JP4177795B2

JP4177795B2 - 炊飯器

Info

Publication number: JP4177795B2
Application number: JP2004224102A
Authority: JP
Inventors: 健山根; 定宇都宮; 英孝大隅; 知哉中山
Original assignee: Zojirushi Corp
Current assignee: Zojirushi Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2008-11-05
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2006042864A

Description

本発明は炊飯器に関する。

炊飯を行う場合、米に十分に吸水させることと、糊化開始から余分な水分がなくなるまでの時間を適当な長さにすることとが重要である。米の吸水率は約３０％が最適とされ、吸水速度は、温度が高いほど大きくなるが、温度が糊化開始温度よりも高くなると、逆に表面が糊化してほとんど吸水できなくなる。また、糊化開始から余分な水分がなくなるまでの調理時間は１８分程度が最適とされる。

図７に示すように従来の炊飯器は、糊化しない範囲の温度に加熱して吸水させる予熱工程と、水を沸騰させる沸騰工程と、沸騰状態を維持して米を糊化して余分な水分を蒸発させる沸騰維持工程とを行い、機種によっては所定の時間の蒸らしまでを一連の炊飯工程として自動的に炊飯調理する。

予熱工程においては、米および水の温度を設定した温度に維持することが重要であるが、炊飯開始時の水温、環境温度や炊飯する量によって、内鍋の外側に設けられる温度センサの測定値と実際の米および水の温度とに差がある場合がある。特に、炊飯量が多いと加熱時の温度センサによる測定値が実際の米および水の温度よりも高くなる傾向にある。

また、沸騰維持工程においては、加熱手段から加える熱量（投入電力）を炊飯量に合わせて最適化することが重要であり、図７に示すように、沸騰工程における水温上昇率から、炊飯量を推測してこの推測容量によって沸騰維持工程での投入電力を加減するのが一般的である。しかし、季節変動などによって水温上昇率からは正しい炊飯量を推測できないことがあった。

以上の問題に対して、特許文献１では、炊飯開始時の水温によって吸水温度および時間を変更しており、特許文献２では、吸水工程での僅かな加熱による温度上昇から実際の米および水の温度をファジー推論により推測して予熱時間を変更している。また、特許文献３では、予熱温度に達したときに加熱を停止して温度のオーバーシュート量を計測することで炊飯量を推測して予熱時間を変更している。また、特許文献４では、沸騰工程における温度上昇率から炊飯量の推定量を判定する際の基準値を、炊飯開始時の水温によって補正している。さらに特許文献５では、前回炊飯時の調理時間によって加熱量を増減している。
特許第３０２８９８３号公報特許第２６１３４９５号公報特許第２７３２３９７号公報特許第３１２９３７６号公報特許第２９２３３５１号公報

しかしながら、米および水を準備してすぐに炊飯を開始する場合、炊飯開始時の温度センサの出力と実際の水温とは誤差があったり、環境温度を反映していない場合も少なくない。そして、予熱時の水温上昇は僅かであるので正確に炊飯量を推測することは困難である。また、調理時間の長短は、毎回変化する多くの要因によって影響を受けているため、その結果のみによって次回の調理時の加熱量を補正しても必ずしも好ましい方向に補正できるとは限らない。さらに、炊飯器の製造時のバラツキやセンサの出力や加熱手段の出力の経時変化によっても正しい調理手順を選択できなくなるという問題があった。

前記問題点に鑑みて、本発明は、温度や時間などの調理手順を自動的に最適化する炊飯器を提供することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明による炊飯器は、予熱工程の水温上昇率によって炊飯量の１次推測容量を求め、沸騰工程の水温上昇率によって炊飯量の２次推測容量を求め、調理手順を制御する制御手段と、過去複数の前記２次推測容量を記憶する記憶手段とを有し、前記制御手段は、前記１次推測容量が大容量であり、且つ、前記記憶手段に記憶した過去複数の前記２次推測容量の平均が所定の基準値以上であるとき、前記予熱工程を、高温および長時間の少なくともいずれかに設定するものとする。

この構成によれば、予熱工程の水温上昇率によって推測した１次推測容量は誤差が大きいが、ユーザは毎回略同量の炊飯を行うので、過去の炊飯の沸騰工程の水温上昇率によって推測した複数の推測容量を参考にすることでより正確に炊飯容量を推測して適切な条件で予熱して炊飯できる。そして、１次推測容量および２次推測容量の判定結果がともに大容量であり、実際の炊飯量が多いことが確実な場合にのみ、大容量に適した条件を設定するので、少量の炊飯時に予熱温度を高温にして米を糊化させるような失敗がない。

また、本発明の炊飯器において、前記制御手段は、前記１次推測容量に応じて、前記２次推測容量を判別するための基準値を変更してもよい。

この構成によれば、予熱工程の温度を変えることによる２次推測容量の判定誤差を小さくできる。

また、本発明の炊飯器において、前記制御手段は、予熱開始から所定の水温に上昇するまでの時間をしきい値と比較することによって前記１次推測容量を判別し、予熱開始時の水温に応じて前記しきい値を変更してもよい。

この構成によれば、可能な限り長い時間水温上昇率を計測できるので、１次推測容量の判別精度を高くできる。

以上のように、本発明の炊飯器は、温度や時間などの調理手順を自動的に最適化することができ、常に適切な炊飯ができる。

以下に本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態の炊飯器１の断面図である。炊飯器１は、本体２と蓋体３とからなり、本体２の内部に内鍋４が収納される。蓋体３には内蓋５が取付けられ、内鍋４の上部開口を封止するようになっている。炊飯器１は、本体３に設けた加熱手段である加熱コイル６によって内鍋４を加熱して調理する。また、本体３には内鍋４の側面に接して内鍋４の温度を検出する温度センサ７が設けられており、制御手段である制御回路８が温度センサ７の検出温度に応じて、加熱コイル６を駆動する駆動回路８の出力を増減できるようになっている。また、制御回路８は、Ｅ^２ＰＲＯＭからなる不揮発性の記憶手段である記憶装置１０との間でデータを送受信できる。

次に、図２に炊飯器１で炊飯を行ったときの温度センサ７の検出温度の時間変化を示す。炊飯工程は、内鍋４の中の米および水を例えば４２℃の予熱温度Ｔ_Ｐに加熱してからその予熱温度Ｔ_Ｐを所定の時間維持することで、米に吸水させる予熱工程と、水を沸騰させる沸騰工程と、沸騰を維持して米を糊化させてから余分な水分を蒸発させる沸騰維持工程と、所定の時間の蒸らしを行う蒸らし工程とからなっている。

各工程における加熱コイル６の出力や保持時間などの調理手順は、炊飯量に応じて変更されるが、炊飯量は水温上昇率によって推測される。炊飯器１では、予熱工程で大容量と小容量のいずれかに１次判別された１次推測容量Ｖ_１が求められ、沸騰工程で７段階の容量ランクＲ_２のいずれかに２次判別された２次推測容量Ｖ_２が求められる。

１次判別では、予熱工程において、予熱開始から所定の温度まで上昇するのに要した予熱時間ｔ_１が１次判別しきい値ｔ_Ｓ１以上であれば１次推測容量Ｖ_１は大容量であり、予熱時間ｔ_１が１次判別しきい値ｔ_Ｓ１未満であれば１次推測容量Ｖ_１は小容量であると判別する。

２次判別では、沸騰工程において、所定の温度上昇に要する沸騰時間ｔ_２を１つの指標としてファジー推論により６つの容量ランクＲ_２のいずれかに定める。以下の表１に示す各中央値Ｔ_Ｓ２は、各容量ランクＲ_２を定める基準値であり、沸騰時間ｔ_２が中央値Ｔ_Ｓ２と等しいとき、２次推測容量Ｖ_２は中央値Ｔ_Ｓ２が定められた容量ランクＲ_２に属することを示すメンバーシップ関数が最大となる。

炊飯器１では、２次判別の結果得られた２次推測容量Ｖ_２によって、表１に示すように、沸騰維持工程における加熱コイル６への通電率（加熱量）が決定される。例えば、２次推測容量Ｖ_２がランク４であれば、駆動回路８は通電率９／１５で加熱コイル６を駆動する。そして、炊飯器１では、沸騰維持工程に要した調理時間ｔ_Ｂを計測して、表１の適正時間ｔ_ＳＢと比較して、加熱コイル６への通電率が適正であったかどうかを判断できるようになっている。

また、記憶装置１０は、２次推測容量Ｖ_２の容量ランク値Ｒ_２および調理時間ｔ_Ｂなどを例えば過去８回分記憶しておくようになっており、また、中央値ｔ_Ｓ２も記憶装置１０に記憶されているので書き換え可能である。

図３に、予熱温度Ｔ_Ｐを決定する判断の流れを示す。炊飯器１では、１次推測容量Ｖ_１と、過去の２次推測容量Ｖ_２の容量ランク値Ｒ_２とから予熱温度Ｔ_Ｐを決定するようになっている。先ず、ステップＳ１において予熱開始時の水温Ｔ_０が、例えば１３．２℃の下限温度Ｔ_Ｓ１以上で例えば１８．２℃の境界温度Ｔ_Ｓ２未満であるか、ステップＳ２において予熱開始時の水温Ｔ_０が、例えば１８．２℃の境界温度Ｔ_Ｓ２以上で例えば２４．３℃の上限温度Ｔ_Ｓ３未満であるかを確認する。ステップＳ１で水温Ｔ_０が下限温度Ｔ_Ｓ１未満、またはステップＳ２でＴ_Ｓ３以上であれば、ステップＳ３で予熱温度Ｔ_Ｐを一般的な予熱温度である低温Ｔ_Ｌ（例えば４２℃）に設定する。ステップＳ２で水温Ｔ_０が、下限温度Ｔ_Ｓ１以上で境界温度Ｔ_Ｓ２未満であれば、ステップＳ４で１次判別しきい値ｔ_Ｓ１をｔａ（例えば３６０秒）に設定し、または、ステップＳ２で水温Ｔ_０が、境界温度Ｔ_Ｓ２以上で上限温度Ｔ_Ｓ３未満であれば、ステップＳ５で１次判別しきい値ｔ_Ｓ１をｔｂ（例えば２１０秒）に設定して、ステップＳ６において予熱開始から一般的な予熱温度Ｔ_Ｌに上昇するまでの予熱時間ｔ_１を計測する。ステップＳ７で予熱時間ｔ_１が１次判別しきい値ｔ_Ｓ１以上であり、かつ、ステップＳ８で過去８回の２次推測容量Ｖ_２の容量ランク値Ｒ_２の平均値が予熱容量ランク基準値Ｖ_Ｓ１以上であれば、ステップＳ９で予熱温度Ｔ_Ｐを高温Ｔ_Ｈ（例えば６０℃）に設定する。しかし、ステップＳ７で予熱時間ｔ１が１次判別しきい値ｔ_Ｓ１未満であるか、ステップＳ８で過去８回の２次推測容量Ｖ_２の容量ランク値Ｒ_２の平均値が予熱容量ランク基準値Ｖ_Ｓ１未満であれば、ステップＳ３で予熱温度Ｔ_Ｐを低温Ｔ_Ｌに設定する。そして、ステップＳ１０で所定の時間、予熱温度Ｔ_Ｐを維持するように加熱コイル６を駆動する。

この制御による予熱温度Ｔ_Ｐの決定の効果は、炊飯容量が多いほど温度センサ７による測定値が実際の米と水の温度よりも高くなるために、炊飯容量が多いときに実際の米と水の温度が低いために吸水が不十分となる不具合を解消できることである。また、予熱時間ｔ_１による推測容量Ｖ_１は誤差が大きく、ユーザは必ずしも過去の炊飯量と同じ量と炊飯するとは限らないので、いずれか一方だけでは、実際の米と水の温度が高くなりすぎ、米の表面が糊化してほとんど吸水できなり炊飯は失敗となる問題がある。そこで、本実施形態では、両者の判定結果がともに大容量であり、実際の炊飯量が多いことが確実な場合にのみ予熱温度Ｔ_Ｐを高くするので、実際の炊飯量が少ないにも拘わらず、高温Ｔ_Ｈの予熱を行って炊飯を失敗することがなく、仮に、炊飯量が少量であるとした予測が外れていた場合でも、最適な炊飯ではないが許容範囲であり従来の炊飯器と同様の炊飯結果が得られる。

本実施形態では、１次推測容量Ｖ_１および過去の２次推測容量Ｖ_２がともに大容量である場合には予熱温度Ｔ_Ｐを高温Ｔ_Ｈにしているが、予熱温度Ｔ_Ｐを変更せずに予熱温度Ｔ_Ｐを維持する時間を長くしてもよい。この場合、炊飯に要する時間は長くなるが、実際の炊飯量が少ないにも拘わらず１次推測容量Ｖ_１および過去の２次推測容量Ｖ_２がともに大容量となった場合にも、米の吸水率が得られない失敗がないので安全である。

また、本実施形態では、予熱開始から温度Ｔ_Ｌに達する間での予熱時間ｔ_１を１次判別しきい値ｔ_Ｓ１と比較するようにしているので、水温上昇率を測定する時間を長くでき、測定誤差が小さい。また、予熱開始時の水温が下限温度Ｔ_Ｓ１未満の場合や、上限温度Ｔ_Ｓ３以上の場合は、初期条件が通常範囲ではないので、水温上昇率を測定しても予期せぬ測定誤差を含む可能性が高い。このため、安全な通常温度Ｔ_Ｌでの予熱を行って危険を避けるようになっている。また、上昇した水温を予熱時間ｔ_１で除すれば、水温上昇率が求められるが、この予熱は、加熱時間が短く室温との差が小さい温度帯で行われるので誤差要因を多く含んでいる。このため、予熱開始時の水温を複数の温度帯域に区分して、区分毎に予熱時間ｔ_１に対する１次判別しきい値ｔ_Ｓ１を設定するだけでも、諸誤差を考慮すれば十分である。

次に、図４に、２次推測容量Ｖ_２の判別の流れを示す。ステップＳ１１では、沸騰工程において、例えば６０℃から９０℃に水温が上昇するまでの沸騰時間ｔ_２を計測する。ステップＳ１２では、予熱工程における予熱温度Ｔ_Ｐが低温Ｔ_Ｌと高温Ｔ_Ｈのいずれであったかを確認し、予熱温度Ｔ_Ｐが高温Ｔ_Ｈであった場合、ステップＳ１３で記憶装置に記憶した各容量ランク１〜６の中央値ｔ_Ｓ２の値に１０を減じた値を使用して、ステップＳ１４でファジー推論により炊飯量がいずれの容量ランクに属しているかを推測して２次推測容量Ｖ_２の容量ランク値Ｒ_２を決定する。ステップＳ１３では、記憶装置に記憶した内容は書き換えずに、そのときのみ、各中央値ｔ_Ｓ２をマイナス補正するものである。また、ステップＳ１２で予熱温度Ｔ_Ｐが低温Ｔ_Ｌであった場合、各容量ランク１〜６の中央値ｔ_Ｓ２の値は記憶装置に記憶した値をそのまま使用して、ステップＳ１４でファジー推論により２次推測容量Ｖ_２の容量ランク値Ｒ_２を決定する。

この制御によれば、正確に２次推測容量Ｖ_２を求められる。これは、予熱温度Ｔ_Ｐが高いほど、沸騰時間ｔ_２が短くなることが経験的に知られており、予熱温度Ｔ_Ｐ毎に表１と同様の中央値を設定することが理想的であるが、予熱温度Ｔ_Ｐによって２次推測容量Ｖ_２を判別するための基準となる中央値ｔ_Ｓ２を補正することで、予熱温度Ｔ_Ｐ毎に中央値を設定せずとも、正確な容量判別が可能となるからである。

次に、図５に２次判別時の中央値ｔ_Ｓ２の補正手順を示す。炊飯器１では、炊飯が終了した時に、調理時間ｔ_Ｂを適正時間ｔ_ＳＢと比較して調理手順が適切であったか否かを判断し、結果によっては、次回からの調理手順をより適切に変更するために２次判別時の中央値ｔ_Ｓ２を補正して記憶装置に記憶した中央値Ｔ_Ｓ２の値を書き換えるようになっている。また、補正は、すべての基準値を同時に補正してもよいが、本実施形態では、表１に示すように、容量ランクＲ_２を比較的小容量のＳ群と大容量のＬ群の２つの容量群に分けて、各容量群ごとに補正するようになっている。

中央値ｔ_Ｓ２の補正手順は、沸騰維持工程の終了後、先ず、ステップＳ２１で調理時間ｔ_Ｂが過去３回、連続して調理時の２次推測容量Ｖ_２に対応する表１の適正時間ｔ_ＳＢよりも長かったことが確認されれば、過去３回とも２次推測容量Ｖ_２の容量ランクＲ_２がＬ群に属している場合（ステップＳ２２）にＬ群の中央値ｔ_Ｓ２を小さくする補正を行い（ステップＳ２３）、過去３回とも２次推測容量Ｖ_２の容量ランクＲ_２がＳ群に属している場合（ステップＳ２４）にＳ群の中央値ｔ_Ｓ２を小さくする補正を行う（ステップＳ２５）。過去の３回の２次推測容量Ｖ_２の容量ランクＲ_２が不一致の場合は補正を行わない。また、ステップＳ２６で調理時間ｔ_Ｂが過去３回、連続してそのときの２次推測容量Ｖ_２に対応する表１の適正時間ｔ_ＳＢよりも短かったことが確認されれば、過去３回とも２次推測容量Ｖ_２の容量ランクＲ_２がＬ群に属している場合（ステップＳ２７）にＬ群の中央値ｔ_Ｓ２を大きくする補正を行い（ステップＳ２８）、過去３回とも２次推測容量Ｖ_２の容量ランクＲ_２がＳ群に属している場合（ステップＳ２９）にＳ群の中央値ｔ_Ｓ２を大きくする補正を行う（ステップＳ３０）。過去の３回の２次推測容量Ｖ_２の容量ランクＲ_２が不一致の場合は補正を行わない。

この補正による効果は、調理時間ｔ_Ｂが適正時間ｔ_ＳＢよりも長い場合は加熱コイル６による加熱量が不足していたと考えられるので、２次推測容量Ｖ_２を判別する中央値ｔ_Ｓ２を小さくしてやれば、同じ条件で炊飯を行う場合に２次推測容量Ｖ_２がより大きい容量ランクＲ_２に判別されることになるので、通電率が大きくなり加熱コイル６による加熱量を大きくして調理時間ｔ_ＳＢを適正時間ｔ_ＳＢに近づけることができる。調理時間ｔ_Ｂが適正時間ｔ_ＳＢよりも短い場合はその逆である。

本実施形態では、過去３回、調理時間ｔ_Ｂと２次推測容量Ｖ_２の容量群との判定結果が連続して同じであった場合にのみ中央値ｔ_Ｓ２を補正しているが、調理時間ｔ_Ｂの平均値によって補正の要否を判断してもよく、２次推測容量Ｖ_２の多数が属する容量群の中央値ｔ_Ｓ２を補正してもよく、また、同じ容量群に属する２次推測容量Ｖ_２のときの調理時間ｔ_ＳＢをピックアップして補正の要否を判断してもよい。また、適正時間ｔ_ＳＢは幅を有していてもよく、その場合ステップＳ２１とステップＳ２６とにおいて適正時間ｔ_ＳＢは異なる値となる。

また、本実施形態では、ファジー推論により、２次推測容量Ｖ_２を決定しているが、各容量ランクの境界を示すしきい値を基準に容量ランク値Ｒ_２を決定してもよい。また、表１に示したように、適正時間Ｔ_ＳＢは、２つの容量ランクに対して１つの値が定められているが、これは、白米と無洗米のような米の種類、もちもちやしゃっきりのようなユーザの好み毎に、表１と同様のデータを記憶させるために、データ量を節約したものである。

さらに、図６に、図５の補正手順の代替案である補正手順を示す。この補正手順では、変更対象とする中央値ｔ_Ｓ２の容量群（Ｌ群またＳ群）を、予熱工程において駆動装置８が出力したＩＨ出力パルスの数をカウントしたＩＨ出力回数Ｎ_Ｉが基準となるＩＨ出力基準回数Ｎ_Ｓよりも大きいか否かで決定するものである。

この中央値ｔ_Ｓ２の補正手順は、ステップＳ３１で調理時間ｔ_Ｂが過去３回、連続して調理時の２次推測容量Ｖ_２に対応する表１の適正時間ｔ_ＳＢよりも長かったことが確認されれば、過去３回ともＮ_ＩがＮ_Ｓ以上である場合（ステップＳ３２）にＬ群の中央値ｔ_Ｓ２を小さくする補正を行い（ステップＳ３３）、過去３回ともＮ_ＩがＮ_Ｓ未満である場合（ステップＳ３４）にＳ群の中央値ｔ_Ｓ２を小さくする補正を行う（ステップＳ３５）。過去の３回の２次推測容量Ｖ_２の容量ランクＲ_２が不一致の場合は補正を行わない。また、ステップＳ３６で調理時間ｔ_Ｂが過去３回、連続してそのときの２次推測容量Ｖ_２に対応する表１の適正時間ｔ_ＳＢよりも短かったことが確認されれば、過去３回ともＮ_ＩがＮ_Ｓ以上である場合（ステップＳ３７）にＬ群の中央値ｔ_Ｓ２を大きくする補正を行い（ステップＳ３８）、過去３回ともＮ_ＩがＮ_Ｓ未満である場合（ステップＳ３９）にＳ群の中央値ｔ_Ｓ２を大きくする補正を行う（ステップＳ４０）。過去の３回のＩＨ出力回数Ｎ_ＩとＩＨ出力基準回数Ｎ_Ｓとの比較結果が一致しない場合は補正を行わない。

この補正手順によると、補正対象である中央値ｔ_Ｓ２に基づいて判別した容量ランクＲ_２によって補正すべき中央値ｔ_Ｓ２を特定するという不合理がなく、中央値ｔ_Ｓ２が適正な値から大きく外れていても補正対象を適切に特定できる。

本補正手順においても、過去３回、ＩＨ出力回数Ｎ_ＩとＩＨ出力基準回数Ｎ_Ｓとの比較結果が連続して同じであった場合にのみ中央値ｔ_Ｓ２を補正しているが、ＩＨ出力回数Ｎ_Ｉの平均値によって補正の要否を判断してもよく、頻度が多いＩＨ出力回数Ｎ_Ｉに対応する容量群の中央値ｔ_Ｓ２を補正してもよく、また、一定の範囲のＩＨ出力回数Ｎ_Ｉのときの調理時間ｔ_ＳＢをピックアップして補正の要否を判断してもよい。

本発明の炊飯器の断面図。図１の炊飯器の炊飯工程における温度変化を示すグラフ。図１の炊飯器における炊飯量の１次判別の流れ図。図１の炊飯器における炊飯量の２次判別の流れ図。図１の炊飯器における炊飯量の２次判別基準値の補正の流れ図。図５の基準値の補正の代替案の流れ図。従来の炊飯器の炊飯工程における温度変化を示すグラフ。

符号の説明

１炊飯器
２本体
３蓋体
４内鍋
５内蓋
６加熱コイル
７温度センサ
８駆動回路

Claims

予熱工程の水温上昇率によって炊飯量の１次推測容量を求め、沸騰工程の水温上昇率によって炊飯量の２次推測容量を求め、調理手順を制御する制御手段と、
過去複数の前記２次推測容量を記憶する記憶手段とを有し、
前記制御手段は、前記１次推測容量が大容量であり、且つ、前記記憶手段に記憶した過去複数の前記２次推測容量の平均が所定の基準値以上であるとき、予熱工程を、高温および長時間の少なくともいずれかに設定することを特徴とする炊飯器。
前記制御手段は、前記１次推測容量に応じて、前記２次推測容量を判別するための基準値を変更することを特徴とする請求項１記載の炊飯器。
前記制御手段は、予熱開始から所定の水温に上昇するまでの時間をしきい値と比較することによって前記１次推測容量を判別し、予熱開始時の水温に応じて前記しきい値を変更することを特徴とする請求項１または２に記載の炊飯器。