JPS63730B2

JPS63730B2 -

Info

Publication number: JPS63730B2
Application number: JP5748479A
Authority: JP
Inventors: Hajime Tachikawa; Masahiro Ishihara
Original assignee: Hitachi Netsu Kigu KK
Current assignee: Hitachi Netsu Kigu KK
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1979-05-10
Publication date: 1988-01-08
Also published as: JPS55149044A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、被加熱物のこげ目を検知し自動的に
適正加熱するための制御機構を有する加熱装置に
関するものである。

加熱室内に収納されている被加熱物に電気ヒー
タまたはガスバーナ等による熱気あいは赤外線を
供給して被加熱物を加熱する電気オーブン、ガス
オーブン（またはグリル）、オーブンレンジ等の
加熱装置において、被加熱物のこげ目の程度の制
御は、従来タイマーを用いて使用者が加熱時間を
設定する方法で行なつている。しかし、被加熱物
の量および含水率組成物質の種類さらには形状な
どによつて所望のこげ目を得る加熱時間がそれぞ
れ異なるために、加熱時間の設定には相当の熟練
を必要とし、しばばしば不適当な設定によつて被
加熱物の加熱に過不足を生じていた。このため、
タイマーを設けていても実際には使用者がたえず
被加熱物のこげ目の程度を監視していなければな
らず、使い勝手が悪いという欠点を有していた。
上述のタイマーを使つた制御の欠点を克服し、こ
の種こげ目付け加熱を自動制御する技術の従来例
に、米国特許第3867039号の発明がある。この米
国特許発明は被加熱物表面の色彩（color）ある
いは色調（tint）の変化を検知して例えばロース
ト（roasting）やベイク（baking）を制御すると
いうものである。すなわち、制御用データとして
利用される色彩または色調があらかじめ定められ
た絶対値になつたときに加熱を制御するというも
のである。

ところがこの米国特許発明のように、被加熱物
表面の色彩、色調が単に一定の絶対値になつたと
きに加熱を制御するものにあつては、例えば、白
いパン、黒いパン、それに薄くこげているパンの
それぞれを焼く場合を考えると、白いパンが適正
に焼き上げられるように設定されているときに
は、黒いパンは全く焼かれないか、もしくは殆ど
焼かれないことになる可能性があり、また、すで
に薄くこげているパンの場合には、一層の焼き込
みを期待しても期待どおりに焼き上げられない可
能性がある。つまり、単に一定の絶対値による制
御では、多種多様な食品に対して、所望のこげ目
を付けることができないという問題を有してい
る。

本発明の目的は前述した従来技術の欠点を解消
し、被加熱物のこげ目の程度を適正に自動制御す
る加熱装置を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明は加熱室の
被加熱物に可視光を照射するランプと被加熱物表
面からの反射光を受光する光センサ（フオトダイ
オード）設け、照度の変化によつてこげ目の状態
を検出し、適正なこげ目が生じた時点で電気ヒー
タ、ガスバーナ等による加熱を停止させるように
し、特に電源変動等に起因するランプの照射光変
動による制御バラツキを改善するために照射光を
検知する光センサを設け、補償するようにした。

以下本発明を図面を用いて具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例であつて、熱風循環
式オーブンレンジの断面図を示すものである。こ
の第１図において、１は加熱室、２は耐熱高周波
低損失材料からなるターンテーブル、３は被加熱
物、４はドア、５および５′は電気ヒータ、６は
高周波発振管、７は導波管、８はターンテーブル
２用のモータ、９はフアン、１０はランプ、１１
は集光部、１２は鏡、１３は受光範囲調節用レン
ズ１４は光センサ（可視光用フイルタ付フオトダ
イオード、）１５は制御装置、１６は電源装置、
１７，１７′は送風口、１８は吸入口、１９はパ
ンチ孔、２０は耐熱ガラス、２１はランプ１０の
光を検知する光センサ（フオトダイオード）であ
る。なお集光部１１、鏡１２、レンズ１３は耐熱
材料からなるものである。今、ドア４を開いてタ
ーンテーブル２上に被加熱物３を置き、ドア４を
閉じて電源装置１６を駆動すると、ランプ１０が
点灯して被加熱物３を照明し、被加熱物３の反射
光が集光部１１、鏡１２、レンズ１３を経て光セ
ンサ１４に送られ、光センサ１４は制御装置１５
に照度の信号を送る。また、光センサ２１はラン
プ１０の光を検知し、その照度の信号を制御装置
１５に送る。制御装置１５は光センサ２１からの
信号によつてランプ１０の光の変動を補償しなが
ら、光センサ１４からの照度信号（被加熱物３か
らの反射照度信号）を記憶して、電源装置１６を
制御する。一方、電気ヒータ５および５′、フア
ン９が動作を開始して、熱風が送風口１７，１
７′から加熱室１内に送り込まれる。なお、熱風
は吸入口１８を通つて循環する。被加熱物３はこ
の熱風によつて加熱される。また同時に、ターン
テーブル２用のモータ８が動作して、被加熱物３
の加熱ムラをより少なくする。

やがて被加熱物３の表面がこげだすと光センサ
１４の検知する照度はこげの程度に対応して低下
する。この照度があらかじめ設定した値に達する
と、制御装置１５は電源装置１６に信号を送る。
電源装置１６はこの信号を受けて電気ヒータ５お
よび５′およびフアン９の動作を停止させるとゝ
もに、モータ８、ランプ１０の動作を停止させ
る。これにより被加熱物３の加熱は終了する。な
お、この第１図中光を点線で、熱風を一点鎖線で
示した。

次に、第２図に示した制御装置１５の回路構成
の一実施例を説明する。第２図において、１４は
被加熱物３の表面からの照度（こげ目）を検知す
る光センサであつて、可視光用フイルタを設けた
フオトダイオードである。また、２１はランプ１
０の照度を検知する光センサであつて、フオトダ
イオードである。２２はトランス、２３，２４は
ダイオード、２５は平滑用のコンデンサ、２６は
ツエナーダイオード、２７は抵抗、２８は電流増
幅形の演算増幅器、２９は演算増幅器２８の負の
入力端子、３０は演算増幅器２８の正の入力端
子、３１は抵抗、３２は電流増幅形の演算増幅
器、３３は演算増幅器３２の負の入力端子、３４
は演算増幅器３２の正の入力端子、３５，３６は
抵抗、３７は差動増幅形の演算増幅器、３８は演
算増幅器３７の負の入力端子、３９は演算増幅器
３７の正の入力端子、４０〜４２は抵抗、４３は
コンデンサ、４４は抵抗、４５はボリユーム、４
６はボリユーム４５の中間端子、４７，４８は抵
抗、４９はダイオード、５０はコンデンサ、５１
はダイオード５２は比較器、５３は比較器５２の
正の入力端子５４は比較器５２の負の入力端子、
５５は抵抗、５６はダイオード、５７はNPN型
のトランジスタ、５８はリレー、５９はダイオー
ドである。

こゝでトランス２２の一次側に交流電圧100V
を印加すると、二次側に発生した交流電圧をダイ
オード２３，２４が整流し、コンデンサ２５はこ
の電圧を平滑してツエナーダイオード２６、抵抗
２７の両端に直流電圧を印加する。ツエナーダイ
オード２６はその両端に安定化電圧Vzを発生す
る。一方演算増幅器２８の入力端子２９，３０間
に接続したフオトダイオード１４は被加熱物３の
表面からこげ目の状態に応じて反射してくる光の
照度に比例して光電流を流す。この場合照度が高
いほど光電流は多く流れる。この光電流と負帰還
のために設けた抵抗３１の積の電圧が演算増幅器
２８の出力電圧として発生する。この出力電圧は
被加熱物３のこげ具合を検知した電気信号であつ
て、被加熱物３の表面からの照度が低下するとフ
オトダイオード１４の光電流が減少するために低
下する。以後、この出力電圧をこげ目検知電圧
V_Aと呼ぶことにする。このこげ目検知電圧V_Aを
抵抗３６を介して演算増幅器３７の正の入力端子
３９に印加する。

他方、演算増幅器３２の入力端子３３，３４間
に接続したフオトダイオード２１はランプ１０か
ら照射された照度に比例して光電流を流す。この
場合も上述と同様に照度が高いほど光電流は多く
流れ、またこの光電流と負帰還のために設けた抵
抗３５の積の電圧が演算増幅器３２の出力電圧と
して発生する。以後、この電圧をランプ光検知電
圧V_Bと呼ぶ。このランプ光検知電圧V_Bを抵抗４
１を介して演算増幅器３７の負の入力端子３８に
印加する。なお、ランプ光検知電圧V_Bとこげ目
検知電圧V_Aとの間にV_B＜V_Aという関係が成り立
つように設定されている。演算増幅器３７は
（V_A−V_B）を抵抗４０，４１で決められる倍率で
増幅し、電圧V_Iを出力する。従つて、この電圧
V_Iはランプ１０の照度変動を補償したこげ目検
知電圧に相当する。つまりランプ１０の照度が変
動したときには被加熱物３の反射光照度も上記ラ
ンプ１０の照度の変動の方向と同一の方向に変動
するからである。以後、この電圧V_Iをこげ目検
知電圧V_Iと呼ぶことにする。こげ目検知電圧V_I
は抵抗４２と安定化電圧V_Zに一端を接続したコ
ンデンサ４３からなるローパスフイルタを介して
比較器５２の正の入力端子５３に印加する。この
入力端子５３に印加する電圧V_I′を電圧V_A，V_Iと
同様こげ目検知電圧と呼ぶことにする。また、こ
げ目検知電圧V_Iを抵抗４４，４７とボリユーム
４５の直列回路にも印加し、ボリユーム４５の中
間端子４６によつて分圧する。この分圧した電圧
V_Rは電流制限用の抵抗４８を介してダイオード
４９およびコンデンサ５０からなるコンデンサメ
モリ回路に入力される。コンデンサ５０はほゞ電
圧V_Rの最大値を記憶し、比較器５２の負の入力
端子５４に基準電圧V_Cを印加する。なお、比較
器５２の両入力端子５３，５４間に接続したダイ
オード５１は、ダイオード４９のもれ電流の補償
とコンデンサ５０放電用として設けたものであ
る。比較器５２は入力電圧V_I′およびV_Cを比較
し、V_I′＞V_Cのときに高レベルの出力電圧を、ま
たV_I′＜V_Cのときに低レベルの出力電圧をトラン
ジスタ５７のベースに供給する。なお、比較器５
２の正の入力端子５３から出力側へ抵抗５５とダ
イオード５６の直列回路を接続して正帰還をか
け、一旦比較器５２の出力電圧が低レベルになつ
た場合には、そのまま低レベルを保持させる。ト
ランジスタ５７のコレクタは安定化電圧V_Zに接
続し、エミツタはリレー５８の一次コイルに接続
して、エミツタホロワを構成する。従つて、比較
器５２の出力電圧とほぼ同じ電圧がリレー５８の
一次コイルに印加される。比較器５２の出力電圧
が高レベルのときにトランジスタ５７のエミツタ
の電圧は高レベルとなり、リレー５８の一次コイ
ルに電流が流れてリレー５８の二次接点はオンと
なる。同様にして、比較器５２の出力電圧が低レ
ベルのときはリレー５８の二次接点がオフとな
る。この二次接点を電源装置１６に接続すること
により、電源装置１６を制御する。なお、電源装
置１６はリレー５８の二次接点がオンのときに動
作するように構成する。リレー５８の一次コイル
と並列に接続したダイオード５９はトランジスタ
５７のエミツタ電圧が高レベルから低レベルにな
つた場合のリレー５８の一次コイルの電流引き込
みを対策するために設けたものである。

以上の回路において、被加熱物３を受皿２上に
置いてドア４を閉め、パネル上のスタートボタン
（図示せず）を押してオンにし、トランジスタ２
２の一次側に交流電圧100Vを印加する。このと
きコンデンサ２５の両端に直流電圧が発生し、ツ
エナーダイオード２６の両端に安定化電圧V_Zが
発生する。また、この時点ではコンデンサ４３，
５０が交流的に短絡であり、また、抵抗４４，４
７、ボリユー４５によつて基準電圧V_Cがこげ目
検知電圧V_I′よりも低く設定されているため、比
較器５２は高レベルの電圧を出力しており、した
がつてトランジスタ５７のエミツタは高レベルの
状態にあるので、リレー５８の一次コイルに電流
が流れ、二次接点はオンになる。よつて電源装置
１６が動作するとゝもに、ランプ１０が点灯して
被加熱物３を照明し、また、フアン９、電気ヒー
タ５５′、ターンテーブル用モータ８が動作を開
始する。この時フオトダイオード２１はランプ１
０の照度を受光して光電流を著しく増加させ、ラ
ンプ光検知電圧V_Bは上昇する。同時に、被加熱
物３の反射光をフオトダイオード１４が受光して
著しく光電流を増加させ、こげ目検知電圧V_Aは
上昇する。演算増幅器３７は電圧V_A、V_Bの差の
電圧を増幅しているために、こげ目検知電圧V_I
も上昇する。また、コンデンサ５０はダイオード
４９を介して充電される。やがて被加熱物３がこ
げだすと、被加熱物３の表面からの照度は下がり
はじめ、フオトダイオード１４の光電流は徐々に
減少していく。このため、こげ目検知電圧V_Iは
徐々に下つていく。この結果、電圧V_Rも同様の
の経過をたどつて下つていくので、ダイオード４
９がカツトオフしコンデンサ５０に基準電圧V_C
が記憶される。さらにこげの状態が進行して、こ
げ目検知電圧V_I′が基準電圧V_Cよりも値が小さく
なると、比較器５２はトランジスタ５７のベース
に供給していた高レベルの電圧を低レベルの電圧
に反転させる。なお、この低レベルの電圧は抵抗
５５、ダイオード５６による正帰還回路によつて
保持される。トランジスタ５７のエミツタ電圧は
ベース電圧が低レベルとなるため、同じく低レベ
ルとなる。従つてリレー５８の一次コイルに電流
が流れず、二次接点はオフになつて、電源装置１
６が動作を停止する。このため、ヒータ５，５′、
ランプ１０、フアン９、モータ８も動作を停止し
て加熱は終了する。

次に、フオトダイオード２１によるランプ１０
の照度変動の補償効果について述べる。第３図は
第２図におけるこげ目検知電圧V_Iと基準電圧V_C
をフオトダイオード２１周辺回路がない場合（抵
抗４１の演算増幅器３２出力側を入力端子３４に
接続しなおした場合）について示したものであり
第４図は第２図に示す場合について示したもので
ある。なお、横軸は時間である。まず第３図であ
るが、被加熱物３の加熱が時間t₀（≒０）から開
始されるとともにランプ１０が点灯し、こげ目検
知電圧V_Iはやゝ上昇する。これに伴つて基準電
圧V_Cも上昇する。やがて時間t₁になると電圧V_I
はピークに達し、被加熱物３がこげだすと次第に
低下していく。基準電圧Vcはこの時点で電圧V_R
のピークを保持する。ただし厳密には、この後第
２図のダイオード５１の漏れ電流分によつて少し
づつVcは上昇をづつけ、やがてピークに達する
と今度はダイオード４９、コンデンサ５０、（お
よじ比較器５２）の漏れ電流分によつて少しづつ
下降していく。この時間t₁以後において、電気ヒ
ータ５，５′が加熱室１内温度の調節のために時
間t₂でオフにされると、交流電源電圧が変動し
て、ランプ１０の照度が増加する。したがつて、
被加熱物３からの反射光照度も増えて、こげ目検
知電圧V_Iは上昇する。同様に、時間t₃で電気ヒー
タ５，５′がオン、時間t₄でオフ、時間t₅でオン
とすると、図中のV_Iに示すようになる。従つて、
基準電圧Vcがこげ目検知電圧V_Iより大きくなる
時間はこの電圧ヒータ５，５′の変動によつてば
らつき、制御性能を悪くさせる。また同様に他の
機器の影響を受けて電源の変動があつても制御性
能を悪くさせる。第４図はフオトダイオード２１
およびその周辺回路を設けたために、第３図に示
したような電圧V_Iの変動がないことを表わす。

本発明によれば、食品表面からの反射光照度が
加熱の進行に伴つてどれだけ変化したかという反
射光照度の相対的な変化の量があらかじめ設定し
た値になつたときに加熱動作を制御するので、従
来にないすぐれた性能が発揮される。参考例とし
て具体的な食品を挙げて適正なこげ具合とはどう
いうものであるかを簡単に説明しておくことにす
る。

第５図は加熱の初期段階における食品表面から
の反射光照度（反射光照度の最大値）を基準
（100％）とした場合に、各種食品のこげの適正範
囲（最適範囲５がどの程度すなわち何％になつて
いるかということを説明するものである。これら
の食品は、加熱前にすでに特有の色をもつている
のが普通であるから、反射光照度の絶対値を測定
して加熱を制御するのでは、いくらもこげ目を付
けられずに加熱が終わつてしまつたり、あるいは
また全く付けられない場合すら出てしまうことが
ある。

本発明では、反射光照度の変化分（相対的な変
化の量）を制御用のデータとして取り扱うので、
第５図の例えば65％という値にあらかじめ動作点
を設定しておけば、多種の食品に対して概ね適正
なこげ目を与えることが可能になるわけである。

しかも、本発明では光源の照度変動を検知する
第２の光センサにより補償しているので、確実な
加熱制御が行える。人の目に頼つた場合には、こ
の第２の光センサに相当するものがないため、光
源の照度変動があると被加熱物のこげ目が変化し
ているように見えてしまい、不適当な制御をしが
ちであるが、本発明によれば、適正な制御が保証
される効果がある。

なお、本実施例では被加熱物からの反射照度
（こげ目）を検知する光センサーに可視光用フイ
ルタをつけたフオトダイオードを用いたが、cds
などの他の光センサを用いてもよく、また光源の
照度を検知する光センサにフオトダイオードを用
いたが、他の光センサを用いても本発明は有効で
ある。

また、本実施例の説明では加熱室の外部近傍に
光源と光センサを設ける場合について述べたが、
加熱室内に設けてもよく、特に光源の照度を検知
する光センサの加熱室内に設けて第１図の耐熱ガ
ラス２０の汚れを考慮した検知を行なつても本発
明は効果を有する。

さらに、本実施例では光源と光センサをそれぞ
れ１つとして説明したが、複数としても本発明は
有効である。

また、本実施例ではこげ目を検知した信号があ
らかじめ定めた値に達した時に加熱を停止する場
合について述べたが、加熱の程度もしくは加熱の
形態あるいは加熱手段を変化させる場合について
も本発明は有効である。

なお、光源としてランプを挙げて説明したが、
他の光源を用いても本発明は有効である。

さらに、光源と光源照度を検知する光センサの
間に光学フイルタ、オプチカルフアイバ等の光学
系を設けても本発明は有効である。

また、第２図に示した実施例（回路構成）にお
いて、ツエナーダイオード２６と並列に抵抗を接
続して、交流電源が切り離されたときの各コンデ
ンサの放電経路を設けても本発明の効果は変らな
い。

また、本実施例では電気ヒータを用いた構成に
ついて述べたが、ガスバーナ等による加熱形態で
あつても本発明は効果を有する。

さらに、光源照度を検知する光センサに若干、
加熱装置の外部光をあてるように構成しても本発
明は効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の加熱装置の一実施例であつて
断面を示す図、第２図は本発明の制御装置の回路
構成の一実施例を示す図、第３図は光源照度の変
動補償を行なう光センサがない場合のこげ目検知
信号電圧と基準電圧の特性を示す図、第４図は光
源照度変動の補償を行なう光センサを設けた場合
のこげ目検知信号電圧と基準電圧の特性を示す図
である。第５図は本発明の効果を説明するための
説明図である。図において、１…加熱室、３…被加熱物、５，５′…電気ヒ
ータ、１０…光源、１４…光センサ（可止光用フ
イルタ付フオトダイオード）、１５…制御装置、
１６…電源装置、２１…光センサ（フオトダイオ
ード）、５８…リレー。

Claims

【特許請求の範囲】

１加熱室内に収納された被加熱物を加熱する電
気ヒータまたはガスヒータと、上記被加熱物に可
視光を照射する光源と、上記被加熱物の表面から
の反射照度を検知する第１の光センサと、上記光
源の照射照度を検知する第２の光センサと、上記
第１の光センサの検知信号を上記第２の光センサ
の検知信号にもとづいて補償する補償手段と、こ
の補償手段によつて補償された上記第１の光セン
サの検知信号を加熱初期に記憶する記憶手段と、
この記憶手段の出力信号と上記補償手段によつて
補償された上記第１の光センサの検知信号とを比
較する比較手段と、この比較手段の出力である比
較データが所定値に達した時に上記電気ヒータま
たはガスヒータを制御する制御手段とを備えたこ
とを特徴とする加熱装置。