JP2877006B2 - 重量換算法とそれを用いた加熱調理器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジなどに用い
られる重量センサの重量換算法と、調理中の食品重量の
重量換算法とに関する。特に、多数個の重量センサに、
効率よく精度の高い重量換算式を与える方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、加熱調理器に用いられるこの種の
重量センサは、特開平１−２６７４２４号公報に記載さ
れているように、図７に示すような構成である。同図
（ａ）に重量センサの平面図を、同図（ｂ）にＡ−Ａ’
断面図を示す。約３０mm角の上下２枚のアルミナ基板
（板厚０．６３mmt）１、２の中央部に円状（直径約１
２mm）の電極３、４を設け、適当な間隔（約４５μm）
で対向させ、その周辺部５で固着し、コンデンサを形成
するとともに、有効径約２４mmのダイアフラムとして動
作させていた。荷重（Ｗ）を上基板１の中央部に作用さ
せると、上基板１は凹状に変形し、電極１、２が形成す
る静電容量（Ｃ）が変化する。この変化を、ＣＲ発振回
路などの検知回路により、発振周波数（Ｆ）の変化とし
て検知し、荷重（Ｗ）を検出する構成となっていた。ま
た、図８に示すような構成のものもあった。同図（ａ）
に重量センサの平面図を、同図（ｂ）にＢ−Ｂ’断面図
を示す。上下２枚のアルミナ基板６、７の中央部に円状
（直径約１２mm）の電極８、９を、その周辺部に環状
（内径１８mm、外径２２mm）の電極１０、１１を、それ
ぞれ設け、適当な間隔（約４５μm）で対向させ、図７
と同様に、その周辺部１２で固着し、中央部の電極が形
成する円状コンデンサと、周辺部の環状電極が形成する
環状コンデンサとを構成し、荷重（Ｗ）によるそれぞれ
の静電容量（Ｃ）の変化を、ＣＲ発振回路などの検知回
路により、発振周波数（Ｆ）の変化として検知し、円状
のコンデンサの静電容量（Ｃｗ）と、環状のコンデンサ
の静電容量（Ｃｒ）との静電容量比（Ｒ＝Ｃｗ／Ｃｒ）
とから荷重（Ｗ）を検出する構成となっていた。荷重
（Ｗ）と、静電容量（Ｃ）、静電容量比（Ｒ）との関係
を図９に示す。同図において、横軸は重量センサに加え
られる荷重（Ｗ）を、縦軸に重量センサの特性値、静電
容量（Ｃ）、○実線１３、と静電容量比（Ｒ）、□実線
１４、とを示す。重量センサに作用する荷重（Ｗ）を求
めるのに、重量センサの出力である、これらの特性値
（ＣまたはＲｃ）から、２次式からなる換算式を用いて
荷重（Ｗ）を演算処理していた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような２次式からなる換算式を用いる構成では、１つの
換算式で広い荷重範囲を精度良く換算できない。このた
め複数個の換算式が必要になったり、精度が悪いなどの
課題があった。また、重量を換算するのに高次の換算式
を用いると換算に要する時間がかかるなどの課題もあっ
た。このため、調理スピ−ドの速い電子レンジなどで
は、調理中の重量変化を演算するのに時間がかかる等の
ため、食品の重量変化をもちいて自動調理することが困
難であるという課題もあった。

【０００４】本発明は、前記従来の課題を解消するもの
で、１つの換算式で広い荷重範囲を精度良く換算でる重
量換算法を提供することを目的としている。また、調理
中の食品の重量変化を短時間で演算する方法を提供する
ことをも目的としている。また、この本発明の重量換算
法を用い、精度良く、簡単に、且つ、迅速に重量を換算
できることにより、調理物の重量変化で調理を制御でき
る加熱調理器を提供することをも目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明の荷重換算法は、重量センサの特性値（Ｘ）
と重量値（Ｗ）との関係が３次式、Ｗ＝Ｆ（Ｘ）＝A(3)
・Ｘ∧3＋A(2)・Ｘ∧2＋A(1)・Ｘ∧1＋A(0)、で近似さ
れるとし、予め定められた２つの基準重量値（Ｗ0、Ｗ
1）での重量センサの特性値（Ｘ0、Ｘ1）の差（dＸ＝Ｘ
1−Ｘ0）を用い、前記３次式の各係数値の比（A(2)/A
(3)、A(1)/A(3)）を、予め求められた相関関係を用いて
決定した後、前記３次式の残った２つの未知数（A(3)、
A(0)）を、前記２つの基準重量値（Ｗ0、Ｗ1）での特性
値（Ｘ0、Ｘ1）を用いて算出する構成とした。

【０００６】また、本発明の第４の荷重換算法は、初回
の重量換算に重量センサの出力値と重量換算式とを用い
て重量換算し、次回からの重量換算に重量センサの出力
値の変化値と、重量換算式の微係数とを用いて重量を換
算して構成とした。

【０００７】また、食品の重量変化を捉え、調理を制御
する加熱調理器を構成するため、本発明の加熱調理器
は、調理開始前、もしくは調理開始時の食品の初期重量
を、前記請求項１、２、３の内の１つの方法で検知し、
調理中の食品の重量変化を、前記初期重量演算時の重量
換算式の微係数と、重量センサの出力値の変化値とから
換算する構成とした。

【０００８】

【作用】本発明の構成によれば、重量換算式が３次式で
近似されているため、広い範囲の荷重値を１つの換算式
で換算することができる。

【０００９】また、重量換算式が３次式で構成され、且
つ、２つの基準荷重値での重量センサの特性値を用い
て、前記３次式からなる重量換算式の各係数を決定し、
さらに前記２つの基準荷重値を通るよう残った３次式の
係数を決定するため、簡単に精度のよい３次式からなる
重量換算式を決定することができる。

【００１０】また、本発明の構成によれば、最初の重量
換算には、重量センサの出力値と重量換算式とを用いて
重量換算し、次からの重量換算には、重量センサの出力
値の変化値と、重量換算式の微係数とを用いて重量を換
算するため、高次の換算式をもちいても、短時間で重量
を、精度よく換算することができる。

【００１１】また、本発明の構成によれば、調理中の食
品の初期重量値を、精度良く換算するとともに、調理中
の食品の重量変化を、迅速に換算することができるた
め、調理時間の短い調理であっても、食品の重量変化に
基づいて調理を制御することができ、自動調理を実現で
きる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１３】 （実施例１） 図１は、本発明の実施例に基づ重量換算式を説明するた
めの特性値（静電容量比、Ｒ）と荷重（Ｗ）との関係を
示す。横軸に特性値（静電容量比、Ｒ）を、縦軸に荷重
（Ｗ）を示す。角（□）印は実測値を示し、実線１５は
本発明による３次式の重量換算式を、破線１６は従来の
２次式による重量換算式を示す。３次式からなる重量換
算式、実線１５であれば、０から５ｋｇまでの幅広い荷
重範囲をカバ−することができる。従来の２次式からな
る重量換算式、破線１６であれば、低荷重領域に合わせ
た場合、３ｋｇ以上の高荷重領域において誤差が大きく
なっている。従って、この場合には、高荷重領域に合わ
せた２次式からなる重量変換式が必要になる（図１に
は、図示せず）。

【００１４】従って、予め設定された基準荷重、例えば
零点などを実測値と一致するように平行移動させると、
広い荷重範囲を１つの重量換算式で換算できることが解
る。

【００１５】以上のことを、数式を使って説明すると、
特性値をＸ（Ｒ）とし、換算された重量値をＷ(cal)と
すると、予め設定された３次式は（数１）で示される。

【００１６】

【数１】

【００１７】Ａ(i)は、各次数での係数値を示す。定数
項Ａ(0)を、実測値により補正し、Ｗ(cal)＝０と成るよ
うに、Ａ'(0)とすると、即ち、平行移動させると数式２
となる。

【００１８】

【数２】

【００１９】ここで、Ｘ(0)は零点での特性値を示す。
各係数Ａ(3)、Ａ(2)、Ａ(1)は予め与えられている。こ
の（数２）は、必ず零点を通る３次式からなる換算式を
示す。

【００２０】このとき、重量換算式は（数３）で示され
る。

【００２１】

【数３】

【００２２】この（数３）が同図に示されている実線１
５である。即ち、予め決められた３次式を上下（Ｙ軸）
方向に平行移動させることに相当する。

【００２３】図３に、重量センサ約１０００台に対して
実測した誤差を示す。 横軸に荷重値Ｗ（ｋｇ）を、縦軸
に誤差（ｇ）を示す。実線１９および２０は各荷重での
誤差の＋３σおよび−３σ値を示す。破線２１は、誤差
が３％である領域を示している。同図より、換算誤差が
全領域にわたり、３％以下であることを示している。こ
の値は、電子レンジなどの調理器に用いる場合の実用上
問題の無いレベルを示し、本発明によると、広い荷重範
囲にわたり良い近似を示している。

【００２４】本発明の荷重換算法は、２つの基準荷重値
（Ｗ0、Ｗ1）でのセンサ特性値（Ｘ0、Ｘ1）の差、dＸ
＝Ｘ1−Ｘ0、が、３次式からなる重量換算式の各係数値
の比が、下記に示すように、強い相関関係にあり、簡単
な一次関数であらわされることを利用している。

【００２５】例えば、量産時に多数個の重量センサに、
重量換算式を与える時に、予め設定された２つの基準荷
重、例えば零点（Ｗ0）と１kg点（Ｗ1）での重量センサ
の出力値Ｘ0、Ｘ1を実測し、その値を用い、逆に図４に
示した簡単な一次関数の関係を用いて、各重量センサの
３次式の各係数値比（A(2)/A(3)）と（A(1)/A(3)）と
を、簡単な一次関数（図４実線２２および２３）からも
とめ、重量換算式として次の（数４）を得る。

【００２６】

【数４】

【００２７】ここで、Ｘは重量センサの特性値、（A(2)
/A(3)）と（A(1)/A(3)）とは、図４から求められる既知
の３次式の係数値比を示す。従って、３次の係数Ａ(3)
および定数項Ａ(0)の２つが未知数となり、（数４）
が、上記２つの実測値、基準荷重値、を通ることから簡
単に決定することができる。

【００２８】図５に、このようにして重量換算式を決め
た重量センサ約１０００台に対して実測した誤差を示
す。横軸に荷重値Ｗ（ｋｇ）を、縦軸に誤差（ｇ）を示
す。

【００２９】実線２４（○）は各荷重での誤差の＋３σ
値を、実線２５（□）は各荷重での誤差の−３σ値をそ
れぞれ示す。破線２６は、誤差が２％である領域を示し
ている。同図より、換算誤差が全領域にわたり２％以下
であることが解る。

【００３０】２つの基準荷重での重量センサの出力値に
応じて、重量換算式の各係数値を予め決められた方法で
決定するため、広い荷重範囲にわたり、それぞれの重量
センサの応じた換算式となり、さらに良い近似を示し、
換算誤差の少ない重量換算値が得られた。

【００３１】 （実施例２） 重量換算に要する換算時間を短縮するため本発明の方法
を以下に説明する。多項式からなる重量換算式、例え
ば、３次式の場合を考える。重量を換算する３次式が以
下に示す数式７で与えられるとすると、

【００３２】

【数５】

【００３３】ここで、(Ａ3)、(Ａ2)、(Ａ1)、(Ａ0)はそ
れぞれ重量換算３次式の各係数値を示す。

【００３４】まず最初に、重量センサの出力から、重量
値を換算する場合、（数４）に重量センサの出力Ｘ1を
代入し、換算重量値Ｗ(cal)を得る。

【００３５】それ以降、重量値を換算する場合、重量セ
ンサに出力値をＸ2とすると、重量センサの出力値の変
化値ｄＸ（＝Ｘ2−Ｘ1）と、下記（数６）で示される
（数５）の微係数（ｄＷ／ｄＸ）とを用いて演算する。

【００３６】

【数６】

【００３７】（数６）のＸにＸ1を代入すると、Ｘ1での
微係数（ｄＷ／ｄＸ）が得られる。この場合、微係数
（ｄＷ／ｄＸ）は一つの定数として扱われる。

【００３８】従って、変化重量値ｄＷは、下記の簡単な
（数７）で与えられる。

【００３９】

【数７】

【００４０】この（数７）は、２つの数値の掛け算とな
る。また、換算重量値は、最初に得た重量値Ｗ(cal)と
ｄＷとの和として得られる。

【００４１】即ち、Ｗ＝Ｗ(cal)＋ｄＷとなる。このよ
うに、最初に重量値を換算する場合には、重量センサの
特性値を用い、高次の近似式を使って、時間をかけて初
期重量値を演算処理するが、２回目以降は、重量センサ
の特性値の変化量と、微係数との簡単な掛算処理で重量
値の変化が演算できる。従って、マイコンなどで処理す
る場合に、大幅に演算時間が短縮される。

【００４２】図６に、３次式から演算した結果と、本実
施例に説明した微係数による結果との誤差の比較を示
す。同図において、横軸は初期重量値からの変化重量
値、縦軸は微係数を用いて換算した場合の誤差を示す。
実線２７、２８、２９はそれぞれ初期重量値が５０ｇ、
２ｋｇ、５ｋｇの場合の結果を示す。最も誤差の大きい
５ｋｇの場合でも、誤差は５ｇ以下であった。即ち、初
期重量値が５ｋｇで、真の重量変化１００ｇあった場合
に、誤差は５ｇ以下であった。電子レンジなどの調理器
で、自動調理に応用する場合、実用上問題のないレベル
であった。

【００４３】 （実施例３） 電子レンジなどの加熱調理器のこの種の重量センサを搭
載し、調理を食品の重量変化により制御する場合、例え
ば、御飯などをあたため調理を実施する場合、御飯があ
たためられるとともに、御飯から水蒸気が発生し、その
重量は軽くなる。ある程度軽くなった時点で調理を停止
すると、御飯はほど良い温度にあたためられていること
になる。このとき、電子レンジでは調理の進行が非常に
速いため、調理中の食品の重量を素速く検知する必要が
ある。従って、高次の重量換算値を用いると演算に時間
がかかるため、誤差の小さい高次の重量換算式が使用で
きないことがあった。しかしながら、実施例２で説明し
た微係数を用いる方法であれば、短時間に重量値を換算
できる。このために、比較的時間の余裕のある調理開始
時に、または、調理開始前に重量センサの出力値（Ｘ
s）を用い、食品の初期重量（Ｗs）を、例えば高次の
（数４）で換算する。その時に、（数４）の初期重量
（Ｗs）での傾きＫs、微係数、も同時に求めておく。

【００４４】Ｘｔを調理中の重量センサの特性値とする
と、重量変化ｄＷは、ｄＷ＝Ｋｓ・（Ｘｔ−Ｘｓ）で得
られる。なお、（Ｘｔ−Ｘｓ）は重量センサの特性値の
変化を示している。

【００４５】このように、複雑な高次の重量換算値を用
いても、重量変化は上式で示したように、簡単な掛け算
の１次式で得られる。したがって、演算時間も短く、電
子レンジなどの素早い調理の場合にも、重量変化を用い
て調理を制御することができる。

【００４６】

【発明の効果】以上のように本発明の重量換算法と、そ
れを用いた加熱調理器において、次の効果が得られる。

【００４７】（１）３次式からなる高次の重量換算式を
用いているため、広い荷重範囲にわたって１つの換算式
で荷重を与えることができる。

【００４８】（２）予め与えられた２つの基準点での実
測値により、高次の換算式の各係数比、実測値に応じて
補正するため、各重量センサに応じた重量換算式を与え
ることができ、広い荷重範囲にわたって１つの換算式で
より精度よく荷重を与えることができる。

【００４９】（３）初期重量換算後、重量変化を換算式
の微係数をもちいて換算するため、簡単な１次式で荷重
を、比較的短時間で換算することができる。

【００５０】（４）短時間に換算することができるた
め、、調理時間の短い電子レンジなどの調理も、食品の
重量変化によって、制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を説明するための重量センサ
の特性図

【図２】本発明の他の実施例を説明するための重量セン
サの特性図

【図３】本発明の換算重量値の誤差を示す図

【図４】本発明の他の実施例を説明するための重量セン
サの特性図

【図５】本発明の換算重量値の誤差を示す図

【図６】本発明の実施例の変化重量値と誤差との関係を
示す図

【図７】 （ａ）従来の重量センサの平面構成図 （ｂ）（図７）ａのＡ−Ａ’断面図

【図８】 （ａ） 従来の重量センサの平面構成図 （ｂ） （図８）ａのＢ−Ｂ’断面図

【図９】従来の重量センサ特性図

【符号の説明】

１、２ アルミナ基板 ３、４ 電極 ５ 周辺部 １５ ３次重量換算式 １６ ２次重量換算式

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｇ 19/52 Ｇ０１Ｄ 3/02 Ｎ (72)発明者 山下 誠一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平１−267424（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−151824（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−302123（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−1929（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01G 3/00 G01G 23/01 G01G 23/37 G01G 19/52

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】重量センサを加熱調理器に搭載する時に、
   重量センサの特性値（Ｘ）と重量値（Ｗ）との関係が３
   次式、Ｗ＝Ｆ（Ｘ）＝A(3)・Ｘ∧3＋A(2)・Ｘ∧2＋A(1)
   ・Ｘ∧1＋A(0)、で近似されるとし、予め定められた２
   つの基準重量値（Ｗ0、Ｗ1）での重量センサの特性値
   （Ｘ0、Ｘ1）の差（dＸ＝Ｘ1−Ｘ0）を用い、前記３次
   式の各係数値の比（A(2)/A(3)、A(1)/A(3)）を、予め求
   められた相関関係を用いて決定した後、前記３次式の残
   った２つの未知数（A(3)、A(0)）を、前記２つの基準重
   量値（Ｗ0、Ｗ1）での特性値（Ｘ0、Ｘ1）を用いて算出
   してなる重量換算法。
2. 【請求項２】初回の重量換算時に重量センサの出力値と
   重量換算式とを用いて初期重量値を重量換算し、次回か
   らの重量換算時に重量センサの出力値の変化値（ｄＸ）
   と、重量換算式の微係数（ｄＷ／ｄＸ）とを用いて変化
   重量値を求め、前記初期重量値と前記変化重量値とから
   重量を換算してなる重量換算法。
3. 【請求項３】調理開始前、もしくは調理開始時の食品の
   初期重量を、前記請求項１の方法で検知し、調理中の食
   品の重量変化を、前記初期重量演算時の重量換算式の微
   係数と、重量センサの出力値の変化値とから換算してな
   る加熱調理器。