JPH01267446A

JPH01267446A - 圧電素子応用センサ

Info

Publication number: JPH01267446A
Application number: JP63096017A
Authority: JP
Inventors: Koji Yoshino; 浩二吉野; Takashi Kashimoto; 隆柏本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1988-04-19
Filing date: 1988-04-19
Publication date: 1989-10-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、圧電素子に関し、特に電子レンジなどの調理
機器関係の湿度センサに関するものである。

従来の技術従来この種の湿度センサとしては、第７図に示すように
センサチップ３４、ヒータ３５、樹脂ベース３６、メソ
シュカバー３７、端子３８で構成されている。センサチ
ップ３４は湿度によりその抵抗値が変化するので、基準
電圧とその抵抗値で決まる電圧との比較によって、電子
レンジの調理状態の検出を行なっていた。ヒータ３５は
、湿度センサを電子レンジに用いた場合、食品のガス、
油等によりセンサチップ３４が汚れるのでリフレッシュ
をするためのものであり、メツシュカバー３７は防風用
で、ヒータ３５の省蝋力化のために用いている。（ナシ
ョナルテクニカルレポートｖｏ１．２９　　Ｎｏ、３　
　ＪＡＮ１９８３）また、第８図に示すように超音波マ
イクを湿度センサとして用いた場合を説明する。超音波
マイクは、圧電素子２、スペーサ３９、端子４０、振動
部４１、ケース４２、リード線４３．内リング４４、端
子板４５、シリコンゴム４６から構成されている。食品
の調理状態の検出に関しては、特開昭６２−１１２９２
９＠公報に示している。

発明が解決しようとする課題しかしながら上記のように湿度センサを用いると、調理
中に食品中のガスや油などが湿度センサに付着して検出
感度が落ちてくるため、−回の調理毎にリフレッシュ加
熱処理用のヒータなどで湿度センサの付着物を蒸発させ
なければならず、余分な電力やコストが発生する土、抵
抗両端の電圧を制御信号として用いているので、数多（
生産する場合に、各構成要素である湿度センサの抵抗や
、その他の抵抗、電源電圧のばらつき等が制御電圧信号
のばらつきに結び付くことになり、管理が困難であった
。

また、超音波マイクを用いた場合、そのケースの形状に
共振周波数、振動等の考慮が入り複雑であるという課題
があった。

また、圧電素子の出力である分極電流は微小であり、制
御する場合には高入力インピーダンスの回路や増幅器が
必要であり、圧電素子から回路までのリード部が長いと
雑音による影響も大きいという課題があった。

さらに、圧電素子は絶縁体に近く、湿度が烏いとリーク
電流が増えるなど、環境湿度の影響を受は易いという課
題も有していた。

課題を解決するための手段上記課題を解決するために、本発明の圧電素子応用セン
サは、まず、湿度センサの余分な電力やコストの発生を
防ぎ、管理を容易にするために、圧電素子を用いている
。

さらに、本発明の圧電素子応用センサは、金属板もしく
は導電性を有する板体上に接着された圧電素子に加えて
、雑音の影響を抑え端末処理を容易にするインピーダン
ス変換回路を備え、湿度の影響を防ぐために透湿性の無
いモールド材で一体封止する構成としたものである。

作　　用本発明によれば、゛圧電素子を用いており、電子レンジ
などの調理機器に使用する場合、インピーダンス変換回
路による出力増加と、一体モールド化によって、簡単な
構成で食品の調理具合を正確に検知出来る作用を有する
。

実施例以下、本発明の一実施例について添付図面に基づいて説
明する。

第１図は、本発明の一実施例の圧電素子応用センサ１の
断面図である。チタン酸鉛系の圧電素子２に一対の蒸着
された電極３が施され、電極３の一端は接着剤４で金属
板５上に電気的に接触し、接着されている。電極３の他
端はインピーダンス変換回路６の入力部７に入っている
。さらにインピーダンス変換回路６からは、電源供給部
のり一部８と出力部のリード９が導出され、アースに接
続されるためのグランド１０は金属板５に接続されてい
る。金属板５からはアースに接続されるためのリード１
１も導出されている。なお、各種リード線は電気的に絶
縁されている。樹脂１２は、環境湿度の影響を防ぐため
に、圧電素子２、インピーダンス変換回路６、金属板５
、各種リード線８．９．１１の導出部を透湿性の無いモ
ールド材で一体に封止している。これらにより、圧電素
子応用センサ１は構成されている。

第２図は、本発明の圧電素子応用センサ１を有する電子
レンジの本体構成図である。食品１３を出し入れする加
熱室１４と、食品１ａを亮周波加熱するマグネトロン１
５、加熱室排気部１６に設けた圧電素子応用センサ１（
もちろん圧電素子とインピーダンス変換回路）、マグネ
トロン１５を冷却する冷却ファン１７、冷却ファン１７
の風を一部加熱室１４へ送風するダクト１８、圧電素子
の出力信号１９をろ波するろ波器２０（以後フィルタと
よぶ）、フィルタ２０の信号２１を増幅する増幅器２２
、増幅器２２の信号２−３に応じて各種機器動作を制御
する制御器２４（制御信号２５）等で構成されている。

食品１３の加熱終了検知は以下のように行われる。加熱
室１４内には食品１３が配され、マグネトロン１５の冷
却風の一部は、冷却ファン１７によりダクト１８を介し
て加熱室１４内に導かれる。

冷却風の一部を実矢線２６で、食品１３から発生する水
分等の気体を点矢線２７で示している。冷却風の一部２
６と、食品１３から発生する水分等の気体２７は、排気
部１６を通って加熱室１４の外部へ排出される。この時
圧電素子応用センサ１と食品１３から発生する水分等の
気体２７の間に熱の授受があり、それに応じて圧電素子
応用センサ１は出力信号１９を発生する。この出力信号
１９は、フィルタ２０でろ波され、増幅器２２で増幅さ
れ、制御器２４に入る。制御器２４内に入った出力信号
がある設定レベルをこえると、加熱終了と判断して、制
御器２４から制御信号２５が出て、マグネトロン１５の
発振や冷却ファン１７を停止させる仕組みである。

第３図は、インピーダンス変換回路６の一例を示す。イ
ンピーダンス変換回路にも種々あるが、ここではＦＥＴ
を用いたソースフォロアについて述べる。圧電素子２そ
のものが高インピーダンスであるため、高入力インピー
ダンスの回路で受けないと、制御が困難であり引き回し
による雑音の影響を受けやすい。そこで抵抗２日、抵抗
２９、ＦＥＴ３０のソースフォロアから成るインピーダ
ンス変換回路６で、出力電圧は変えないで低インピーダ
ンスにして、安定した出力電圧Ｖｏｕｔ１９を取り出す
仕組みである。但し、電源として直流電圧Ｖｃ３１が必
要である。

第４図には、水３００ｃｃを加熱した場合の圧電素子応
用センサ１の信号（インピーダンス変換回路６の出力）
と雑音についての出力電圧波形を、スペクトラム分析し
た結果を示す。イは沸騰後、口は沸騰前、ハは電源未投
入時の信号を示す。圧電素子応用センサ１に暖かい水蒸
気を含んだ温風が当たることによって大きい信号が出て
いることが判る。イと口の差は、４Ｈｚで約３５ｄＢ、
信号レベルは１ｍＶ以下の電圧である。

第５図には、第４図の周波数特性を元に設計したローパ
スフィルタ２０（カットオフ周波数４Ｈｚ）を示す。特
性を良くする為にローパスフィルタ３２．３３を二段に
使っている。

第６図には、周波数と圧電素子応用センサ１の出力電圧
の特性図を示す。この図より、インピーダンス変換回路
６のある場合αが、インピーダンス変換回路６の無い場
合βよりも大幅に出力が増大する。そして、インピーダ
ンス変換回路６後は低インピーダンスなので、仮に、そ
の出力信号上の雑音レベルｒを考えると、インピーダン
ス変換回路６のある場合αが、インピーダンス変換回路
６の無い場合βよりも、Ｓ／Ｎが良くなることは明らか
である。つまり、圧電素子応用センサ１から回路までの
リード部に乗る雑音等の影響が小さ（なるのである。

なお、圧電素子２は金属板５と接着剤４で接合され、且
つ電気的に短絡されており、構成が簡単になり、熱応答
性が良くなる効果を有する。

また、金属板５と圧電素子２の熱膨張率のほぼ等しい材
料を用いることによって、熱膨張率の違いによる不要な
歪みから発生する誤差電圧を防ぐ効果がある。

発明の効果以上述べてきたように、本発明によれば、以下に述べる
効果が得られる。

（リ　インピーダンス変換回路を一体化しているため、
出力が増加し、雑音の影響が抑えられるので、シールド
線等を使う必要が無く、リードの端末処理が容易である
。

（２）圧電素子とインピーダンス変換回路とを金属板上
に樹脂でモールドしているので、食品の加熱状態の検出
に使用する場合、簡単な構成であり、Ｓ／Ｎの良い信号
が得られ、雑音の影響による検知ばらつきが少なく、湿
気によるリークも防げるため、非常に安定した調理仕と
がり状態となる。

（３）圧電素子の熱的変化の応答で食品の加熱状態を検
出しているので、金属板の形状、圧電素子、インピーダ
ンス変換回路の配置なｔ非常にフレキシブルで設計が容
易であり、又、湿度センサやガスセンサには欠かせない
油などの汚れを取り除くヒータも不要で、軽薄化、コン
パクト化が可能である。

（４）（３）と同様に、ヒータが不要のため省電力型で
ある。

（５）　　（３）、（４）と同様に、ヒータが不要のた
め、保温用ヒータ電力の精度を保つための制御用パーツ
やヒータ電力用の特別のトランスが不要であり、安価で
ある。電子レンジなどの調理機器に用いた場合、大幅な
コストダウンとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す圧電素子応用センサの
断面図、第２図は圧電素子応用センサを電子レンジに使
用した場合の本体構成図、第３図は圧電素子応用センサ
内に含まれるインピーダンス変換回路の一実施例を示す
回路図、第４図は水３００ｃｃを加熱した場合の圧電素
子応用センサの出力と雑音の特性図、第５図は圧電素子
応用センサの出力をろ波するフィルタの構成図、第６図
は周波数による圧電素子応用センサの出力を示す周波数
特性図、第７図は従来の絶対湿度センサの一部切欠斜視
図、第８図は従来の超音波マイクの断面図である。１・・・・・・圧電素子応用センサ、２・・・・・・圧
電素子、５・・・・・・金属板、６・・・・・・インピ
ーダンス変換回路、１２・・・・・・樹脂。代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名１−
　圧電光子応用センナ？＝　圧電赤子３−ｔ　　　極５−　会Ａ抜６−　インピーダンスｆ換回路１２−　　樹　　脂第１図第２図　１８ど８Ｒ−一一打しａ第４図用濱秋［１−ｉｚｌ第６図第７図　　　　　　３４−でンサ＋・ソゲ、？？−−ス
ペーナ柘　−鳩　　　子 Φ１　　譲　動部４２−　ケース第８１Ｚ４３−リー）：」艮ａ−・内リング

Claims

【特許請求の範囲】

（１）金属板もしくは導電性を有する板体と、一対の電
極を有する圧電素子と、インピーダンス変換回路を有し
、前記圧電素子の電極の一端と前記インピーダンス変換
回路のグランドを前記金属板もしくは導電性を有する板
体上に電気的に接続し、前記圧電素子の電極の他端と前
記インピーダンス変換回路の入力端を電気的に接続し、
前記金属板もしくは導電性を有する板体と、前記インピ
ーダンス変換回路の出力端と、前記インピーダンス変換
回路への電源供給部とからそれぞれリード線を導出し、
前記金属板もしくは導電性を有する板体と前記圧電素子
と前記インピーダンス変換回路と前記各リード線の導出
部を樹脂で一体モールドする構成とした圧電素子応用セ
ンサ。
（２）圧電素子は、金属板もしくは導電性を有する板体
に接着剤で接合する構成とした請求項１記載の圧電素子
応用センサ。
（３）金属板もしくは導電性を有する板体と、圧電素子
の熱膨張率はほぼ等しい材料で構成した請求項１記載の
圧電素子応用センサ。
（４）樹脂は、透湿性の無いもので一体モールドする構
成とした請求項１記載の圧電素子応用センサ。