JP2658468B2 - 自動加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は加熱中の食品から発生する水蒸気あるいはガ
スの熱気を検出して食品の加熱状態を検知し最適な加熱
状態で加熱を終了せしめる自動加熱装置に関するもので
ある。

従来の技術 従来より、食品の加熱に伴って食品から発生する水蒸
気あるいはガスのもつ熱気を検出して調理の進行度合い
を検知する雰囲気センサを用いた自動加熱装置は数多く
考案されている。例えば特願平１−99409は、焦電素子
に食品から発生する水蒸気、ガスの高温気体を導き、焦
電素子に発生する電圧の変化により加熱の仕上がり（進
行）を検知する自動加熱システムの一例である。この焦
電素子を用いた自動加熱システムにおける信号検知方式
も特願平１−99407でより具体的に考案されている。以
下第６図を基に従来例について説明する。

第６図は加熱の進行に伴う焦電素子の発生電圧（検出
信号）の時間推移である。（ａ）図に示すように加熱が
開始した後所定時間（T₁〜T₂）における代表値D_m（例え
ば極大値、平均値など）を測定しその値を蒸気が到来し
ていない静的状態での信号レベルとみなし、その代表値
D_mの関数として検知しきい値D1を算出する。以降蒸気が
発生したことを検出信号がしきい値D1を越えたことを所
定の判定則に基づいて判定しtd時間で蒸気検知する。そ
の時点が加熱を終了するか所定の追加加熱後終了するか
は食品の性質に委ねられる。

発明が解決しようとする課題 さて具体的なこのシステムの構成は特願平１−99409
に記載されるものである。一般に電子レンジはマイクロ
波発生手段であるマグネトロン、マグネトロン駆動用の
高圧電圧を発生する高圧トランスなどの電力変換効率の
劣る電力部品を備えているため冷却ファンなどにより充
分な冷却が必要となる。この冷却風の風圧を利用し、オ
ーブン庫内の食品から発生する蒸気を焦電素子へと導
き、信号を検出する構成としている。従って、加熱の進
行につれて電力部品の温度上昇や加熱室壁面での誘導損
失などの熱が食品の熱気とともにセンサに導かれること
になる。

第６図（ａ）に示したような短い加熱時間の場合はこ
のような蒸気以外の熱が検知性能に悪影響をもたらすと
いうことはない。しかし、加熱時間の長い調理、例えば
冷凍食品を解凍してさらに温めるというような場合に
は、調理開始から蒸気信号検知までの時間が長くなり、
このような蒸気以外の熱による影響が深刻化してくる。

第６図（ｂ）はその具体例である。本来ならばしきい
値D1′（一点鎖線レベル）でtd′時間に検知するべきと
ころが、食品からの蒸気以外の熱気により静的状態での
信号レベルが逓増するためtdで検知してしまう。これは
明らかに誤検知で充分な加熱状態に達する前に調理終了
するという問題点が生じていた。

また、連続使用時にも同様の不具合点がある。一回目
は調理終了時により、セットの機械室内の温度は相当に
上がった状態で冷却ファンが停止する。それによって過
渡的に電力部品雰囲気の温度は上昇し、その状態で続け
て調理を実行すると、溜まった熱気がセンサに導かれ開
始直後は検出信号が高くその後冷却ファンにより電力部
品およびその雰囲気が冷やされ、検出信号すなわち静的
状態での信号レベルが逓減していくという現象が生じ
る。従って本来D1′の一点鎖線で検知しなければいけな
い所が、検出信号レベルの高いT₁〜T₂期間で検出した代
表値D_mから算出したしきい値D1で蒸気信号を検知し終了
するため過加熱となるという問題点もある。

さらに、マイクロ波加熱以外の熱源、例えばヒーター
を併せて具備するような構成の複合加熱調理器が商品化
されているが、これらの機器においてもヒーター加熱直
後の庫内温度が高い状態で本自動加熱機能を使用すると
（ｃ）図で示したように静的状態の検知レベルが逓減し
誤検知が生じることは容易に考えられる。

そこで、本発明は食品から発生する水蒸気、ガスの熱
気を検出する雰囲気センサを用いた自動加熱装置におい
て、周辺の熱源からの熱的外乱の影響をうけず正確に蒸
気信号を検知し最適な加熱状態での終了を実現するもの
である。

課題を解決するための手段 そこで本発明の自動加熱装置は、被加熱物から発生す
る水蒸気やガスの熱気を検出する雰囲気センサと、雰囲
気センサからの信号を検出する信号検出手段と、信号検
出手段の信号を一定期間監視した結果をもとに所定のし
きい値を決定するしきい値決定手段と、信号検出手段の
信号レベルがしきい値決定手段が決定したしきい値以上
に達しことを検知し電力を制御する制御手段とを備え、
しきい値決定手段は加熱開始から逐次継続してしきい値
を更新し、初期しきい値より一定量増加あるいは減少し
た時しきい値の更新を停止する構成としたものである。

作用 上記構成によって本発明による自動加熱装置は以下の
ような作用を有する。

逐次継続してしきい値を更新することによって、食品
以外の熱源からの熱による静的状態での信号レベルの変
化に応じた最適のしきい値を決定することが可能で食品
からの蒸気、ガスによる熱以外の信号の変動で誤検知す
ることはなくなる。

また決定したしきい値が初期に決定したしきい値から
一定量の増加あるいは減少した時、しきい値の更新を停
止しているため本来の食品からの蒸気による信号レベル
の増大を静的状態での信号レベルの増大と判断して誤っ
たしきい値の更新を行うこともなく信頼性の高い自動加
熱装置を提供するものである。

実施例 以下、本発明の一実施例を添付図面にもとづいて説明
する。第３図は本発明の一実施例における自動加熱装置
の構成を示す要部断面図、第４図はその検知システム部
分の基本回路構成を示すブロック図である。

第２図において加熱室１内に置かれた被加熱物３はマ
グネトロン４によって誘電加熱される。被加熱物３は加
熱室１内の電界強度の不均一によって生じる加熱むらを
改善するために回転載置台２によって回転しながら加熱
される。

被加熱物３の加熱が進行し含まれる水分が沸点近くに
達すると、多量の高温蒸気が発生し、この蒸気は加熱室
７の天井に設けられた通気口５に向かって上昇する。さ
らにマグネトロン４などの電力部品の冷却用に設けられ
た冷却ファン７−ａおよびプロペラ７−ｂによってセッ
ト吸気口８から吸入された風は庫内吸気口６を通って加
熱室１内に入りその風圧によって被加熱物３から発生す
る蒸気は通気口５に排出される。さらに焦電素子10に当
たった蒸気は、焦電素子10表面で結露して焦電素子10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10は温度が上昇して焦電電圧が発生する。このと
き、被加熱物３から発生した蒸気は、蒸気より低温の空
気中を揺らぎながら移動してゆくから、焦電素子10に当
たる蒸気の量も時間的、空間的に揺らいでいる。従っ
て、被加熱物３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10はある瞬間、大
量の蒸気で温度が上がるが、次の瞬間に当たる蒸気量が
わずかになって温度が下がり、次の瞬間には再び多量の
蒸気が当たり温度が上がるというように、被加熱物３か
ら蒸気が出続ける間、上記説明の温度の揺らぎに対応し
て不規則な交流電圧を発生し続ける。

第５図は焦電素子10からこのようにして発生する電圧
の様子を示したもので、加熱時間がある時間に達すると
被加熱物からの蒸気によって焦電素子10間に大振幅の交
流電圧（数10mv）が発生し続ける。

次に第４図で示す電子回路で、焦電素子10で発生した
電圧はDC（直流）カット回路11、L.P.F（ロウ・パスフ
ィルター）12を経てアンプ（増幅回路）13の増幅回路で
増幅された後マイコン14により読み取られる。焦電素子
10は高インピーダンスのため、1MΩ程度の抵抗15と、0.
05μ程度のコンデンサー16とを並列に結合し緩和を図っ
ている。またマイコン14はマグネトロン４、冷却ファン
７等に制御信号をおくりコントロールする。

さて、使用者は食品の再加熱を行うべく自動加熱装置
に加熱指令を送ると、マイコン14はそれを受けマグネト
ロン４及び冷却ファン７に動作信号を送り被加熱物３の
加熱を開始する。そして加熱が進行するにつれ、被加熱
物３から蒸気が発生し、その高温蒸気は前述した原理で
焦電素子10に導かれ電圧が発生する。マイコン14はそれ
を検知することによって被加熱物３が充分加熱されたこ
とを検知し、その時点で加熱を終了したり、食品によっ
ては加熱が不充分の場合もあるので所定の追加加熱を実
行したりして調理を終了する。次に、マイコン14がどの
ようにして蒸気が発生したと判断するか、即ち検知シー
ケンスについて説明する。

第１図は、マイコン14内部の構成を示すブロック図で
ある。

データ測定手段17はセンサからのアナログ入力信号を
測定する。例えばA/D変換器などで構成され所定の時間
間隔t₀で連続的にデータの測定を行う。時間間隔t₀は数
十μsec程度である。

ノイズレベル検知手段18はデータ測定手段17の信号を
受け、所定時限内の平均値や極大値などの代表値すなわ
ち蒸気信号が到来していない静的状態の信号レベルであ
るノイズレベルを測定する。この所定時限は数秒から数
十秒程度の値とし、後述する誤差判定手段21からの停止
指令信号を受けるまで連続的に測定を繰り返す。

検知しきい値演算手段19はノイズレベル検知手段18が
測定したノイズレベルを受け所定の演算法則のもとに検
知しきい値を決定する。ここで検知しきい値はノイズレ
ベルに対して充分余裕のある高い値に設定しなければな
らないことは自明である。例えば、具体的演算法則の一
例として D1＝aDm＋ｂ（ａ、ｂは定数）…………（１） としても良いし、さらにDmの高次の式で展開しても差し
支えない。

初期検知しきい値保持手段20は測定第１回目の検知し
きい値を保持する。誤差判定手段21は検知しきい値演算
手段19が算出した検知しきい値と初期検知しきい値保持
手段が保持している第１回目の検知しきい値との比較を
行い、（現在の検知しきい値−第１回目の検知しきい
値）の誤差が所定範囲内にあれば検知しきい値演算手段
19の算出した検知しきい値をそのまま検知しきい値保持
手段22へと送信する。逆に誤差が所定の許容範囲を逸脱
すればノイズレベル検知手段に検知停止指令信号を送
り、以降のノイズレベル検知を停止させると共に、検知
しきい値保持手段22への検知しきい値の送信も停止し自
己機能を停止する。例えば誤差が正の限界値α、負の限
界値βとしてそれぞれ異なった限界値をもたせてもよ
い。

検知しきい値保持手段22は検知しきい値を記憶保持
し、検知判定手段23はその保持されている検知しきい値
とデータ測定手段17の測定する瞬時データを比較し所定
の判定法則にしたがってその信号が明らかに検知しきい
値を越えたことを認識して電力制御手段24に蒸気を検知
したことを伝える。ここでの所定の判定法則の一例とし
て瞬時データがｎ回検知しきい値を越えることとし、そ
のｎ回を蒸気検知にふさわしい回数としている。

電力制御手段24はマグネトロン４に加熱制御信号を送
り、即座に停止したり、僅かな追加過熱を実行したりし
て加熱を終了する。

第２図はマイコンに入力されるセンサ信号の波形であ
る。マイコンの電圧レベルに合わせるため丁度第５図の
センサ出力をDCカットし、半波整流したような波形とな
っている。（ａ）図はごく一般的な再加熱の場合の信号
である。加熱が開始して所定時間T₁になるとマイコン14
は信号を読み取りにいき、T₂時間まで一定の間隔で連続
的に時間間隔t₀で測定を繰り返しその間に測定した極大
値をその時限（T₁−T₂）における代表値Dm₁とし（１）
式から検知しきい値D1を決定する。従ってノイズレベル
Dm₁に対応する検知しきい値Dl₁が決まり、次の時限（T₂
〜T₃）ではそれに基づいて蒸気の検知を行う。時限（T₂
〜T₃）では前時限と同様に時間間隔t₀で連続的に測定を
行いその時限でノイズレベルである極大値Dm₂を探索す
ると同時に測定データが検知しきい値Dl₁を越える回数
をカウントし所定回数ｎに達すると蒸気信号検知と判断
する。

時限（T₂〜T₃）で蒸気検知がない場合その時限で同時
進行しているノイズレベル探索で決定したノイズレベル
Dm₂を基に次時限での検知レベルDl₂を（１）式に基づい
て決定する。以降このようにノイズレベルおよび検知し
きい値を更新しながらtd時間で蒸気検知にいたる。

時限での検知レベルDl₂を（１）式に基づいて決定す
る。以降このように検知しきい値を更新しながらtd時間
で蒸気検知にいたる。

次に検知までに長時間を要する調理、例えば冷凍食品
を解凍して且つあたためるという解凍あたため、あるい
はカレー，シチュー等煮込調理などの場合、（ｂ）図に
示すように蒸気検知前のノイズレベルが徐々に増加する
傾向となることがわかっている。これは、機械室内の電
力部分の発熱あるいはオーブン庫内の壁面で発生する誘
導加熱による熱等、食品からの蒸気以外の熱の影響によ
って焦電素子10に熱気が導かれるためである。従来のよ
うに、加熱の初期段階に獲得したノイズレベルを基に検
知レベルを決定する方式ではこのような熱的外乱による
ノイズレベルの増大を蒸気信号と見誤って誤検知する場
合があったが、本発明の検知方式ではこのような問題を
回避することができる。

（ｂ）図ではDl₁，Dl₂，Dl₃……と検知しきい値がノ
イズレベルの増大に伴って上昇し、蒸気信号発生の直前
のノイズレベルから決定した最適の検知しきい値で蒸気
検知が可能となる。

ここでは最初に設定した検知レベルDl₁から所定の更
新限界値α増加したDl₆をもって検知しきい値の更新を
中止し、以降その直前に設定したDl₅を検知しきい値と
して蒸気検知をおこなっているため蒸気到来前のノイズ
レベルで決定した正確な検知しきい値によりtd時間の蒸
気検知が可能となる。もちろんその時点からノイズレベ
ルの探索も終了する。

またこのように適当な増加方向の更新限界値αを設定
することによって、蒸気による信号レベルの増加を誤っ
てノイズレベルの増加として更新し、高い検知しきい値
を設定してしまって検知遅れを生じるという問題は全く
発生しなくなり信頼性の高い検知性能をえることができ
る。

次に、連続調理時に関しての検知の一例を（ｃ）図に
示す。連続使用時の特徴として、前回使用時の機械室内
に残留している熱あるいは庫内に残っている熱の影響
で、次回使用時の初期時点でむしろノイズレベルが高く
なり、その後徐々に冷却ファンの吸入した外気による焦
電素子10近傍の冷却によってノイズレベルが逓減してい
くという現象がある。このような状況においても本発明
の検知方式によると、検知しきい値を更新しているため
蒸気到来前の低いノイズレベルDm₁で検知が可能とな
り、正確に時間tdで蒸気検知が可能となる。

調理開始後一回目の検知しきい値Dl₁で蒸気検知を行
えば検知時間が遅れ過加熱になることは自明である。

ここでは（ｂ）図の例と同様に、最初に設定した検知
しきい値Dl₁から更新限界値β以上減少した検知しきい
値Dl₅をもって検知しきい値の更新を終了している。こ
れによって蒸気信号による信号レベルの増加をノイズレ
ベルの増加と誤り検知しきい値を更新していき、高い検
知しきい値で蒸気検知をおこなった結果検知が遅れて過
加熱になるという問題は発生しなくなる。

本実施例において、限界値α，βに関して検知しきい
値の増減に基づいて実施しているが、ノイズレベルの増
減量で規定してもいっこうに差し支えない。

発明の効果 以上のように、本発明の自動加熱装置に関しては以下
のような効果を得ることができる。

すなわち、逐次継続して信号を検出し静的状態での信
号レベル（ノイズレベル）を更新し、それに応じた最適
な検知しきい値を決定しているため、機械室内の電力部
品から発生する熱、金属の加熱室壁面の誘電加熱による
熱、あるいは連続使用時の残留熱等、ターゲットとなる
調理物から発する蒸気の熱以外の様々な熱的外乱に対し
て、誤検知を生じるということはなくなる。

また検知しきい値の更新についても、初期しきい値か
らの変動量に関する制限を設けているため、本来の食品
の蒸気を誤ってノイズレベルの増加として検知レベルを
高く設定してしまうということもなくより高精度で信頼
性の高い自動加熱装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の自動加熱装置の制御システ
ムを示すブロック図、第２図は同装置の蒸気検知方式を
示す出力波形図、第３図は同装置の断面図、第４図は同
装置の検知回路の構成を示すブロック図、第５図は焦電
素子の出力波形図、第６図は従来の自動加熱装置の蒸気
検知方式を示す出力波形図である。 １……加熱室、４……マグネトロン、10……焦電セン
サ、14……マイクロコンピューター（マイコン）、17…
…データ測定手段、18……ノイズレベル検知手段、19…
…検知しきい値演算手段、20……初期検知しきい値保持
手段、21……誤差判定手段、22……検知しきい値保持手
段、23……検知判定手段、24……電力制御手段。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】加熱室と、前記加熱室に結合され被加熱物
   を誘電加熱するマイクロ波発生手段と、被加熱物から発
   生する水蒸気やガスの熱気を検出する雰囲気センサと、
   前記雰囲気センサからの信号を検出する信号検出手段
   と、前記信号検出手段の信号を一定期間監視した結果を
   もとに所定のしきい値を決定するしきい値決定手段と、
   前記信号検出手段の信号レベルが前記しきい値以上に達
   したことを検知し前記マイクロ波発生手段への電力の供
   給を制御する制御手段とを備え、前記しきい値決定手段
   は加熱開始から逐次継続してしきい値を更新し、しきい
   値が加熱開始時点で決定したしきい値に対して一定量増
   加あるいは減少した時しきい値の更新を停止する構成と
   した自動加熱装置。