JP7050554B2 - 被加熱物の状態監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスコンロ等の加熱調理器で加熱される被加熱物の状態を監視する装置に関する。

従来、例えば特許文献１に見られるように、加熱調理中に、コンロの上方に配置された撮像部により逐次撮像した画像を、加熱調理の初期の撮像画像と比較することで、吹きこぼれを検知し、その検知に応じて火力を小さくする技術が知られている。

また、例えば特許文献２に見られるように、コンロに備えた温度センサにより調理容器の温度を検出し、該温度の変化を観測するとことで、調理物の沸騰などを検知して、コンロの火力制御を行う技術が知られている。

特開２０１７－１３３７２２号公報 特開２０１４－２３３３１０号公報

しかしながら、特許文献１に見られる技術では、撮像部のレンズもしくはその正面の透明部の汚れや、湯気による曇り等の影響を受けやすく、吹きこぼれを高い信頼性で検知することが難しい。また、調理容器の蓋が閉じられている状態では、吹きこぼれや、その前兆を検知することは困難である。さらに、特許文献１のものでは、撮像部を、吹きこぼれの検知以外の用途で利用することについては考慮されていないので、コストパフォーマンスが乏しいという不都合がある。

また、特許文献２のように調理容器の温度を検出する技術では、該温度に基づいて吹きこぼれや、その前兆、あるいは、調理容器の内容物の煮立ち具合等を把握することは困難である。

本発明は、かかる背景に鑑みてなされたものであり、加熱調理中に、被加熱物の種々様々の状態を検知することが可能となる状態監視装置を提供することを目的とする。

本発明の被加熱物の状態監視装置は、上記の目的を達成するために、加熱調理器の発熱部の上側に配置される被加熱物の状態を監視する装置であって、
前記被加熱物の上方から該被加熱物の一つ以上の測定対象部までの距離を測定し得るように前記発熱部の上方に設置された測距センサと、
前記発熱部による前記被加熱物の加熱中に、前記測距センサによる距離の測定データを取得し、該測定データにより示される距離の測定値の変化に基づいて、前記被加熱物の状態を特定する処理を実行する状態特定処理部とを備えることを基本構成とする。

なお、本発明における被加熱物は、加熱対象の調理物に限らず、該調理物を収容する調理容器を含み得る。

前記測距センサの測定データにより示される距離の測定値は、被加熱物の種々様々な状
態（例えば被加熱物としての水等の液状物の沸騰、泡立ち等）に応じて変化する。従って、前記基本構成を有する本発明によれば、上記状態特定処理部を備えることで、加熱調理中に、被加熱物の種々様々の状態を検知することが可能となる。
さらに、本発明は、前記基本構成を有することに加えて、前記状態特定処理部は、一つ以上の前記測定対象部についての前記距離の測定値が徐々に減少していく場合に、前記被加熱物としての液状物の吹きこぼれの前兆状態であると特定するように構成されており、前記測距センサによる距離の測定データに基づいて、前記液状物が収容された調理容器の高さを推定する容器高さ推定部と、前記状態特定処理部により前記液状物の吹きこぼれの前兆状態が特定された場合に、該液状物の一つ以上の前記測定対象部の距離の測定値から特定される該液状物の高さが、前記調理容器の高さの推定値を超えないように、該距離の測定値の変化に応じて前記発熱部の発熱量を制御する発熱量制御部とをさらに備えることを特徴とする（第１発明）。
ここで、麺茹で等の調理では、調理容器内の水等の液状物の吹きこぼれが生じる場合には、該液状物で発生する泡が調理容器内で上昇する。従って、第１発明によれば、前記距離の測定値が徐々に減少していく場合に、状態特定処理部が上記のように特定処理を行うことで、吹きこぼれの前兆状態を検知できる。また、第１発明によれば、調理容器内の水等の液状物の吹きこぼれを防止することを、発熱部の発熱量を過剰に制限することなく、適切に行うことが可能となる。

上記基本構成を有する本発明では、前記状態特定処理部は、一つ以上の前記測定対象部についての前記距離の測定値の増減変動が、所定時間、継続した場合に、前記被加熱物としての液状物が沸騰しているか、又は、前記被加熱物としての蓋付きの調理容器内の液状物が沸騰している状態であると特定するように構成され得る（第２発明）。

ここで、調理容器内の水等の液状物が沸騰すると、該液状物の泡立ちが発生する。また、該液状物を収容した調理容器に蓋が装着されている場合には、該蓋の振動が生じる。このため、調理容器に蓋が装着されていない場合、及び装着されている場合のいずれの場合でも、前記距離の測定値の増減変動が生じる。従って、第２発明によれば、前記距離の測定値の増減変動が、所定時間、継続した場合に、状態特定処理部が上記のように特定処理を行うことで、調理容器内の水等の液状物の沸騰を検知できる。

上記基本構成を有する本発明では、前記状態特定処理部により特定された前記被加熱物の状態に応じて前記発熱部の発熱量を制御する発熱量制御部をさらに備えることが好ましい。

これによれば、前記発熱部の発熱量を、被加熱物の状態に適した発熱量に制御することが可能となる。

上記基本構成を有する本発明では、前記状態特定処理部により特定された前記被加熱物の状態に応じて、前記加熱調理器の上方に配置された換気装置の作動制御を行う換気制御部をさらに備えるという態様を採用し得る（第３発明）。

これによれば、被加熱物の状態に適したタイミングで、換気装置を作動させることが可能となる。

図１Ａは本発明の実施形態の状態監視装置における加熱調理器及び測距センサを示す正面図、図１Ｂは該加熱調理器の平面図。 実施形態の状態監視装置の制御処理に関する構成を示すブロック図。 実際形態の作動を説明するためのグラフ。 実際形態の作動を説明するためのグラフ。 実際形態の作動を説明するためのグラフ。

本発明の一実施形態を図１Ａ～図５を参照して以下に説明する。図１Ａ及び図２Ｂを参照して本実施形態の加熱調理器１は、例えばガスコンロであり、その筐体２の上面部に発熱部としてのバーナ３と、該バーナ３の周囲に配置された五徳４とを備える。バーナ３の中心部には、五徳４上に載置される調理容器Ａに接する温度センサ５が設けられている。

また、筐体２の前面部には、バーナ３の点火操作及び消火操作、並びに火力調整操作を行うためのバーナ操作ボタン６と、バーナ３の運転による自動調理の設定操作等を行うための開閉式の操作部７とが設けられている。この場合、バーナ操作ボタン６の押し操作によって、バーナ３の点火操作及び消火操作を行うことが可能であり、バーナ操作ボタン６の回転操作によって、バーナ３の火力調整（発熱量の調整）を行うことが可能である。また、操作部７は、その押し操作によって、図示を省略する操作スイッチや表示部が露出する開状態になる。

なお、バーナ３の点火操作及び消火操作のための操作部と、火力調整用の操作部とは、各別の操作部であってもよい。また、図１Ａ及び図１Ｂでは、単一のバーナ３だけを図示しているが、加熱調理器１（ガスコンロ）は複数のバーナを備え得る。

本実施形態の状態監視装置は、かかる加熱調理器１で加熱される被加熱物の状態を監視する装置であり、図１Ａに示す測距センサ１０と、図２に示す制御装置１１とを備える。

測距センサ１０は、加熱調理器１の上方に、バーナ３及びその周辺領域を臨むように配置されている。該測距センサ１０は、例えば、加熱調理器１の上方に設置されたレンジフード２０に取付けられている。該レンジフード２０は、換気装置としての機能を含む。なお、加熱調理器１の上方にレンジフード２０が無く、換気装置が壁に取り付けられているような場合には、測距センサ１０は、壁等にブラケットを介して取り付けられていてもよい。

測距センサ１０は、本実施形態では、例えば、赤外線信号を使用したＴＯＦ方式（ＴＯＦ：Time of Flight）によって、バーナ３及びその周辺領域を含む測定対象領域の複数の測定点（測距センサ１０から送信される赤外線信号を反射する測定点）までの距離を測定し、該測定対象領域の各測定点の測距データ（距離の測定データ）から成る距離画像データを出力可能なセンサである。また、測距センサ１０は、測定対象領域のうちから任意に指定された一つ以上の部分領域の測距データを出力することも可能である。

制御装置１１は、マイクロコンピュータ、メモリ、インターフェース回路等を含む一つ以上の電子回路ユニットにより構成される。該制御装置１１は、本実施形態では、加熱調理器１に搭載され、前記測距センサ１０及びレンジフード２０の制御部（図示省略）と有線又は無線により通信を行うことが可能である。この通信により、制御装置１１は、測距センサ１０から測距データを取得することが可能であると共に、レンジフード２０の動作指令を該レンジフード２０の制御部に出力することが可能である。また、制御装置１１には、前記バーナ操作ボタン６及び操作部７の操作信号が入力されるとと共に、前記温度センサ５等、加熱調理器１に備えられた各センサの検出信号が入力される。

そして、制御装置１１は、実装されたハードウェア構成及びプログラム（ソフトウェア構成）の両方又は一方により実現される機能として、バーナ３の運転制御（点火、火力調整、及び自動消火）を行う運転制御部１１ａと、バーナ３により加熱される被加熱物（調理容器又は調理物）の状態を特定する処理を実行する状態特定処理部１１ｂと、バーナ３の周囲の五徳４上に載置される調理容器Ａの高さを推定する容器高さ推定部１１ｃと、レンジフード２０による換気運転の開始を該レンジフード２０の制御部に指令する換気制御部１１ｄとを含む。

この場合、運転制御部１１ａは、図示を省略する点火装置、バーナ３の燃料ガスの供給路を開閉する電磁弁、バーナ３の燃料ガスの供給量を制御するためのガス量制御弁を制御することが可能であり、これらの制御を通じて、バーナ３の運転制御を行う。なお、運転制御部１１ａは、本発明における発熱量制御部としての機能を含む。

また、状態特定処理部１１ｂ及び容器高さ推定部１１ｃは、測距センサ１０による測距データを用いて被加熱物の状態を特定する処理と、調理容器Ａの高さを推定する処理とを各々実行可能である。また、換気制御部１１ｄは、状態特定処理部１１ｂで特定された被加熱物の状態に応じて、換気運転の開始をレンジフード２０の制御部に指令する処理を実行可能である。

次に、本実施形態の状態監視装置の作動を説明する。バーナ３の周囲の五徳４上に調理容器Ａが載置されると、制御装置１１は、測距センサ１０から測定対象領域の距離画像データを取得する。なお、五徳４上に調理容器Ａが載置されたことは、図示しない鍋検知センサにより検知される。

そして、制御装置１１は、取得した距離画像データに基づいて、調理容器Ａの高さ（深さ）、直径、バーナ３又は五徳４に対する調理容器Ａの相対位置、蓋Ａａの有無等を推定認識する。この場合、調理容器Ａの高さは、容器高さ推定部１１ｃにより推定される。該調理容器Ａの高さ（深さ）は、例えば、測距センサ１０から調理容器Ａの開口端周縁部までの距離の測定値を、測距センサ１０から五徳４の上面までの距離から差し引くことで算出される。

なお、測距センサ１０から五徳４の上面までの距離は、例えば測距センサ１０の設置時等に、制御装置１１にあらかじめ記憶保持しておくことが可能である。

補足すると、調理容器Ａに蓋が装着されていないと認識し得る場合には、距離画像データから、調理容器Ａ内の水面もしくは調理物の高さを認識することも可能である。また、バーナ３又は五徳４に対する調理容器Ａの位置により、調理容器Ａの中心がバーナ３の中心から所定量以上ずれていることが認識される場合には、調理容器Ａの位置がずれている旨（又は調理容器Ａの位置を修正すべき旨）を、図示しない表示器での表示や音声案内等によりユーザに報知することも可能である。

次に、バーナ操作ボタン６の点火操作により、バーナ３の燃焼運転が開始されると、状態特定処理部１１ｂにより、次のような処理が実行される。なお、以下に説明する処理は、操作部７により、例えば湯沸し、麺茹で等の所定の調理メニューが選択された場合に実行される処理である。

状態特定処理部１１ｂは、バーナ３の燃焼運転中に、測距センサ１０の測定対象領域のうち、調理容器Ａの内側の一つ以上の局所的な測定対象部における複数の測定点の測距データを所定のサンプリング周期で、測距センサ１０から取得する。そして、状態特定処理部１１ｂは、取得した測距データにより示される距離測定値の平均値の経時変化を観測する。

ここで、調理容器Ａの内部に、水が入れられている場合、調理容器Ａの内側の測定対象部に対して測距センサ１０から出力される赤外線信号は、主に、調理容器Ａの底面で反射されて該測距センサ１０で受信されるので、測距センサ１０から取得される測距データにより示される距離測定値は、基本的には、測距センサ１０から調理容器Ａの底面までの距離に近い値となる。

ただし、ＴＯＦ方式で距離測定を行う測距センサ１０により得られる距離測定値（上記測定対象部での測距センサ１０からの距離測定値）が、見かけ上、増加していくことが確認された。

例えば、図３のグラフで示されるごとく、調理容器Ａ内の水の温度が２５℃である場合での距離測定値と、該水の温度が９０℃まで上昇した場合の距離測定値とを比較すると、９０℃の場合には、２５℃の場合よりも、距離測定値が約３５ｍｍ増加することが確認された。

そこで、状態特定処理部１１ｂは、バーナ３の燃焼運転の開始後、前記測定対象部での距離測定値の平均値が、所定時間内に、所定値以上、低下した場合に、調理容器Ａ内の水の温度が上昇していると判定する。この場合、前記温度センサ５による温度検出値と併せて用いることで、調理容器Ａ内の水の温度の上昇を、より高い信頼性で認識することができる。

さらに、状態特定処理部１１ｂは、引き続き、前記測定対象部における複数の測定点の測距データを所定のサンプリング周期で、測距センサ１０から取得しつつ、該測定対象部における距離測定値の平均値の経時変化を観測する。

ここで、調理容器Ａ内の水（又は水を含む液状物）の沸騰により、該水が泡立つようになると、当該泡の影響によって、前記測定対象部での距離測定値（平均値）が、例えば図４に例示する如く、頻繁に上下に変動する。

そこで、状態特定処理部１１ｂは、距離測定値が上記如く上下変動する場合に、調理容器Ａ内の水（又は水を含む液状物）が沸騰している状態であると判定する。この場合、距離測定値の上下変動は、より具体的には、例えば、次のような手法で認識することができる。

すなわち、状態特定処理部１１ｂは、例えば、１０ｍｓのサンプリング周期で測定対象部の距離測定値を取得しつつ、所定時間（例えば１６０ｍｓ）の経過毎に、該所定時間内での距離測定値の平均値を算出し、該算出値を中心とする所定幅の範囲（算出値－αと、算出値＋αとの間の範囲）を設定する。該所定幅の範囲は、上記所定時間（１６０ｍｓ）毎に更新される。

そして、状態特定処理部１１ｂは、上記所定幅の範囲が新たに設定されてから、次の更新までの期間内で、例えば４０ｍｓの時間幅毎の距離測定値の平均値が、現在の所定幅の範囲を所定回数、連続して、又は所定回数以上、逸脱した場合に、距離測定値の上下変動が頻繁に発生していると認識する。この時、状態特定処理部１１ｂは、調理容器Ａ内の水（又は水を含む液状物）が沸騰している状態であると判定する（当該沸騰を検知する）。

なお、上記１０ｍｓ、１６０ｍｓ、４０ｍｓという値は、例示的な数値であり、これらと異なる数値であってもよい。また、距離測定値の上下変動が頻繁に発生しているか否かの判断は、上記の手法に限られない。例えば、所定時間の期間における距離測定値の分散等に基づいて、当該判断を行うことも可能である。

上記の如く、状態特定処理部１１ｂが、沸騰を検知した場合には、制御装置１１は、運転制御部１１ａによりバーナ３の火力を弱めるように制御する。あるいは、制御装置１１は、運転制御部１１ａは、調理容器Ａ内の水（又は水を含む液状物）が沸騰した旨を、図示しない表示器での表示や音声案内等によりユーザに報知する。

さらに、制御装置１１は、換気制御部１１ｄにより、レンジフード２０を作動させる（換気運転を行わせる）ように、該レンジフード２０の制御部に指令する。これにより、レンジフード２０による換気運転が行われる。

補足すると、調理容器Ａ内に水（又は水を含む液状物）の沸騰の検知は、図１Ａに二点鎖線で示す如く、調理容器Ａに蓋Ａａが装着されている場合でも、測距センサ１０による距離測定値に基づいて検知することが可能である。

すなわち、蓋Ａａが装着された調理容器Ａ内に水（又は水を含む液状物）の沸騰が発生すると、多くの場合、蓋Ａａの上下振動が発生する。このため、例えば蓋Ａａの測定対象部での距離測定値は、上記と同様に頻繁に上下変動する。従って、調理容器Ａに蓋Ａａが装着されている場合でも、測距センサ１０による距離測定値の上下変動が頻繁に生じる場合に、調理容器Ａ内の水（又は水を含む液状物）が沸騰している状態であると判定することができる。

なお、測距センサ１０による距離測定の対象が調理容器Ａの蓋Ａａである場合、該蓋Ａａの一部で赤外線信号の散乱が発生することが多々ある。そして、その散乱が生じる部分ででは、蓋Ａａの振動に対する距離測定値の変動が顕著に現れやすいことが本願発明者の実験により確認された。従って、距離測定値を取得する上記測定対象部を、赤外線の散乱が発生しやすい箇所に設定しておくことで、調理容器Ａ内水（又は水を含む液状物）の沸騰に伴う蓋Ａａの振動を、より高い信頼性で検知することが可能である。

また、調理モードが例えば麺茹でに設定されている場合には、状態特定処理部１１ｂは、調理容器Ａ内の水（又は水を含む液状物）の沸騰を上記の如く検知した後、さらに、前記測定対象部における複数の測定点の測距データを所定のサンプリング周期で、測距センサ１０から取得しつつ、該測定対象部における距離測定値の平均値の経時変化を観測する。

ここで、調理容器Ａ内で麺茹でを行う場合、調理容器Ａ内で発生した泡が上昇し、ひいては、吹きこぼれが発生する。この場合、調理容器Ａ内で発生した泡の上昇に伴い、前記測定対象部での距離測定値が、例えば、図５に例示する如く、徐々に減少していく。

そこで、状態特定処理部１１ｂは、前記測定対象部における距離測定値が所定の時間内に所定量以上、減少する場合に、調理容器Ａ内の水（又は水を含む液状物）の吹きこぼれの前兆状態であると判定する。

そして、この場合には、運転制御部１１ａは、吹きこぼれが発生しないように、バーナ３の火力を調整する。より具体的には、運転制御部１１ａは、バーナ３の燃焼運転の開始前に前記した如く認識した調理容器Ａの高さと、前記測定対象部の距離測定値とに基づき、調理容器Ａ内の泡の該調理容器Ａの開口上端までの距離を算出する。そして、運転制御部１１ａは、この距離の算出値が、小さいほど、バーナ３の火力を小さくするように、該バーナ３の火力を制御する。また、運転制御部１１ａは、該距離の算出値が所定値以上である場合には、バーナ３の火力を増加させるように、該バーナ３の火力を制御する。これにより、調理容器Ａ内の水（又は水を含む液状物）の温度状態を麺茹でに適した状態に保ちつつ、吹きこぼれを防止することができる。

本実施形態では、以上説明した如く、測距センサ１０による測距データに基づいて、被加熱物（調理容器Ａ又はその内部の調理物）の状態を検知し、それに応じたバーナ３の火力制御等を行うことができる。・

なお、以上説明した実施形態では、測距センサ１０は、赤外線信号の送受信を行う測距センサを例示した。ただし、本発明における測距センサは、赤外線信号以外の波長域の信号、例えば、可視光信号（レーザ光等）の送受信を行う測距センサであってもよい。また、測距センサは、ＴＯＦ方式のものに限らず、例えば三角測距方式のセンサであってもよい。

また、前記実施形態では、加熱調理器１として、ガスコンロを例示したが、本発明における加熱調理器１は、ガスコンロに限らず、たとえば、ＩＨヒータ又は電熱ヒータを発熱部として備えるものであってもよい。

１…加熱調理器（ガスコンロ）、３…バーナ（発熱部）、１０…測距センサ、１１ａ…運転制御部（発熱量制御部）、１１ｂ…状態特定処理部。

Claims (3)

1. 加熱調理器の発熱部の上側に配置される被加熱物の状態を監視する装置であって、
   前記被加熱物の上方から該被加熱物の一つ以上の測定対象部までの距離を測定し得るように前記発熱部の上方に設置された測距センサと、
   前記発熱部による前記被加熱物の加熱中に、前記測距センサによる距離の測定データを取得し、該測定データにより示される距離の測定値の変化に基づいて、前記被加熱物の状態を特定する処理を実行する状態特定処理部とを備えており、
   前記状態特定処理部は、一つ以上の前記測定対象部についての前記距離の測定値が徐々に減少していく場合に、前記被加熱物としての液状物の吹きこぼれの前兆状態であると特定するように構成されており、
   前記測距センサによる距離の測定データに基づいて、前記液状物が収容された調理容器の高さを推定する容器高さ推定部と、
   前記状態特定処理部により前記液状物の吹きこぼれの前兆状態が特定された場合に、該液状物の一つ以上の前記測定対象部の距離の測定値から特定される該液状物の高さが、前記調理容器の高さの推定値を超えないように、該距離の測定値の変化に応じて前記発熱部の発熱量を制御する発熱量制御部とをさらに備えることを特徴とする被加熱物の状態監視装置。
2. 請求項１記載の被加熱物の状態監視装置において、
   前記状態特定処理部は、一つ以上の前記測定対象部についての前記距離の測定値の増減変動が、所定時間、継続した場合に、前記被加熱物としての液状物が沸騰しているか、又は、前記被加熱物としての蓋付きの調理容器内の液状物が沸騰している状態であると特定するように構成されていることを特徴とする被加熱物の状態監視装置。
3. 請求項１又は２記載の被加熱物の状態監視装置において、
   前記状態特定処理部により特定された前記被加熱物の状態に応じて、前記加熱調理器の上方に配置された換気装置の作動制御を行う換気制御部をさらに備えることを特徴とする被加熱物の状態監視装置。

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