JP2010534841A - 材料、特に油又は脂肪の状態を計測するための装置 - Google Patents

Abstract

本願発明は、材料、特に油又は脂肪の状態を計測するための装置（１）であって、ハウジング（３）と、このハウジングに接続される中空の接続要素（１０）と、接続要素（１０）の反対側の端部に取り付けられ且つ被検査材料の電気特性を測定するためのセンサ（１６）を保持するように構成される基板（１４）とを有し、センサ（１６）が、少なくとも１つの電気ライン（１２）を介して、ハウジング（３）の近傍及び／又はハウジング（３）と対向する接続要素（１０）の端部の近傍に配置される電子評価ユニットに接続される装置（１）において、センサ（１６）が保護コーティング（１８）によって覆われることを特徴とする、装置（１）に関するものである。

Description

本発明は、特許請求項１の前文に係る、材料、特に油又は脂肪の状態を計測するための装置に関する。

油又は脂肪は、食品を生成する際に頻繁に使用される。これに関して、脂肪は、具体的には、油の固形物として理解される。このタイプの脂肪又は油は、例えば一群の様々な食品を油で揚げるための揚げ物の際に、１回だけでなく長期にわたって頻繁に使用される。揚げ物の際の油又は脂肪の温度はおおよそ１３０℃〜１８０℃である。これらの温度では、脂肪又は油が、大気中の酸素によって引き起こされる酸化などの劣化プロセスに晒される。これにより、味わいに悪影響を及ぼす可能性があり且つ健康にとって有害となる場合さえあるアルデヒド、ケトン、及び、高分子などの多数の化学分解生成物が生じる。

したがって、これらの油又は脂肪、特に揚げ物で使用される油又は脂肪を規則的にスケジュール通りに交換する一方で、非常に早期に、すなわち、油又は脂肪が未だ使用できるときに、あるいは、非常に遅く、すなわち、油又は脂肪が既にかなり分解されてしまったときに、油又は脂肪が交換されないようにすることが重要である。このため、油又は脂肪の状態を計測するための装置、例えば油又は脂肪の電気特性を測定する装置が使用される。油又は脂肪の電気特性、特に誘電定数は、脂肪又は油の分解度合いの信頼できる測度である。

ＤＥ １０ ２００４ ０１６ ９５５ Ａ１、ＤＥ １０ ２００４ ０１６ ９５７ Ａ１及びＤＥ １０ ２００４ ０１６ ９５８ Ａ１はそれぞれ、油又は脂肪の状態を計測するための装置であって、ハウジングと、このハウジングに接続される中空の接続要素と、接続要素の反対側の端部に取り付けられ且つ被検査材料の電気特性を測定するためのセンサを保持するように構成される基板とを備え、センサが、少なくとも１つの電気ラインを介して、ハウジングの近傍及び／又はハウジングと対向する接続要素の端部の近傍に配置される電子評価ユニットに接続される装置を開示する。基板は、センサと共に、油又は脂肪中に浸漬することができるとともに、その誘電定数を決定することができる。このプロセスにおいて、センサは、熱い油又は脂肪と直接に接触し、したがって、過度の応力に晒される。油又は脂肪を収容する計量器のベース又は壁との接触からセンサを保護するため、前述した公報は、平坦な基板の周縁にわたって延びるように構成されることによりセンサを衝撃から保護するＵ形状保護要素を開示する。

ＤＥ ２００ ２３ ６０１ Ｕ１、ＤＥ １０１ ６３ ７６０ Ａ１及びＤＥ ２０ ２００５ ００７ １４４ Ｕ１もそれぞれ、油又は脂肪からなる材料の状態を計測するための装置であって、被検査材料中に浸漬することができる基板上の接続要素の未結合端にセンサが位置される装置を開示する。この場合、センサは、計量器の内壁に対する衝突によって引き起こされる損傷からセンサを保護するようになっているシールド又はカバー内に封入することができるが、例えばＤＥ １０１ ６３ ７６０ Ａ１に記載されるように、センサの機能が損なわれないように寄生容量に抗する少なくとも部分的なシールドを備えることもできる。これらの公報に開示されるシールドも、センサを空間的に取り囲むように、あぶみのように或いはＤＥ １０１ ６３ ７６０ Ａ１に記載されるように構成されて、衝撃の応力からセンサを保護するだけであるが、上記シールドは、熱い油又は脂肪がシールドを通過してセンサの周囲で直接に洗浄されるように構成される。

使用されるセンサは、一般に、特に印刷又は蒸着によって加えられ得る微細な互いにかみ合う金ワイヤ又は金トラックからなるキャパシタ、特にインタデジタルキャパシタとして具現化される。これらは、一般に、比較的低い機械的安定性を有する。例えばペーパータオルを用いてセンサを拭き取ることによりセンサを洗浄するときに生じる機械的な応力は、金トラックの厚さを変える可能性がある。これに対しては、油又は脂肪の残留物が構造間に定着する可能性があり、それにより、センサの基本キャパシタンスが増大し、したがって、不正確な検査結果がもたらされるという問題が加えられる。油又は脂肪の残留物が除去されない場合には、これらが劣化し続け、そのため、センサによって得られる結果が絶え間なく変化する。

ＤＥ １０ ２００４ ０１６ ９５５ Ａ１ ＤＥ １０ ２００４ ０１６ ９５７ Ａ１ ＤＥ １０ ２００４ ０１６ ９５８ Ａ１ ＤＥ ２００ ２３ ６０１ Ｕ１ ＤＥ １０１ ６３ ７６０ Ａ１ ＤＥ ２０ ２００５ ００７ １４４ Ｕ１

したがって、本発明の目的は、材料、特に油又は脂肪の状態を計測するための装置であって、高い機械的安定性を有する洗浄が容易な装置を提供することである。特に、目的は、とりわけ材料残留物によって引き起こされる不正確な測定値の防止を確保することである。

本発明の目的は、特許請求項１の特徴を有する、被検査材料、特に油又は脂肪の状態を計測するための装置によって達成される。

本発明の有利な実施形態及び更なる改良が従属請求項に開示される。

本発明によれば、センサは、被検査材料との任意の直接的な接触からセンサを完全に保護する保護コーティングによって覆われる。センサは、もはや熱い被検査材料と直接的に接触せず、したがって、晒される応力がより小さい。これは、センサの寿命を延ばす。また、保護コーティングは、被検査材料の残留物がセンサのキャビティ内に定着するのを防止する。それは、これらのキャビティが保護コーティングによって覆われているからであり、そのため、センサが汚染されるようにならず、検査材料の残留物によって引き起こされる不正確な検査結果が防止される。また、これは、装置の洗浄を更に容易にする。最終的に、センサ、特に存在する場合にはセンサの金ワイヤ又は金トラックが機械的な応力から保護されるため、装置の安定性が高められる。

保護コーティングは、センサを含めて基板を覆うことが好ましい。これは、このタイプの保護コーティングをより都合良く形成できるからである。特に、この形態は、保護コーティングと検査材料が付着できる基板との間にエッジを有しておらず、また、センサと電子評価ユニットとの間の電気ラインが保護される。

センサは、被検査材料の誘電定数を検出することが好ましい。それは、このことが、被検査材料、特に油又は脂肪の経年劣化状態に関連するからである。

本発明の特に好ましい実施形態において、センサは、キャパシタとして、好ましくはインタデジタルキャパシタとして具現化される。これは、キャパシタが使用されると、誘電定数を特に容易に測定できるからである。インタデジタルキャパシタは、誘電定数の特に信頼できる測定を可能にするとともに、干渉係数に殆ど影響されない。

センサの感度の過度な低下を回避するために、保護コーティングは、１０μｍ未満の厚さ、好ましくは１μｍ未満の厚さであることが好ましい。

ゲージの機械的安定性を高めるため、本発明の好ましい実施形態では、センサの構造が通常は金の導体トラックから形成されることから、保護コーティングの硬度が金の硬度よりも大きく、また、保護コーティングの機械的安定性を低下させないように、保護コーティングがセンサ自体より軟らかくなくてもよい。

保護コーティングは、センサの容量測定に影響を与えないように設けられることが好ましい。このため、保護コーティングの表面抵抗率は、好ましくは１ＭΩよりも大きく、特に１０ＭΩよりも大きく、それにより、保護コーティングの低い導電率が確保される。保護コーティングは１０未満の誘電率を有することが更に好ましく、その場合、保護コーティングの誘電率は被検査材料の誘電率よりも低いことが特に好ましい。更に好ましい実施形態では、センサの機能に影響を与えないように、保護コーティングの誘電率の温度依存性が被検査材料の誘電率の温度依存性よりも低い。

本発明の有利な実施形態では、基板の粗さの劣化を避けるため、保護コーティングが基板と同じ或いは基板よりも低い粗さを有する。より低い粗さ、したがって、滑らかな表面は、検査材料残留物の磨損及び小さいキャビティ内での検査材料残留物の蓄積を防止する。センサトラックを互いに対して絶縁するために、基板は、絶縁体、特にセラミックから形成されるのが好ましい。セラミックはおおよそ０．２μｍ〜０．８μｍの粗さを有し、そのため、特に好ましくは、保護コーティングは、０．８μｍ未満の粗さ、特に０．２μｍ未満の粗さを有する。

センサの機能を損なう場合がある化学変化を保護コーティングがその使用期間全体にわたって受けないようにするために、保護コーティングは、酸化に対して耐性があることが好ましく、少なくともそれが使用される通常の温度での酸化に対して耐性があることが好ましい。

好ましくは、保護コーティングは、その使用期間中にそれが使用される通常の温度でセンサの機能を損なう可能性がある保護コーティングの化学変化が起こらないようにするため、また、使用後に適切な洗浄剤によってゲージを洗浄できるようにするために、少なくともそれが使用される通常の温度で、検査材料自体、検査材料の分解生成物、又は、洗浄剤、特にアルカリ性の洗浄剤と決して反応することもない。

本発明の１つの特に好ましい実施形態において、保護コーティングは、例えば保護コーティングのための対応する材料を使用することにより或いは保護コーティング上の表面構造を使用することにより得られる撥油面を有する。これは、撥油面に対する検査材料の付着を減少させ、それにより、ゲージの洗浄が非常に容易になる。

好ましくは、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、非晶質炭素層、又は、これらの化合物の少なくとも２つの混合物が保護コーティングのために使用される。保護コーティングは、シリコン、アルミニウム、チタン、又は、ジルコニウムの酸化物、チタン又はシリコンの窒化物、あるいは、チタン又はシリコンの炭化物、あるいは、これらの化合物の混合物からなることが好ましい。このタイプの材料は、センサの機能に影響を及ぼさず、使用期間の全体にわたって通常の使用温度で化学変化を受けないとともに、センサの機械的安定性及び洗浄容易性を確保できる十分な硬度及び十分に滑らかな表面を有する。

保護コーティングは、例えば物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、スクリーン印刷、スピンコーティング、ディップコーティング、噴霧、又は、他のプロセスにより、薄膜技術又は厚膜技術を使用して加えられることが好ましい。
以下の図面を参照して、本発明の典型的な実施形態について詳しく述べる。

前方から見た本発明の装置の第１の実施形態を示している。 浸漬される図１の装置の下側領域の拡大図を示している。 図２の装置の下側領域の長手方向断面図を示している。

図１は、材料、特に油又は脂肪の状態を計測するための本発明のゲージ１であって、その上端にハウジング３を有するゲージ１を示している。ハウジングは、測定値を表示するためのディスプレイ５を有する。ディスプレイ５は、ＬＣＤディスプレイとして具現化されるのが好ましく、測定値をカラーグラデーションによって示すグラフィックディスプレイと数値ディスプレイとの間で切り換えることができる。制御コマンドを入力するためにキーボード７が設けられ、上記キーボードを介してコマンドを中央制御ユニット（図示せず）へ送ることができる。キーボード７はタッチスクリーンとして具現化されることが好ましい。また、ハウジング３は、外部コンピュータと通信するために使用できるインタフェース９を有することもできることが好ましい。ゲージ１は、自動較正を行なうようになっていることが好ましい。ゲージ１が使用中の場合、ハウジング３は、オペレータのためのハンドルとしての機能も果たす。

中空の接続要素１０が、ハウジング３から下方へ延びるとともに、熱伝導率の低い材料により十分な長さを有して形成されており、それにより、ハウジング３の近傍及び／又はハウジング３に近い接続要素１０の領域に位置されるゲージ１の高感度電子評価ユニット（図示せず）が、検査されるべき油又は脂肪の熱から適切に保護される。また、このような施策は、オペレータが測定を安全に行なうことができるようにする。接続要素１０はステンレススチールから形成されるのが好ましく、ステンレススチールは、その低い熱伝導率に加えて、外食産業において制限無く使用できるため適している。接続要素１０は、例えば管状部品として構成されており、接続要素１０の内部で延びる電気ライン１２を収容することができる。電気ライン１２は、電気絶縁特性によって特徴付けられる少なくとも１つの平坦な基板１４、例えばセラミック材料から形成される基板１４上に配置される。

基板１４の下側領域には、油又は脂肪の電気特性を測定するためのセンサ１６が配置されており、上記センサの測定値は、基板１４上の電気ライン１２を介して電子評価ユニットへ供給される。センサ１６が計量器のベース又は壁と接触しないように保護するため、基板１４の下側領域の周囲に保護手段２０を取り付けることができる。この場合、保護手段２０は、平坦な基板１４を取り囲んで接続要素１０に接続されるリムとして構成され、したがって、保護手段は、略Ｕ形状のブラケットとして具現化される。

基板１４と接続要素１０との間の中間空間は、図３で明らかなように、適切なシール手段２２により１箇所で絶縁されてシールされる。そこでは、シリコン接着剤などの適切な接着剤２２が、接続要素１０の下端領域で、基板１４と接続要素１０との間の中間空間内へ注入され、それにより、基板及び接続要素が互いに直接に接触することが防止され、したがって、基板と接続要素とが互いに絶縁される。同時に、接着剤２２は接続要素１０を密封する役目を果たし、それにより、油又は脂肪は接続要素１０の内部へ侵入することができない。接着面の形態は、水を取り込まないようにしなければならない。これは、そうしないと、爆発の危険が存在するとともに、被検査材料の洗浄剤による想定し得る汚染を排除できないからである。単体要素としての基板１４は、電子評価ユニットに至るまで延びることができるが、複数のコネクタの直列接続によって結合できなくてもよい。この形態は、特に電子評価ユニットの耐熱性に関して利点を与える。

図２には、被検査材料中に浸漬されるようになっている接続要素１０及び基板１４の下側領域が拡大図で示されている。誘電定数を測定するためのセンサ１６は、油又は脂肪の誘電定数を測定するキャパシタを備える。上記キャパシタは、特に印刷又は蒸着によって加えられる微細なメッシュ状の金ワイヤ又は金トラックからなるインタデジタルキャパシタとして具現化されることが好ましく、金ワイヤ又は金トラックのそれぞれは、電子評価ユニットにつながる電気ライン１２の１つへと移行する。ライン１２は、基板１４から延びる金又は銅の微細な層からなり、上記層はセラミック部品上に直接に印刷される。

センサ１６は保護コーティング１８によって覆われる。保護コーティング１８は、それが少なくともセンサ１６を覆うことによって装置１が浸漬される被検査材料とセンサ１６とが直接に接触しないように具現化される。図示のように、保護コーティング１８が電気ライン１２も完全に覆い、それにより、これらの電気ラインも被検査材料と直接に接触しないようにすることが好ましい。また、保護コーティング１８をセンサ１６が配置される基板１４の前面に配置するだけでなく、基板１４の下側領域の全体にわたって前側及び後側を保護コーティング１８で覆うこともできる。

保護コーティング１８の厚さは１μｍ未満である。また、保護コーティングの硬度は、電気ライン１２の材料の硬度よりも大きく、すなわち、この場合には金の硬度よりも大きい。このようにして、装置１の機械的な安定性、特に金ワイヤ又は金トラックの安定性が高められる。

保護コーティング１８がセンサ１６による容量測定に影響を及ぼさないようにするためには、保護コーティング１８が安定した電気特性を有さなければならかい。このため、保護コーティング１８の表面抵抗率は１０ＭΩよりも大きい。また、保護コーティング１８は１０未満の誘電率を有する。油及び脂肪はおおよそ３の誘電率を有するため、保護コーティング１８は、被検査材料の誘電率よりも低い誘電率、したがって、３よりも低い誘電率を有することが好ましい。更に、センサ１６の容量測定に影響が及ばないようにするために、保護コーティング１８の誘電率の温度依存性は、被検査材料の誘電率の温度依存性よりも低い。

検査材料の任意の残留物が保護コーティング１８の構造中に定着するのを防止するため、保護コーティングは０．２μｍ未満の粗さを有する。保護コーティングは、シリコン、アルミニウム、チタン、又は、ジルコニウムの酸化物、あるいは、チタン又はシリコンの窒化物、あるいは、チタン又はシリコンの炭化物、あるいは、これらの化合物の混合物からなる。それに対応して、これらの材料からなる保護コーティング１８は、酸化に対して、検査材料又は検査材料の分解生成物との反応に対して、及び、洗浄剤、特にアルカリ性の洗浄剤、とりわけ強アルカル性の洗浄剤に対して耐性がある。また、この材料からなる保護コーティング１８は、基板１４の表面及びセンサ１６の表面に対して良好に付着する。更に、保護コーティング１８は、ＰＶＤ、ＣＶＤ、スクリーン印刷、スピンコーティング、ディップコーティング、噴霧などの従来のプロセスを使用して基板１４及びセンサに対して適用できる。

１ 装置
３ ハウジング
５ ディスプレイ
７ キーボード
９ インタフェース
１０ 接続要素
１２ 電気ライン
１４ 基板
１６ センサ
１８ 保護コーティング
２０ 保護手段
２２ シール材料

Claims (16)

1. 材料、特に油又は脂肪の状態を計測するための装置（１）であって、ハウジング（３）と、このハウジングに接続される中空の接続要素（１０）と、接続要素（１０）の反対側の端部に取り付けられ且つ被検査材料の電気特性を測定するためのセンサ（１６）を保持するように構成される基板（１４）とを有し、センサ（１６）が、少なくとも１つの電気ライン（１２）を介して、ハウジング（３）の近傍及び／又はハウジング（３）と対向する接続要素（１０）の端部の近傍に配置される電子評価ユニットに接続される装置（１）において、センサ（１６）が保護コーティング（１８）によって覆われることを特徴とする、装置（１）。
2. 保護コーティング（１８）がセンサ（１６）を含めて基板（１４）を覆うことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. センサ（１６）が被検査材料の誘電定数を測定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の装置。
4. センサ（１６）は、キャパシタとして、好ましくはインタデジタルキャパシタとして具現化されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の装置。
5. 保護コーティングは、１０μｍ未満、好ましくは１μｍ未満の厚さを有することを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の装置。
6. 保護コーティング（１８）の硬度が金の硬度よりも大きいことを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の装置。
7. 保護コーティング（１８）の表面抵抗率は、１ＭΩよりも大きく、好ましくは１０ＭΩよりも大きいことを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の装置。
8. 保護コーティング（１８）の誘電率が１０未満であり、該誘電率が好ましくは被検査材料の誘電率よりも低いことを特徴とする、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の装置。
9. 保護コーティング（１８）の誘電率の温度依存性は、被検査材料の誘電率の温度依存性よりも低いことを特徴とする、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の装置。
10. 保護コーティング（１８）が基板（１４）と同じ或いは基板（１４）よりも低い粗さを有し、保護コーティングの粗さが好ましくは０．８μｍ未満、特に好ましくは０．２μｍ未満であることを特徴とする、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の装置。
11. 保護コーティング（１８）が酸化に対して耐性があることを特徴とする、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 保護コーティング（１８）は、被検査材料、又は、被検査材料の分解生成物、あるいは、洗浄剤と反応しないことを特徴とする、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 保護コーティング（１８）が撥油面を有することを特徴とする、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 保護コーティング（１８）は、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物、非晶質炭素層、又は、これらの化合物の少なくとも２つの混合物であることを特徴とする、請求項１から請求項１３のいずれか一項に記載の装置。
15. 保護コーティング（１８）は、シリコン、アルミニウム、チタン、又は、ジルコニウムの酸化物、あるいは、チタン又はシリコンの窒化物、あるいは、チタン又はシリコンの炭化物、あるいは、これらの化合物の少なくとも２つの混合物からなることを特徴とする、請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 保護コーティング（１８）が薄膜技術又は厚膜技術を使用して加えられることを特徴とする、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の装置。

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