JP2936839B2 - 調理器具 - Google Patents

調理器具

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JP2936839B2 JP27226991A JP27226991A JP2936839B2 JP 2936839 B2 JP2936839 B2 JP 2936839B2 JP 27226991 A JP27226991 A JP 27226991A JP 27226991 A JP27226991 A JP 27226991A JP 2936839 B2 JP2936839 B2 JP 2936839B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジ、ガスオー
ブン、ロースター等において自動調理を目的とした調理
器具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の調理器具(ここではロー
スター)は図11に示すように構成されていた。以下、
その構成について説明する。
【0003】図に示すように、調理器具1は、調理物を
入れる加熱室2と、調理物を加熱する加熱供給手段(ヒ
ータ)3、加熱室2の内部温度を検出するサーミスタ等
から構成される温度検出手段4、温度検出手段4からの
情報でもって加熱供給手段3を制御する制御手段5から
構成されていた。このような構成で自動調理をするため
に、調理物の重量、初期温度等を知る必要がある。その
ため電源投入時から数分間の温度検出手段4の出力電圧
勾配を測定して勾配が急であれば調理物の重量が軽く、
勾配が緩やかであれば重量が大きいと判断し、その電圧
勾配にある定数Kを乗じた時間を最適調理時間としてい
た。温度検出手段4の出力電圧特性を図12に示す。図
12(a)は重量が軽いもの、図12(b)は重いもの
である。そして非常に多くの調理実験をしてその定数を
決定していた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の調理
器具(ここでは、ロースター)では、加熱室内の雰囲気
温度の勾配を検出して、それをもとに調理物(例えば、
魚焼き)の重量を判断し調理時間を決定していたため
に、調理の出来上がりにかなりバラツキがあった。例え
ば加熱室内の初期温度が常に低いとは限らず、調理を終
えた後で、すぐに調理をした場合には加熱室内の初期温
度は非常に高いものとなる。この場合重量の重い調理物
を調理した場合、温度検出手段4の出力電圧特性は図1
3のようになり、一瞬加熱室内の温度は下がる。これ
は、調理を開始しても加熱室内の温度が高いために、調
理物に加熱室内の温度が吸収されるためである。このよ
うな場合前記した方法では最適調理時間を決定するのは
困難であった。また加熱供給手段3はヒータであるの
で、商用電源電圧の変動が調理の出来上りにかなり影響
を与える。つまり、調理を開始する時の環境(調理物の
種類、加熱室内の初期温度、調理物の初期温度、電源電
圧等)により調理の出来上りがかなりバラツクのであ
る。さらに魚等の焼きばえという面に関しては、表面の
焼き上がり状態も重要であるが、魚内部の温度上昇も6
0℃〜70℃がいちばん良いされている。そういうこと
を考慮して、表面の焼け具合いと内部の温度上昇という
面から調理の出来上りを検出するのは非常に困難である
という課題を有していた。
【0005】本発明は上記課題を解決するもので、調理
物の温度を、現実に計測・検出できる調理物固有の物理
量でもって実時間で推定することにより調理物の出来上
りを間接的に検出することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するために、調理するために調理物を格納する加熱室
と、前記調理物を加熱する加熱供給手段と、前記調理物
の固有物理量を検出する調理物固有物理量検出手段と、
前記調理物固有物理量検出手段の出力に基づき前記調理
物の表面温度、中心温度、裏面温度の内、少なくともい
ずれか1つを推定する温度推定手段と、前記温度推定手
段の出力に基づき前記加熱供給手段を制御する制御手段
とからなり、前記温度推定手段は、複数の神経素子より
構成される神経回路網を模した手法により獲得された調
理物の温度を推定する固定された神経回路網の複数の結
合重み係数を内部に持つ階層型の神経回路網模式手段を
有する。
【0007】
【作用】本発明は上記した課題解決手段により、調理物
固有物理量検出手段からの調理物固有の固有物理情報を
温度推定手段に入力することにより、実際に調理される
実調理環境をすべて学習し内部に固定された結合重み係
数として持つ神経回路網模式手段を有する温度推定手段
は、調理物の表面温度、中心温度、裏面温度の内、少な
くともいづれか1つを時々刻々推定していく。制御手段
は、温度推定手段の出力に基づき加熱供給手段(電気ロ
ースターでは、ヒータ)を制御していき、調理物の温度
上昇を間接的に検出していくことにより、出来上りを認
識するように作用する。
【0008】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図1から図3を参
照しながら説明する。なお、従来例と同じ構成のものは
同一符号を付して説明を省略する。
【0009】本実施例では、調理器具として、魚等を焼
く電気ロースターに応用した例について説明する。図1
に示すように、調理物固有物理量検出手段6は調理物固
有の物理量を検出する。本実施例では、調理物の重量を
検出するものであり、重量センサ(ストレインゲージ)
等で構成されている。調理物の重量は加熱に伴い、蒸気
が発生するので重量は時々刻々変化していく。電圧レベ
ル検出手段7は商用電源電圧の電圧レベルを検出するも
のである。計時手段8は電源投入時よりの時間をカウン
トする。操作手段9は調理物のカテゴリーを選択するカ
テゴリー選択キー10と調理開始・停止を行なう調理開
始キー11よりなる。温度推定手段12は調理物固有物
理量検出手段6、電圧レベル検出手段7、計時手段8、
カテゴリー選択キー10の出力に基づき調理物の表面温
度、中心温度、裏面温度を推定するものであり、制御手
段5は温度推定手段12の出力に基づき加熱供給手段3
を制御する。加熱供給手段3は、ヒーターであり加熱室
2に配設されている。又、13は調理の残り時間表示等
を行なう表示手段であり、蛍光表示管よりなる。さら
に、14、15はA/D変換手段であり、調理物固有物
理量検出手段6、電圧レベル検出手段7の出力をディジ
タルに変換している。図2に表示部と操作部の構成を示
す。
【0010】温度推定手段12を構成する手段は、従来
の制御方法に用いられている解決的な方法が適用できな
いため、多次元情報処理手法として最適な神経回路網を
模した方法で構成している。神経回路網を模した手法に
おいては、調理物の温度(表面温度、中心温度、裏面温
度)を推定する神経回路網の複数の結合重み係数を固定
されたテーブルとして用いる方法と、学習機能を残し環
境と使用者に適応できるようにする方法とがある。本実
施例は、神経回路網を模した手法によって獲得された調
理物の温度を推定する固定された結合重み係数を内部に
もつ神経回路網模式手段を有する温度推定手段12を設
けている。
【0011】調理物の出来上りに影響を与える要因とし
ては、加熱室内の初期温度、調理物の初期温度、調理物
の種類(カテゴリー)、商用電源電圧の電圧レベル等が
考えられる。それらの要因によって出来上りは大きく変
動する。
【0012】調理物の温度を推定する神経回路網におい
て固定された結合重み係数は、実際に調理する時の環境
(前記した要因のいろいろな組合せた環境)において調
理した場合、調理物の表面温度、中心温度、裏面温度と
加熱室内の雰囲気温度がどのように変化するかというデ
ータを収集し、環境データと加熱室内の雰囲気温度デー
タと調理物の温度(表面、中心、裏面)データとの相関
を神経回路網模式手段に学習させることによって得るこ
とができる。用いるべき神経回路網模式手段としては、
文献1(D.E.ラメルハート他2名著、甘利俊一監訳
「PDPモデル」(株)産業図書、1989年)、文献
2(中野馨他7名著「ニューロコンピュータの基礎」
(株)コロナ社刊、P102、1990年)、特公昭6
3−55106号公報などに示されたものがある。以
下、文献1に記載された最もよく知られた学習アルゴリ
ズムとして誤差逆伝搬法を用いた多層パーセプトロンを
例にとり、具体的な神経回路網模式手段の構成および動
作について説明する。
【0013】図3は、神経回路網模式手段の構成単位と
なる神経素子の概念図である。図3において、21〜2
Nは神経のシナプス結合を模擬する疑似シナプス結合変
換器であり、2aは疑似シナプス結合変換器21〜2N
からの出力を加算する加算器であり、2bは設定された
非線形関数、たとえば、しきい値をhとするシグモイド
関数、 f(y,h)=1/(1+exp(−y+h)) (式1) によって加算器2aの出力を非線形変換する非線形変換
器である。なお、図面が煩雑になるので省略したが、修
正手段からの修正信号を受ける入力線が疑似シナプス結
合変換器21〜2Nと非線形変換器2bにつながってい
る。また、疑似シナプス結合変換器21〜2Nが神経回
路網模式手段の結合重み係数となる。この神経素子に
は、信号処理モードと学習モードの2つの種類の動作モ
ードがある。
【0014】以下、図3に基づいて神経素子のそれぞれ
のモードの動作について説明する。まず、信号処理モー
ドの動作の説明をする。神経素子はN個の入力X1〜X
nを受けて1つの出力を出す。i番目の入力信号Xi
は、四角で示されたi番目の疑似シナプス結合変換器2
iにおいてWi・Xiに変換される。疑似シナプス結合
変換器21〜2Nで変換されたN個の信号W1・X1〜
Wn・Xnは加算器2aに入り、加算結果yが非線形変
換器2bに送られ、最終出力f(y,h)となる。つぎ
に、学習モードの動作について説明する。学習モードで
は、疑似シナプス結合変換器21〜2Nと非線形変換器
2bの変換パラメータW1〜Wnとhを、修正手段から
の変換パラメータの修正量△W1〜△Wnと△hを表す
修正信号を受けて、 Wi+△Wi ; i=1,2,・・,N h+△h (式2) と修正する。
【0015】図4は上記神経素子を4つ並列につないで
構成した信号変換手段の概念図である。いうまでもな
く、以下の説明は、この信号変換手段を構成する神経素
子の個数を4個に特定するものではない。図4におい
て、211〜244は疑似シナプス結合変換器であり、
201〜204は、図3で説明した加算器2aと非線形
変換器2bをまとめた加算非線形変換器である。図4に
おいて、図3と同様に図面が煩雑になるので省略した
が、修正手段からの修正信号を受ける入力線が疑似シナ
プス結合変換器211〜244と加算非線形変換器20
1〜204につながっている。疑似シナプス結合変換器
211〜244も結合重み係数となる。この信号変換手
段の動作については、図3で説明した神経素子の動作が
並列してなされているものである。
【0016】図5は、学習アルゴリズムとして誤差逆伝
搬法を採用した場合の信号処理手段の構成を示したブロ
ック図で、31は上述の信号変換手段である。ただし、
ここではN個の入力を受ける神経素子がM個並列に並べ
られたものである。32は学習モードにおける信号変換
手段31の修正量を算出する修正手段である。以下、図
5に基づいて信号処理手段の学習を行う場合の動作につ
いて説明する。信号変換手段31はN個の入力S
in(X)を受け、M個の出力Sout (X)を出力する。
修正手段32は、入力信号Sin(X)と出力信号Sout
(X)とを受け、誤差計算手段または後段の信号変換手
段からのM個の誤差信号δi (X)の入力があるまで待
機する。誤差信号δi (X)が入力され修正量を △Wij=δi (X)・Siout(X)・(1−Siout(X))・Sjin (X) (i=1〜N,j=1〜M) (式3) と計算し、修正信号を信号変換手段31に送る。信号変
換手段31は、内部の神経素子の変換パラメータを上で
説明した学習モードにしたがって修正する。
【0017】図6は、神経回路網模式手段を用いた多層
パーセプトロンの構成を示すブロック図であり、31
X、31Y、31ZはそれぞれK個、L個、M個の神経
素子からなる信号変換手段であり、32X、32Y、3
2Zは修正手段であり、33は誤差計算手段である。以
上のように構成された多層パーセプトロンについて、図
6を参照しながらその動作を説明する。信号処理手段3
4Xにおいて、信号変換手段31Xは、入力S
iin (X)(i=1〜N)を受け、出力Sjout(X)
(j=1〜K)を出力する。修正手段32Xは、信号S
iin (X)と信号Sjout(X)を受け、誤差信号δ
j (X)(j=1〜K)が入力されるまで待機する。以
下同様の処理が、信号処理手段34Y、34Zにおいて
行われ、信号変換手段31Zより最終出力Shout(Z)
(h=1〜M)が出力される。最終出力Shout(Z)
は、誤差計算手段33にも送られる。誤差計算手段33
においては、2乗誤差の評価関数COST(式4)に基
づいて理想的な出力T(T1,・・・・・,TM)との
誤差が計算され、誤差信号δh (Z)が修正手段32Z
に送られる。
【0018】
【数1】
【0019】ただし、ηは多層パーセプトロンの学習速
度を定めるパラメータである。つぎに、評価関数を2乗
誤差とした場合には誤差信号は、 δh(Z)=−η・(Shout(Z)−Th ) (式5) となる。修正手段32Zは、上で説明した手続きにした
がって、信号変換手段31Zの変換パラメータの修正量
△W(Z)を計算し、修正手段32Yに送る誤差信号を
(式6)に基づき計算し、修正信号△W(Z)を信号変
換手段31Zに送り、誤差信号δ(Y)を修正手段32
Yに送る。信号変換手段31Zは、修正信号△W(Z)
に基づいて内部のパラメータを修正する。なお、誤差信
号δ(Y)は(式6)で与えられる。
【0020】
【数2】
【0021】ここで、Wij(Z)は信号変換手段31Z
の疑似シナプス結合変換器の変換パラメータである。以
下、同様の処理が信号処理手段34X、34Yにおいて
行われる。学習と呼ばれる以上の手続きを繰り返し行う
ことにより、多層パーセプトロンは入力が与えられると
理想出力Tをよく近似する出力を出すようになる。な
お、上記の説明においては、3段の多層パーセプトロン
を用いたが、これは何段であってもよい。また、文献1
にある信号変換手段のなかの非線形変換手段の変換パラ
メータhの修正法についてと慣性項として知られる学習
高速化の方法については、説明の簡略化のため省略した
が、この省略は以下に述べる本発明を拘束するものでは
ない。
【0022】こうして、神経回路網模式手段は調理をす
る時の環境データ(加熱室内の初期温度、商用電源電圧
レベル、調理物の種類、調理物の初期温度など)と調理
物固有の物理量データ(重量)と調理物の温度(表面、
中心、裏面)データとの関係を学習し、簡単なルールで
記述することが容易でない制御の仕方を自然な形で表現
することができる。本実施例は、こうして得られた情報
を組み込んで、温度推定手段12を構成するものであ
る。具体的には、十分学習を終えた後の多層パーセプト
ロンの信号変換手段31X、31Y、31Zのみを神経
回路網模式手段として用いて、温度推定手段12を構成
する。実際に学習させたデータについて説明する。
【0023】図7は、加熱室2の初期温度が低く、商用
電源電圧100V、調理物の種類はアジ一匹、調理物の
初期温度は約10℃の場合に調理をした時の特性を示し
たものである。図7(a)は調理物固有物理量検出手段
6(加熱室内の雰囲気温度)の変化を示し、図7(b)
は調理物の表面温度、図7(c)は調理物の中心温度、
図7(d)は調理物の裏面温度の変化を示している。調
理物の温度は熱電対等により測定したものである。図8
は、加熱室2の初期温度が高く、商用電源電圧100
V、調理物の種類はアジ一匹、調理物の初期温度は約1
0℃の場合に調理をした時の特性を示したものである。
図9は、加熱室2の初期温度が低く、商用電源電圧10
0V、調理物の種類はアジ四匹、調理物の初期温度は約
10℃の場合に調理をした時の特性をしめしたものであ
る。図10は、加熱室2の初期温度が高く、商用電源電
圧100V、調理物の種類はアジ四匹、調理物の初期温
度は約10℃の場合に調理をした時の特性を示したもの
である。
【0024】図8(a)〜図8(d)、図9(a)〜図
9(d)、図10(a)〜図10(d)は、図7(a)
〜図7(d)にそれぞれ対応している。加熱室内の初期
温度、調理物の量により調理物固有物理量検出手段6の
出力電圧変化(調理物の重量変化)が異なるのがわか
る。同様に電源電圧を変化させた場合、調理物の種類を
変えた場合でも、又違った出力の変化をする。このよう
な実験を実際調理する時のすべての環境の組合せについ
て同様に行った。そして、その実験データを神経回路網
模式手段に入力し学習させた。つまり、神経回路網模式
手段へは調理物固有物理量手段6の調理物の重量情報
と、重量変化情報として現時点より1分前の重量情報
と、電圧レベル検出手段7の商用電源電圧レベル情報
と、計時手段8より得られる電源投入時からの経過時間
情報と、カテゴリー選択キー10より得られるカテゴリ
ー情報の5情報と、理想出力として調理物の表面温度情
報、中心温度情報、裏面温度情報の3情報を入力し学習
させ、神経回路網模式手段の中の信号変換手段31X、
31Y、31Zを確立し、それらを神経回路網模式手段
として温度推定手段12に組み込んでいる。
【0025】つぎに、図1に示した構成ブロック図に基
づき動作を説明する。まず、調理物を加熱室内に入れ、
操作手段9の内、カテゴリー選択キー10により調理カ
テゴリーを選択する。そして調理開始キー11により調
理が開始される。カテゴリー情報は制御手段5を介して
温度推定手段12に入力される。制御手段5は計時手段
8に計時開始の信号を出力するとともに、加熱供給手段
3を発熱させるべく加熱開始信号を出力する。計時手段
8の計時情報は温度推定手段12に入力されている。そ
して調理物固有の固有物理情報(重量情報)は調理物固
有物理量検出手段6の出力がA/D変換手段14でディ
ジタル変換され、時々刻々温度推定手段12に入力して
いる。また電圧レベル手段7からの商用電源電圧の電圧
レベル情報は、AD変換手段15でディジタル変換され
温度推定手段12に入力されている。温度推定手段12
は、これらの入力された信号・情報をもとに調理物の表
面温度、中心温度、裏面温度を時々刻々推定し、その情
報を制御手段5に出力している。制御手段5は、この推
定温度情報に基づき加熱供給手段3を制御するように動
作する。
【0026】また、制御手段5、計時手段8、温度推定
手段12は、すべて4ピットマイクロコンピュータで構
成したが、これらは1つのマイクロコンピュータで構成
することはもちろん可能である。なお、温度推定手段1
2には、調理物固有物理量検出手段6の重量変化情報
(現時点と1分前の2情報)と、電圧レベル検出手段7
より得られる商用電源電圧の電圧レベル情報と、計時手
段8より得られる電源投入時からの経過時間情報、カテ
ゴリー選択キー10より得られる調理物のカテゴリー情
報の5情報を入力しているが、この限定は本発明を拘束
するものではない。又、調理物固有物理量情報として調
理物の重量情報を用いたが、焦げ目の色情報、調理物の
形状の変化情報等でも適用できることはいうまでもな
い。又、これらの情報を複数組み合わせることも可能で
ある。又、本実施例では調理器具として電気ロースター
を用いたが、電子レンジ、ガスオーブンにも応用は可能
である。
【0027】以上のように本実施例によれば、実際に調
理する加熱室内の環境下で既に学習された神経回路網の
複数の固定結合重み係数を有する神経回路網模式手段を
組み込んだ温度推定手段を備えた構成としているので、
調理物の出来上り状態が表面温度、中心温度、裏面温度
で検出することができ、従来に比べ、より以上調理状態
をよくすることができ、自動調理に最適なものとなる。
【0028】
【発明の効果】以上の実施例から明らかなように本発明
によれば、調理するために調理物を格納する加熱室と、
前記調理物を加熱する加熱供給手段と、前記調理物の固
有物理量を検出する調理物固有物理量検出手段と、前記
調理物固有物理量検出手段の出力に基づき前記調理物の
温度を推定する温度推定手段と、前記温度推定手段の出
力に基づき前記加熱供給手段を制御する制御手段とから
なるから、調理物の出来上り状態を認識するために調理
物の実温度を間接的に検出できることになる。よって、
従来行なわれていた、雰囲気温度等の勾配より最適調理
時間を決定していたものより調理の出来上り状態をよく
することが可能となる。
【0029】また、温度推定手段は調理物の表面温度、
中心温度、裏面温度の内、少なくともいずれか1つを推
定するので調理物の表面から内部まで全体の出来上り状
態がわかることになる。
【0030】また、温度推定手段は、複数の神経素子よ
り構成される神経回路網を模した手法により獲得された
調理物の温度(表面、中心、裏面温度)を推定する固定
された神経回路網の複数の結合重み係数を内部に持つ神
経回路網模式手段を有し、または、複数の神経素子より
構成される層が多層組み合わされて構築される階層型の
神経回路網模式手段を有するから、加熱室内の初期温
度、調理物の初期温度、調理物の量等にかかわらず調理
物の温度推定ができ自動調理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の調理器具の構成ブロック図
【図2】同調理器具に用いた操作部と表示部の構成図
【図3】同調理器具に用いた神経回路網模式手段の構成
単位となる神経素子の概念図
【図4】同調理器具に用いた神経素子で構成した信号変
換手段の概念図
【図5】同調理器具に用いた学習アルゴリズムとして誤
差逆伝搬法を採用した信号処理手段のブロック図
【図6】同調理器具に用いた神経回路網模式手段を用い
た多層パーセプトロンの構成をを示すブロック図
【図7】(a)〜(d) 同調理器具の実験データの一
例を示す図
【図8】(a)〜(d) 同調理器具の実験データの他
の例を示す図
【図9】(a)〜(d) 同調理器具の実験データの他
の例を示す図
【図10】(a)〜(d) 同調理器具の実験データの
他の例を示す図
【図11】従来の調理器具の構成ブロック図
【図12】(a)〜(b) 従来の調理器具の実験デー
タの一例を示す図
【図13】従来の調理器具の実験データの他の例を示す
【符号の説明】
1 調理器具 2 加熱室 3 加熱供給手段 5 制御手段 6 調理物固有物理量検出手段 12 温度推定手段

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】調理するために調理物を格納する加熱室
    と、前記調理物を加熱する加熱供給手段と、前記調理物
    の固有物理量を検出する調理物固有物理量検出手段と、
    前記調理物固有物理量検出手段の出力に基づき前記調理
    物の温度を、加熱調理中に推定する神経回路網模式手段
    より構成された温度推定手段と、前記温度推定手段の出
    力に基づき前記加熱供給手段を制御する制御手段とから
    なる調理器具。
  2. 【請求項2】調理物の表面温度、中心温度、裏面温度の
    内、少なくともいずれか1つを推定する温度推定手段を
    備えたことを特徴とする請求項1記載の調理器具。
  3. 【請求項3】温度推定手段は、複数の神経素子より構成
    される神経回路網を模した手法により獲得された複数の
    結合重み係数を内部に持つ神経回路網模式手段を備えた
    ことを特徴とする請求項1記載の調理器具。
  4. 【請求項4】温度推定手段は、複数の神経素子より構成
    される層が多層組み合わされて構築される階層型の神経
    回路網模式手段を備えたことを特徴とする請求項1記載
    の調理器具。
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