JPH06307645A - 加熱調理器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 超音波センサを利用して加熱室内に収納され
た調理物の形状を検出する場合に、超音波通過用の透孔
により超音波が減衰しないようにする。 【構成】 超音波センサ１８の発信器１６は加熱室４の
壁面に形成された透孔１５ａに対向して設けられてお
り、透孔１５ａを通じて超音波を加熱室４内に放射す
る。透孔１５ａの径は、発信器１６からの超音波の波長
よりも大きい１０mmに設定されている。従って、超音波
が透孔１５ａを通過する際に回折により減衰してしまう
ことはない。また、透孔１５ａの１０mmではマグネトロ
ン５からの高周波がリークして大きく減衰してしまうこ
とはない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、加熱室内に収納された
調理物の形状を測定するための超音波センサを備えた加
熱調理器に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば電子レンジにおいては、加
熱室内に収納された調理物の形状を超音波センサで測定
し、その測定結果に基づいてマグネトロンの出力を制御
して加熱室に収納された調理物を自動調理するものがあ
る。

【０００３】この場合、超音波センサは加熱室の壁面に
取付けられており、壁面に形成された透孔を通じて超音
波を加熱室内に放射することによりターンテーブルに載
置された調理物がターゲット距離まで位置するか否かを
判定するようになっている。従って、ターンテーブルを
１回転する間における超音波センサの検出状態に基づい
て調理物の形状を判断することができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、超音波は通
常の音波と同様に回折現象を生じるので、加熱室の壁面
に設けられた透孔の孔径が超音波センサからの超音波の
波長よりも小さいときは、図７に示すように超音波セン
サＡから放射された超音波が回折現象を生じてしまっ
て、透孔Ｂを通じて加熱室内に放射された超音波の放射
強度が大きく減衰してしまう。このため、十分な検出距
離を確保することができなかったり、音源があたかも透
孔Ｂに位置するようになることから、検出特性が悪化し
て調理物の形状を確実に判断できないという欠点があ
る。

【０００５】また、加熱室内にはマグネトロンから高周
波が放射されるので、透孔Ｂの大きさを過度に大きく設
定した場合には、高周波が透孔Ｂからリークして大きく
減衰してしまって高周波による加熱効率が悪化する。

【０００６】さらに、超音波センサＡは加熱室の壁面に
取付けられているので、超音波センサＡによる受信波が
発信超音波の回り込み音波と干渉してしまうことがあ
る。このような場合、超音波センサの発信タイミングか
らの受信波の受信レベルが、図８に示すように設定距離
に応じた判断タイミングで低下してしまうので、調理物
が設定距離にあるか否かを確実に判定できなくなって、
加熱調理を適切に実行できないという欠点がある。

【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、超音波センサにより調理物の形状を確
実に検出して加熱調理を適切に実行することができる加
熱調理器を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、超音波センサ
から加熱室の壁面に設けられた透孔を通じて超音波を放
射すると共に上記加熱室に収納された調理物からの反射
超音波を受信することにより調理物の形状を測定し、そ
の測定結果に基づいて加熱手段に対する加熱条件を設定
する加熱調理器において、前記透孔の径を、前記超音波
センサからの超音波の波長よりも大きく設定したもので
ある。

【０００９】また、加熱手段をマグネトロンに設定する
と共に超音波センサの発信周波数を４０ＫＨz 以上に設
定した上で、透孔の径を、１０mm以下に設定するように
してもよい。

【００１０】さらに、超音波センサを、防振部材若しく
は吸音部材を介在させて加熱室の壁面に取付けるように
してもよい。

【００１１】

【作用】請求項１記載の加熱調理器の場合、加熱室の壁
面に設けられた超音波通過用の透孔は、超音波の波長よ
りも大きく設定されているので、超音波センサからの超
音波は回折現象により減衰することなく透孔を通じて加
熱室内に放射される。そして、加熱室内に収納された調
理物により超音波が反射されると、超音波センサは反射
超音波を受信する。従って、超音波センサの受信状態に
基づいて調理物の形状を測定し、その測定結果に基づい
て加熱手段に対する加熱条件を適切に設定することがで
きる。

【００１２】請求項２記載の加熱調理器の場合、加熱手
段がマグネトロンの場合には、マグネトロンからの高周
波が透孔からリークして大きく減衰してしまうのは１０
mm以上であることが実験により判明している。この場
合、超音波の波長が１０mm以上となるのは超音波の発振
周波数が４０ＫＨz 以下であるので、超音波の波長を４
０ＫＨz 以上に設定することにより、透孔の径を１０mm
に設定して超音波センサからの超音波の減衰を防止する
と共にマグネトロンからの高周波が透孔からリークして
減衰してしまうことを防止することができる。

【００１３】請求項３記載の加熱調理器の場合、超音波
センサに発信超音波が回り込んだときは、回り込み音波
は防振部材若しくは吸音部材により遮断されてしまうの
で、回り込み音波の影響を受けることなく調理物からの
反射超音波を受信することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明をオーブン機能及びグリル機能
付きの電子レンジに適用した一実施例について図１乃至
図６を参照しながら説明する。電子レンジの全体構成を
示す図１において、電子レンジ本体１は、外箱２と内箱
３とを備えたもので、内箱３の内部に加熱室４を形成し
ており、この加熱室４の前面に図示しない加熱室用扉を
備えた構成となっている。電子レンジ本体１における外
箱２及び内箱３間に形成される右側の空間部は機械室と
して構成されたもので、この機械室内には加熱手段とし
てのマグネトロン５及びこのマグネトロン５用の冷却フ
ァン（ファンモータについてのみ図３に符号６を付して
示す）が配設されている。この場合、マグネトロン５か
ら放射されるマイクロ波は図示しない導波管を介して加
熱室４内に供給される構成となっている。尚、冷却ファ
ンによる冷却風の一部は、加熱室４内に吸気口４ａを介
して供給された後に排気口４ｂ及び排気ダクト７を介し
て排出されるようになっている。また、加熱室４の上部
には、加熱手段としてのヒータ８が設けられている。

【００１５】加熱室４の底部には、調理物を載置するた
めの回転皿９が配置されており、この回転皿９は、重量
センサ１０ａを内蔵した回転皿モータ１０により回転駆
動される構成となっている。尚、重量センサ１０ａは、
回転皿９上に載置された調理物の重量に応じた電圧レベ
ルの重量信号を発生するようになっている。

【００１６】前記排気ダクト７内にはガスセンサ１１が
配設されており、また、内箱３の側壁には、加熱室４内
の温度を検知するためのサーミスタ１２が配設されてい
る。さらに、内箱３の左右に対向する側壁には、所定の
高さ位置に光透過が可能な透孔１３ａ及び１３ｂが互い
に対向した状態で形成されており、各透孔１３ａ及び１
３ｂの後側には高さ認識センサを構成する発光ダイオー
ド１４ａ及びホトトランジスタ１４ｂが互いの光軸を一
致させた状態で設けられている。

【００１７】内箱３の左側壁には、透孔１５ａ及び１５
ｂが、前記透孔１３ａより低い位置で尚且つ回転皿９の
中心軸線と対向した位置に互いに隣接した状態で設けら
れている。そして、透孔１５ａの後側には、回転皿９上
の調理物に向けて超音波を発信するための超音波発信器
１６が配設されていると共に、透孔１５ｂの後側には、
当該調理物で反射された超音波を受信するための超音波
受信器１７が配設されており、これらによって超音波セ
ンサ１８が構成されている。ここで、超音波発信器１６
の発信周波数は４０ｋＨz に設定されていると共に、透
孔１５ａの径は１０mm以下に設定されている。従って、
加熱室１４内の温度が１００℃の場合は、超音波発信器
１６からの超音波の波長は以下の表１から９．８０mmで
あるので、透孔１５ａの径は超音波センサ１６からの超
音波の波長よりも大きく設定されていることになる。

【００１８】

【表１】

【００１９】この場合、超音波センサ１８は後述するよ
うに調理開始が指示されたときに動作されるので、加熱
室１４内の温度は１００℃以下として見なすことができ
る。尚、上記超音波発信器１６及び超音波受信器１７
は、圧電セラミックを利用した周知構成のものである。

【００２０】図２は上記超音波受信器１７の構造を示し
ている。この図２において、超音波受信器１７はプリン
ト配線基板１９に搭載されている。また、加熱室４の壁
面には円柱状の発泡クロロプレンゴムから成る防振部材
２０がセンサ取付板２１により固定されており、そのセ
ンサ取付板２０にプリント配線基板１９が取着されるこ
とにより超音波センサ１７が防振部材２０に当接してい
る。尚、防振部材２０に代えて、フェルトのような吸音
部材を用いるようにしてもよい。

【００２１】さて、図３には全体の電気的構成を概略的
に示しており、以下これについて説明する。即ち、扉ス
イッチ２２は、前記図示しない加熱室用扉が閉鎖された
状態でオンされる構成のものであり、電子レンジのメイ
ン電源ラインＬ１及びＬ２は、この扉スイッチ２２を介
して電源プラグ２３に接続される。前記ファンモータ
６、ヒータ８及び回転皿モータ１０は、上記メイン電源
ラインＬ１及びＬ２間から夫々リレースイッチ２４、２
５及び２６を介して通電される接続となっている。ま
た、前記マグネトロン５は、電源ラインＬ１及ぶＬ２間
からリレースイッチ２７及び高周波駆動回路２８を介し
て通電駆動されるようになっている。

【００２２】この場合、上記各リレースイッチ２４〜２
７の励磁コイル２４ａ〜２７ａは、電源端子＋Ｖから夫
々に対応したトランジスタ２４ｂ〜２７ｂを介して通電
される構成となっており、これらトランジスタ２４ｂ〜
２７ｂは、後述する制御手段２９により入出力回路３０
を通じてオンオフ制御される構成となっている。つま
り、制御手段２９は、マグネトロン５、ファンモータ
６、ヒータ８及び回転皿モータ１０の動作制御を、トラ
ンジスタ２４ｂ〜２７ｂのオンオフ制御によって行い得
る構成となっている。

【００２３】制御手段２９には、回転皿モータ１０に内
蔵された重量センサ１０ａからの重量信号が入出力回路
３０を介して与えられるようになっていると共に、ガス
検知回路３１、温度検知回路３２及び高さ検知回路３３
から夫々出力されるガス濃度信号、温度信号及び高さ検
知信号が入出力回路３０を介して与えられるようになっ
ている。この場合、ガス検知回路３１は、前記ガスセン
サ１１が検出したガス濃度に応じた電圧レベルのガス濃
度信号を出力し、温度検知回路３２は、前記サーミスタ
１２が検知した加熱室４内の雰囲気温度に応じた電圧レ
ベルの温度信号を出力する構成となっている。

【００２４】尚、上記したような重量信号、ガス濃度信
号及び温度信号は、実際にはＡ−Ｄコンバータによりデ
ジタル変換された状態で制御手段２９に与えられるもの
であるが、ここでは詳細な図示を省略した。

【００２５】また、高さ検知回路３３は、前記発光ダイ
オード１４ａ及びホトトランジスタ１４ｂを含むもの
で、制御手段２９から入出力回路３０を通じて与えられ
る指令信号によって発光ダイオード１４ａを点灯させる
と共に、ホトトランジスタ１４ｂが上記投光を受光した
状態で検知信号を出力する構成となっている。

【００２６】発振回路３４は、制御手段２９から入出力
回路３０を通じて出力される駆動指令信号（ハイレベル
信号）を受けた状態で発振動作を行うものであり、その
発振出力によって前記超音波発信器１６を動作させる構
成となっている。また、前記超音波受信器１７は、超音
波の受信に応じて電圧信号を発生するようになってお
り、その電圧信号は、バッファアンプ３５から入出力回
路３０を介して制御手段２９にデジタル信号で与えられ
るようになっている。

【００２７】操作パネル３６は、電子レンジ本体１の前
面に設けられたもので、ワンタッチスタートボタン３６
ａ、操作キー群３６ｂ及び表示器３６ｃなどを備えた構
成となっている。この場合、操作パネル３６からの操作
信号は入出力回路３０を介して制御手段２９に与えられ
るようになっており、また、表示器３６ｃは、その表示
動作が制御手段２９により制御される構成となってい
る。

【００２８】制御手段２９は、マイクロコンピュータを
含んで構成されたもので、上記のような各入力信号及び
予め記憶したプログラムに基づいて加熱制御動作を実行
するようになっており、以下に制御手段２９の動作をこ
れについて関連した作用と共に説明する。

【００２９】即ち、例えば、操作パネル３６のワンタッ
チスタートボタン３６ａが操作されたときにおいて、重
量センサ１０ａからの重量信号の電圧レベルが所定値以
上ある場合（つまり回転皿９上に調理物が載置されてい
る場合）に開始されるものであり、まず、最初に回転皿
９を回転開始させると共に、発振回路３４に駆動指令信
号を与えて超音波発信器１６を動作開始させる。この場
合、駆動指令信号は、発信超音波と反射超音波とが干渉
しない程度の周期にて間欠的に出力されるものであり、
これにより、超音波発信器１６からは超音波がバースト
波状に発信されると共に、超音波受信器１７は調理物で
反射された超音波をバースト波状に受信することにな
る。

【００３０】このとき、超音波受信器１７は、防振部材
２０による防振構造により回り込み音波を効率よく受信
するようになっている。つまり、図４は超音波発信器１
６による超音波発信タイミングからの超音波受信器１７
による受信波の受信状態を示している。この図４と防振
部材２０を用いない場合を示す図８を比較して分るよう
に、本実施例の超音波受信器１７によれば、設定距離で
ある７５mmに応じた基準時間ΔＴにおける受信波を実用
上十分な受信レベルで受信することができる。これは、
防振部材２０により超音波受信器１７に至る回り込み音
波が遮断されることから、回り込み音波と受信波とが干
渉しなくなったからである。

【００３１】次いで、超音波発信器１６による発信超音
波と超音波受信器１７による受信超音波との位相差を示
す信号データ、つまり、駆動指令信号を出力した時点か
らバッファアンプ３５を通じて電圧信号が入力されるま
での反応時間Ｔが基準時間ΔＴ以下か否かを判断する。
尚、この場合、電圧信号の入力感度には、エコーバック
などの不要信号を除去するために一定のしきい値レベル
（例えば２０ｍＶ程度）が設定されるものであり、入力
電圧信号が上記しきい値レベル以上あったときに、これ
を超音波受信器１７の受信状態と認定する構成となって
いる。

【００３２】ここで、超音波発信器１６及び超音波受信
器１７は隣接して設けられているので、超音波発信器１
６による発信超音波と超音波受信器１７による受信超音
波との位相差を示す前記反応時間Ｔに基づいて、超音波
センサと超音波が反射される物体（調理物）との距離を
測定することができる。但し、超音波の伝播速度は周囲
温度が上昇するのに応じて早くなるから、これに応じた
補正を加える必要がある。

【００３３】しかして、反応時間Ｔが基準時間ΔＴ（実
施例では４３６μｓ）以下であった場合には、図示しな
い内部タイマに計時動作を行わせるものであり、このよ
うな計時動作は、反応時間Ｔが基準時間ΔＴを越えた状
態になったと判断されるまで継続する。従って、上記内
部タイマによる計時時間ΣＴは、反応時間Ｔが基準時間
ΔＴ以下に立ち下がった状態が継続する時間に相当する
ことになる。

【００３４】この際、反応時間Ｔが一旦基準時間ΔＴ以
下となった後に基準時間ΔＴを越えた場合には、７５mm
以内に調理物が存在しなくなったとして、図示しない内
部カウンタの計数値Ｎを「１」だけインクリメントす
る。そして、この後には回転皿９が１回転したか否かを
判断し、１回転していない状態では再び調理物までの距
離が７５mm以下となったか否かを判定する。

【００３５】この結果、上記計数値Ｎは、回転皿９が１
回転する間において、反応時間Ｔが一旦基準時間ΔＴ以
下に立ち下がった後に基準時間ΔＴに戻った回数、つま
り、超音波センサ１８と調理物との間の距離Ｄが７５mm
以下に変化した回数を示すものとなる。この場合、回転
皿が１回転する間に調理物までの距離が７５mm以上であ
ったとき、或いは調理物までの距離が７５mm以下のまま
であったときは、上記計数値Ｎは「０」となる。

【００３６】そして、回転皿９が１回転されたと判断し
た場合には、超音波発信器１６を動作停止させ、この後
に前記内部カウンタの計数値Ｎと計時時間ΣＴとに基づ
いて回転皿９上に載置された調理物の形状及び個数の認
識動作を行う。

【００３７】この認識動作においては、例えば、選択さ
れた加熱形態（レンジ調理用、オーブン調理用、グリル
調理用の各加熱形態のことで、その選択状態は、各調理
に使用される付属品の特徴点の検出或いは操作パネル３
６からの設定などにより判断する）、前記計時時間ΣＴ
により示される調理物の大きさ、反応時間Ｔの基準時間
ΔＴ以下での変化パターンにより示される調理物の細部
の形状、重量センサ１０ａからの重量信号により示され
る調理物の重量、高さ検知回路３３からの高さ検知信号
により示される調理物の高さ、ガス検知回路３１からの
ガス濃度信号の変化状態により示される調理物の成分特
性などに基づいて調理物の種類を判定する。

【００３８】そして、以上のような調理の種類の認識動
作後には、マグネトロン５及びヒータ８を判定した調理
物の種類に応じた加熱調理手順で選択的に動作させるこ
とにより、調理物の加熱温度及び加熱時間が当該調理物
に適した状態となるように制御するという加熱制御を実
行し、この加熱制御の実行完了と共に制御プログラムを
終了する。

【００３９】さて、上述のように超音波発信器１６から
超音波が透孔１５ａを介して加熱室４内に放射される状
態を考察する。図５は超音波発信器１６からの超音波の
音響伝達状態を示している。この図５に示すように、超
音波は回折現象を生ずることなく透孔１５ａを通過する
ので、加熱室４内に放射される超音波が減衰してしまう
ことはない。これに対して、透孔１５ａの径の方が超音
波発信器１６からの超音波の波長よりも小さい場合に
は、図７に示すように、超音波は回折現象により透孔１
５ａを通過できなくて大部分が反射してしまう。

【００４０】このとき、透孔１５ａを通過した超音波は
回折現象によりあたかも透孔１５ａが音源となるように
放射されるので、強度損失は極めて大きい。従って、透
孔１５ａの径は大きい方が望ましいものの、過度に大き
く設定した場合には、マグネトロン５からの高周波が透
孔１５ａを通じて加熱室４外にリークしてしまう。即
ち、透孔１５ａの径と高周波のリーク量との関係を表し
た図６に示すように、透孔１５ａの径が大きくなる程高
周波のリーク量は指数関数的に増大する。この場合、本
実施例の如く透孔の径が１０mmではリーク量は３mW／cm
^２と極めて小さいので、透孔１５ａは超音波発信器１６
からの超音波の通過機能及びマグネトロンからの高周波
のリーク防止機能の両方の機能を十分に満足するもので
ある。

【００４１】上記構成のものによれば、加熱室４の側壁
に設けられた超音波通過用の透孔１５ａを、超音波セン
サ１８からの超音波の波長よりも大きく設定したので、
超音波発信器１６からの超音波の放射強度が大きく減衰
してしまうことはない。従って、加熱室の側壁に設けら
れた超音波センサ用の透孔が超音波の波長よりも小さく
設定されて回折現象を生じる虞がある従来例のものに違
って、十分な検出距離を得られると共に検出特性が悪化
してしまうこともない。

【００４２】しかも、上記実施例では、超音波センサ１
８の発振周波数を４０ＫＨz に設定すると共に透孔１５
ａの径を１０mmに設定したので、上述のような効果を奏
しながら、マグネトロン５から加熱室４内に放射される
高周波が透孔１５ａを通じてリークしてしまうことを防
止できる。

【００４３】さらに、上記実施例では、超音波受信器１
７を防振部材２０により支持して構成したので、回り込
み音波による影響を防止して設定距離に位置する調理物
があるか否かを確実に検出することができる。

【００４４】尚、上記実施例では、超音波発信器１６及
び超音波受信器１７を別途に備えた超音波センサ１８を
設ける構成としたが、超音波発信器及び超音波受信器を
一つの圧電セラミックで兼用した構成の超音波センサを
用いるようにしても良いものである。また、上記実施例
では、超音波センサ１８を加熱室４の壁面に設けたが、
加熱室４の天井或いは底面に設けるようにしてもよい。

【００４５】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の加熱調理器によれば、次の効果を奏する。請求項１記
載の加熱調理器によれば、加熱室の壁面に設けられた超
音波通過用の透孔の径を、超音波センサからの超音波の
波長よりも大きく設定して超音波を減衰させることなく
加熱室に放射するようにしたので、超音波センサの検出
状態に基づいて調理物の形状を測定し、その測定結果に
基づいて加熱手段に対する加熱条件を適切に設定するこ
とができる。

【００４６】請求項２記載の加熱調理器によれば、加熱
手段をマグネトロンに設定すると共に超音波センサの発
振周波数を４０ＫＨz に設定した上で、透孔の径を１０
mm以下に設定したので、マグネトロンからの高周波が透
孔を通じてリークしてしまうことを防止することができ
る。

【００４７】請求項３記載の加熱調理器によれば、超音
波センサの受信器を防振部材若しくは吸音部材を介在さ
せて加熱室の壁面に取付けて超音波センサが超音波の回
り込み音を受信してしまうことを防止するようにしたの
で、超音波センサの受信特性が悪化してしまうことを防
止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電子レンジの概略構成
図

【図２】超音波センサの受信器の断面図

【図３】全体の電気的回路図

【図４】超音波センサによる受信波の受信状態を示す図

【図５】透孔を通じた超音波の音響伝達状態を示す模式
図

【図６】透孔の径とマグネトロンからの高周波のリーク
量との関係を示す図

【図７】従来例を示す図５相当図

【図８】図４相当図

【符号の説明】

４は加熱室、５はマグネトロン（加熱手段）、８はヒー
タ（加熱手段）、１６は発信器、１７は受信器、１８は
超音波センサ、２０は防振部材である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 超音波センサから加熱室の壁面に設けら
   れた透孔を通じて超音波を放射すると共に上記加熱室に
   収納された調理物からの反射超音波を受信することによ
   り調理物の形状を測定し、その測定結果に基づいて加熱
   手段に対する加熱条件を設定する加熱調理器において、 前記透孔の径を、前記超音波センサからの超音波の波長
   よりも大きく設定したことを特徴とする加熱調理器。
2. 【請求項２】 加熱手段をマグネトロンに設定すると共
   に超音波センサの発信周波数を４０ＫＨz 以上に設定し
   た上で、 透孔の径を、１０mm以下に設定したことを特徴とする請
   求項１記載の加熱調理器。
3. 【請求項３】 超音波センサを、防振部材若しくは吸音
   部材を介在させて加熱室の壁面に取付けたことを特徴と
   する請求項１または請求項２記載の加熱調理器。