JP2584057B2

JP2584057B2 - 重量検出機能付加熱調理器

Info

Publication number: JP2584057B2
Application number: JP1115331A
Authority: JP
Inventors: 誠三原; 茂樹植田; 正信井上; 謙三黄地
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-05-09
Filing date: 1989-05-09
Publication date: 1997-02-19
Anticipated expiration: 2012-02-19
Also published as: JPH02293525A

Description

【発明の詳細な説明】＜産業上の利用分野＞本発明は加熱中の被加熱物の重量を測定し、その重量
に応じて最適加熱を行う加熱装置に関するものである。

＜従来の技術＞被加熱物の重量を検出して加熱を自動的に制御する加
熱装置に関しては既に数多くの考案がある。例えば、所
定の間隔を設けて対向し、中央部に検出電極を、その外
周部に基準容量を有する一対のアルミナ焼結体の薄板よ
り形成した静電容量型圧力センサを用い温度特性の影響
を受けない高精度の重量検出装置を実現していることは
既に周知の技術となっている。

以下第７図をもとに従来例について説明する。基板35
とダイアフラム19とは、アルミナなどの絶縁材料の薄板
で形成され、ある間隔ｄを保ちながら周囲をシール材20
で封じられる。

基板35とダイアフラム19のそれぞれの対向する表面に
は、中央に重量検出手段たる検出電極21が、周囲には温
度補正手段たる基準電極22が印刷により形成されてい
る。

ダイアフラム19に被加熱物による荷重Ｐが加われば、
ダイアフラム19は破線に示すようにたわみ、検出電極に
より形成される静電容量Cwは変化する。しかし、検出電
極の周囲に配された基準電極22は支点であるシール材20
に近接しているためたわみにくく、荷重Ｐによる静電容
量Crの変化は僅かである。このように、静電容量Crと検
出容量Cwは同一材料でしかもごく近接して形成されてい
るため、温度特性はほぼ等しくなる。ここで、CwとCrを
測定し、両者の比をとることによって温度特性はうまく
消去できる。

いま、センサーに荷重Ｐが全く加わっていない状態を
想定し、検出電極の面積をSw、基準電極の面積をSr、シ
ール材の厚みによって決定される電極間のギャップを
ｄ、空気の誘電率εとすると、となる。

ここでCw/Crの演算を行うと無荷重状態での比即ち、
初期比R₀は、となって電極間ギャップの項は完全に消去され、それぞ
れの電極面積の比で表される。

＜発明が解決しようとする課題＞しかしながら、この構成においては各電極の印刷位置
のバラツキ、ダイアフラム19と基板35の貼り合わせのバ
ラツキによって対となる電極の相対的位置関係にずれが
生じる。これにより（１）式における電極面積が等価的
に変わることになり初期比R₀すなわち秤としての０点が
ばらつくことになる。この静電容量型圧力センサを重量
検出装置として用いる場合にはセンサの感度のバラツキ
を調整するための感度調整手段に加えて、０点のバラツ
キを調整するための０点調整手段を用いて、各センサー
に応じた調整を行う秤量性能を確保しなければならない
という課題があった。

また、基板18,ダイアフラム19がともにアルミナとい
う非常にもろい性質の材料である加熱装置というような
衝撃荷重の頻繁に発生する使用環境では、破壊という課
題は避けられない。またその保護のため種々の機構的あ
るいは構造的な対策も考案されている。（特開昭62−17
4094号公報参照）。

その他にも、従来の構成においては基準容量および検
出容量を、それぞれ一対の端子から４本のリード線で外
部の検出回路に引き出す必要があり、作業工数上非常に
面倒であった。そしてリード線のフォーミングの違いに
より浮遊容量も異なってくるため、リード線の本数が多
いということはセンサー容量比の初期比R₀のばらつきを
拡大させるというにもつながる。

そこで本発明は荷重０点における出力のばらつきを少
なく０点調整が不用でかつ衝撃荷重に対して破壊しにく
い重量検出装置を備えた加熱装置を提供するものであ
る。

また第２の目的は、外部容量検出回路へのリード線の
引きだし本数を削減することによって、システムの簡素
化、工数の削減および浮遊容量の影響を抑制することに
ある。

＜課題を解決するための手段＞そこで前記第１の目的を達成するために本発明は、被
加熱物を収納する加熱室と、この加熱室に結合される加
熱手段と、被加熱物の重量を検出する荷重検出手段と、
検出した重量に応じて加熱手段への給電を変更する制御
部とを備え、重量検出手段は金属材料からなる共通電極
基板と、アルミナ焼結体の薄板からなるダイアフラム
と、共通電極基板とダイアフラムを両者の外周部にて互
いに結合するシール部と、ダイアフラムの中心部に形成
された検出電極と、検出電極の周囲の実質的にたわまな
い部分に形成された基準電極とからなり、共通電極基板
と検出電極間の検出容量と共通電極基板と基準容量間の
基準容量との比を計測し重量を検出する構成の静電容量
型重量センサを用いるものである。

また第２の目的を達成するために本発明は共通電極基
板を加熱装置本体の金属シャーシーと同電位の導電部に
接触させ、容量検出回路内のアース電位を同様に加熱装
置本体の金属シャーシーと同電位とし、アース電位と基
準電極間で基準容量を、アース電位と検出電極間で検出
容量をそれぞれ測定する構成としたものである。

＜作用＞本発明の加熱装置は、ダイアフラムと対向する基板を
金属材料からなる共通電極基板として構成することによ
って、両電極（基準電極，検出電極）から微小ギャップ
を隔てて見た共通電極基板は実質的に無限に広がる電極
とみなせる。従って、製造時に生じる、検出電極および
基準電極の印刷位置のずれ、ダイアフラムと共通電極基
板の貼り合わせのずれ等で、両電極と共通電極基板の相
対的な位置関係がずれても検出容量，基準容量は全くそ
の影響を受けないことになる。従って両容量の比をもっ
て重量を検出する方式においてはセンサーに荷重が印加
されていない状態での出力値は全く一定の値を示すこと
になり０点のばらつきを調整するような０点調整手段を
設ける必要がなくなる。これによりシステム全体が簡素
化できるとともに調整作業も省略化でき工数は大幅に削
減できる。そして荷重を支えうける側の基板が金属材料
で構成されているため衝撃荷重による基板のわれという
問題は生じなくなる。

また共通電極基板が加熱装置本体の金属シャーシーに
接触し、かつ外部の容量検出回路のアース電位も同様に
金属シャーシーの電位となっているため、センサから外
部回路へのリード線の引きだしはダイアフラム側の基準
電極および検出電極からの２本だけですみ、システムの
簡素化が図れる。またリード線の浮遊容量による初期容
量比R₀のばらつきも低減できる。

＜実施例＞以下、本発明における加熱装置を図面に基づいて説明
する。

第３図は本発明に係わる加熱装置の本体斜視図であ
る。

本体１の前面には開閉自在に扉体２と、操作パネル３
が設けられている。操作パネル３上には、種々の加熱を
指令するキーボード４と、表示部５とが配置されてい
る。

第４図は本発明に係わる加速装置のシステム構成の一
実施例を示すブロック図である。

操作パネル３上のキーボード４から入力された種々の
加熱指令は、制御部６によって解読され表示部５に所定
の表示が行われる。

加熱室７内の載置台８上に被加熱物９が載置され、加
熱手段10たるマグネトロンによって加熱される。マグネ
トロン10はドライバ11を介して、制御部６により給電を
制御される。

載置台８は、被加熱物９の加熱ムラの改善を図るた
め、モーター12により加熱時に回転駆動される。そし
て、スラスト方向に自在に動くモーター12の支持回転軸
17の先端には静電容量型重量センサ13が機械的に係合さ
れ被加熱物９及び載置台８の重量が伝達される。

第１図は本発明に係わる静電容量型重量センサ13の構
造図の一実施例である。（ａ）は断面図、（ｂ）はセン
サの展開図である。

共通電極基板18は金属材料からなる平板、ダイアフラ
ム19はアルミナ磁器などのセラミック材料からなる平板
の絶縁物である。両者はある間隙ｄを保ちながら周囲を
シール材20で封じられる。シール材20の材料としてエポ
キシ樹脂系の接着剤、あるいはガラスフリットなどが用
いられる。ダイアフラム19の共通電極基板18との対向面
のほぼ中央部に検出電極21、そして検出電極21の外周の
シール材20に近接する部分に温度検出手段たる基準電極
22が印刷などにより形成されている。

いま、共通電極基板18と検出電極21の間の静電容量を
検出容量15（以降Cw）、共通電極基板18と基準電極22の
間の静電容量を基準容量15（以降Cr）とする。ダイアフ
ラム19は、荷重Ｐが加われば破線で示すようにたわみ、
検出容量Cwは変化し、シール材20の近傍に配された基準
容量Crはほとんど変化しない。

ここで、基準容量Crは検出容量Cwと同一材料で構成さ
れ、しかもごく近傍に配されているため両者とも温度特
性はほぼ一致していると考えられる。

この温度特性を消去する方法としてCw/Crというよう
に各容量の比をとる方法がある。

このCw/crをＲと定義し、Ｒの温度特性を計算するととなり、各容量の温度特性の差という形式となり両者が
うまく消去される。

このような構成となっている本実施例では検出電極21
あるいは基準電極22に対向する電極が一枚の平坦な共通
電極基板18で構成されており、かつ電極間ギャップｄは
浮遊容量に対して充分大きな値とするため100ミクロン
程度の微小なものとなっている。

この微小ギャップを隔てて、基準電極22および検出電
極21から共通電極基板18を見た立体角は360°となり無
限遠に広がる平板とみなせる。このことは基準電極22お
よび、検出電極21の印刷位置のずれあるいはダイアフラ
ム19と共通電極基板18の貼り合わせのずれというような
製造上の作業のバラツキがあろうとも、基準容量14およ
び検出容量15はそれぞれ一定の容量値を示すことにな
る。

その他にも容量値を決定するパラメーターとして、電
極間のギャップｄがあるがこれに関しては荷重が印加さ
れていない状態ではダイアフラム19と共通電極基板18は
平行な位置関係であり各容量の除算を行えば（１）式で
示したように完全に消去できる。

第４図に戻り、検出容量15および基準容量14は容量検
出回路16で検出され、マイクロコンピューターで構成さ
れる制御部６で除算処理され容量比Ｒが計算される。

第５図は本発明の一実施例の静電容量型重量センサの
荷重特性図である。縦軸ＲはCw/Cr、横軸Ｗはセンサへ
の印加荷重である。このようにセンサへの印加荷重が0g
の点でのＲのバラツキは殆ど生じないため０点における
秤としての調整は不用となる。あとはダイアフラムの厚
みできまる感度バラツキだけを調整すればよいため、シ
ステムが簡素化できるとともに秤量精度にまつわる調整
作業工数も大幅に削減できる。

次に感度調整の方法の一実施例と、それによって容量
比Ｒから重量ｗがどのように計算されるかを述べる。

制御部６では標準的な特性のセンサのＷ−Ｒ特性（仮
に第５図での（ａ）の曲線とする。）Ｗ＝ａR²＋bR＋ｃ（a,b,c;定数） ……（２）という２次式で記憶している。もちろん、さらに高次の
式でこの曲線を表してもよい。

そして感度調整は加熱装置の０点である載置台８の荷
重条件で行う。例として（ｂ）のセンサの感度調整につ
いて説明する。まず制御部６は容量比Rbを測定し（２）
式より載置台重量Wp′を算出する。これは、実際の載置
台重量Wpより重く、Wp/Wp′の補正係数を乗じれば感度
補正ができる。すなわち載置台の荷重条件で計算結果が
Wpとなるような感度補正係数を決めてやればよい。この
感度補正係数Wp/wp′は半固定ボリウムあるいは不揮発
性RAM等の記憶媒体を用いて記憶できることは言うまで
もない。

以降、重量Ｗは測定した容量比Ｒから（２）式の関係
で計算した値に、記憶媒体から読み取った感度補正係数
を乗じるというシーケンスで算出できる。

次に第６図を用いてこの静電容量型重量センサの実装
構造の一例を示す。加熱室７の底部にモーター取り付け
金具25がスポット溶接で取り付けられ、そこにビス締め
によりモーター12とセンサ固定金具26が取り付けられて
いる。静電容量型重量センサ13はセンサ固定金具26の上
に載置され、センサ全体を覆い電磁的にシールドする金
属性のセンサカバー29により固定されている。センサカ
バー29はつめ部29−a,29−ｂをもちセンサ固定金具26に
穿った穴に挿入した後、先端を折り曲げることによって
固定されている。ダイアフラム19のほぼ中央部には荷重
を受け、かつ一定加圧面積でダイアフラム19を加圧する
ようにダイアフラム19との接触面を平面構造とした荷重
伝達部材28が載置されている。荷重伝達部材28はモータ
ー12により回転駆動されスラスト方向に移動自在な支持
回転軸27の下端部直下に配置されている。また荷重伝達
部材28は上部が砲弾状の形状となりセンサカバー29に穿
った穴から上部が突出し、その穴径と突出した部分の直
径とに適当なクリアランスをもたせることにより水平方
向の位置規制をおこない、かつ垂直方向には移動自在な
構成となっている。

このような構成によって、被加熱物９および載置台８
の荷重は支持回転軸17、荷重伝達部材28を通じて静電容
量型重量センサ13に伝達されることになる。

このように本実施例では共通電極基板18が衝撃強さに
優れた金属材料で形成されているため、被加熱物の載置
台上での落下等、使用上の種々の衝撃荷重に対して共通
電極基板18が破壊するという問題は一切発生しなくなり
機械的に堅牢な構造となる。

さて次に第２図を用いて具体的な回路構成の一例を示
す。制御部６はマイコンにより形成され、キーボード４
はキーマトリクスを形成し、入力端子I₀〜I₃に接続され
る。表示手段５たる蛍光表示管は、デジット制御信号S₀
〜S₄と表示データ信号O₀〜O₇によりダイナミック点灯制
御される。

ドライバ11はリレー29と高圧昇圧部30よりり成り、RL
Y信号によりマグネトロン10への給電を司る。

容量検出回路16はオペアンプによる無安定マルチバイ
ブレーターからなる単一の発振回路35、スイッチング手
段32とから構成される。スイッチング手段32は検出容量
Cwと基準容量Crとを交互に切り換え、マイコン６の内蔵
カウンターの入力端子Tcに入力する。この切り換えを制
御するのは、切り換えゲート信号E₀である。

スイッチング手段32はアナログスイッチによって構成
されているが、これは他の半導体スイッチング手段で
も、またリレーでも実現できる。

33は電圧変換および波形整形をするレベルシフト回路
であり、必要に応じて適宜付加すればよい。

例えば、アナログスイッチはupc−4066、オペレアン
プはTL082、マイコンはMB−88515で実現できるが、これ
に相当する機能を有するものであれば利用できるのは言
うまでない。ここで用いた発振回路35の発振周期Ｔはオ
ペアンプの端子の出力の矩形波信号が反転した時点か
ら考え、リード線34によって引き出された容量Ｃ（Cwか
Crかはスイッチング手段32によって選択される。）と抵
抗R₃との時定数によって端子の電圧が変化し、抵抗R₁
とR₂の分圧によって決まる端子の電圧と同じになった
時点で再び端子の出力が反転すると考えて計算するとＴ＝２CR₃・1n（１＋２R₁／R₂） ……（３）スイッチング手段32で検出容量14側を選択した時の周
波数をFw、基準容量15側を選択した時の周波数をFrとす
ると両周波数はそれぞれとなる。発振回路は同一としているためマイコン６の内
部で測定した周波数からFr/Fwの演算を行うと共通項に
ついては全く消去され Fr/Fw＝Cw/Cr となり、目的とする容量比を測定することができる。

本実施例ではセンサ固定金具26の上に、静電容量型重
量センサ13を載置し、共通電極基板18と接触させること
により加熱装置本体の金属シャーシーとの同電位化を図
っている。またこの電位は一般に回路上のアース電位と
なっているため、容量検出回路16ではアース電位と基準
電極間の容量を基準容量Crとして、またアース電位と検
出電極間の容量を検出容量Cwとして測定すればよいた
め、静電容量型重量センサ13からのリード線の引き出し
は２本となり組立の工数が削減できる。またリード線の
数が削減されることにより、センサ容量が受ける浮遊容
量の影響も低減され、無荷重状態での容量比のバラツキ
（荷重０点のバラツキ）の縮小に寄与することになる。
さらには、センサの周囲を取り囲む加熱装置本体の金属
シャーシーが全て共通電極基板18の電位となるため電磁
的なシールド効果も向上する。

＜発明の効果＞以上のように請求項（１）の加熱装置においては、以
下の効果がえられる。

（１）ダイアフラムと対向する基板を金属材料からなる
導電性の共通電極基板とすることによって、両電極（基
準電極，検出電極）から微小ギャップを隔てて見た共通
電極基板は実質的に無限に広がる電極とみなせ、共通電
極基板−検出電極間の検出容量ならびに、共通電極基板
−基準電極間の基準容量は、製造時の電極印刷位置のば
らつき、ダイアフラムと共通電極基板の貼り合わせのば
らつきの影響を全く受けず、ほぼ一定の値を示す。従っ
て両容量比をもって重量を検出する方法においてはセン
サに荷重が印加されていない状態での出力値は一定の値
となり０点ばらつきを調整する０点調整手段を設ける必
要がなく、調整工数が大幅に削減できるとともに、シス
テムの簡素化が実現できる。

（２）共通電極基板が靱性に優れ応力破壊の生じにくい
金属材料で構成できるため、対衝撃性は向上する。

また請求項（２）の加熱装置は、（１）共通電極基板が加熱装置本体の金属シャーシーに
接触し、かつ外部の容量検出回路のアース電位も同様に
金属シャーシーの電位となっているため、センサから容
量検出回路へのリード線の引き出しはダイアフラム側の
基準電極および検出電極からの２本だけですみシステム
の簡素化が図れる。

（２）センサの周囲を取り巻く金属シャーシーが全て共
通電極基板の電位と同じになるため電磁的シールド効果
は向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明の一実施例の重量検出機能付加熱
調理器に係わる静電容量型重量センサの断面図，（ｂ）
は同構成分解図、第２図は同加熱調理器の回路図、第３
図は同加熱調理器の本体斜視図、第４図は同加熱調理器
の構成を示すブロック図、第５図は同加熱調理器に係わ
る静電容量型重量センサの特性図、第６図は同センサの
実装構造図、第７図（ａ）は従来の加熱装置に係わる静
電容量型重量センサの断面図，（ｂ）は同構成分解図で
ある。１……加熱装置本体、６……制御部、７……加熱室、８
……載置台、９……被加熱物、10……加熱手段、13……
静電容量型重量センサ、14……基準容量、15……検出容
量、16……容量検出回路、18……共通電極基板、19……
ダイアフラム、20……シール材、21……検出電極、22…
…基準電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黄地謙三大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平２−68884（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】被加熱物を載置する加熱室と、前記加熱室
に結合される加熱手段と、重量を検出する重量検出手段
と、前記重量検出手段の出力データから被加熱物の重量
を計測しその重量に応じて前記加熱手段への給電を変更
する制御部とを備え、前記重量検出手段は、金属材料か
らなる共通電極基板と、アルミナ焼結体の薄板からなり
所定間隔をあけて前記共通電極基板と対向するダイアフ
ラムと前記共通電極基板と前記ダイアフラムを両者の外
周部にて互いに結合するシール部と、前記ダイアフラム
の前記共通電極基板との対向面の中心部に形成された前
記被加熱物の重量を感知する検出電極と、前記検出電極
の周囲で実質的に前記ダイアフラムがたわまない部分に
形成された基準電極とよりなり、前記共通電極基板と前
記検出電極の間の静電容量である検出容量と前記共通電
極基板と前記基準電極との間の静電容量である基準容量
との比を計測して重量を測定する構成とした重量検出機
能付加熱調理器。
【請求項２】加熱室本体を形成する金属シャーシーと、
被加熱物の重量に感応する静電容量型重量センサと、ア
ース電位が前記金属シャーシーと同電位であり前記静電
容量型重量センサの静電容量を検出する容量検出手段
と、前記容量検出手段の出力データから被加熱物の重量
を計測する制御部とを備え、前記静電容量型重量センサ
は金属材料からなり前記金属シャーシーと接触する共通
電極基板と、アルミナの焼結体の薄板からなり所定間隔
をあけて前記共通電極基板と対向するダイアフラムと、
前記共通電極基板と前記ダイアフラムを両者の外周部に
て互いに結合するシール部と、前記ダイアフラムの前記
共通電極基板との対向面の中心部に形成され前記被加熱
物の重量を感知する検出電極と、前記検出電極の周囲で
実質的に前記ダイアフラムがたわまない部分に形成され
た基準電極とよりなり、前記容量検出手段はアース電位
と前記検出電極の検出容量と前記アース電位と前記基準
電極との基準容量を測定し、前記制御部によって前記基
準容量と前記検出容量との比を計算して重量を求める構
成とした重量検出機能付加熱調理器。