JPH0355435A - 加熱装置およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、加熱されるに従って被加熱物が発生する高．
ｉ蒸気を検知して、この検知信号で加熱源を制御する検
知システムを有する加熱装置およびその制御方法に関す
るものである． 従来の技術 被加熱物の加熱の仕上がりを自動的に検知するシステム
を搭載した加熱装置は、これまで様々な形で実用化され
ている．こうした自動加熱装直の検知システムにもちい
られている検知素子は、湿度の変化を検出する湿度セン
サーが最も一般的であった．しかし濯度センサーは素子
表面に吸着した水分子による素子の電気抵抗の変化を検
出するものであったため、素子表面の汚れによる感度低
下等を防止した長期間安定した性能を維持するためには
、素子表面の汚れを定期的にヒータで焼ききる等複雑な
構戒、操作を必要とした．一方、我々は加熱室壁面に設
けられた通気口を通じて、被加熱物が加熱と共に発生す
る水蒸気等の高温気化物賞を取り出し、この気体を加熱
室外部に設けた焦電素子に当てて、この焦電素子の発生
する電圧のにより加熱の仕上がりを検知するシステムを
特願昭６３−２７４８３６号で提案したごとく検討中で
ある．この方式の場合、検知のメカニズムが焦電素子と
蒸気との熱の授受という物理的な現象をベースとしてい
るので、従来の湿度センサーのように素子表面の汚れで
大幅に感度が変わるといったことが無く、原理的には非
常にシンプルな検知システムを横或できると言う利点が
ある。

発明が解決しようとする課題 しかしながらこの方式の場合、蒸気の持つ熱による焦電
素子の温度変化を利用しているため、被加熱物から発生
した蒸気でなくとも単に高温空気すなわち熱気が急に当
たった場合でも焦電素子は反応して電圧を発生する．こ
のため、加熱装置がマイクロ波以外に第二の熱源として
電気ヒータあるいはガスヒータ等を備えた電子レンジの
場合、ヒータ加熱を行った直後にはこれらヒータ熱源の
残留熱気が加熱室内に多量に残っている．従ってこの状
態でマイクロ波加熱を行うと、焦電素子は被加熱物であ
る食品の加熱状態と無関係に残留熱気に反応して電圧を
発生し、食品が加熱されて発生する蒸気による電圧と区
別できずに誤検知するという課題があった． 上述の課題は、単にヒータ付の電子レンジのヒータ加熱
後だけでなく、マイクロ波のみの加熱であっても長時間
使用した後などでは、加熱室等の温度上昇により当然類
似の現象が発生するため、食品の加熱状Ｕ（加熱の仕上
がり）を精度よく、かつ誤り無く検知することが困難で
あった．又、焦電素子そのものの温度が上昇すると、食
品からの発生蒸気との温度差が小さくなるため、検知感
度そのものが低下する．このように、検知感度が種々の
使用条件により多様に変化するため、なかなか安定した
検知祷度を確保出来ないという！１Ｍもあった． 本発明はかかる従来のｙＡＢを解消するもので、ヒータ
加熱直後等ある程度装置本体がねっせられた状態で、繰
り返し連続して使用する場合においても加熱室内の残留
熱気をｔ！４検知せず、しかも感度の変化に対しても精
度よく検知出来る焦電素子を用いたシステムを実現する
ことを目的としている． 課題を解決するための手段 上記ＩＩＢを解決するため、本発明の加熱装置は焦電素
子で発生した電圧センサー信号処理手段で加工処理した
後、これを受け取って検知や制御を行なう制御部に次の
ような構戊を持たせたものである．すなわち、加熱開始
直後の焦電素子の電圧出力を第一の所定時間測定し、こ
の測定した信号レベルをノイズレベルとして、このノイ
ズレベルを基に予め決められた関係式から検知レベルで
あるしきい値を設定するようにしたもので、食品から発
生する蒸気にまり焦電素子が出力するしきい値以上の電
圧出力を検知することにより仕上がりと判定する方法お
よび機能を制御部に持たせたものである． 作用 本発明はヒータ加熱直後などで加熱室内に残った多量の
残留熱気により焦電素子に電圧が発生し、この電圧が本
来検知すべき蒸気による信号電圧と直接区別できない場
合も、上記した構戒により残留熱気により発生する電圧
レベルに応じて検知のためのしきい値が設定されるので
、残留熱気を誤検知して早切れしたり、又逆にこうした
誤検知を避けようとしてしきい値を一律に高くした場合
に発生する検知遅れや、検知１スを防止することができ
る． 実施例 以下本発明の一実施例に於ける加熱装置であるヒータ付
き電子レンジについて図面と共に説明する． 第２図に示す様に電子レンジ３０は前面には機器の動作
制御を指示入力する為の操作部１３を、外側にはボデー
３ｌを備えており、加熱室１の開口部にはドア３２が開
閉自在に設けられている．第１図に示すように、加熱室
１の壁に被加熱物２を加熱するマイクロ波を供給するマ
グネトロン３と被加熱物２を加熱する第２の熱源である
上ヒータ３５と下ヒータ３４および加熱室ｌ内を照明す
るランブｌ４とを備えている。加熱室ｌの中に設けられ
た被加熱物２を！！置する吻２の加熱中は回転して加熱
の均一化をはかっている．ファンモータ１Ｇはマグネト
ロン３，ランブ１４，マグネトロン３へ高電圧を供給す
る高圧トランスｌ５を冷却する風及び被加熱物２から発
生する水蒸気ガス等を加熱室外へ排出するために加熱室
ｌ内に送り込む風を発生し、ファンモー夕１６の傍らに
設けられたオリフィスｌ７により発生した風の方向や量
が規制されている． これら上述の高圧トランス１５，ファンモータ１６およ
び回転台モータｌ８は駆動手段１ｌにより制御されてい
るが、この駆動手段１１の動作は制御部４からの制御信
号にてｉｌ＋御されている．ファンモータ１６から送ら
れた空気が加熱室１に入った後被加熱物２の水蒸気ガス
を含む機体外へ出ていくには２つの排気通路がある。第
一の排気口１９から第一の排気ガイド２ｌを経由して第
一の排気口２６を通り出て行く第一の排気通路と第２の
排気口２０から第二の排気ガイド２２及び通気パイプ２
３さらに排気ガイドＡ２４及び排気ガイドＢ２５を経由
して第二の排気口２７を通り出て行く第二の排気通路で
ある．この第二の排気通路の内壁面には焦電性を有する
焦電素子５の感熱面が露出されている。

第３図は焦電素子５の詳細説明図で、焦電効果を有する
平板状のセラξツク板３６とその両面に形戒された電極
３７，電極３８およびその一方の面に接着されたステン
レス鋼等の金属［３９とからなっている．この金属板３
９は焦電素子５の感熱面として機能し、蒸気等の高温気
体がこの金属板３９側に当たると、この金属板３９をか
いしてセラ弓ツクＦｉ３６に熱がつたわり、セラξツク
板３６が焦電効果により電圧を発生する。又第３図に示
した焦電素子５の場合、金属板３９に接着される側の電
極３８は、セラξツク板３６の周端の一部を通って反対
側の面まで一部延長されており、電極３７．３８からの
リード＆’）１４０の引出しを、金属板３９に接着され
ない面のみで可能な構威になっている． 例えばセラミック板３６には、ＰＺＴ（ジルコン酸チタ
ン酸鉛）等が考えられる．焦電素子５は電極３７側が分
極の極性が正、Ｔ！１極３８側が分極の極性を負となる
ように分極されており、この分極条件で焦電素子５の温
度上昇により電極３７に正電圧（プラス）が発生する． 第１図に示すように加熱室ｌ内に置かれた被加熱物２（
食品）は、マグネトロン３で発生した２４５０ＭＩＩＺ
のマイクロ波（高周波）により誘電加熱される．加熱と
共に被加熱物２の温度が上昇し、水の沸点近い温度に達
すると多量の高温蒸気が発生し、この蒸気は加熱室１の
天井に設けられた第二の排気口２０を通過し、筒状の通
気パイプ２３に導かれて焦電素子５に当たる．焦電素子
５に当たった蒸気は焦電素子５に多量の熱エネルギーを
与えるが、その熱エネルギーには蒸気が焦電素子５表面
で結露して発生する多量の潜熱も含まれることは当然で
ある． こうして発生する焦電素子５の急激な温度上昇は焦電素
子５内部の分極平１テ状態を乱し、素子表面の電極に急
激な電圧変化のパルス信号を発生する．このパルス信号
は温まった素子に冷たい空気が当たるような急激な温度
降下時にも現れるが、温度上昇の時とは逆特性にパルス
信号が発生する．被加熱物２（食品）から発生した蒸気
は、蒸気より低温の空気中をゆらぎながら移行して行く
から、焦電素子５に当たる蒸気の量は時間的、空間的に
ゆらいでいる．従って被加熱物２（食品）が一定以上の
温度に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５はある瞬間、大量の蒸気で温度が上がるが、
次の瞬間には当たる蒸気の量が僅かになって温度が下が
り、次の瞬間には再び多量の蒸気を受けて温度が上昇す
るといった温度変化（ａ度のゆらぎ）すなわち熱的授受
を繰り返す。

この結果、焦電素子５は被加熱物２（食品）が高温の蒸
気を発生し続ける間、上記説明の熱的授受（／ｉ度のゆ
らぎ）に対応して不規則な正負両極性のパルス状の信号
電圧（交流電圧）を発生し続ける． このように電子レンジ加熱を行い被加熱物２の温度が水
の沸点に近づくと、被加熱物２から急激に蒸気が発生し
、この蒸気により焦電素子５の電極間にはゆらぎに対応
した大振幅の正負両極性のパルス状電圧（交流電圧）ν
（数ｍｖ）を発生することになる。こうして焦電素子５
で発生した電圧センサー信号処理手段１２を経て制御部
４へ伝えられる． 例えば被加熱物２が再加熱メニュー（食品の温め直し）
であれば、多量の蒸気を発生始めた時点でほぼ加熱とし
ては十分な温度となるので、制御部４は焦電素子５より
発生する電圧が予め設定された検知レベル（しきい値）
に達すれば、マグネトロン３及び冷却ファン１６の停止
を判断するというのが碁本的な検知システムの概要であ
る．制御部４は、操作部ｌ３の入カキーボードから入力
された入力信号により、操作部１３へ表示出力信号を出
力したり、駆動手段ｌ１を駆動する信号を出力してマグ
ネトロン３を働かせて被加熱物２を加熱したり、回転台
３３を回転させるといった機能に加え、焦電素子５から
センサー信号処理千段１２を経て伝えられる信号電圧を
もとに各部の制御の為の判断を行う． 次に本願の中心的な役割をはたす制御部での検知や制御
の方式について第４図，第５図にもとすいて説明する． まず本実施例における加熱と自動検知の制御の手順と方
法について、第５図に示すフローチャートに従って述べ
る。まず加熱室１に被加熱物２を入れて加熱開始キーを
押すと制御部４からの制御信号が制御手段ｌ１へ伝えら
れこの制御手段ｌ１によリマグネトロン３（高圧トラン
スｌ５），ファンモータ１６．回転台モータｌ８などの
駆動が開始される（ａ）。制御部４の中で加熱経過時間
Ｔの計数を開始する（ｂ）．加熱経過時間Ｔが所定時間
の開始時刻Ｔ．になるまで待つ（Ｃ）．計測千段６にて
信号電圧の電圧値Ｄを読み取る（ｄ）．記録手段７に読
み取った電圧｛１）を記録して最大値Ｄ．とし、以後新
しく読み取った電圧値Ｄが記録されている最大値Ｄ，よ
り大きければこの値を最大値Ｄ，とする（ｅ）．所定時
間が終了する時刻Ｔ２まで（ｅ）を繰り返す（ｆ）．　
Ｌきい値設定手段８にて記録手段７に記録されてい？最
大値Ｄ．に対応したしきい値を決定する（鎖。

Ｔ■以降、比較計測手段９にて信号電圧がしきい値を一
定時間以上越せば計数Ｎに１追加（Ｎ−Ｎ＋１）する（
ロ）．計数Ｎが所定の数値（例えば５）になるまでステ
ップ（ロ）を繰り返す（ｉ），Ｎ−５となれば検知時間
としてＴ−ｔ４を記録し、これに対応してマグネトロン
を始めとした各部の制御を実施する（ｊ）． 以上フローチャートに従って判定、制御の方法の概要を
示したが、次に第４図に従って出力信号と判定の関係を
中心に説明する． 制御部４内に設けられた計測手段６により加熱開始後の
所定時間の間（　Ｔ　＋からＴ３の時間の間）繰り返し
測定された電圧値Ｄのうちの最大値Ｄ，が記録手段７に
記録される．モして＊ｆ　御部４のしきい値選定手段８
は記録千段７に記録された値Ｄ．に対して検知レベルと
なるしきい値を決定する。

Ｔ８以後このしきい値に検出信号が達しているかいない
かを比較計測千段９が識別し、連続して一定回数設定し
たしきい値を越えたら比較計測手段９内に設けたカウン
ターの計数Ｎに１を追加（Ｎ−Ｎ＋１）する．そしてこ
のカウンターの計数Ｎが予め設定してある回数、例えば
５回に達すれば、被加熱物２の加熱状熊の出来具合いが
程よい状態に達した時刻として検知時刻ｔ，が記録され
る．但し、しきい値を越えたパルス信号の回数は、しき
い値を越える時間が一定以上の時間、例えば１００ｍｓ
．以上連続したとき、これを１カウントするといった方
法をとる． 第一表はしきい値を選択するために用いる分類表の一例
である． 第１表 すなわち第一表ではＤ．の値の３つの範囲別にしきい値
設定用の定数として３種類の定数０．５０．４　，３．
０が用意されており、この表に従ってしきい値が決定さ
れる． 次に第４図に従って第一表を用いた場合の信号？ベルと
検知時間ｉとの関係について説明する。

第６図（ａ）は電子レンジが冷えた状態（前回の使用か
ら一定期間以上放置された状Ｂ）から加熱スタートした
例であり、第４図（ｂ）はヒータ加熱等の直後で加熱室
１内に多量の残留熱気のある状態で加熱スタートした例
をしめしている．第４図（ａ）の場合、加熱がスタート
して被加熱物２から蒸気が発生するまでの間、信号レベ
ルは殆どゼロに近く第一の所定時間（Ｔ．からＴ■）内
に検出される最大値Ｄ，は０．２　ｖであり、しきい値
は０．５ｖと設定される．この結果比較計測手段９によ
り仕上がり検知時間ｔ４が決定されることになる．一方
第４図（ハ）の場合、加熱室ｉ内の多量の残留熱気の影
響で加熱スタート直後からかなりの振幅の信号レベルが
ＩＩ測され、最大値Ｄ．はｏ．７ｖであり、しきい値は
１．ｌｖと残留熱気のために発生する信号レベル（Ｄ．
）より高い値に、また当然のことながら冷時の第４図（
ａ）の場合に比較して高い値に設定される． 以上説明のとうり仕上がり検知時間Ｌ．を決定するしき
い値は被加熱物２から加熱蒸気が発生する以前から検出
される残留熱気等による信号電圧に対応して設定される
ので、ヒータ加熱直後のような熱時に於いても残留熱気
による信号電圧により誤検知（早切れ）してしまうこと
がない．しかも、最大値Ｄ．が一定値以上の場合、第１
表の例で２．５＜Ｄ．の時、Ｄ．の値にかかわらずしき
いちを一定値３．０にしているのはしきい値が大きすぎ
て検知できない（被加熱物から発生する蒸気による信号
がしきい値に達しない）といったことを防止するためで
ある． なお本実施例の焦電素子５は焦電性を備えたセラ竃ツク
素子から構或されているが、この素子は圧電性をも併せ
持っていても差し支えなく、例えば圧電ブザーや超音波
マイクロフォンなど圧電素子の特性を用いたものであっ
ても無電性を持った物であれば、本発明の内容を満足出
来ることは言うまでもない． 発明の効果 以上のように本発明の加熱装置によれば次の効果が得ら
れる． 制御部での検知の判定は、加熱開始後の一定期間（第一
の所定時間）信号電圧の最大値を捉え、この最大値に対
して一定のルールに従って検知レベルであるしきい値を
設定し、このしきい値を越える一定時間幅以上の電圧パ
ルスが一定回数（例えば５回）以上カウントされた時点
を検知時刻ｔ，とするといった方法で実効的な電圧信号
レベルを検出することにより、ヒータ加熱直後のように
加熱室内の残留蒸気による雑音信号レベルが高い場合も
この雑音信号を誤検知して早切れしてしまうと言った問
題を解消出来る． 特に第一の識別手段では実譬的な最大値を検出してこの
値に対してしきい値を決定する一方、比較計測手段では
一定時間幅以上このしきい値を越える信号パルスをカウ
ントするというように信号電圧の判定方法を変えること
により、ノイズ信号と蒸気信号の分離をより確実に出来
るものである．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例における加熱装置の要部ブ
ロック横或図、第２図は同装置の外観斜視図、第３図（
ａ）は同装置の焦電素子の平面図、同図中）は同素子の
断面図、第４図（ａ）、（ｂ）は同装置における時間経
過に伴う焦電素子の検出信号の信号変化図、第５図は本
発明の一実施例フローチャートである． ｌ・・・・・・加熱室、２・・・・・・被加熱物、３・
・・・・・マグネトロン、４・・・・・・制御部、５・
・・・・・焦電素子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）被加熱物を収容する加熱室と被加熱物を加熱する
   加熱手段と、加熱室内の気体の一部を加熱室外に導くた
   めの通気路と、この通気路に配置された焦電素子と、こ
   の焦電素子の出力信号を取り出すセンサー信号処理手段
   と、このセンサー信号処理手段の出力により前記加熱手
   段を制御する制御部とを有し、この制御部は加熱開始後
   の所定時間の間、前記センサー信号処理手段からの出力
   電圧の実質的な最大値を記憶する第一の記憶手段と、こ
   の第一の記憶手段に記憶された前記最大値をもとに予め
   設定した所定の関係式によりしきい値を算定し、かつこ
   の値を記憶するしきい値設定手段と前記所定時間以後前
   記センサー信号処理手段からの出力電圧が前記しきい値
   に達したかどうか比較判定しこの判定結果を出力する判
   定手段と、この判定手段からの出力により前記加熱手段
   を制御する制御手段とからなる加熱装置。
2. （２）加熱開始後、所定時間の間、センサー信号処理手
   段からの出力電圧の実質的な最大値を検出し、この最大
   値である第１の値を記憶する第１ステップと、 この第一の値に応じ、予め設定された関係式によりしき
   い値である第２の値を算出し、この値を記憶する第２ス
   テップおよび 前記センサー信号処理手段からの出力電圧が、前記第２
   の値以上に所定の時間以上連続してなる頻度もしくは前
   記第２の値以上になる累積時間の少なくとも一方を計測
   し、所定の値に達したことを検知して加熱手段の動作を
   制御する第３ステップよりなる焦電素子センサを備えた
   加熱装置の制御方法。
3. （３）第２ステップで予め設定した関係式は、第１の値
   が所定値以上の場合、第２の値は第１の値の大きさに関
   係なく所定の一定値に設定した請求項２記載の加熱装置
   の制御方法。