JP3812346B2

JP3812346B2 - 加熱調理器

Info

Publication number: JP3812346B2
Application number: JP2001043373A
Authority: JP
Inventors: 賢一伊藤; 正史長田; 隆幸平光
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2001-02-20
Filing date: 2001-02-20
Publication date: 2006-08-23
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: JP2002243172A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱調理器の加熱制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から焦げ目を検出する加熱調理器としては実開平４−２３９０２号公報や特公昭６３−１８０９３号公報等に開示されたものがある。図９は実開平４−２３９０２号公報に開示された従来の加熱調理器を示す断面図である。図９に示す加熱調理器は、加熱室３０内の被調理物３１に可視光を照射する蛍光ランプ３２と、該蛍光ランプ３２から照射されて被調理物３１の表面で保射された可視光線を検出してこの反射光の強度に応じた電気信号を出力する受光素子３３とを有するものであり、ヒータ３４からの熱によって加熱された被調理物３１に焦げ目が付くと反射率が変わるため、焦げを検出できるというものである。
【０００３】
また、図１０は特公昭６３−１８０９３号公報に開示された他の従来例を示す加熱調理器の断面図である。これは加熱室３０内に被調理物３１を収納し、ヒータ３４からの熱によって加熱されて被調理物３１から焦げが生じたときに発生する特有のガスを、排気口３５内に設けたセンサ３６で検出し、焦げの発生を検知するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら光を照射して検知する従来例では、被調理物の表面が平らでない凸凹のある物ではうまく受光素子に発光素子の光が入射できず、焦げ目を検知できないという課題があった。また、黒っぽい色の被調理物は、光を反射しないので焦げ目を検出できないという課題があった。さらに、発光素子と受光素子が必要であるため、コストがかかってしまうという課題があった。
【０００５】
また、ガスで検出する従来例では、焦げが生じてからガスが発生し、排気口に設けたガスセンサが反応するまで時間がかかるため、その間に焦げが進行してしまい、焦げすぎてしまうという課題があった。
【０００６】
この発明はかかる課題を解決するためになされたもので、被調理物の表面の状態や被調理物の色に影響されることなく、所望の焦げ状態を検知でき、かつ焦げ過ぎを防止することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、加熱室の被調理物を加熱手段により加熱する加熱調理器において、前記被調理物の表面温度を検出する非接触型の温度検出手段を設け、前記温度検出手段に基づく値と予め設定されている値とを比較して前記被調理物の焦げ状態を検知し、所望の焦げ状態で前記加熱手段を停止させるもので、前記温度検出手段をサーモパイル型赤外線センサで構成するとともに、前記検知手段に基づく値を、該サーモパイル型赤外線センサ自身を所望温度に昇温させて検知するようにしたものである。
【０００８】
また、前記サーモパイル型赤外線センサの周囲温度を上昇させるように制御するものである。
【０００９】
また、前記サーモパイル型赤外線センサの温度上昇は、前記サーモパイル型赤外線センサ用の加熱ヒータを設けたものである。
また、前記サーモパイル型赤外線センサの周囲温度を５０〜１００℃で保つように制御するものである。
また、前記サーモパイル型赤外線センサ自身の温度を５０℃以上になるように制御したものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わる加熱調理器の全体構成図、図２は被調理物の温度に対する色の変化を示す図、図３は加熱時間と被調理物の表面温度の関係を示す図、図４は加熱調理器の制御ブロック図、図５は加熱調理器の制御を示すフローチャートである。図において、１は加熱調理器の本体、２は被調理物３が収納される加熱室、４は加熱室２の側壁に設けられた支持部５に支持される調理皿、６は被調理物３に焦げ目をつける加熱手段であるヒータで、実施の形態１では加熱室２の上下にそれぞれ２つずつ配設されている。７は加熱室２の天面に設けた透視穴８を介して被調理物３の焦げ状態を検知する赤外線センサ、９は赤外線センサ７の集光エリアを示している。１０は加熱調理器の制御部である。
【００１１】
図２は、各温度に対する被調理物３の焦げ具合を数値化したものであり、横軸は時間、縦軸は白が０、黒が２５５となる２５６階調のＣＣＤカメラの画素値を示している。曲線Ａは、それぞれの温度での被調理物３（食パン）を撮影し、その時の画素の階調を数値で読み出した結果を示している。また、曲線Ｂは曲線Ａの１次差分を取ったものである。曲線Ｂから１５０℃付近で差分値がピークとなることがわかる。そして、ピーク値から１／ｅ（ｅは自然対数）となる範囲を求めるてみると概ね１３０℃付近から１７０℃付近にあることがわかる。
【００１２】
図３は、調理時間と被調理物の表面温度の関係を示すものであり、横軸は時間、縦軸は温度となっている。曲線Ｃは食パンを加熱したときのデータ、曲線Ｄはグラタンを加熱したときのデータである。どちらの場合も表面温度が１２０℃付近で焼き色が付き始め、１３０℃付近で薄めながら良い焼き色となり、１５０℃で適度な焼き色となり、１７０℃付近では濃いめながら良い焼き色となった。これは、図２の結果と比較すると、図３で示す最適な焼き具合となる範囲は、図２に示す曲線Ｂのピーク値の１／ｅの範囲とほぼ一致しており、よい焦げ目、焼き色となるには被調理物３の表面温度が１５０℃を中心として±２０℃の範囲で１３０℃から１７０℃の範囲であることがわかる。
【００１３】
したがって、予め被調理物３の画素値のデータから差分値を取り、ピーク値の１／ｅとなる範囲を求めておけば、最適な焦げ状態の範囲を得ることができる。そして、その値に基づいて加熱を制御するようにすれば、被調理物の表面に適度な焦げ目、焼き色が付いた状態で加熱を停止することができる。実施の形態１では、食パンの画素値データから最適な焼き色を得るための温度を１５０℃として設定した場合の加熱制御について説明する。
【００１４】
まず、加熱室２に被調理物３（食パン）を入れ、ヒータ６により加熱を開始する（ステップ１）。赤外線センサ７は加熱室２の天面に設けた透視穴８から集光エリア９内の赤外線量を検知し、被調理物３（食パン）の焦げの状態を測っている（ステップ２）。そして、制御部１０に予め記憶されている焦げ色に対応する赤外線センサ７の出力値、実施の形態１では例えば表面温度１５０℃に相当する値、と比較して所望の焦げになったかどうかを判定する（ステップ３）。つまり被調理物３の表面温度が１５０℃になったかどうか判定する。そして表面温度が１５０℃になったら、所望の焦げになったと判断して加熱を停止する（ステップ４）。所望の焦げに達していない場合は加熱を継続し、ステップ２、ステップ３を繰り返す。
【００１５】
実施の形態１によれば、赤外線センサからの出力値により最適な焦げ状態を検出でき、焦げすぎ、焦げ不足を防ぐことができ、被調理物に最適な焦げ色をつけた状態で加熱を終了することができる。
【００１６】
なお、実施の形態１では、被調理物の表面温度が１５０℃になったことを検知して加熱制御するようにしたが、所望の焦げ目が薄めの場合は１３０℃、所望の焦げ目が濃い目の場合は１７０℃でそれぞれ制御するようにしても同様である。また、１３０℃から１７０℃の範囲で使用者が所望の焦げ具合を適宜選択できるようにしてもよい。
【００１７】
また、所望の焦げ色となったこと、つまり所望の焦げ色を得るための表面温度になったことを赤外線センサ７で検出して加熱を停止するように制御すると、加熱を停止した時点では加熱室２が熱くなっているため、加熱室２が持つ余熱により、被調理物３はさらに加熱されて所望の焦げ色を過ぎてしまう場合がある。
【００１８】
そこで、余熱による過加熱を防止するため、余熱で焦げ色が濃くなってしまうことを考慮して、予め所望の焦げ色になる前で加熱を停止させるように制御してもよい。どの程度前で加熱を停止させるかは、使用する機器の大きさ、ヒータの火力等で異なるため、機器毎に考慮して設定する必要がある。これにより、加熱室の余熱により所望の焦げ色以上に焦げてしまうことを防止することができる。また、加熱室の余熱による焦げ過ぎを防止するために、加熱終了後、ファンで加熱室を冷却して庫内温度を下げるようにしてもよい。
【００１９】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係わる加熱調理器の全体構成図である。図において実施の形態１と同一の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。実施の形態２では、被調理物３として食パンを２枚並べて加熱する場合について説明する。７は被調理物３からの赤外線量を検出し、被調理物３の表面温度を検知する赤外線センサである。赤外線センサ７は、ステッピングモーター１１により集光エリア９ａから集光エリア９ｂの間を往復移動し、その間の焦げの状態を検出するものである。食パン３の載置位置は、使用者により調理皿４の中央、右、左と適宜指定されるものである。実施の形態２によれば、実施の形態１と同じ効果を奏するだけでなく、２枚の食パンを同時に加熱した場合も赤外線センサの集光エリアを移動させることで、確実に２つの食パンの焦げの状態を検出することができる。
【００２０】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３に係わる加熱装置の全体構成図である。図において実施の形態１と同一の構成には同じ符号を付し、説明を省略する。実施の形態３では、被調理物３として食パンを２枚並べて加熱する場合について説明する。７は３眼タイプの赤外線センサである。赤外線センサ７は３個の画素が入ったものであり、その集光エリアは図７に示すように集光エリア９ａ、９ｂ、９ｃの中央と左右に設けられている。これにより、被調理物３を調理皿２の中央に１つ置いた場合でも、調理皿２の右端に置いた場合でも、また、被調理物３を２つ調理皿２に置いても、焦げの状態を測定することができる。
【００２１】
なお、実施の形態３では１つの赤外線センサに３個の画素の入ったものを説明したが、それぞれの集光エリア９ａ、９ｂ、９ｃに対応するように全て単眼の赤外線センサで構成しても同様の効果が得られる。
【００２２】
また、４枚の食パンが入るような加熱調理器においても、被調理物３が置かれる位置に対応して集光エリア９を設けるように赤外線センサを設置することで、同様の効果が得られる。
【００２３】
また、赤外線センサは３眼に限ったものではなく、１×８個の画素が入った赤外線センサを用いてもよい。
【００２４】
実施の形態４．
図８は一般的に電子レンジ等で使用されている検出範囲が０℃〜１００℃であるサーモパイル型赤外線センサの内部特性を示す図である。近年、多く使用されているサーモパイル型赤外線センサとしては、−２０℃あるいは０℃〜１００℃を検出範囲とするもの、０℃〜２００℃を検出範囲とするもの等各種用途に応じて設計次第でさまざまな温度帯に対応はできるが、市場の用途としては、１００℃を上限とするタイプ、つまり、−２０℃あるいは０℃〜１００℃を検出範囲とするサーモパイル型赤外線センサが主流となっている。分解能という視点からも０℃〜１００℃を検出範囲とするサーモパイル型赤外線センサが主流となっている。つまり、分解能は電源電圧を何等分するかで決まるが、例えば動作環境０℃〜１００℃で電源電圧５Ｖに対し、測定温度範囲０℃〜１００℃のサーモパイル型赤外線センサと、測定温度範囲０℃〜２００℃のサーモパイル型赤外線センサでは、１℃あたりの分解能が１／２程度異なっている。
【００２５】
また、一般的に電子レンジ等の温度センサとして使用されるサーモパイル型赤外線センサは、被調理物をあたためるために使われるため、１００℃まで温度制御ができれば十分であり、温度センサの動作環境も１２０℃以下とするのが好ましい。そこで、電子レンジ等に使用される測定温度範囲が１００℃までのサーモパイル型赤外線センサを、焼き色又は焦げ具合の検出に使用するためには、１７０℃まで測定ができるようにする必要がある。
【００２６】
ここで、サーモパイル型赤外線センサの基本原理について説明する。
サーモパイル型赤外線センサはそれ自身の温度に対する対象物との温度差を電圧で出力するというものである。サーモパイル型赤外線センサは、例えば２つの金属線又は薄幕を次々と接合した熱電対（サーモパイル）の接合部の片方を他方より高温にすると、熱エネルギーが電子の動きを活発にし、同時に違う種類の金属の接合のために微小な電圧が出るので、起電力が発生するという原理に基づくものである。
【００２７】
図８は、起電力を電源電圧５Ｖ、動作環境を０℃〜１００℃、測定温度範囲を０℃〜１００℃とするサーモパイル型赤外線センサの特性を示している。例えばサーモパイル型赤外線センサの温度と対象物の測定温度が同じ場合は２．５Ｖが出力される。そして、対象物温度がサーモパイル型赤外線センサの温度よりも高いと２．５Ｖよりも高い電圧が出力され、対象物温度がサーモパイル型赤外線センサの温度よりも低いと２．５Ｖよりも低い電圧が出力される。電源電圧が０Ｖから５Ｖであるため、最高は＋５Ｖ、最低は０Ｖが出力される。
【００２８】
図中、Ｐ１はサーモパイル型赤外線センサの温度０℃（ａｍｂ０℃）で対象物温度０℃の場合、Ｐ２はサーモパイル型赤外線センサの温度５０℃（ａｍｂ５０℃）で対象物温度５０℃の場合、Ｐ３はサーモパイル型赤外線センサの温度７０℃（ａｍｂ７０℃）で対象物温度７０℃の場合、Ｐ４はサーモパイル型赤外線センサの温度１００℃（ａｍｂ１００℃）で対象物温度１００℃の場合をそれぞれ示し、サーモパイル型赤外線センサの温度と対象物の温度とが同じであるため出力は２．５Ｖとなることを示している。
【００２９】
Ｇ１はサーモパイル型赤外線センサの温度が０℃（ａｍｂ０℃）の時における対象物温度が０℃〜１００℃の時の出力電圧を示すグラフで、対象物温度１００℃の時、サーモパイル型赤外線センサの出力は５Ｖの出力となる。Ｇ２はサーモパイル型赤外線センサの温度が５０℃（ａｍｂ５０℃）の時における対象物温度が０℃〜１００℃の時の出力電圧を示すグラフで、対象物温度１００℃の時は、３．７５Ｖの出力となる。また、対象物温度が５０℃の時は２．５Ｖ、対象物温度が０℃の時は１．７５Ｖの出力となる。出力電圧は５Ｖまで出るので、対象物温度が１５０℃の時は出力電圧が５Ｖとなることから、サーモパイル型赤外線センサの温度、つまり周囲温度が５０℃の場合は、対象物温度が１５０℃まで測定できることになる。
【００３０】
同様に、Ｇ３はサーモパイル型赤外線センサの温度が７０℃（ａｍｂ７０℃）の時における対象物温度が０℃〜１００℃の時の出力電圧を示すグラフで、対象物温度が７０℃の時は２．５Ｖ、対象物温度が０℃の時は１．７５Ｖの出力となる。そして、サーモパイル型赤外線センサの温度、つまり周囲温度が７０℃の場合は、対象物温度が１７０℃まで測定できることになる。Ｇ４はサーモパイル型赤外線センサの温度が１００℃（ａｍｂ１００℃）の時における対象物温度が０℃〜１００℃の時の出力電圧を示すグラフで、対象物温度が１００℃の時は２．５Ｖ、対象物温度が０℃の時は０Ｖの出力となる。そして、サーモパイル型赤外線センサの温度、つまり周囲温度が１００℃の場合は、対象物温度が２００℃まで測定できることになる。
【００３１】
つまり、動作温度範囲が１００℃までの一般的に多く使用されているサーモパイル型赤外線センサで焦げを検知する場合は、ちょうど良い焦げまでの検出であれば周囲温度を５０℃以上に、少し濃いめの焦げを検出するには周囲温度を７０℃以上に保てば良いことになる。なお、サーモパイル型赤外線センサの動作環境は１２０℃以下とされているものが多いことから、周囲温度の上限は１００℃とすることが望ましい。
【００３２】
以上のように、サーモパイル型赤外線センサの周囲温度を５０℃以上、又は周囲温度を７０℃以上に保てば焦げ検出をすることが可能となるが、加熱調理器で使用する場合、被調理物の加熱中においては特にサーモパイル型赤外線センサ自身を加熱させる必要はなく、加熱庫壁やヒータの余熱で昇温して５０℃以上になる。もしサーモパイル型赤外線センサの周囲温度が上昇しない場合は、サーモパイル型赤外線センサ用の加熱ヒータ（図示しない）を設け、サーモパイル型赤外線センサの温度が５０℃を越えるように加熱すればよい。また、サーモパイル型赤外線センサの温度が１００℃を越えないようにファン（図示しない）を設け、例えばサーモパイル型赤外線センサの温度が９５℃を越えたらファンを作動させて空冷するようにしてもよい。
【００３３】
以上のように、サーモパイル型赤外線センサの周囲温度を５０℃から１００℃に制御することにより、一般的に電子レンジ等で使用されている測定温度範囲０℃〜１００℃のサーモパイル型赤外線センサで所望の焦げを検知することができるようになる。つまり、汎用のサーモパイル型赤外線センサを焦げ目検出用のセンサとして利用することが可能となり、装置としての付加価値を上げることができる。なお、汎用のサーモパイル型赤外線センサを０℃〜１００℃として説明したが、−２０℃〜１００℃のサーモパイル型赤外線センサでも同様である。
【００３４】
【発明の効果】
以上のようにこの発明によれば、被調理物の表面温度を検出する非接触型の温度検出手段を設け、温度検出手段に基づく値と予め設定されている値とを比較して被調理物の焦げ状態を検知し、所望の焦げ状態で加熱手段を停止させるもので、温度検出手段をサーモパイル型赤外線センサで構成するとともに、検知手段に基づく値をサーモパイル型赤外線センサ自身を所望温度に昇温させた状態で検知するようにしたので、サーモパイル型赤外線センサにて最適な焦げ色をつけた状態で加熱を終了する加熱調理器を得ることができる。
【００３５】
また、温度検出手段をサーモパイル型赤外線センサで構成し、赤外線センサの周囲温度を５０〜１００℃で保つように制御するので、電子レンジ等で使用されている測定温度範囲０℃〜１００℃のサーモパイル型赤外線センサで所望の焦げを検知することができる。装置としての付加価値を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係わる加熱調理器の全体構成図である。
【図２】被調理物の表面温度に対する色の変化を示す図である。
【図３】加熱時間と被調理物の表面温度の関係を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係わる加熱調理器の制御ブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係わる加熱調理器の制御を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態２に係わる加熱調理器の全体構成図である。
【図７】この発明の実施の形態３に係わる加熱調理器の全体構成図である。
【図８】この発明の実施の形態４に係わるサーモパイル型赤外線センサの内部特性を示す図である。
【図９】従来の加熱調理器を示す断面図である。
【図１０】従来の別の加熱調理器を示す断面図である。
【符号の説明】
１本体、２加熱室、３被調理物、４調理皿、５支持部、
６ヒータ、７赤外線センサ、８透視穴、９集光エリア、１０制御部。

Claims

加熱室の被調理物を加熱手段により加熱する加熱調理器において、前記被調理物の表面温度を検出する非接触型の温度検出手段を設け、前記温度検出手段に基づく値と予め設定されている値とを比較して前記被調理物の焦げ状態を検知し、所望の焦げ状態で前記加熱手段を停止させるもので、前記温度検出手段をサーモパイル型赤外線センサで構成するとともに、前記検知手段に基づく値を、該サーモパイル型赤外線センサ自身を所望温度に昇温させて検知するようにしたことを特徴とする加熱調理器。
前記サーモパイル型赤外線センサの周囲温度を上昇させるように制御することを特徴とする請求項１記載の加熱調理器。
前記サーモパイル型赤外線センサの温度上昇は、前記サーモパイル型赤外線センサ用の加熱ヒータを設けたことを特徴とする請求項１記載の加熱調理器。
前記サーモパイル型赤外線センサの周囲温度を５０〜１００℃で保つように制御することを特徴とする請求項２記載の加熱調理器。
前記サーモパイル型赤外線センサ自身の温度を５０℃以上になるように制御したことを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の加熱調理器。