４ｂで構成され、該可動電極５３と該固定電極５４ａ、５４ｂから構成される複数のコンデンサ５５ａ、５５ｂから検出される静電容量Ｃ１、Ｃ２を比較して被加熱物３の重量を検出する差動静電容量式の重量センサ５とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、重量センサによって被加熱物の重量を検出して加熱調理を行う加熱調理器に関するものである。

オーブン電子レンジ（以下オーブンレンジ）等の加熱調理器において、良好な自動調理を行うためには被加熱物の状態を把握してそれに応じた加熱を行うことが必要である。

その方法として被加熱物の重量を検出してその重量に応じた最適加熱制御を行うことが多く行われており、従来被加熱物の重量を検出する方法として静電容量式センサが多く使われている。

従来の加熱調理器に使われている重量センサは、図１０に示すように可動電極７３と固定電極７４でコンデンサ７５を構成しており、その静電容量の変化を利用する静電容量式である。

ケース７２の下方に可動電極７３と固定電極７４が平行に配置され、固定電極７４の中央孔７４ｃを貫通してシャフト７１が可動電極７３の中央に接触している。

よって、シャフト７１を介して与えられる重量Ｗに連動して可動電極７３が上下移動し、該可動電極７３と固定電極７４との電極間距離に応じて静電容量が変化する。

この静電容量を発振回路で周波数に変換して検出することにより、シャフト７１に与えられる重量Ｗを推定することができる。

被加熱物の重量に応じて加熱制御を行う方法では、重量を測定することで被加熱物の量に最適な加熱調理ができることから、被加熱物を最適調理するためには重量を正確に測定することが重要である。

そこで、該静電容量式重量センサで重量測定精度を上げるための手法が提案されている。

例えば特許文献１では、重量センサの温度変化の影響を減らすために重量センサの温度変化を直接検知して出力を補正する手法が提案されている。

また、特許文献２では庫内温度からセンサ温度を推定して検出精度向上をはかる手法が提案されている。

また、非特許文献１では２枚の固定電極板の間隙に１枚の可動電極を配置して、２ヶ所の静電容量を比較して環境特性を向上させた差動静電容量式センサの原理が記載されている。

この差動静電容量式センサではブリッジ回路を介して検出した電流値から、２ヶ所の静電容量の容量差を求めるものである。

特開２００２−３７２２４３号公報

実公平３−３１０３３号公報 山崎弘郎著：センサ工学の基礎（昭晃堂）２００３、ｐ．４２〜４３

従来の静電容量式センサは周囲の温度や湿度の変化によって電極間空気の誘電率が変わるため、周囲環境の影響を受けやすい。

オーブンレンジでは加熱室内で被加熱物を加熱して調理を行うため、加熱室の温度変化が大きく、短時間に加熱冷却が繰り返される。

また、スチームを発生させて蒸し調理を行う際や水分を含む被加熱物を加熱した際に水蒸気が加熱室に充満するため、加熱室内の湿度変化も大きい。

そのため、オーブンレンジで加熱調理をする場合には、温湿度変化の大きな環境が検出精度に影響を及ぼすため、被加熱物の重量を測定する重量センサは高精度な重量検出ができないという問題がある。

例えば、常温時の重量センサと、オーブンを使用した直後の高温になった重量センサでは検出重量が違うことがあり、重量による自動調理を行う場合に調理の結果に差が出る場合もある。

しかし、被加熱物の重量に応じた調理を適切に行うために、また調理中のわずかな重量の変化をとらえて最適な調理を行うためには、従来以上のより高精度な重量検出が望まれる。

重量センサの出力を温度・湿度の変化によって補正することで重量検出が可能になるが、非特許文献１に記載のように重量センサの温度・湿度の変化を正確に検知するためには重量センサ毎に温度センサと湿度センサが別に必要になり、重量センサシステムのコストが高くなる。

また、特許文献１に記載のように庫内の温度から重量センサの温度を推定することもできるが、正確に温度を測定した場合に比べると精度が落ちると考えられ、また湿度の変化には対応できない。

そこで、補正を必要とせず温度や湿度の変化に対して影響を受けにくいセンサが求められている。

環境特性を向上させるとされる差動静電容量式センサでは、１つの電極を２つの静電容量部で共有していることからオーブンレンジに一般的に使われている発振回路等では取り扱うことが難しい。

また、差動静電容量式センサの制御回路としては、ブリッジ回路によって２ヶ所の静電容量値の差を電流値として検出することが一般的であるが、電流値はオーブンレンジのマイコンではそのまま扱うことが難しい。

本発明は、上記の課題のうち少なくとも１つを解決するためになされるものである。

本発明は上述の問題を解決するために、被加熱物を収納する加熱室と、該加熱室の底面に配置された被加熱物を載置するテーブルと、該テーブルの下部に配置された被加熱物の重量を検知する重量センサを備え、該重量センサが少なくとも１枚の可動電極と少なくとも２枚の固定電極で構成され、該可動電極と該固定電極から構成される複数のコンデンサから検出される静電容量を比較して被加熱物の重量を検出する差動静電容量式の重量センサを組み込んだことにより、周囲の環境変化の影響を受けない正確な重量計測をして、被加熱物の量に応じた最適な調理ができる。

また、１枚の可動電極と２枚の固定電極による２個の静電容量を持つ差動静電容量式重量センサを用いることで、周囲の環境変化の影響を受けない重量計測ができるため、被加熱物の最適調理ができる。

また、上記重量センサの電極と発振回路の接続部をスイッチングして切り替える構成であれば、１つの回路で複数の静電容量を順次周波数出力することができ、低コストで容易に重量検出できる。

また、差動静電容量式重量センサにおいて、静電容量を周波数に変換して検出することで、オーブンレンジで容易に取り扱うことができるため、重量検出しやすい。

また、上記重量センサの可動電極を電極部と電極部よりも変形しやすい脚部で構成することによって、電極のゆがみをなくして可動電極の感度を向上し、より高精度な重量検出ができる。

本発明重量センサによれば、周囲の環境変化に影響を受けない重量測定ができるため、より細かな重量計測による自動調理が可能になり、加熱調理器の性能や使い勝手を更に高めることができる。

本発明の各実施例を以下に説明する。

図１にターンテーブルレス式のオーブンレンジ１の構成を示す。

オーブンレンジ１には、被加熱物３を収納する加熱室２と、下記に説明する電気部品などが設置される機械室１０が設けられている。これらの加熱室２や機械室１０はキャビネット１１で覆われている。

加熱室２の前面には、外部から加熱室２内の被加熱物３が確認できるとともに電磁波を遮へいするために、小さな多数の孔を設けた薄板（パンチングメタル）とそれを挟んで固定するガラスで構成された窓のついた被加熱物３の出し入れ用ドア（図示せず）がついており、加熱室２からは電磁波が漏れない構造となっている。

加熱室２の底面には被加熱物３を載置するテーブル４ａが配置され、そのテーブル４ａの下方には加熱物３の重量を検知する重量センサ５が加熱室２の外側に配置されている。

ここで、重量センサ５の数はいくつでも構わないが、テーブル４ａの四隅に１個ずつの４個、あるいはテーブル４ａ平面を安定して支え、被加熱物３の位置も検出できる３個以上が望ましい。特に、重量センサ５の高さ精度をあまり必要とせず、安定した平面を支えることができるという点において３個の重量センサ５を用いることが望ましい。

図２は加熱室２内の底部の平面図で、テーブル４ａが３つの重量センサ５によって支持されている構造例を示すが、重量センサ５の数はいくつでも良く、またテーブル４ａは加熱室２の底面に接着されたシール部材（図示せず）により弾性支持されていても良い。

加熱室２の底面の下には電磁波を発生させるマグネトロン８と電磁波を制御する回転アンテナ６と、該回転アンテナ６を回転制御するモータ７や制御基板（図示せず）が収まった機械室１０が配置されている。ここで、機械室１０は図１のように下方に配置されるのではなく、図示しないが加熱室２の側方あるいは上方に配置された構成でもよい。

本発明センサは以上の構成によるオーブンレンジ１の重量センサ５の構造に関するものである。

本発明の重量センサ５の一例（固定電極２枚、可動電極１枚の場合）を図３に示す。ケース５２に固定電極５４ａ、５４ｂ、可動電極５３がそれぞれ一定の間隙を持つように取り付けられており、ケース５２と固定電極５４ａの孔５４ｃをテーブル４ａの荷重Ｗによりに上下移動するシャフト５１が貫通している。

固定電極５４ａ、５４ｂと可動電極５３間の間隙はそれぞれの形状によって作られる構成とするが、固定電極５４ａ、５４ｂと可動電極５３間にスペーサ（図示せず）を挟んで間隙を設ける構成としても良い。

ここで、固定電極５４ａ、５４ｂはケース５２に固定されていて変形しない電極である。

図３では固定電極５４ａ、５４ｂは基板５８上に電極として金属が蒸着されている場合を示したが、導電性の金属板であれば材料や形状は問わない。

可動電極５３はＳＵＳ３０１−Ｈなどのバネ鋼からなる板バネで、中央に電極部５７を持ち周囲を固定することで電極部５７が荷重Ｗによって上下に移動する。

図では、可動電極５３の下側に配置された固定電極５４ｂにも固定電極５４ａと同様の孔５４ｄが開いている構成（同一形状を共用）を示したが、固定電極５４ｂにはシャフト５１が貫通することはないため孔５４ｄは開いていなくても構わない。

また、ケース５２と固定電極５４ａの孔５４ｃは、シャフト５１が干渉しない形状であれば孔でなくても良い。

シャフト５１は軸方向上下に移動し、可動電極５３に荷重Ｗ（被加熱物３の重量）をかけることが可能である。

本発明の重量センサ５では可動電極５３が間隙を介して２枚の固定電極５４ａ、５４ｂに挟まれている。シャフト５１に荷重Ｗを負荷すると可動電極５３が下方に移動し、該可動電極５３と固定電極５４ａの間隔は広がり、可動電極５３と固定電極５４ｂの間隔は狭まる。

これら可動電極５３、固定電極５４ａ、５４ｂを総称して電極６１と称す。

そして、図３において可動電極５３と固定電極５４ａ間のコンデンサ５５ａの静電容量Ｃ１は小さくなり、該可動電極５３と該固定電極５４ｂ間のコンデンサ５５ｂの静電容量Ｃ２は大きくなる。これら静電容量Ｃ１、静電容量Ｃ２を総称して静電容量Ｃと称す。

ここで、重量センサ５に負荷した荷重Ｗと出力周波数ｆの関係を図４に示す。図に示すように、温度や湿度などの周囲の環境が変化した場合、従来の重量センサ（例えばｆ＝ｆ１）では荷重Ｗに対する出力周波数ｆが変化してしまい、これが重量検出の誤差として生じる。

しかし、２つの静電容量部を備えた本発明の重量センサ５においては、２つの静電容量Ｃ１、Ｃ２が周囲の環境に対して同様に変化するので、静電容量Ｃ１、Ｃ２を変換して得られる周波数ｆ１、ｆ２も同様に変化し、荷重Ｗが一定であれば両方の周波数ｆ１、ｆ２の差（ｆ１−ｆ２）は周囲の環境変化に関わらず一定である。

次に上記にて構成された本発明の重量センサ５を利用したオーブンレンジ１の作用について、図１から図３を用いて説明する。

オーブンレンジ１による自動加熱調理を行う場合、テーブル４ａに被加熱物３を載置し、ドア（図示せず）を閉めて調理をスタートする。このとき、被加熱物３の重量を重量センサ５で検知しその重量に応じた加熱時間を決め、その加熱時間で調理を行う。

本発明による重量センサ５を用いたオーブンレンジ１では、周囲環境の影響を受けない重量計測ができ、他の補正計算を必要とすることなく被加熱物３の重量を瞬時に精度良く測定することができるため、少ない重量で短時間調理の場合でも被加熱物３の量に応じた適切な加熱調理ができる。

また、重量センサ５の温度や湿度を計測する必要がないため製造原価の低減が図れるとともに、複雑な温度補正計算を必要としないため制御が容易になる。

また、ターンテーブルレス式のオーブンレンジ１では、テーブル４ａが底面の大きさと同程度と大きいため、テーブル４ａの被加熱物３を適切に検知できるように重量センサ５は複数個（図２では３個）設置することが多く考えられ、重量センサ５の数が多くなればなるほど、環境の変化により生じる誤差が加算されて多くなってしまうとされてきたが、環境変化に強い本発明の重量センサ５を用いることは、誤差を防止するために大いに有効である。

本発明の重量センサ５構造では固定電極５４ａと可動電極５３間にコンデンサ５５ａ、固定電極５４ｂと可動電極５３間にコンデンサ５５ｂの２ヶ所のコンデンサ５５ａ、５５ｂを持つが、この２ヶ所のコンデンサ５５ａ、５５ｂで可動電極５３を共有しており、２つのコンデンサ５５ａ、５５ｂに同時に電圧をかけるとその静電容量が相互に干渉してしまうことがあるので、本発明ではコンデンサ５５ａ、５５ｂを切替手段５９で切り替えることによって、複数（ここでは２ヶ所）それぞれの静電容量Ｃ１、Ｃ２の値を周波数ｆ１、ｆ２として出力することを可能にしている。

図５は本発明のセンサ制御回路の一実施例である。例えば、切替手段５９によりスイッチングして２つのコンデンサ５５ａ、５５ｂを切り替えることによってコンデンサ５５ａ、５５ｂに同時に電圧をかけないことから双方の干渉も無く、静電容量値を周波数ｆ１、ｆ２として出力できるので、オーブンレンジ１のマイコン（図示せず）での取り扱いも比較的容易である。

これらコンデンサＣ１、Ｃ２および切替手段５９を総称してスイッチング制御回路６０と称す。

本発明の重量センサ５と本制御回路を用いることで、環境変化に影響を受け難い重量センシングが可能となる。

本発明の重量センサ５における可動電極５３の構造の例を図６〜図８に示す。可動電極５３は電極部５７より変形しやすい脚部５６をもつ構造である。図６に４本の脚部５６を持つ場合、図７に２本の脚部５６の場合、図８に２本の脚部５６を４点支持する場合を例として示したが、電極部５７とそれを支持する脚部５６からなる構造であれば、前記形状は問わない。

電極部５７よりも変形しやすい脚部５６を備えることによって、可動電極５３に加わる垂直方向の荷重Ｗに対して脚部５６のみが弾性変形して電極部５７を支え、電極部５７の変形を防ぐので、電極部５７が平行移動することができ、可動電極５３の感度を向上し、荷重検出の精度を高めることができる。

本発明の重量センサ５を用いたターンテーブル式のオーブンレンジ１を図９に示す。ターンテーブル式のオーブンレンジ１には上述したターンテーブルレス式のオーブンレンジ１と同様に、被加熱物３を収納する加熱室２と、マグネトロン８などを収納する機械室１０がある。ターンテーブル４ｂの中心を支持するシャフト１５の下に重量センサ５とモータ１４からなる重量センサユニット９が組み込まれており、ターンテーブル４ｂをモータ１４により回転させながらの重量測定が可能となっている。

ターンテーブルの式オーブンレンジ１の場合は普通重量センサは１つであるが、このシステムに本発の明重量センサ５を用いることで、周囲の環境変化による重量検知精度の低下を防ぐことができる。

本発明の一実施例を示すターンテーブルレス式オーブンレンジの正面断面図である。 本発明の一実施例を示すターンテーブルレス式オーブンレンジにおける重量センサ３個の場合の配置図である。 本発明の一実施例における重量センサの要部断面図である。 本発明の一実施例を示す荷重と出力周波数の関係図である。 本発明の一実施例を示すセンサ制御回路図である。 本発明の一実施例を示す可動電極の脚部が４本の場合の図である。 本発明の一実施例を示す可動電極の脚部が２本の場合の図である。

本発明の一実施例を示す可動電極の脚部が２本で、支持個所が４点の場合の図である。 本発明の一実施例を示すターンテーブル式オーブンレンジの正面断面図である。 従来の重量センサの要部断面図である。

符号の説明

２・・・・加熱室
３・・・・被加熱物
４ａ・・・テーブル
５・・・・重量センサ
５３・・・可動電極
５４ａ・・固定電極
５４ｂ・・固定電極
５５ａ・・コンデンサ
５５ｂ・・コンデンサ
５６・・・脚部
５９・・・切替手段
６０・・・スイッチング制御回路

Claims (6)

1. 被加熱物（３）を収納する加熱室（２）と、該加熱室（２）の底面に配置された被加熱物（３）を載置するテーブル（４ａ）と、該テーブル（４ａ）の下部に配置された被加熱物（３）の重量を検知する重量センサ（５）を備え、該重量センサ（５）が少なくとも１枚の可動電極（５３）と少なくとも２枚の固定電極（５４ａ）、（５４ｂ）で構成され、該可動電極（５３）と該固定電極（５４ａ）、（５４ｂ）から構成される複数のコンデンサ（５５ａ）、（５５ｂ）から検出される静電容量（Ｃ１）、（Ｃ２）を比較して被加熱物（３）の重量を検出する差動静電容量式の重量センサ（５）であることを特徴とする加熱調理器。
2. 前記重量センサ（５）において前記可動電極（５３）が１枚、前記固定電極（５４ａ）、（５４ｂ）が２枚であることを特徴とする請求項１に記載の加熱調理器。
3. 複数枚の電極（６１）と静電容量（Ｃ）検出回路から構成される前記重量センサ（５）のセンサ制御回路において、該電極（６１）と該静電容量（Ｃ）検出回路を切替手段（５９）でスイッチングして切り替えることによって複数の静電容量（Ｃ）を１つの回路で検出することを特徴とする請求項１ないし２に記載の加熱調理器。
4. 前記差動容量式の重量センサ（５）のセンサ制御回路において、少なくとも２つの静電容量（Ｃ１）、（Ｃ２）をそれぞれ周波数（ｆ１）、（ｆ２）に変換してその差を求めることで重量検出を行うことを特徴とする請求項１〜３に記載の加熱調理器。
5. 重量センサ（５）の可動電極（５３）の形状が、該可動電極（５３）と少なくとも１本の該可動電極（５３）よりも変形が大きい脚部（５６）で構成された構造であることを特徴とする請求項１〜４に記載の加熱調理器。
6. 少なくとも１枚の可動電極（５３）と少なくとも２枚の固定電極（５４ａ）、（５４ｂ）で構成され、該可動電極（５３）と該固定電極（５４ａ）、（５４ｂ）から検出される複数の静電容量（Ｃ）を比較して重量を検知する重量センサにおいて、該複数の静電容量（Ｃ）を１つの静電容量発振回路で検出するスイッチング制御回路（６０）によって制御することを特徴とする差動静電容量式重量センサ。
   
   

Images