JP2623904B2

JP2623904B2 - 加熱装置およびその制御方法

Info

Publication number: JP2623904B2
Application number: JP10345690A
Authority: JP
Inventors: 公明山口; 功笠井; 光夫秋▲吉▼; 伸一酒井; 昭徳大塚; 雅章佐野; 進村上
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-04-19
Filing date: 1990-04-19
Publication date: 1997-06-25
Anticipated expiration: 2012-06-25
Also published as: JPH0355435A

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、そ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
な構成、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
物質を取り出し、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
構成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、食品の加熱状態（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精
度を確保出来ないという課題もあった。

本発明はかかる従来の課題を解消するもので、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課題を解決するため、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
ような構成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
生する蒸気によ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、上記した構成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、検知ミ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31
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15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内に送り込む風を発生し、ファンモータ
16の傍らに設けられたオリフィス17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18は駆動手段11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21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23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39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をかいしてセラミ
ック板36に熱がつたわり、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５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
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からのリード線40の引出しを、金属板3
9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５は電極37側が分極の
極性が正、電極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2450MHZ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、
こ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（温度のゆらぎ）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（温度のゆ
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）
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基本的な検知システムの概要で
ある。

制御部４は、操作部13の入力キーボードから入力され
た入力信号により、操作部13へ表示出力信号を出力した
り、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。

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図にもとずいて説明す
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11へ伝えら
れこの制御手段11によりマグネトロン３（高圧トランス
15），ファンモータ16,回転台モータ18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T₁になるまで待つ（ｃ）。計測手段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
圧値Ｄを記録して最大値D_m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_mより大きければこの
値を最大値D_m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）。しきい値設定手段８にて
記録手段７に記録されている最大値D_mに対応したしきい
値を決定する（ｇ）。T₂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（ｈ）。計数Ｎが所定の数値（例え
ば５）になるまでステップ（ｈ）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（T₁からT₂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_mが記録手段７に記録され
る。そして制御部４のしきい値選定手段８は記録手段７
に記録された値D_mに対して検知レベルとなるしきい値を
決定する。

T₂以後このしきい値に検出信号が達しているかいなか
を比較計測手段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の加熱状態の出来具合いが程
よい状態に達した時刻として検知時刻t₄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。

すなわち第一表ではD_m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0.5,0.4,3.0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レベル
と検知時間t₄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
上放置された状態）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（T₁からT₂）内に検出される最大
値D_mは0.2v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（ｂ）の場合、加熱室１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観測され、最大値D_mは0.7vであ
り、しきい値は1.1vと残留熱気のために発生する信号レ
ベル（D_m）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t_d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_mが一定値以上の場合、第１表の例で
2.5＜D_mの時、D_m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t₄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。

特に計測手段では一定期間の信号電圧の最大値を促え
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
ロック構成図、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（ｂ）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。１……加熱室、２……被加熱物、３……マグネトロン、
４……制御部、５……焦電素子。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者酒井伸一大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者大塚昭徳大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者佐野雅章大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (72)発明者村上進大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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。
【請求項２】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、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、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。
【請求項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。