JP2012247074A - 加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷量に応じて加熱時間を決定することができる加熱調理器を提供すること。
【解決手段】マイクロ波発生手段１と、負荷を収納する加熱室２と、非接触にて負荷の温度を測定する赤外線センサ３と、負荷から発生する蒸気量を測定する湿度センサ５と、マイクロ波発生手段１の出力を制御する制御手段６と、湿度センサ５の検出値から負荷の沸騰を検知する沸騰検知手段７と、負荷の量を判定する負荷量判定手段８とを有し、負荷量判定手段８は沸騰検知手段７が沸騰を検知するまでの積算電力から負荷量を判定する際、積算電力の測定を始める際の赤外線センサ３の検出値で補正を行うようにした加熱調理器とすることにより、使用者が負荷の量を入力する必要がなく、負荷の温度を正確に検知することが可能となるために正確な負荷量判定が可能となり、その負荷量に応じて加熱時間を決定することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般家庭、レストラン及びオフィスなどで使用される加熱調理器に関する。

従来、この種の加熱調理器では、入力された負荷量から加熱時間を決定し、非接触にて温度を測定する赤外線センサの検出結果である負荷温度によって加熱時間を補正する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、重量センサを用いて負荷量を測定し、その負荷量に応じてマイクロ波の出力を調節して加熱する方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−１８１３３２号公報 特開平７−１８１０７４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、負荷の量を使用者が入力する必要があるため、操作が複雑になるという課題を有していた。また、使用者の入力した負荷量が実際の量と異なる場合には、赤外線センサの測定した負荷温度によって加熱時間を補正したとしても負荷を過加熱してしまうという課題を有していた。

また、重量を測定する従来の構成では、構成が複雑なものとなるという課題を有していた。

本発明は、負荷の温度を正確に検出することによって負荷量を判定し、負荷量に応じて加熱時間を決定して過加熱を排除し、さらに適温に負荷を加熱することができる加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明の加熱調理器は、マイクロ波発生手段と、マイクロ波で加熱する負荷を収納する加熱室と、非接触にて負荷の温度を測定する赤外線センサと、負荷から発生する蒸気量を測定する湿度センサと、前記赤外線センサあるいは前記湿度センサの検出値に基づいて前記マイクロ波発生手段の出力を制御する制御手段と、前記湿度センサの検出値から負荷の沸騰を検知する沸騰検知手段と、負荷の量を判定する負荷量判定手段とを有し、前記負荷量判定手段は前記沸騰検知手段が沸騰を検知するまでの積算電力から負荷量を判定する際、積算電力の測定を始める際の前記赤外線センサの検出値で補正を行うようにした。

本発明の加熱調理器によれば、使用者が負荷の量を入力する必要がなく、負荷の温度を正確に検知することが可能となるために正確な負荷量判定が可能となり、その負荷量に応じて加熱時間を決定するために仕上がりの良い自動加熱調理が可能な加熱調理器を提供することができる。

本発明の実施の形態１における加熱調理器を示す断面図 本発明の実施の形態１における加熱調理器の負荷温度と電力の変化を表す特性図 本発明の実施の形態１における加熱調理器の湿度センサの検出値を表す特性図 本発明の実施の形態１における加熱調理器の赤外線センサの検出温度と負荷温度の関係を示した特性図

第１の発明は、マイクロ波発生手段と、マイクロ波で加熱する負荷を収納する加熱室と、非接触にて負荷の温度を測定する赤外線センサと、負荷から発生する蒸気量を測定する湿度センサと、前記赤外線センサあるいは前記湿度センサの検出値に基づいて前記マイクロ波発生手段の出力を制御する制御手段と、前記湿度センサの検出値から負荷の沸騰を検知する沸騰検知手段と、負荷の量を判定する負荷量判定手段とを有し、前記負荷量判定手段は前記沸騰検知手段が沸騰を検知するまでの積算電力から負荷量を判定する際、積算電力の測定を始める際の前記赤外線センサの検出値で補正を行うようにした加熱調理器とすることにより、使用者が負荷の量を入力する必要がなく、自動で負荷量判定を判定して加熱時間を決定するために仕上がりの良い自動加熱調理が可能な加熱調理器を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の加熱調理器において、沸騰検知手段が沸騰を検知したときの赤外線センサの検出値から負荷の温度を推定する負荷温度推定手段を有し、前記負荷温度推定手段の推定した温度が第１の所定温度から第２の所定温度まで上昇する際に必要な積算電力から加熱室内の負荷の量を判定するようにすることにより、複雑な構成にする必要がなくても正確な負荷量を検出することが可能となり、負荷量に応じて加熱時間を決定するために加熱不足、あるいは過加熱となることなく自動で調理可能な加熱調理器を実現することができる。

第３の発明は、特に、第２の発明の加熱調理器において、負荷温度推定手段は、加熱開始以降の赤外線センサの温度上昇が一定になった時点から有効とすることにより、加熱開始時の負荷温度と赤外線センサの測定温度が比例しない期間の情報を無視することによって、より正確に負荷量を判別することができ、負荷量に応じて加熱時間を決定するために加熱不足、あるいは過加熱となることなく自動で調理可能な加熱調理器を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１に、本発明の実施形態１の加熱調理器の断面図を示す。本実施形態の加熱調理器は、マイクロ波発生手段１と、マイクロ波で加熱する負荷を収納する加熱室２と、非接触にて負荷の温度を測定する赤外線センサ３と、負荷から発生する蒸気量を測定する湿度センサ５と、赤外線センサ３あるいは湿度センサ５の検出値に基づいてマイクロ波発生手段１の出力を制御する制御手段６と、湿度センサ５の検出値から負荷の沸騰を検知する沸騰検知手段７と、負荷の量を判定する負荷量判定手段８とを有する。

マイクロ波発生手段１は、通常マグネトロンを使用する場合が多いが、半導体式などであっても良い。マイクロ波発生手段１には、制御手段６からの指示に基づいて図示していないインバータ回路などから電力を供給することによってマイクロ波を発生させる。発生させるマイクロ波は、通常２４５０ＭＨｚであるがそれに限定するものではない。

マイクロ波はアンテナを介して加熱室２内に導入されるが、アンテナを固定して負荷を回転させるように回転台を設ける構成と、負荷は同じ位置に載置してアンテナを回転させるように構成する場合などがある。

加熱室２は、アルミやＳＵＳなどの金属で構成され、加熱室２内に負荷を載置し、マイクロ波発生手段１によって発生したマイクロ波を加熱室２内に導入することによって負荷は加熱される。加熱室２内にはマイクロ波が存在することになるが、負荷だけがマイクロ波によって加熱されるのが理想である。そのため、加熱室２を例えばガラスなどで構成した場合にはガラスがマイクロ波によって発熱してしまうため、加熱ロスとなる。したがって、加熱ロスを減らすためにはマイクロ波によって発熱せず、マイクロ波を反射するような金属であることが望ましい。但し、マイクロ波発生手段１から発生させたマイクロ波を加熱室２内に導入する必要があるため、通常はその部分のみを他の材質に変更している。

赤外線センサ３は、非接触で温度を検出するものであって、熱型のサーモパイルやボロメータ、あるいは量子型のフォトダイオードやフォトトランジスタなどがあるが、どのようなものであっても良い。特に、サーモパイルでは一つのパッケージ内に複数の素子を持ち、それぞれの素子が異なる位置の温度を検出することができるものも存在する。通常、そのような素子ではそれぞれの素子の温度を順番に取り出して利用される場合が多いがそれに限定するものではない。赤外線センサ３は制御手段６や負荷量判定手段８に接続され、マイクロ波発生手段１の制御や負荷量の判定に利用される。

可動部４は、赤外線センサ３が取り付けられ、可動部４が可動することによって加熱室２内の異なる位置を赤外線センサ３によって測定することができるようにするものである。可動部４はステッピングモータを使用すると測定位置が定まるために適しているが、リニアモータ等であっても良い。また、位置決めのためにロータリーエンコーダーを使用しても良い。なお、可動部４は１次元的に赤外線センサ３を可動させても良いし、２次元的に可動させても良い。

湿度センサ５は、負荷から発生した蒸気（湿気）を検出するものである。湿度センサ５は加熱室２内に設置すると耐熱やノイズの発生といった問題が生じるため、排気口１０内に設置される。湿度センサ５には相対湿度センサと絶対湿度センサがあるが、どちらであっても構わない。

また、本発明の実施の形態では湿度センサ５を負荷の沸騰検知に利用するが、沸騰の検知に用途を限定するのであれば、湿度センサ５を応答性の良い温度センサで代用しても良い。つまり、負荷が沸騰すると蒸気が発生し、その蒸気が温度センサに触れて温度センサの検出温度が上昇し始めるため、その温度上昇から負荷の沸騰を検出することができる。この場合、湿度センサ５の代用として使用する温度センサは、加熱室２に配置するのが良く、下部よりも上部の方が蒸気を検出しやすくなるため望ましい。

制御手段６は、マイクロ波発生手段１、赤外線センサ３、可動部４等が接続される。図示していない操作部によって使用者が加熱パターンや時間などを設定すると、制御手段６は図示していないインバータ回路を動作させてマイクロ波発生手段１に電力を供給し、マイクロ波発生手段１からマイクロ波を発生させる。制御手段６は可動部４を可動させ、赤外線センサ３によって加熱室２内に置かれた負荷の温度を測定し、その結果に応じてマイクロ波発生手段１の動作状態を変更し、負荷を使用者が望む温度まで加熱した後にマイクロ波発生手段１の動作を停止させる等の制御を行う。制御手段６はマイコンやＤＳＰやカスタムＩＣなどが利用される場合が多いが、それに限定するものではない。

沸騰検知手段７は湿度センサ５が接続され、その検出値から負荷の沸騰を検知するもの
である。沸騰検知手段７の検知結果は制御手段６に送られ、制御手段６はその結果に応じてマイクロ波発生手段１に供給する電力を変更する。

負荷量判定手段８は、加熱室２内の負荷の量を判定し、その結果は制御手段６に送信され、制御手段６はその負荷量に応じて制御方法を変更するものである。負荷量判定手段８と制御手段６は同一のものであっても良い。

以上のように構成された加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。

使用者は図示していないドアを開け、加熱室２内に負荷を載置する。図１では、マイクロ波発生手段１によって発生したマイクロ波は回転するアンテナから加熱室２内に導入される。アンテナが回転するため、加熱室２内のマイクロ波は分布が時々刻々と変わり、加熱室２内のどこに負荷を載置しても加熱される。したがって、このような構成の加熱調理器では使用者は加熱室２内のどこに負荷を載置しても良いが、アンテナは固定して負荷を回転させる場合には、負荷を回転させるための回転台が存在するために、使用者は負荷を回転台上に載置する必要があるが、どちらの構成であっても構わない。

使用者は図示していない操作部によって加熱方法を決定する。通常このような加熱調理器の場合、マイクロ波加熱、ヒーター加熱、オーブン加熱、スチーム加熱などのいくつかの加熱方法が選択できる。本実施の形態では、マイクロ波で加熱する場合について説明する。また、出力や時間を使用者が設定して加熱する手動モードと、調理内容を選択すれば自動で加熱を制御する自動モードなどが存在する。それらを使用者が選択し、ドアが閉じられていると加熱を開始させることができる。

加熱が開始されると、制御手段６はマイクロ波発生手段１に電力を供給し、さらに制御手段６は可動部４によって赤外線センサ３を可動させ、赤外線センサ３は加熱室２内の温度を測定し、制御手段６がその温度情報を受けて制御内容を変更する。

制御内容は、例えば飲み物のあたためを自動で行うコースを選択した場合、設定された温度になるまで加熱を継続し、設定された温度になるとマイクロ波発生手段１の動作を停止して加熱を終了する。

マイクロ波による加熱では負荷を直接加熱するため、その加熱量は負荷の量に比例する。負荷の量に応じて加熱量を決定するためには、使用者に入力手段を用いて負荷量を入力してもらうか、重量センサを用いる方法などがある。

その場合、負荷の量を使用者が入力する必要があるため、操作が複雑になるという課題を有していた。また、使用者の入力した負荷量が実際の量と異なる場合には、負荷を過加熱したり加熱不足が生じるという課題を有していた。

また、重量を測定する構成では、構成が複雑なものとなるという課題を有していた。特に、負荷を載置する回転台がない構成の場合、重量センサ上に載置台を設ける構成が考えられるが、加熱室２と載置台の間の隙間に水や調理物が侵入して清掃の手間が増えるといった課題を有していた。また、通常は負荷である食材を容器に入れて加熱するため、容器の重さを事前に登録しておかなければ、本来必要とする負荷の温度を測定することができない。そのため、容器の重さを登録するという作業が必要となり、使い勝手の悪い加熱調理器となってしまっていた。

負荷量を判定する方法として、他には負荷の温度上昇に使用される電力量から判定する方法や、負荷の温度上昇の傾きから判定する方法もある。

負荷の温度を測定する方法としては、赤外線センサ３が使用されることが多い。しかしながら、赤外線センサ３は加熱室２の天井部に設けることは汚れなどの面から難しいため、加熱室２の壁面上部に取り付けられることが多い。その場合、負荷を入れる容器の底が深い場合には、負荷が容器の死角となってしまうため、赤外線センサ３で検出されるのは容器の温度であり、負荷の温度を測定することができない。そのため、容器の温度上昇から負荷量を判定することになり、誤差が大きいという課題がある。

また、負荷の温度上昇に使用される電力量から判定する場合には、負荷の初期温度に大きく依存するため、負荷の初期温度を補正することができなければ大きな負荷量の判定誤差となる。負荷の初期温度は、既述のように負荷が赤外線センサ３の死角となっている場合には測定することができないという課題がある。

負荷量の判定方法として、負荷の温度上昇に使用される電力量から判定する方法を説明する。図２は負荷の温度上昇と電力の変化を表す図である。負荷の温度がＡである時、電力αで加熱を開始し、時間Ｔａの時に負荷の温度はＢに到達し、さらに加熱を継続して時間Ｔｂの時に負荷の温度はＣに到達したとする。このとき、例えば、時間Ｔａ〜Ｔｂの間に投入した電力は、（Ｔｂ−Ｔａ）＊αで求められる。そのときの温度上昇は、（Ｃ−Ｂ）であるため、電力と温度上昇の関係から負荷量を判定できる。

ここで問題となるのは、既述のとおり負荷の温度が測定できないことである。しかし、本発明の実施の形態では、湿度センサ５を有する。湿度センサ５の検出値を用いて、沸騰検知手段７が沸騰を検知する方法について説明する。

図３は湿度センサの検出値を表す図である。マイクロ波発生手段１を駆動して負荷を加熱すると、負荷に含まれる水分が加熱によって蒸気となって放出される。加熱が進むにつれてその放出される蒸気の量は増加し、やがて時間Ｔａで沸騰に至り多量の蒸気を放出するようになる。つまり、時間Ｔａに至る前の湿度センサ５の検出値の増加割合（傾き）と、時間Ｔａを過ぎた後、つまり沸騰後の湿度センサ５の検出値の増加割合が異なる。したがって、その増加割合の変化から沸騰検知手段７は沸騰を検知することができる。

このとき、発生する蒸気量は負荷量によって変化するが、蒸気量が増えるタイミングは沸騰に到達する時であることには変わりがない。また、負荷をどのような容器に入れたとしても、蒸気の発生量には変化がないため、負荷が沸騰したという温度情報を、負荷量や容器に左右されることなく検出することができる。さらに、発生した蒸気は必ず排気口１０から排気されるため、容器の形状にも左右されないため、確実に負荷が沸騰したという温度情報を得ることができる。

しかしながら、負荷量を判定するためには既述のとおり負荷の温度が２点必要である。１つは沸騰という温度情報があるが、もう１つの温度情報が必要である。次に、その方法について説明する。

図４は、赤外線センサ３の検出温度と負荷温度の関係を示した図である。図４において、実線は赤外線センサ３の検出温度、点線は負荷の温度を示している。

図４（ａ）において、マイクロ波発生手段１に電力を供給して加熱を開始すると負荷の温度は時間に比例して上昇し、時間Ｔｃになると沸騰してその温度以上に上がることはない。したがって、温度Ｅは通常の気圧であればほぼ１００℃のはずである。そのときの赤外線センサ３の検出温度は温度Ｄであり、負荷の沸騰温度である温度Ｅとはずれが生じる。

これは、既述のように赤外線センサ３が負荷の温度ではなく容器の温度を見ているからに他ならない。しかし、負荷の温度が１００℃を示す温度Ｅであることは、沸騰検知手段７が沸騰を検知していることから明らかである。よって、この場合の赤外線センサ３の検出温度は、実際の負荷の温度よりも（Ｅ−Ｄ）だけ低いということが判定できる。つまり、時間Ｔｃになれば沸騰検知手段７が沸騰を検知することから、そのときの赤外線センサ３の検出温度と沸騰温度である１００℃との差が赤外線センサ３の誤差ということがわかる。

図４（ｂ）は、違う容器に入れた場合の例であり、この場合はさらに誤差が大きいことがわかる。図示していないが、容器によっては負荷が容器の死角に入ることがなく、負荷の温度と赤外線センサ３の検出温度がほぼ同じという場合もある。

こうすることによって、赤外線センサ３の検出温度と実際の負荷の温度との誤差を補正し、その補正した赤外線センサ３の検出温度を利用して負荷量判定手段８が負荷量の判定を行うと、正確な負荷量の判定を行うことができる。

負荷量判定手段８が判定した負荷量は制御手段６に送られ、負荷とその加熱内容に応じて負荷量の情報が利用される。例えば、負荷が冷凍した食品であり、使用者が解凍をしようとして図示していない入力手段によって指示が与えられると、制御手段６は負荷量から最適な電力量を演算し、その電力量を投入し終えると加熱を停止するといった制御を行うことができる。

さらに、負荷温度推定手段９を備え、赤外線センサ３の検出温度の補正を行うことによって、どのような場合であっても負荷量を判定することができるようになる。

例えば、加熱前の負荷が冷蔵庫から出されてすぐの冷たい状態と、既に温かい状態とでは、負荷量を判定した際の誤差が大きくなる。したがって、初期温度に依存しない負荷量判定の方法が必要である。

負荷温度推定手段９は、既述のように沸騰検知手段７が沸騰を検知した際の赤外線センサ３の検出温度と沸騰温度である１００℃との差から負荷温度との差を検出する。赤外線センサ３の検出温度と負荷の温度は、図４のようにほぼ比例関係があることから、赤外線センサ３の検出温度と負荷の温度との差はほぼ一定である。よって、赤外線センサ３の検出温度がわかれば、負荷温度を推定することができる。

例えば図４において、赤外線センサ３の検出温度が温度Ｂに到達した時間（Ｔｂ）から電力の積算を開始する。時間Ｔｃとなったところで、沸騰検知手段７が沸騰を検知する。そのときの赤外線センサ３の検出温度は温度Ｄである。しかし、実際の負荷温度は１００℃であるため、赤外線センサ３の検出温度と負荷の温度との差は（１００−Ｄ）である。積算電力は（Ｔｃ−Ｔｂ）の間で積算されたものであり、さらに、初期温度は温度Ｂに誤差（１００−Ｄ）を足した（Ｂ＋１００−Ｄ）であることを利用して、負荷量判定手段８が負荷量を判定する。

また、既述のように負荷温度が推定できるため、積算電力を計算する期間は任意の温度期間で良いため、負荷量判定手段８は負荷温度推定手段９の推定した温度が第１の所定温度から第２の所定温度まで上昇する際に必要な積算電力から加熱室２内の負荷量を判定するようにすることができる。

逆に、負荷温度推定手段９がなかったとしたら、例えば赤外線センサ３の検出温度がＢ
から３０℃上昇するまでの積算電力から負荷量を判定しようとしたとしても、その温度に到達する前に負荷が沸騰してしまうと演算することができない。したがって、負荷温度推定手段９が負荷の温度を推定することによって、任意の温度期間で判定することができるようになる。

ただし、図４からもわかるように、赤外線センサ３の検出温度は加熱初期には負荷温度に比例しない。赤外線センサ３の検出温度が負荷温度と比例するのは、赤外線センサ３の検出温度の上昇傾きが一定になってからであるため、負荷温度推定手段９はそれ以降の赤外線センサ３の検出温度から負荷温度を推定することにより、正確に負荷温度を推定することができる。

制御手段６、沸騰検知手段７、負荷量判定手段８、負荷温度推定手段９は独立であっても良いし、それらの一部、または全部が一つのものであっても構わない。それらは、マイコンやＤＳＰやカスタムＩＣなどが利用される場合が多いが、それに限定するものではない。

以上のように、本発明の実施の形態のような構成とすることによって、使用者が負荷の量を入力する必要がなく、負荷の温度を正確に検知することが可能となるために正確な負荷量判定が可能となり、その負荷量に応じて加熱時間を決定するために仕上がりの良い自動加熱調理が可能な加熱調理器を提供することができる。

以上のように、本発明にかかる加熱調理器は、使用者が負荷の量を入力する必要がなく、負荷の温度を正確に検知することが可能となるために正確な負荷量判定が可能となり、その負荷量に応じて加熱時間を決定するために仕上がりの良い自動加熱調理ができるという効果を有し、一般家庭および業務用などで使用される加熱調理器に有用である。

１ マイクロ波発生手段
２ 加熱室
３ 赤外線センサ
４ 可動部
５ 湿度センサ
６ 制御手段
７ 沸騰検知手段
８ 負荷量判定手段
９ 負荷温度推定手段
１０ 排気口

Claims (3)

1. マイクロ波発生手段と、
   マイクロ波で加熱する負荷を収納する加熱室と、
   非接触にて負荷の温度を測定する赤外線センサと、
   負荷から発生する蒸気量を測定する湿度センサと、
   前記赤外線センサあるいは前記湿度センサの検出値に基づいて前記マイクロ波発生手段の出力を制御する制御手段と、
   前記湿度センサの検出値から負荷の沸騰を検知する沸騰検知手段と、
   負荷の量を判定する負荷量判定手段とを有し、
   前記負荷量判定手段は前記沸騰検知手段が沸騰を検知するまでの積算電力から負荷量を判定する際、積算電力の測定を始める際の前記赤外線センサの検出値で補正を行うようにした加熱調理器。
2. 沸騰検知手段が沸騰を検知したときの赤外線センサの検出値から負荷の温度を推定する負荷温度推定手段をさらに有し、前記負荷温度推定手段の推定した温度が第１の所定温度から第２の所定温度まで上昇する際に必要な積算電力から加熱室内の負荷の量を判定するようにした請求項１に記載の加熱調理器。
3. 負荷温度推定手段は、加熱開始以降の赤外線センサの温度上昇が一定になった時点から有効とする請求項２に記載の加熱調理器。