JPH0374080A - 加熱装置 - 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温
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１で様々な形で実用化され
ている。こうした自動加熱装置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、湿度センサーは素
子表面に吸着した水分子による素子の！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
桐或、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、
被加熱物か加熱と共に発生する水蒸気等の高温気化物質
を取９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によシ加熱の仕上
がシを検知するシステムを特願昭６３−２７４８３６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この熱の授受という物理的
な現象をペ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
構成できると目う利点がある。

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。

上述の問題は、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、食品の加熱状態（加熱の仕上が
シ）を精度よく、かつ誤す無く検知することが困難であ
った。

本発明はかかる背景に鑑み、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、繰少返し連続して使用
する場合においても加熱室内の残留熱気を誤検知せず、
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ｖ４題を解決するために、本発明の加熱装置は、第
一にセンサー信号処理手段を焦電素子の熱的授受に伴っ
て発生する電圧のうち焦電素子より熱を放出する際（温
度降下時）に発生する側の極性の電圧を選択的に取り込
む揖威としたもので、これにより熱気に対する感度を蒸
気に対する感度より低くしたものである。第二はセンサ
ー信号処理手段に低周波数抑制特性を持たせる事によシ
、焦電素子に発生する電圧のうち被加熱物からの蒸気の
揺らぎによって発生する熟的授受よシも変化の遅い回転
台などのマイクロ波加熱の均一化をはかる加熱均一化手
段の駆動に伴って誘発される加熱室内の残留熱気この熱
的授受によって発生する焦電素子の比較的ゆっ＜）シた
周期的成分を除去し、誤検知の要素を削除したものであ
る。

作　　用 本発明は、上記説明の通ｂｔず第１に信号として取り出
す電圧の極性を焦電素子の温度降下時に発生する側に限
定する構成とすることで、第２に変化の遅い例えば回転
台などの回転により誘発されて発生する残留熱気による
電圧成分など焦電素子に発生する電圧のうち低周波分を
除去、抑制する構成とすることによシ、被加熱物から発
生する蒸気以外の残留熱気等の熱によって発生する電圧
そのものが、被加熱物から発生する蒸気によって発生す
る信号電圧に比して大幅に抑圧、除去され残留熱気によ
る誤検知を防止できるようにしたものである。

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
３１を備えており１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３６と下ヒータ３
４および加熱室１内を照明するランプ１４とを備えてい
る。加熱室１の中に設けられた被加熱物２を載置する回
転台３３は回転台モータ１８によシ回転され、被加熱物
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１６はマグネトロン３、ランプ１４、マグネ
トロン３へ高電圧を供給する高圧トランス１６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１内に送シ込む風を発生し、
７アンモータ１６の傍らに設けられたオリフィス１７に
よシ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１ｆｆｉ、７７ンモータ１６
、および回転台モータ１８は駆動手段１１によシ制御さ
れているが、この駆動手段１１の動作は制御部４からの
制御信号にて制御されている。

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行くには
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２１を経由して第一の排気口２６を通シ出て行
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及び通気バイブ２３さらに排気ガイドＡ２４及
び排気ガイドＢ２ｇ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６の詳細説明図で、焦電効果を有する
平板状のセラミック板３６とその両面に形成された電極
３７、電極３８およびその一方の面に接着されたステン
レス鋼等の金属板３９とからなっている。この金属板３
９は焦電素子６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
いしてセラミック板３６に熱かったわｂ、セラミック板
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６の場合、金属板３９に接着される側の電極
３８は、セラミック板３６０周端の一部を通って反対側
の面まで一部延長されて＞、６、電極３７．３８からの
リード線４０の引出しを、金属板３９に接着されない面
のみで可能な構成になっている。

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６は電極３７側が分
極の極性が正、電極３Ｂ側が分極の極性を負となるよう
に分極されてかう、この分極条件で焦電素子６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１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２　４６０　ＭＨ
ｚ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２ｏを通過し、筒状の
通気パイプ２３に導かれて焦電素子６に当たる。焦電素
子６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６表
面で結露して発生する多量の潜熱も含筐れることは当然
である。

こうして発生する焦電素子６の急激な温度上昇は焦電素
子６内部の分極平行状態を乱し、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１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、蒸気よシ低温
の空気中をゆらぎながら移動して行くから、焦電素子６
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−室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６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９、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（温度のゆらぎ）すなわち熱的授受を繰シ返す。

この結果、焦電素子６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（＠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
の沸点に近ずくと、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）ｖ
（数ｍｖ）を発生することになる。こうして焦電素子５
で発生した電圧は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（食品の暖め直し）
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６よう
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基本的な検知システムの概要であ
る。

第４図は本発明の一実施例である加熱装置すなわち電子
レンジに於けるセンサー処理手段１２及び焦電素子６を
中心とした要部の回路構成図、第６図は前記回路構成上
の特定された点（ａ−ａ。

ｂ−ｂ、ａ−ａ）で観測される電圧波形である。

第６図（ａ）は前回の使用から十分時間をおいた後すな
わち冷時に電子レンジ加熱を行った場合、第６図−）は
第２の熱源による加熱をおこなった直後すなわち熱時に
電子レンジ加熱を行なった場合のそれぞれについてａ　
−ａ間に観測される電圧波形を示している。

第６図−）に示す冷時の場合、ｔｏに電子レンジ加熱が
スタートし七、になって被加熱物２である食品から多量
の蒸気が発生した時点で信号が発生している。第５図（
ロ）の場合には、第二の熱源である上ヒータ３５、下ヒ
ータ３４を使ったあこのため、残留熱気による雑音信号
が発生し、本来検知すべき蒸気信号と混在することにな
る。この雑音信号についてさらに詳細に説明すればつぎ
のようになる。

電子レンジ加熱をｔ０スタートすると同時に、７１ンモ
ータ１６が作動しこれによる冷風が焦電素子６を冷却す
るため、焦電素子６の温度が降下し、スタート直後正電
圧（電極３８側）を発生ずる。ついで冷却ファン１６の
風により加熱室１内に残った熱気が通気路を通って焦電
素子６に達し焦電素子６の温度が上昇するため、素子電
圧は大きく負側へ振れ最大の電圧を発生する。こうして
−旦大きく、負側へ振れた電圧も焦電素子６の温度上昇
が飽和して再び低下始めると正側へ振れ、その後再び零
電圧に戻って、平衡状態に達するといった電圧変化を示
す。

以上この変化は加熱スタート直後の数秒から数十秒の速
さで発生し、電子レンジ加熱をスタートした最初の３０
秒間以内（ｔｌｌでに）にはｊ！終了するが、スタート
直後に発生するこの過度的な電圧が終了した後も、加熱
室１庫内に残った熱気により冷時には発生しない雑音電
圧が発生し、本来検出すべき蒸気信号と混在することに
なる（第６図ｂ）。量。からｔ、の間の電圧はこうした
残留熱気によるものである。

さて本発明ようなる第４図に示すセンサー信号処理手段
１２及び焦電素子６の回路構成の場合、制御部４にて読
み取られる前に整流ダイオード４１により半波整流する
構成で、焦電素子６の負の温度変化に対して発生する電
圧（第６図で正の電圧）が残るように焦電素子５の極性
が選択されている。

従って、第５図（ロ）に示されるように冷却ファン１６
のスタート直後の数十秒間に発生する電圧のうち、残留
熱気により発生し、最も誤検知の原因となる可能性の高
い最大振幅電圧を含む負側の電圧上検知には影響しない
ことになる。

さらに焦電素子６の蒸気や熱気に対する発生電圧は、熱
に対して反応するという点では同じであるが、その反応
の仕方は、両者で文の様な差がある。まず蒸気に対して
は上昇時、下降時とも正負同程度の電圧が発生するのに
対し、熱気に対しては、上昇時に対し下降時には発生電
圧が比較的低ｂｏこれは蒸気の場合、温度降下が付着水
滴の気化の気化熱の効果が大きいのにたいして、熱気の
場合こうした物理的変化を伴わないことによると考えら
れる。いずれにせよこうした焦電素子５の感度特性によ
り、ヒータ加熱後に蒸気検知しようとした場合、熱気に
より発生する雑音電圧は、蒸気による第知電圧に比して
温度下降時にその電圧振幅がちいさいので、本発明の回
路構成及び焦電素子６の接続極性によりｍ音電圧を蒸気
信号として誤って検知する可能性が大幅に低減される。

さらに本発明よシなる第４図に示すセンサー信号処理手
段の回路は、７＝ＯＲで決する時定数がＴ＝Ｏ，ｓ〜１
．０冠前後になるように選定されたコンデンサー０４２
、抵抗Ｒ４６で桐或された高域通過ＲＣ回路４３を有し
ている。蒸気によル発生する検知信号の周波数成分は６
服以上の周波数帯域１で比較的広く存在するのに対し、
熱気による雑音電圧はＲＣ秒に１回程度の回転台３３０
回転により誘起される熱気の揺らぎが大きな要因となっ
ているので、その変化は比較的遅く周波数成分も１／Ｔ
Ｔヘルツ（隠）（ただしＴＴは回転台３３０回転周期）
から２ヘルツ付近を主体に分布している。従って上述の
ように熱時の雑音が混在した場合も、この高域通過ＲＣ
回路４３等の低周波抑制手段によシ低周波を主体とした
残留熱気による雑音成分が蒸気による信号成分以上に減
衰される。

抑制する周波数帯域をどうするかは、検出すべき信号電
圧の周波数成分と減衰すべき雑音電圧の周波数成分この
相対的な関係で決まるが、上述のような条件から抑制周
波数の実質適な上限値は２ヘルツから１／ＴＴの範囲、
特に１ヘルツから２ヘルツに設定するのが最良である。

この結果蒸気信号のＳ／Ｎ比を高くとることができ、誤
検知の発生する確率が大幅に低減する。又この高域通過
Ｒｅ回路４３が焦電素子６に直流電圧の印可されるのを
防止するＤＣカット回路としても機能することは当然で
ある。焦電素子５は一般的に銀電極を用いてか９、銀の
マイグレーシランによる絶縁劣化を防止するためにＤＣ
（直流）電圧の印可は避けねばならない。第６図Ｃはこ
うして高域通過ＲＣ回路をへた電圧波形を、第６図ｄは
この電圧がさらに整流ダイオード４１で半波整流されて
制御部４へ出力される電圧波形を示している。このよう
に加熱室１内の残留熱気により発生する雑音電圧はセン
サー信号処理手段１２で大幅に抑制されて制御部４に伝
えられることになる。

制御部４は、操作部１３の入力キーボードから入力され
た入力信号によシ、操作部１３へ表示出力信号を出力し
たシ、駆動手段１１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を加熱したシ、回転台３３
を回転させるといった機能に加え、焦電素子６からセン
サー信号処理手段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ものである。

本発明の加熱装置では、上述のとおシ制御部４に残留熱
気などにともなう雑音電圧が低減された上でセンサー信
号が伝えられるので、誤検知のない精度の高い制御が可
能となるものである。

なお本実施例の焦電素子６は焦電性を備えたセラミック
素子から構成されているが、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
ても焦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１でもない。

発明の効果 本発明の加熱装置はまず第一にセンサー信号処理手段が
焦電素子の発生する電圧のうち焦電素子の温度降下時に
発生する極上の電圧（半波）のみを検出する構成とする
ことにより１ヒータ加熱後で加熱室に多量の熱気が残っ
た状態でスタートしても、スタート直後の数十秒間に残
留熱気によシ焦電素子の温度が上昇して発生する大振幅
の電圧が除去されるのでこの種の残留熱気による誤検知
が防止される。さらに焦電素子の感度特性から温度下降
時の熱気の揺らぎに対する感度が、蒸気の揺らぎに対す
る感度より低くなることから、残留熱気による誤検知が
発生しにくくなっている。

又第二にセンサー信号処理手段が変化の遅い周波数成分
を除去する低周波抑制手段を持つ構成となっているので
被加熱物よう発生する蒸気の揺らぎ信号より変化の遅い
回転台の回転等により誘発される残留熱気この熟的授受
によって生ずる電圧成分が除去され、これら残留熱気に
よる誤検知の発生する確率を大幅に低減することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に於ける加熱装置の要部シス
テムブロック徊或図、第２図は同加熱装置の外観斜視図
、第３図（ａ）は同加熱装置に於ける焦電素子の平面図
、同図伽）は同素子の断面図、第４図は同加熱装置に於
ける要部回路禍戒図、第６図は同回路上の特定された点
で観測される電圧波形図である。 １・・・・・・加熱室、２・・・・・・被加熱物、３・
・・・・・マグネトロン、４・・・・・・制御部、６・
・・・・・焦電素子、１２・・・・・・センサー信号処
理手段。

Claims (7)

【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、前記センサー処理手段も
   しくは制御部の少なくとも一方に、前記焦電素子が熱的
   授受に伴って発生する交流電圧のうち、焦電素子より熱
   を放出する（温度が降下する）際に発生する側の極性の
   電圧を選択的に取り込む選択手段を有した加熱装置。
2. （２）選択手段はセンサー信号処理手段に設けたダイオ
   ードとした請求項１記載の加熱装置。
3. （３）選択手段はセンサー信号処理手段に設けた一方向
   の極性のみの増幅特性を有する増幅回路とした請求項１
   記載の加熱装置。
4. （４）選択手段は制御部に設けた一方向の極性のみの電
   圧を選択的に採用する回路手段とした請求項１記載の加
   熱装置。
5. （５）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、前記センサー信号処理手
   段は前記焦電素子が熱的授受に伴って発生する交流出力
   電圧のうち低周波成分を抑制する低周波抑制手段を有し
   この低周波抑制手段の抑制周波数の実質的な上限値を２
   ヘルツ以下とした加熱装置。
6. （６）被加熱物を載置する回転台を有し、低周波抑制手
   段は抑制周波数の実質的な上限値を２ヘルツから１／Ｔ
   ＿Ｔヘルツ（ただしＴ＿Ｔは回転台の回転周期）の間に
   設定した請求項５記載の加熱装置。
7. （７）低周波抑制手段は高域通過ＲＣ回路で構成された
   請求項５または６記載の加熱装置。