JP2563572B2 - 加熱装置の仕上り検知システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被加熱物の加熱状態を自動的に検知して加
熱を制御する加熱装置の仕上り検知システムに関するも
のである。

従来の技術 従来、例えば電子レンジのような加熱装置において、
被加熱物の加熱状態を自動的に検知する方式として、被
加熱物から放射される赤外線を焦電素子により検出し
て、被加熱物の温度を検知する方式が実用化されている
が、その構成は複雑な上、性能上も多くの課題があっ
た。

以下第４図とともに焦電素子を用いた検知システムの
従来例について説明する。

図に示すように、焦電素子１はパッケージ４内に固定
されており、パッケージ４の壁面に設けられた窓4aを通
って視野角θの範囲から被加熱物３の放射する赤外線が
焦電素子１に照射され、これによる焦電素子１に発生す
る焦電電圧を検出する方式となっている。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、本方式の場合、焦電素子１の発生する
電圧は、照射される赤外線の量に比例するのではなく、
赤外線照射による焦電素子１の温度変化に対応するた
め、焦電素子１と被加熱物３の間に、チョッパー２を設
けて、焦電素子１に照射される赤外線を断続することが
不可欠である。又一般に被加熱物３となる食品は、加熱
された状態でも高々100℃程度で発生する赤外線エネル
ギーも小さいため、これにより焦電素子１に発生する電
圧は非常に小さく数10μV/℃程度である。従って、この
微小電圧を増幅する高精度で、増幅率の大きな増幅回路
が必要である。

以上のような構成上の複雑さの他に、上記従来の方式
の場合、検出システムが基本的に光学系を有しているの
で、汚れに弱いとか、視野角θとの関係で、被測定物で
ある被加熱物３の位置が限定される等の多くの欠点があ
った。

そこで本発明は非常に簡単な構成で、しかも汚れや視
野角の課題等のない仕上り検知システムを焦電素子を用
いて実現することを目的としている。

課題を解決するための手段 本発明は上記目的を達成するために、食品等の被加熱
物が加熱と共に発生する水蒸気等の高温気体の熱を焦電
素子で検出して、加熱の進行（仕上り）状態を検知する
ものである。具体的な構成としては、加熱室の壁面に設
けた通気口を通じて食品より発生する蒸気等の高温気体
を取り出し、この高温気体がゆらぎながら加熱室外部に
設けた焦電素子に当って生ずる生電素子の温度変化に対
応して発生する交流電圧を検出するものである。

作用 本発明の焦電素子を用いた加熱仕上検知システムは、
被加熱物が、加熱が進みに従って発生する多量の高温蒸
気を焦電素子に当てるため、赤外線を検出する場合に比
して焦電素子の温度変化が大きく従って発生する電圧も
大きい。しかもこれが最も重要であるが蒸気そのものは
常にゆらいでいるために、焦電素子もそのゆらぎに対応
して温度の上昇，下降を繰り返すので、蒸気が継続して
当っているにもかかわらず、焦電素子は一定以上の振幅
を有する交流電圧（ランダムな波形ではあるが）を発生
する。従って従来の赤外線を焦電素子で検出する方式
が、チョッパーや高感度の増幅器を必要としたのに対
し、本発明の構成によれば単に被加熱物（食品）から発
生する蒸気を導く通気口と通気路を設けるだけの簡単な
構成と、極く標準的な増幅回路により安価な仕上り検知
システムを実現できる。

しかも本方式の場合、発生する蒸気の熱を検出してい
るから、従来から使用されている赤外線を検出する場合
のように汚れの問題や、視野角の問題も解消し、非常に
安定で、しかも使い勝手の良いシステムとなる。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面もとづいて説明す
る。第１図は電子レンジに本発明の検知システムを実装
した場合の構成を示す概略断面図、第２図はその基本回
路構成を示すブロック図である。

第１図において加熱室７内に置かれた被加熱物６（食
品）は、マグネトロン10で発生した2450MHzのマイクロ
波により誘電加熱される。加熱された被加熱物６の温度
が上昇し、被加熱物６（食品）に多量に含まれる水の沸
点近い温度に達すると、多量の高温蒸気が発生し、この
蒸気は加熱室７の天井へ向かって上昇する。さらにこの
蒸気は、加熱室７の天井に設けられた通気口８を通過
し、筒状の第１の通気路９に導かれて焦電素子５に当た
る。焦電素子５に当った蒸気は、焦電素子５表面で結露
して焦電素子５に潜熱を主体とした多量の熱エネルギー
を与えるため、焦電素子５は温度が上昇して電圧を発生
する。このとき被加熱物６（食品）で発生する蒸気は、
蒸気より低温の空気中をゆらぎながら移動してゆくか
ら、焦電素子５に当たる蒸気の量も時間的，空間的にゆ
らいでいる。従って、被加熱物６（食品）が一定以上の
温度となって定常的に蒸気が発生するようになっても、
焦電素子５はある瞬間大量の蒸気で温度が上がるが、次
の瞬間には当たる蒸気量がわずかになって温度が下が
り、次の瞬間には再び多量の蒸気を受けて温度が上昇す
るといった不規則な温度のゆらぎを持続する。この結
果、焦電素子５は、被加熱物６（食品）が高温の蒸気を
発生し続ける間、上記説明の温度のゆらぎに対応して不
規則な交流電圧を発生し続ける。第３図は焦電素子５が
こうして発生する電圧の様子を示したもので、加熱時間
がtaに達する付近から被加熱物６より急激に蒸気が発生
し、この蒸気により焦電素子５の電極間には大振幅の交
流電圧Ｖ（数10mV）が発生し続けることになる。

特に第１図の実施例に示す構成では、マイクロ波を発
生するマグネトロン10やマグネトロン10に高圧印加する
ためのトランス（図示せず）を冷却するファン11の冷却
風の一部は第２の通気路15で取り込まれ、排気口13より
機体外へ排出される。焦電素子５の受感面は第２の通気
路15の内壁面側に来るように配置され、この受感面にほ
ぼ対向する位置で、第１の通気路９は第２の通気路15の
壁面の一部を通って結合されている。ファン11により機
体外より吸気口14を通って吸い込まれた冷気は、その一
部が第２の通気路15を通って排気口13へ向って、一定の
風速でもって通り抜けることになる。その結果、第１の
通気路９との結合部には負圧が生じ（ベルヌイの定
理）、第１の通気路９内の蒸気は強制的に第２の通気路
15内へ吸い込まれ、元々第２の通気路15を流れていた冷
気と混合されて排気口13を通って機体外へ導かれる。焦
電素子５の受感面に当たる蒸気はこうして冷気と強制的
に混合されているので、上述のゆらぎの効果が大きく、
又蒸気そのものが加熱室７内から強制的に吸い出される
ので、被加熱物６から発生した蒸気が早く、かつ多量に
焦電素子５へと導かれ、その結果、検出スピード，感度
ともに高い検知システムが構成される。

第２図は焦電素子５を含む検知システムの基本回路構
成を示す。

第２図において、焦電素子５で発生した電圧はDC（直
流）カット回路17,L.P.F（ロウ・パスフィルター）18を
経てアンプ（増幅回路）19で増幅された後マイコン20に
より読み取られる。例えば被加熱物６が再加熱メニュー
（食品の暖め直し）であれば、多量の蒸気を発生始めた
ta点（第３図）でほぼ加熱としては十分な温度となるの
で、マイコン20はあらかじめ設定された基準電圧Vaに達
すれば、マグネトロン10及び冷却ファン11の停止を判断
する。焦電素子５が非常に高インピーダンスなため、こ
れを緩和するために、1MΩ程度の抵抗22と、0.05μＦ程
度のコンデンサー23が焦電素子５と平列に結合されてい
る。又マイコン20は、操作パネル21を通じてその制御シ
ーケンス等が選択されるようになっている。

発明の効果 以上のように本発明に仕上り検知システムは、食品等
の被加熱物が発生する水蒸気等の高温気体の熱をゆらぎ
という形で焦電素子で検出して、加熱の進行（仕上り）
状態を検知すると共に、マイコン等の制御回路と組み合
せて加熱を最適時間で自動的に停止するものである。

すなわち焦電素子が食品から発生する水蒸気等の高温
気体の熱を検出するとき、これらの気体自身がゆらぎ
が、チョッパーと同等の効果を発揮し、焦電素子は継続
的に電圧を発生し続けるもので、従来の赤外線検知シス
テムのようなチョッパー機構を必要とせず、非常にシン
プルな構成で検知システムを構成できる。又当然のこと
ながら発生する蒸気は、被加熱物の位置や、大きさにあ
まり影響を受けずに取り出せるから、赤外線検知システ
ムのように視野角の問題も発生しない。

さらに注目すべき事は、焦電素子が水蒸気等の気体と
接して熱エネルギーの授受を行なうので、仮に受感部が
汚れていても熱伝達さえ確保できれば良い点である。従
って、従来の赤外線センサーが持っていた光学的汚れに
対する弱さや、水分子の表面への吸着による抵抗変化を
利用している湿度センサー等のように表面の汚れによる
感度の低下といったことが原理的に発生し難いため、非
常に信頼性の高い検知システムを構成することが出来る
という点である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における仕上り検知システム
を有する加熱装置の概略断面図、第２図は同検知システ
ムの基本回路構成を示すブロック図、第３図は焦電素子
が発生する電圧の変化図、第４図は従来の仕上り検知シ
ステムの原理を示す基本構成図である。 ５……焦電素子、６……被加熱物、７……加熱室、８…
…通気口、９……第１の通気路、15……第２の通気路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉野 浩二 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (72)発明者 酒井 伸一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−178525（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】被加熱物を収納する加熱室と加熱室内の気
   体を加熱室外に導くための加熱室壁面の一部に設けた通
   気口と、この通気口と結合された通気路と、これら通気
   口と通気路を通って導かれる気体の通路に配置された焦
   電素子と、前記通気口及び通気路を通って導かれる気体
   に被加熱物の温度上昇とともに被加熱物から発生する高
   温気体が大量に混じり、ゆらぎながら前記焦電素子に接
   触することで発生する焦電素子の温度のゆらぎを焦電素
   子に発生する電圧として検出する検出回路とからなる加
   熱装置の仕上り検知システム。