JPS63731B2

JPS63731B2 -

Info

Publication number: JPS63731B2
Application number: JP5748579A
Authority: JP
Inventors: Hajime Tachikawa; Masahiro Ishihara
Original assignee: Hitachi Heating Appliances Co Ltd
Current assignee: Hitachi Global Life Solutions Inc
Priority date: 1979-05-10
Filing date: 1979-05-10
Publication date: 1988-01-08
Also published as: JPS55149045A

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るいは赤外線
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、この種の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（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）を設け、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、特に加熱室内に入射する光の変動による制
御バラツキを改善するために外部光を検知する光
センサ（cds）を設けて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はフアインダ付ドア、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、１
６は電源装置、１７および１７′は送風口、１８
は吸入口、１９はパンチ孔、２０は耐熱ガラス、
２１は加熱室１の外部の光を検知する光センサ
（cds）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２
１は加熱室外部の光を検知し、その照度の信号を
制御装置１５に送送る。制御装置１５は光センサ
２１からの信号によつて外部光の変動を補償しな
がら、光センサ１４の照度信号（被加熱物３から
の反射照度の信号）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１７，１７′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′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は加熱室外
部の光の照度を検知する光センサであつて、cds
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、３１，３
２は抵抗、３３は差動増幅形の演算増幅器、３４
は演算増幅器３３の負の入力端子、３５は演算増
幅器３３の正の入力端子、３６〜３９は抵抗、４
０はコンデンサ、４１は抵抗、４２はボリユー
ム、４３はボリユーム４２の中間端子、４４，４
５は抵抗、４６はダイオード、４７はコンデン
サ、４８はダイオード、４９は比較器、５０は比
較器、５０は比較器４９の正の入力端子、５１は
比較器４９の負の入力端子、５２は抵抗、５３は
ダイオード、５４はNPN型のトランジスタ、５
５はリレー、５６はダイオードである。

ここでトランス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V_Z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
として発生する。この出力電圧は被加熱物３のこ
ご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３３の正の入力端子３５に印加す
る。

他方、安定化電圧V_Zをcds２１と抵抗３２が分
圧し、電圧V_Bを発生する。この電圧V_Bはcds２１
が受光照度に比例して抵抗値を変化させる（明る
い程、抵抗値は小さくなる）のに伴つて変化する
電圧である。以後、この電圧を外部光検知電圧
V_Bと呼ぶことにする。この外部光検知電圧V_Bを
抵抗３８を介して演算増幅器３３の負の入力端子
３４に印加する。なお、外部光検知電圧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３３は
（V_A−V_B）をほゞ抵抗３７，３８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は外部光の照度変動を補償したこげ目検
知電圧に相当する。つまり外部光の照度が変動し
たときには被加熱物３の反射光照度も上記外部光
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３
９と安定化電圧V_Zに一端を接続したコンデンサ
４０からなるローパスフイルタを介して比較器４
９の正の入力端子５０に印加する。この入力端子
５０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４１，４４とボリユーム４２の直
列回路にも印加し、ボリユーム４２の中間端子４
３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４５を介してダイオード４６およ
びコンデンサ４７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４７はほゞ電圧V_Rの
最大値を記憶し、比較器４９の負の入力端子５１
に基準電圧V_Cを印加する。なお、比較器４９の
両入力端子５０，５１間に接続したダイオード４
８は、ダイオード４６のもれ電流の補償とコンデ
ンサ４７放電用として設けたものである。比較器
４９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５４の
ベースに供給する。なお、比較器４９の正の入力
端子５０から出力側へ抵抗５２とダイオード５３
の直列回路を接続して正帰還をかけ、一旦比較器
４９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５４
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５５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４９の出力電
圧とほゞ同じ電圧がリレー５５の一次コイルに印
加される。比較器４９の出力電圧が高レベルのと
きにトランジスタ５４のエミツタの電圧は高レベ
ルとなり、リレー５５の一次コイルに電流が流れ
てリレー５５の二次接点はオンとなる。同様にし
て、比較器４９の出力電圧が低レベルのときはリ
レー５５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
５５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５５の一次コイルと並列に接続
したダイオード５６はトランジスタ５４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５５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、トランス２２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４０，４７
が交流的に短絡であり、また抵抗４１，４４、ボ
リユーム４２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
４９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５４のエミツタは高レベルの状態
にあるのでリレー５５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５，５′、
ターンテーブル用モータ８が動作を開始する。こ
の時、被加熱物３の反射光をフオトダイオード１
４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を上昇させる。一方cds２１は外部光を
検知して、外部光検知電圧V_Bを決める。演算増
幅器３３は電圧V_A，V_Bの差の電圧を増幅して、
こげ目検知電圧V_Iを上昇させる。また、コンデ
ンサ４７はダイオード４６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
面からの反射光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も同様の経過をたどつて下つ
ていくので、ダイオード４６がカツトオフし、コ
ンデンサ４７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４９
はトランジスタ５４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５２、ダイオード
５３による正帰還回路によつて保持される。トラ
ンジスタ５４のエミツタ電圧はベース電圧が低レ
ベルとなるため、同じく低レベルになる。従つ
て、リレー５５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１６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、cds２１による外部光照度変動の補償効
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を示したものである。
なお、横軸は時間である。被加熱物３の加熱が時
間t₀（≒０）から開始されるとゝもにランプ１０
が点灯し、こげ目検知電圧V_I（図中、一点鎖線）
は被加熱物３の特性によつて異なるが、やゝ上昇
する。これに伴つて基準電圧V_C（図中、実線）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V_Cはこの時点で電圧V_Rのピーク
値をほぼ保持する。ただし厳密には、この後第２
図のダイオード４８の漏れ電流分によつて少しづ
つV_Cは上昇をつづけ、やがてピーク値に達する
と、今度はダイオード４６、コンデンサ４７およ
び比較器４９の漏れ電流分によつて少しづつ下降
していく。やがて時間t₃になると、V_I＜V_Cとな
つて加熱は終了する。なお、このとき比較器４９
と抵抗５２、ダイオード５３のために両電圧V_I，
V_Cはいつきに引き下げられる。一方cds２１によ
る外部光の補償がない場合には、フアインダ付ド
ア４側から加熱室１に入射する光によつて電圧
V_Iは変化してしまう。このもようを電圧V_I″（図
中二点鎖線）で示す。時間t₂においてドア４側に
ある比較的照度の高い光源が点灯されると、電圧
V_IはV_I″に上昇し、そのまゝ被加熱物３のこげ目
の進行に応じて下つていく。従つて、基準電圧
V_Cがこげ目検知電圧V_I″より大きくなる時間はV_I
の場合よりも遅くなり、制御性能は悪くなる。

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４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）がどの程度すなわち何％になつて
いるかといる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扱うので、第
４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、本発明では外部光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、
外部光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、また外部光照
度を検知する光センサにcds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、特に外部光の照度を検知す
る光センサを加熱室内に設けて、フアインダ部分
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
れ一つとして説明したが、複数として本発明は有
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、光源として白熱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、外部光を光学フイルタ、オプチカルフ
アイバ等の光学系を用いて光センサに導いても本
発明は有効である。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、第２図の光センサcds２１を固定抵
抗にし、比較器４９の正の入力端子５０とツエナ
ーダイオード２６と抵抗２７の接続点をcds２１
で接続しても同様の効果を本発明は有する。

【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図は外部光を検知
する光センサによる補償効果を示す図である。第
４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（ランプ）、１４…
光センサ（可視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（cds）。

Claims

【特許請求の範囲】

１外部光が内部に差し込む構造の加熱室と、こ
の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、上記外部
光の照度を検知する第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。