JP2712697B2

JP2712697B2 - 自動加熱装置

Info

Publication number: JP2712697B2
Application number: JP2013155A
Authority: JP
Inventors: 誠三原; 理恵村田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-01-22
Filing date: 1990-01-22
Publication date: 1998-02-16
Anticipated expiration: 2013-02-16
Also published as: JPH03216990A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、センサを備えて自動調理を行える自動電子
レンジ等の自動加熱装置において、被加熱物を最適加熱
する制御システムに関するものである。

従来の技術特開昭62−271393号公報に記載の自動加熱装置は、加
熱ムラの発生しやすい調理済食品や野菜の下ごしらえな
どと、一般的なあたため直し食品の自動加熱を一つのキ
ーで集約し、使い勝手に優れた自動加熱を実現するもの
である。

第８図は、この従来例を示すタイムチャートである。
この自動加熱装置は、食品から発生する蒸気あるいはガ
スを検出するセンサと、センサの信号がある検知しきい
値に達するまでの時間T₁を計数するカウンタと、センサ
の検出値の時間的変化量を計測するモニタ手段と、加熱
手段を制御する制御手段とを備えている。同図において
センサの検出値がΔｈだけ変化した時点H₁を蒸気発生点
とし、センサの信号がαだけ変化した時点H₂を蒸気検出
点として加熱開始時点からH₂までに所要した時間をT₁を
検知時間とする。H₁時間までは最高加熱出力P₁として、
H₁時点で加熱出力を低出力P₂に断続出力で切り換える。
そしてモニタ手段によってH₁〜H₂時間の立ち上がり時間
ｔを計数し、この立ち上がり時間ｔと検知時間T₁の勾配
t/T₁に応じた調理変数ｋを算出する。H₂時点以降はkT₁
の乗算演算によって求められた時間低出力P₃で追加加熱
を実行する。

これにより、追加加熱を必要とする食品に関してはｋ
値が自動的に大きくなるという具合に、様々な食品や分
量の違いなどに関係なく最適なＫ値が設定され自動調理
をワンキーに集約することが可能となる。また、低出力
にして前述した勾配t/T₁を求めていくため、この勾配値
のダイナミックレンジが大きくなりモニタ手段の判定誤
りの確率を低減させている。

発明が解決しようとする課題ところがこのような従来の自動加熱システムでは、加
熱過程におけるかなり早い段階で出力を低く下げざるを
得ない。またより精度良く追加加熱に関する調理定数ｋ
を求めようとすればするほどP₂出力を低く設定するかα
値を大きく設定するかして、時間ｔを大きくし勾配値t/
T₁がより大きな範囲で存在するようにする必要がある。
このような理由から必然的に調理時間が延びてくること
は避けられなかった。

また、本発明のセンサとして第８図に示すように各時
点での発生蒸気量をアナログ的にとらえる能力が必須で
あり、そこで始めて勾配値（蒸気変化速度）をとらえる
ことが可能となる。しかし、比較的デジタル的に、即ち
蒸気のセンサへの到来の有無程度の判別能力しかもたな
いセンサに関しては非常にその制御方式が複雑で微妙な
ものとならざるをえなかった。

例えば、特願平１−99409号に述べられた焦電素子を
用いた雰囲気センサは、食品から発生する蒸気あるいは
ガスのもつ熱を受け焦電効果により交流電圧を発生する
もので、蒸気の到来の有無をデジタル的に判断する程度
の能力を備えているに過ぎず、微妙な蒸気量の変化をと
らえる能力はない。例えばこの焦電素子を従来の制御シ
ステムに当てはめた場合のタイミングチャートを第９図
に示す。このように加熱のON/OFFに同期した信号が発
生，消失を繰り返し蒸気量などの差異をとらえることは
極めて困難であることがわかる。

そこで、本発明は食品から発生する蒸気あるいはガス
の量を検出可能なセンサを備えた自動加熱装置におい
て、ワンキーで様々な食品や分量に対応した最適の追加
加熱を実現し、かつ調理時間の短縮化を図ることを第１
の目的としている。

また第２の目的は食品から発生する蒸気量をアナログ
的にとらえることができない、即ち蒸気の到来の有無を
デジタル的にとらえるような、簡易的なセンサにおいて
も同様のワンキー集約機能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、前記第１の目的を達成するために本発明の自
動加熱装置は、被加熱物から発生する蒸気，ガスの量あ
るいはそれらのもつ熱の量をアナログ的に検出するセン
サと、センサの信号を検出し加熱手段の電力の供給を制
御する制御手段とを備えるものである。

また、第２の目的を達成するために本発明の自動加熱
装置は、被加熱物から発生する蒸気，ガスあるいはそれ
らのもつ熱の到来をデジタル的に検出するセンサと、被
加熱物を加熱しその電力を連続出力として可変可能な加
熱手段と、センサの信号を検出し加熱手段への電力の供
給を制御する制御手段を備えるものである。

作用本発明の自動加熱装置は、第１の検知しきい値にセン
サの信号が達した後、加熱手段の出力を低出力に切替え
所定のセンサ信号マスク時間の後、第２の検知しきい値
を設定しセンサ信号がそれに達するまで低出力での加熱
を継続するものであり、第１の検知までは低出力を用い
ず高出力で一気に加熱する。追加加熱が不必要な食品即
ち内部まで充分温まっている食品に関しては出力低下後
も蒸気が出続け即座に第２の検知しきい値に達し調理が
終了するため調理時間は短縮される。一方追加加熱が必
要な食品即ち部分的にしか温まっていない食品に関して
は出力の低下することによって信号レベルが著しく低下
し、再度信号レベルが第２の検知しきい値に達するまで
所定の追加加熱がかかり最適加熱状態で調理を終了す
る。

また、加熱手段を連続低出力とすることによって、断
続の低出力時の加熱のON/OFFに同期したような信号の発
生，消失の繰り返しはなく、信号レベルを平均的に第２
の検知しきい値以下に低下させることが可能で、デジタ
ル的にしか蒸気、あるいはガスの発生を検知することが
できない能力の劣る簡易的なセンサによっても、同様の
集約機能の実現することが可能である。

実施例以下、本発明の一実施例を示す自動加熱装置を図面を
参照して説明する。

第４図に示すように、本発明に係る自動加熱装置は、
加熱室を内蔵する本体１と、加熱室開口を開閉自在とす
る扉体２と、種々の指令を入力する操作パネル３と、こ
の上に配された調理キー４とよりなる。

第５図は係る自動加熱装置の一実施例を示すブロック
図である。操作パネル３上の調理キーから入力された指
令は、制御部５によって解読される。そして制御部５
は、加熱室６内された被加熱物７の加熱を開始する。加
熱はドライバ８を介して加熱手段９たるマグネトロンに
給電されることにより実行される。

センサ10は湿度センサ、ガスセンサ、あるいは蒸気や
ガスのもつ熱を感知する焦電素子などにより実現され、
ファン11が排出する蒸気やガスあるいはそれらのもつ熱
に反応して、調理が進行した時点を検出する。12は排気
ガイド、13はセンサ10の信号の検知回路である。

載置皿14はモーター15により回転駆動され、被加熱物
７の加熱ムラの改善が図られる。

次に、制御部５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、制御部５内部の構成を示すブロック図である。

データ測定手段34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時間間
隔で測定を繰り返す。例えば数ｍsecオーダーでよい。

ノイズレベル検知手段35はデータ測定手段34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（湿度）が発生していない静的状態の信号レベル
である無信号レベル（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で調理開始時点から数秒
後に測定を開始するタイミングが適当である。即ち仕様
上の最小調理物を加熱したときの蒸気が発生時点より早
い段階で実施すべきことは自明である。

第１の検知しきい値演算手段36および第２の検知しき
い値演算手段37は、ノイズレベル検知手段35の検出した
ノイズレベルから所定の演算法則のもとに第１の検知し
きい値および第２の検知しきい値を決定する。ここで検
知しきい値はノズル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。このような演算で求めた検知しきい値は検知
しきい値保持手段38に転送され保持される。

検知判定手段39はその保持されている第１の検知しき
い値とデータ測定手段34の測定する瞬時データを逐次比
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すると、電力制御手段
29に出力低下指令を送る。ここでの所定の判定法則の一
側として、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回をノズル誤検知ではなく明らかに湿度検
知であるにふさわしい回数としている。

さらに検知判定手段39は検知しきい値保持手段38にし
きい値切替え指令を送り、次に第２の検知しきい値を選
択し、所定の待ち時間の後再度湿度の検知を実行する。
これは第１の検知の時と同様の判定法則で湿度の検知を
行い、検知すると今度は電力制御手段38に出力停止信号
を送信する。

さて、以上に示したような構成の本加熱制御法を具体
的に調理に応用した時のセンサの信号および出力波形を
第２図に示す。

（ａ）は被加熱物として一般の温め直しの食品および
調理済冷凍食品の中でも取り分け冷凍ごはん，冷凍シュ
ウマイ等比較的電波加熱における加熱ムラが生じにくい
食品に関しての調理過程におけるセンサの出力（蒸気
量，湿度）および加熱パターンのタイミングチャートで
ある。（ｂ）は調理済冷凍食品のなかでもとりわけ冷凍
肉団子，冷凍カレー等の比較的電波加熱における加熱ム
ラの生じやすい食品に関しての同タイミングチャートで
ある。

さて（ａ）について説明する。加熱が開始されるとま
ずマイクロ波出力はフルパワーP₁で加熱を行う。そし
て、H₁時点で第１の検知しきい値α_１に達すると出力を
低出力をP₂に減じる。ここで示す食品は、実はこの時点
で殆ど内部まで充分に加熱されている。従って外部に露
出しているいたるところから蒸気が発散しているため出
力P₂に減じてもそのまま蒸気は出続けることが確認され
ている。もちろんそのP₂出力に関しては限定された値と
なることは自明である。

そのあと所定の待ち時間の後再度検知しきい値を第２
の検知しきい値α_２に再設定して蒸気の検知を行うとH₂
時点で即座に検知しきい値α_２に達するため、そこで加
熱を停止すると極めて良好な加熱状態となる。ここでの
待ち時間についてはP₂出力時に発散した蒸気が一通り本
体外に抜けるまでの時間であり概ね３〜４秒程度であ
る。もちろんファン11の排出能力が著しく低い場合はそ
の限りではない。

ここで、出力低下から終了までは、僅か10秒程度であ
り、これらの食品に関しては最も効率的な加熱が実施さ
れたことになり加熱時間も極めて短い。

次に（ｂ）について説明する。H₁時点からその後の待
ち時間までの過程については（ａ）における実施例と同
様である。その後これらの食品に関しては出力をP₂に低
下したことにより蒸気の発散量が落ちる。もちろんこの
現象は、これらの食品が部分的にしか加熱が進行してい
ないために生じる問題である。すなわち出力を減じるこ
とにより高出力時の熱平衡状態が崩れ、局部的に温まっ
た部分が高温状態を維持できないことは勿論、温度勾配
に従って未加熱部分への熱の流動が生じるため、いまま
でしきりに蒸気を発散していた状態から低出力時の熱的
平衡状態、即ち蒸気がほとんど発散していない状態へと
急速に推移する。

そして所定の追加加熱時間が経過して信号レベルがH₂
時点で第２の検知しきい値α_２に達し加熱を終了する。
このH₁〜H₂時間で、局部的な過加熱が抑制され高温部か
ら低温部への熱伝導も働きつつ均一な加熱状態へと進行
する。

ここでは、断続加熱方式により、動作時間と休止時間
の比率を変えることでその平均値である出力を低減させ
ているが、ドライバ８を既に電子レンジでは公知の連続
低出力制御が可能なインバータ方式とすることによっ
て、連続低出力としても差し支えない。

このように、様々な加熱進行状況の異なる食品に応じ
て、最適加熱パターンで、そして最短の加熱時間で加熱
を自動的に終了させることが可能となる。

例えば、従来例である特開昭62−27139号公報におい
て、冷凍肉団子240gは何と全調理時間における６割近い
時間低出力で加熱していることになる。方や本方式にお
いては低出力比率が３割程度に短縮されるため飛躍的に
時間短縮が図れる。その他従来例における冷凍カレーあ
るいは、冷凍ごはん500gおよび冷凍しゅうまい30コにお
いても同様のことが言える。

また従来例においては断続加熱における加熱休止中に
高温部分の熱が低温部分に移動し加熱ムラが解消される
とあるが、これについては連続加熱実行中であっても食
品部位間に温度勾配がありさえすればおこりうる物理現
象であり、断続加熱をすることが直接加熱ムラを解消す
ることは繋がらないと考えられる。従って本方式におい
て第１検知時点（H₁時点）まで高出力で加熱を実行する
ことは加熱時間を短縮こそすれ、加熱ムラを助長するこ
とには決して繋がらないことを強調しておく。

さらにより加熱時間の短縮をはかる為に、第１の検知
しきい値に達するまでの時間をT₁としてT₁が所定の短時
間以下であればこれは調理済冷凍食品とみなし低出力P₂
への移行を中止し調理終了とする。万が一調理済冷凍食
品であったとしてもそのような短時間で蒸気が発生する
小負荷食品では電波が内部まで浸透して充分ムラなく加
熱されるため追加加熱はする必要がないことがわかって
いる。このようにすればさらに調理時間を短縮すること
が可能となる。

次に第３図は特願平１−99409号にあるような焦電素
子をセンサ10として用いた場合の一実施例におけるセン
サ出力および加熱パターンのタイミングチャートであ
る。

焦電素子10に当たった蒸気は、あるいはガスは焦電素
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。食品から焦電素子10に到来す
る熱は時間的に揺らぎをもっているため、焦電素子10か
ら発生する電圧も不規則な交流電圧となる。しかしこの
焦電素子10の欠点は、その蒸気あるいはガスのもつ熱を
量的にとらえる能力に劣ることで、蒸気が到来したかし
ていないかを二値的な判断に近い形式で検知が可能であ
る。

これはここで示す焦電素子に限らず特性のバラツキが
大きいセンサをこのような用途で適用する場合に必然的
に生じてくる問題であり、分解能は粗くならざるを得な
い。

（ａ）は加熱ムラの生じにくい食品、（ｂ）は加熱ム
ラが生じやすい食品である。これは第２図における説明
の時と同様である。

まず（ａ）について説明する。当初ハイパワーP₁出力
で加熱を行い第１の検知しきい値α_１ど蒸気の検知探索
を行いH₁時点で信号レベルが第１の検知しきい値α_１に
達したと判断して出力を連続低出力P₂に減じる。しか
し、内部まで充分に加熱された食品からは蒸気が出続
け、所定の待ち時間の後第２の検知しきい値α_２で蒸気
検知の探索を行うと即座にH₂時点で検知し、加熱は終了
する。

次に（ｂ）について説明する。H₁時点で出力をP₂に減
じ所定の待ち時間のあと第２の検知しきい値で蒸気検知
の探索を行う。その時点では食品は局部的にしか加熱さ
れていないため蒸気信号は消滅あるいは第２の検知しき
い値を下まわる。以降H₂時点まで追加加熱が延長し最適
な加熱状態で加熱は終了する。

これは出力を連続低出力としているために実現できる
ことであり、フルパワーを断続して低出力化を図る場合
第９図に示すような通電，休止に同期した信号が出現し
追加加熱時間を延長させることは不可能である。

第６図に連続低出力を可能とするマグネトロン駆動装
置の一実施例を示す。図において商用電源15,ダイオー
ドブリッジ16およびインダクタ17とコンデンサ18よりな
るフィルタ回路は、電源部19を構成しており、コンデン
サ21,昇圧トランス22,トランジスヨ23,ダイオード24,コ
ンデンサ25,ダイオード26およびマグネトロン９より電
力変換機28に電力を供給する。電力変換機28は、コンデ
ンサ21,昇圧トランス22,トランジスタ23,ダイオード24
よりなるインバータと、昇圧トランス17の出力を整流す
るコンデンサ25とダイオード26よりなる高圧整流回路
と、高周波電力を発生するマグネトロン９で構成され、
このマグネトロン９が高周波電力を電磁波エネルギーと
して加熱室内に放射する。

トランジスタ23は、電力制御部29より例えば20〜200K
Hzのスイッチング制御信号を与えられスイッチング動作
する。従って昇圧トランスの一次巻線20には高周波電圧
が発生し、この高周波電圧が昇圧されてマグネトロン９
に供給されマグネトロン９が発振する。電力制御部29に
は、入力電流検知器30より入力電流に比例した信号が送
られる。この入力電流検知信号は、第６図に示すように
電力制御部29内の演算増幅器31に送られ、基準信号発生
器32の信号と比較されてその誤差信号がパルス幅増幅回
路33に送られるように構成している。したがってトラン
ジスタ23の導通時間が制御され、いわゆるパルス幅制御
によって入力電流が定められた値になるよう制御され
る。この結果マグネトロン９の電磁波（電波）出力は所
定の定められた値に一定に制御される。基準電圧発生回
路32はD/AコンバータあるいはF/Vコンバータなどで構成
し、制御部５から送られるデジタル信号あるいは周波数
信号などの電力制御信号で電力を容易に可変することが
できる。制御部５はマイクロコンピューターで構成すれ
ばより簡単な構成とすることが可能である。

発明の効果以上のように請求項１の自動加熱装置においては、第
１の検知しきい値にセンサの信号が達したあと、加熱手
段の出力を低出力に切替え所定のセンサ信号のマスク時
間の後第２の検知しきい値を設定しセンサ信号がそれに
達するまで低出力で加熱を継続する構成であり、以下の
結果をえることができる。

（１）一般の温め直し、加熱ムラが生じやすい調理済
冷凍食品の温め直しおよび種類が異なり且つ分量が異な
る様々な食品の温め直しを、単独のキーにより最適加熱
状態で加熱を終了させることが可能な使い勝手の優れた
自動加熱装置を提供するものである。

（２）蒸気検知まで高出力で一気に加熱しており、従
来方式にある追加加熱時間を決定するような加熱進行に
とってムダな低出力期間がほとんどなく効率的で短時間
に調理を終了させることが可能となる。

また請求項２の自動加熱装置においては加熱手段を連
続低出力に設定可能な構成とすることによって、蒸気の
到来の有無を二値的にしか判断できない簡易的なセンサ
においても、追加加熱が必要な食品の場合に低出力切替
え後信号レベルを第２の検知しきい値以下に低下させる
ことが可能で請求項１で示した集約機能と同等の機能を
えることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における自動加熱装置の加熱
制御部を示すブロック図、第２図は同制御部におけるタ
イミングチャート、第３図は焦電素子をセンサとして用
いた場合の制御部におけるタイミングチャート、第４図
は同加熱装置の斜視図、第５図は同加熱装置の構成を示
すブロック図、第６図は同加熱装置における加熱手段の
ドライバの回路図、第７図は同ドライバの回路の要部の
詳細な回路図、第８図は従来の自動加熱装置の制御部に
おけるタイミングチャート、第９図は従来例において焦
電素子をセンサとして用いた場合の制御部におけるタイ
ミングチャートである。５……制御部、６……加熱室、７……被加熱物、９……
マグネトロン、10……センサ、34……データ測定手段、
35……ノイズレベル検知手段、36……第１の検知しきい
値演算手段、37……第２の検知しきい値演算手段、38…
…検知しきい値保持手段、39……検知判定手段。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室
に結合された加熱手段と、前記加熱手段への給電を制御
する制御部と、被加熱物から発生する蒸気や種々のガス
を検出するセンサと、被加熱物から発生する蒸気や種々
のガスを前記加熱室内から排気するファンとを備え、前
記制御部はセンサからの信号に対して第１の検知しきい
値および第２の検知しきい値を有し、加熱開始後センサ
の信号が第１の検知しきい値に達するのと同期して前記
加熱手段の出力を低く変更し、所定の測定マスク時間の
後、センサの信号が第２のしきい値に達するまで加熱を
継続する自動加熱装置。
【請求項２】被加熱物を収納する加熱室と、前記加熱室
に結合され連続出力で出力変更が可能な加熱手段と、前
記加熱手段への給電を制御する制御部と、被加熱物から
発生する蒸気や種々のガスあるいはその熱をデジタル的
に検出可能なセンサと、被加熱物から発生する蒸気や種
々のガスを前記加熱室内から排気するファンとを備え、
前記制御部はセンサからの信号に対して第１の検知しき
い値および第２の検知しきい値を有し、加熱開始後前記
センサの信号が第１の検知しきい値に達するのと同期し
て前記加熱手段の出力を低く変更し、所定の測定マスク
時間の後、センサの信号が第２の検知しきい値に達する
まで加熱を継続する自動加熱装置。
【請求項３】センサの信号が第１の検知しきい値に達す
るまでの時間をT₁時間とし、T₁時間が所定時間以下であ
ればその時点で加熱を終了するかあるいは所定の追加加
熱を実行し終了する請求項１または２記載の自動加熱装
置。