JP2009250444A - 電子レンジ - Google Patents

Abstract

【課題】加熱中に起きたスパークを検知して出力を制御する電子レンジを実現する。
【解決手段】スパークに伴い発生する音をマイクロフォン１０で検出し、特性の異なるフィルタ群２０を有する信号処理手段１３でフィルタ２１−１，２１−２，２１−３，２１−４を切換えて信号処理を行い、スパーク判定手段であるマイクロコンピュータ１４により、スパーク判定、マグネトロン１の動作制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱室内での金属接触の存在下でのマイクロ波給電に伴い発生するスパークを音で検知する装置を有する電子レンジに関するものである。

電子レンジは食品にマイクロ波を吸収させて加熱する装置であるが、金属容器、アルミ箔など調理に伴う金属製品同士の接触、金属装飾した食器の使用時などでは、金属端面などでスパークが生じることがある。その時、大きな音や火花が発生するために使用者に不安を与えることがあった。また、スパーク発生時、速やかにマイクロ波の供給を制御しないと、スパークの火花が食品の油に燃え移って発煙するなどの事態も考えられる。そのような事態を避けるため、スパーク音が発生したことを音響センサで検知して電子レンジの制御を行うものが考えられる。従来、加熱室の音響的変動を検知して食品の仕上がり状態を検出しようとする電子レンジは提案されていた（例えば特許文献１参照）。

図１０は特許文献１に記載された従来の電子レンジの側面断面図である。マグネトロン１０８で発生したマイクロ波は導波管１０９で加熱庫１１０内部に導かれ、食品１１１に吸収される。食品から発生した蒸気は湿度センサ１１２やサーミスタ１１３によって湿度や温度が検知され、食品の仕上がり具合が判断される。また加熱庫１１０の側面に取り付けられたマイクロフォン１１４によって食品１１１の加熱段階で発生する音を検出して食品１１１の仕上がり具合が判断される。また食品１１１以外からの音（例えば、ファン１１５の風切り音やターンテーブルモータ１１６の駆動音などは、マイク１１７，１１８で検出され、食品１１１の仕上がり音を検知するマイクロフォン１１４のデータと比較される。湿度センサ１１２、サーミスタ１１３、マイクロフォン１１４，１１７，１１８の出力データは検知回路１１９を介して制御部１２０へ入力され、制御部１２０はドライバ１２１を介してマグネトロン１０８の発振を制御する。
特公平３−２５６９７号公報

前記従来のマイクロフォン１１４，１１７，１１８で加熱庫１１０内部の食品の仕上がりを検出する構成は、音で加熱庫１１０の状態を検出しているとはいうものの、スパークと加熱時に発生する音を区別することはまったく考慮しておらず、そのままの構成では調理に伴って発生した音なのか、スパークで発生した音なのかを区別することはできなかった。

本発明は、加熱室外部に設置されたマイクロフォンで、調理中の音を検出し、特性の異なる複数のフィルタを切換えて音を解析し、調理に伴って発生した音とスパーク音を区別して、スパーク判定、電子レンジの停止などを行うことを目的とする。

前記従来の課題を解決するため、食品を載置する加熱室と、加熱室内の食品を加熱するマイクロ波を供給するマグネトロンと、加熱室内部の音響状態を検知するマイクロフォンと、マイクロフォンの出力から加熱室内のスパーク情報を検出する特性の異なる複数のフィルタを有する信号処理手段と、複数のフィルタの切換手段と、信号処理手段の出力からスパーク発生を判定するスパーク判定手段を有するものである。

この特性の異なるフィルタを切換えつつ、加熱室内で発生する音の周波数分析を行う構成によって、食品の加熱によって発生する音の周波数帯と、スパークで発生する音の周波数帯域を比較、区別することが可能となり、精度よくスパークを検知することができるようになる。

第１の発明は、食品を載置する加熱室と、加熱室内の食品を加熱するマイクロ波を供給するマグネトロンと、加熱室内部の音響状態を検知するマイクロフォンと、マイクロフォンの出力から加熱室内のスパーク情報を検出する特性の異なる複数のフィルタを有する信号処理手段と、複数のフィルタの切換手段と、信号処理手段の出力からスパーク発生を判定するスパーク判定手段を有するものであり、複数のフィルタを切換えてマイクロフォンで捉えた音の周波数帯域を分析することによって、スパーク特有の周波数分布を検出し、信号処理回路で信号処理を行うので信頼性の高いスパーク検知を行う事ができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、複数のフィルタを、異なる通過域を有する帯域通過フィルタとしたものであって、フィルタの通過周波数帯域に含まれる周波数成分を細かく把握することによって、調理時の音と、スパーク音とを区別するものである。

第３の発明は、特に第１の発明において、複数のフィルタを、異なる通過域を有する高域通過フィルタとしたものであって、カットオフ周波数より高いフィルタの通過周波数帯域に含まれる周波数成分を細かく把握することによって、調理時の音と、スパーク音とを区別するものである。

第４の発明は、特に第１の発明において、複数のフィルタを、異なる通過域を有する低域通過フィルタとしたものであって、カットオフ周波数より低いフィルタの通過周波数帯域に含まれる周波数成分を把握することができる。

第５の発明は、特に第１の発明において、複数のフィルタの切換手段はアナログスイッチで構成したものであり、すばやく複数のフィルタを切換えることによって、広い帯域での周波数分布を得ることができる。

第６の発明は、特に第１の発明において、複数のフィルタの切換手段を一定時間間隔毎に動作させるものであり、各周波数帯域に含まれる成分を正確に把握できる。

第７の発明は、特に第１から６の発明において、スパーク判定手段は、フィルタが選択される毎に信号処理回路の出力の積分値を計算し、それらの積分値の違いからスパーク発生を判定するものであり、高精度なスパーク判定を行うものである。

第８の発明は、食品を載置する加熱室と、加熱室内の食品を加熱するマイクロ波を供給するマグネトロンと、加熱室内部の音響状態を検知するマイクロフォンと、マイクロフォンの出力から加熱室内のスパーク情報を検出する特性の異なる複数のフィルタを有する信号処理手段と、スパーク発生時の信号処理手段の出力状況を予め記憶しておく出力状況記憶手段と、複数のフィルタの切換手段と、信号処理手段の出力と出力状況記憶手段の内容を比較する出力比較手段と出力比較手段の出力からスパーク発生を判定するスパーク判定手段を有するものであり、予め記憶しておいたスパーク発生のパターンと照合、比較することによって高精度にスパーク判定を行うものである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は本発明の第１の実施の形態における電子レンジの部分切り欠き構成図である。

図１において、マイクロ波の発生源であるマグネトロン１で発生したマイクロ波は導波管２内部を通って加熱室３の底面より加熱室３内部の被加熱物４に供給される。またマグネトロン１の冷却用の風を送るファン５、マグネトロン１へ高電圧を供給する部品である高圧トランス６、高圧コンデンサ７、高圧ダイオード８が加熱室３の外部に設置されている。加熱室３の底の外部には、マイクロフォン１０が設置されている。またこのマイクロフォン１０の出力信号は直流分カット用のコンデンサ１２を介して信号処理手段１３に入力され、信号処理され、信号処理手段１３の出力は、スパーク判定手段であるマイクロコンピュータ１４のアナログ／ディジタル変換入力端子１５に入力される。

アナログ／ディジタル変換入力端子１５に入力された電圧レベルからスパーク音と判定されたら、マイクロコンピュータ１４のディジタル出力端子１６から信号が出力され、リレー回路（図示せず）を開放し、マイクロ波の発振を停止させる。上記構成で被加熱物４に被せられたアルミ箔１７の端面同士が軽く接触するような状態で発生したスパーク音はマイクロフォン１０で検知され、信号処理手段１３によって信号が処理され（増幅、フィルタリング、整流、平滑）、スパーク判定手段であるマイクロコンピュータ１４でスパーク発生と判定、マイクロ波の発振停止動作が行われることになる。

図２に信号処理手段１３の回路構成図を示す。

マイクロフォン１０の出力はコンデンサ１２によって直流成分がカットされ、増幅器１８の入力になり、以降の信号処理がしやすく、信号が飽和してしまわない電圧に増幅される。なお、図２では増幅率が５０倍の例を示している。増幅器１８の出力は前段アナログスイッチ１９の接点を通って選択されたフィルタ群２０のフィルタ２１−１，２１−２，２１−３，２１−４の内ひとつのフィルタ２１−１の入力になり、フィルタ特性によって応じた出力が、前段アナログスイッチ１９と連動して動作する後段アナログスイッチ２２の接点によって半波整流回路２３に入力される。ここで、半波整流回路２３の入力は２．５Ｖを基準に上下に振れた信号となっている。半波整流回路２３は、ダイオード２４，２５とオペアンプ２６とによって構成され、入力電圧を、２．５Ｖを基準にして半波整流を行う。半波整流回路２３の出力は、バッファー回路２７を介して、抵抗２８とコンデンサ２９で構成された平滑回路３０に入力され、平滑回路３０の出力、即ち信号処理手段１３の出力はマイクロコンピュータ１４のアナログ／ディジタル変換入力端子１５に入力される。

また前段アナログスイッチ１９の接点は、マイクロコンピュータ１４の出力端子３１からの４本の信号によって選択され、後段アナログスイッチ２２の接点はマイクロコンピュータ１４の出力端子３２からの４本の信号によって選択される。選択される前段アナログスイッチ１９ならびに後段アナログスイッチ２２の接点は、一定時間間隔で切換られ、そのたびに、それぞれフィルタ２１−１，２１−２，２１−３，２１−４で処理された信号が、マイクロコンピュータ１４に入力されてくる。

このように、順次特性の違うフィルタ２１−１，２１−２，２１−３，２１−４で信号処理がされた情報を受け取ることで、一定の帯域での、信号の特徴をマイクロコンピュータ１４は把握することになる。

図３は４つの帯域通過フィルタの通過特性を示す特性図であり、フィルタ２１−１，２１−２，２１−３，２１−４の減衰特性をそれぞれ示している。それぞれのフィルタ２１−１，２１−２，２１−３，２１−４で処理された信号が、マイクロコンピュータ１４に
入力され、どの帯域の信号が大きいかを調べ、スパークかどうかを判定される。アルミ箔などの接触によるスパークは、１０ｋＨｚから２０ｋＨｚ付近の周波数成分が大きいので、図３のフィルタ２１−３，２１−４のような特性のフィルタを選んだ時の入力の積分値が大きいと判定された時は、スパークと判定される。

図４は、４つの高域通過フィルタの通過特性を示す特性図であり、フィルタ２１−１'，２１−２'，２１−３'，２１−４'の減衰特性をそれぞれ示している。それぞれのフィルタで処理された信号がマイクロコンピュータ１４に入力され、どの帯域の信号が大きいかを調べ、スパークかどうかを判定される。アルミ箔などの接触によるスパークは、１０ｋＨｚから２０ｋＨｚ付近の周波数成分が大きいので、図４のフィルタ２１−３'，２１−４'のような特性のフィルタを選んだ時の入力の積分値が大きいと判定された時は、スパークと判定される。

図５は４つの低域通過フィルタ２１−１''，２１−２''，２１−３''，２１−４''の通過特性を示す特性図であり、フィルタ２１−１''，２１−２''，２１−３''，２１−４''の減衰特性をそれぞれ示している。それぞれのフィルタ２１−１''，２１−２''，２１−３''，２１−４''で処理された信号が、マイクロコンピュータ１４に入力され、どの帯域の信号が大きいかを調べ、スパークかどうかを判定される。アルミ箔などの接触によるスパークは、１０ｋＨｚから２０ｋＨｚ付近の周波数成分が大きいので、図５のフィルタ２１−３''，２１−４''のような特性のフィルタを選んだ時の入力の積分値よりも、図５の低域通過フィルタ２１−１''，２１−２''のような特性のフィルタを選んだ時の入力の積分値が大きいと判定された時は、スパークと判定される。

図６は、マイクロコンピュータ１４から出力されるアナログスイッチ制御信号のタイムチャートである。

前段アナログスイッチ１９、後段アナログスイッチ２２に同じ信号が送られ、それぞれの接点が制御される。第１フィルタ区間は例えばフィルタ２１−１、第２フィルタ区間は例えばフィルタ２１−２、第３フィルタ区間は例えばフィルタ２１−３、第４フィルタ区間は例えばフィルタ２１−４が選択されている時間である。それぞれの区間を０．２５秒毎に選択すれば、フィルタ群２０を１秒間隔で選択動作させることができ、スパーク発生を速やかに検出することが可能となる。フィルタ群２０を切換える時間は、１秒として説明したが、１秒に固定されるものではなく、実験的に最適な動作時間は決められるべきものである。またそれぞれの切換時に出力が不安定になることから、切換時に、不感時間を適宜挿入することも検知の正確性を向上するのに効果がある。

図７（ａ）は信号処理手段１３の出力波形を示すグラフ、図７（ｂ）はマイクロコンピュータによる１０ミリ秒毎の出力の積算値の時系列グラフである。

マイクロコンピュータ１４は１０ミリ秒毎に入力電圧を読み込み、それまでのデータに加算をしていく。ただし、２．５Ｖを基準にして増加分を積算している。図７では、１００ミリ秒間に、約４．５ボルトに達していることを示している。実際には、この値に、時間を書けたものが積分値であるが、等間隔で加算しているので、得られた値は、積分値と同じと考えることができる。

各フィルタの選択時間中に、１０ミリ秒毎に加算を繰り返し、選択時間が終了した時が、そのフィルタでの値となる。フィルタが切り換わると積算値は初期値に戻される。フィルタ２１−１からフィルタ２１−４のそれぞれが選択されている間に積算をしていくと、各フィルタの周波数帯域における信号の分布を知ることができる。スパークが起こった時の各フィルタの周波数帯域における信号の分布と積分値は実験によって、予め把握するこ
とができるので、そのデータと演算した結果を比較することによって、現在スパークが起きているかの判定が可能となる。

図８はマイクロコンピュータ１４内部の出力状況記憶手段３３に記憶されているスパークのパターンと、信号処理手段１３出力の積分結果である。棒グラフはスパークのパターンを、折れ線グラフは積分結果を示すものであり、その時選択されていた第１フィルタ（例えばフィルタ２１−１）〜第４フィルタ（例えばフィルタ２１−４）における積分値を示す。

図９はマイクロコンピュータ１４内部の構成図である。マイクロコンピュータ１４の内部では、出力状況記憶手段３３に記憶されていたパターンと積分値計算手段３４の出力を出力比較手段３５で比較し、その結果からスパークを判定したら、ディジタル出力端子１６から信号を出して、マイクロ波出力を停止させる。

出力比較手段３５は、パターンの一致度を調べたり、予め決めていた許容値に入っているかどうかで判定を行ったりすることでスパークを判定する。

このように本実施の形態の電子レンジでは、加熱室３内のスパークに伴う音情報を複数のフィルタを通過した信号から解析し、スパークを判定、検知して、マグネトロン発振を制御することができるので、安全で、信頼性の高い電子レンジを実現することができる。

なお、本実施の形態では、フィルタ群２０を帯域通過フィルタとして説明したが、これに限定されるものではなく、高域通過フィルタまたは低域通過フィルタを用いることができ、それぞれ複数のフィルタを選択することにより、スパークを判定できる。

以上のように、本発明にかかる音によるスパークの検知方法は、電子レンジ調理だけでなく、電化製品一般にも安全装置として利用でき、異常動作防止用センサなどとしても適用できる。

本発明の第１の実施の形態における電子レンジの部分切り欠き構成図 本発明の第１の実施の形態における信号処理手段の回路構成図 本発明の第１の実施の形態における帯域通過フィルタの周波数特性図 本発明の第１の実施の形態における低域通過フィルタの周波数特性図 本発明の第１の実施の形態における高域通過フィルタの周波数特性図 本発明の第１の実施の形態におけるアナログスイッチの制御信号のタイミングチャート 本発明の第１の実施の形態における（ａ）出力波形グラフ、（ｂ）マイクロコンピュータによる加算値の時系列グラフ 本発明の第１の実施の形態におけるマイクロコンピュータ内部の出力状況記憶手段に記憶されているスパーク時のパターンを示す棒グラフと信号処理手段出力の積算結果を示す折れ線グラフ 本発明の第１の実施の形態におけるマイクロコンピュータ内部の構成図 従来の電子レンジのブロック図

符号の説明

１ マグネトロン
３ 加熱室
６ 高圧トランス
７ 高圧コンデンサ
８ 高圧ダイオード
１０ マイクロフォン
１２ コンデンサ
１３ 信号処理手段
１４ マイクロコンピュータ（スパーク判定手段）
１６ ディジタル出力端子
１８ 増幅器
１９ 前段アナログスイッチ
２０ フィルタ群
２１−１、２１−２、２１−３、２１−４ フィルタ
２２ 後段アナログスイッチ
２３ 半波整流回路
３０ 平滑回路
３１、３２ 出力端子
３３ 出力状況記憶手段
３４ 積分値計算手段
３５ 出力比較手段

Claims (8)

1. 食品を載置する加熱室と、前記加熱室内の食品を加熱するマイクロ波を供給するマグネトロンと、前記加熱室内部の音響状態を検知するマイクロフォンと、特性の異なる複数のフィルタを有し前記マイクロフォンの出力信号から前記加熱室内のスパーク情報を検出する信号処理手段と、前記複数のフィルタを切換える切換手段と、前記信号処理手段の出力からスパーク発生を判定するスパーク判定手段を有する電子レンジ。
2. 複数のフィルタを異なる通過域を有する帯域通過フィルタとした請求項１記載の電子レンジ。
3. 複数のフィルタを異なる通過域を有する高域通過フィルタとした請求項１記載の電子レンジ。
4. 複数のフィルタを異なる通過域を有する低域通過フィルタとした請求項１記載の電子レンジ。
5. 複数のフィルタの切換手段はアナログスイッチで構成した請求項１記載の電子レンジ。
6. 複数のフィルタの切換手段を一定時間間隔毎に動作させる請求項１記載の電子レンジ。
7. スパーク判定手段は、フィルタが切換えられる毎に信号処理回路の出力の積分値を計算し、それらの積分値の違いからスパーク発生を判定する請求項１〜６記載の電子レンジ。
8. 食品を載置する加熱室と、前記加熱室内の食品を加熱するマイクロ波を供給するマグネトロンと、前記加熱室内部の音響状態を検知するマイクロフォンと、特性の異なる複数のフィルタを有し前記マイクロフォンの出力信号から前記加熱室内のスパーク情報を検出する信号処理手段と、スパーク発生時の前記信号処理手段の出力状況を予め記憶しておく出力状況記憶手段と、前記複数のフィルタの切換手段と、前記信号処理手段の出力信号と前記出力状況記憶手段の内容とを比較する出力比較手段とこの出力比較手段の出力からスパーク発生を判定するスパーク判定手段を有する電子レンジ。

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