JP2003121261A - 赤外線式温度センサおよびそれを用いた電磁調理器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 例えば電磁調理器などに用いられ、被加熱物
体の放射率の違いに影響されることなく正確で高精度な
温度測定を可能にする赤外線式温度センサを提供する。 【解決手段】 テーブルとしての透光性耐熱部材２に赤
外線の波長の吸収率・放射率の高い物質（黒体材料）を
塗布または含有させることで黒体材料層５を形成し、誘
導加熱源４の磁界の誘導電流により加熱された被加熱物
体１からの熱をまず黒体材料層５に伝達させ、黒体材料
層５が発する赤外線を赤外線検出器３で検出することで
被加熱物体１の温度を測定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、赤外線を利用して
温度を測定する赤外線式温度センサに関し、特に電磁調
理器の温度制御に用いられる赤外線式温度センサに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば電磁調理器など、食品の加熱に用
いられる調理器具においては、その調理温度をいかに正
確に測定できるかが重要な課題である。加熱調理器の温
度測定に関しては、大別すると接触型と非接触型の２種
類があり、そのどちらもが例えば特開平８−３０６４８
３号公報に開示されている。そこでは、加熱皿の温度変
化に対する検出の時間遅れの解消や、加熱皿がターンテ
ーブル方式である場合の検出部と加熱皿との接触性の確
保のために、感温部を窒化アルミニュウムセラミック等
の高熱伝導誘電体材料で構成し、加熱皿を回転する駆動
軸と一体化して加熱皿の温度を測定する接触式温度セン
サが記載されている。また、接触性およびセンサの耐久
性確保の問題を解決し、応答速度の高い温度測定のため
に、加熱室底壁に設けた孔から加熱皿底面を上方斜めに
望む位置に設置された非接触型の赤外線センサにより加
熱皿の温度を検出する加熱調理器も同時に開示されてい
る。

【０００３】しかし、上記の文献の赤外線を用いた非接
触型温度センサでは、電波漏洩を防止するためにツバが
設けられており、検知孔と赤外線センサの検知窓が同一
垂線上にないとはいえ、赤外線を通過させるための孔が
あいているので、電波漏洩や孔からの異物落下による内
部機器の損傷や汚れ、および機械的強度の低下などを完
全に防ぐことはできない。

【０００４】赤外線検出用の孔をあけずに赤外線センサ
を用いて温度を検知する電磁調理器には、例えば実開昭
６１−１９４９８８号公報に開示されているものがあ
る。これは、赤外線を透過する材料によりトッププレー
トを形成し、当該トッププレートの下方にトッププレー
ト上面に載置する被加熱物体である鍋から発する赤外線
を検出する赤外線検知センサを配設し、トッププレート
ごしに鍋からの赤外線を検出することで鍋の温度を検知
しようとするものである。

【０００５】しかし、この発明のようにトッププレート
全体の赤外線透過率が均一になるようにトッププレート
を形成したのでは、赤外線透過率を上げようとするとト
ッププレートが透明に近くなる場合が多く内部機器が透
けて見えてしまうために美観が損なわれやすく、隠蔽性
を高めるためにトッププレートに不透明な被覆を施した
り着色剤を添加してトッププレートを形成したりする
と、赤外線の透過率が下がって正確な温度測定に支障を
きたす可能性があるという問題が生じる。そこで、トッ
ププレートの一部を、彩色しないことや赤外線透過体に
代替することで、高赤外線透過部を設けてより正確に温
度検出を行う発明が、例えば特開平１０−２８４２３８
号公報や実開昭６２−１４６８７号公報等において提案
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
発明は全て、孔をあけて直接的に測定するかトッププレ
ートまたはトッププレートに設けられた赤外線透過部ご
しに測定するかの違いはあるにせよ、いずれも測定対象
とする被加熱物体である加熱皿や鍋が放射する赤外線を
直接検出することで温度を測定している。

【０００７】それゆえ、被加熱物体自身の正確な温度を
測定することは困難であった。なぜなら、被加熱物体の
温度をT、その赤外線の放射率をεとすると、赤外線セ
ンサを用いた場合には、この被加熱物体の温度はT×ε
と測定されてしまうからである。

【０００８】温度を調整する場合にはこの放射率εの分
だけ補正すればよいが、それでも、被加熱物体の材質に
より放射率εは異なるため、例えば異なる種類の鍋が用
いられた場合には正確な温度が測定できないことにな
る。

【０００９】本発明は、かかる問題点を解消するために
考案され、例えば温度制御を行う電磁調理器などに用い
られ、対象被加熱物体の温度を、当該被加熱物体の種類
にかかわらず迅速かつ正確に測定することができ、調理
時の汚れ等にも強く機械的強度も損なわれず内部機器の
損傷も起こらない構造の非接触型赤外線式温度センサを
提供することを目的としている。また、この赤外線式温
度センサを用いて温度制御を行う電磁調理器を提供する
ことも目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、第１の発明である赤外線式温度センサは、透光性耐
熱部材と、前記透光性耐熱部材の一方の側に位置し、温
度測定対象の温度に応じた輻射熱を放射する黒体材料層
と、前記透光性耐熱部材を挟んで前記黒体材料層と対向
する位置に配置され、前記透光性耐熱部材を透過する前
記黒体材料層から放射される赤外線を検出してそれに応
じた温度信号を出力する赤外線検出器とを有する。

【００１１】前記黒体材料層は、前記透光性耐熱部材の
表面に、好適には赤外線の放射率が０．９５以上の物質
をコーティングすることにより形成してもよいし、前記
透光性耐熱部材の一部または全体に、好適には赤外線の
放射率が０．９５以上の物質を、少なくとも赤外線がそ
のまま透過しない程度の含有率で含有させることにより
形成してもよい。

【００１２】また、前記透光性耐熱部材は、長波側が少
なくとも５μmまでの波長の赤外線を透過することが、
温度測定の精度向上のために好ましい。さらに、前記黒
体材料層は、当該透光性耐熱部材と同じ材料により形成
されている保護層を有していてもよい。

【００１３】第２の発明である電磁調理器は、誘導加熱
源と、前記誘導加熱源により加熱される被加熱物体を載
置する透光性耐熱部材と、前記透光性耐熱部材の一方の
側に位置し、前記被加熱物体の温度に応じた輻射熱を放
射する黒体材料層と、前記透光性耐熱部材を挟んで前期
黒体材料層と対向している、前記誘導加熱源と同じ側に
配置され、前記透光性耐熱部材を透過する前記黒体材料
層から放射される赤外線を検出してそれに応じた温度信
号を出力する赤外線検出器とを有する。

【００１４】本発明によれば、測定対象または被加熱物
体からの熱はまず黒体材料層に伝達される。黒体材料層
の赤外線の放射率は一定であるので、黒体材料層から発
せられる赤外線を、赤外線を透過する透光性耐熱部材を
通して赤外線検出器で検出することで、測定対象または
被加熱物体の材質に左右されない高精度な温度測定が可
能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、電
磁調理器を例にとり、添付図面を参照しながら述べてゆ
く。

【００１６】第１実施形態 図１（a）が本発明に係る赤外線式温度センサを利用し
た電磁調理器の一つの実施形態を示した模式図である。
図に示す電磁調理器１０aは、誘導加熱源４上に設置さ
れた赤外線検出器３と、被加熱物体１を載置するための
透光性耐熱部材２とを有している。

【００１７】そして、透光性耐熱部材２の一方の側の表
面には、赤外線の放射率が０．９５以上と高い物質がコ
ーティングされており、黒体材料層５をなしている。本
実施形態の電磁調理器１０は、誘導加熱源４として例え
ば磁力発生コイルを用い、これにより磁界を発生させ、
この磁界により磁性体で形成されている被加熱物体１に
誘導電流のジュール熱を発生させることで、透光性耐熱
部材２に載置されている被加熱物体１およびその中の食
品などを加熱する。

【００１８】被加熱物体１は例えば鉄、鉄ホーロー、ス
テンレス等の磁性体で形成された鍋などである。これら
が磁界の誘導電流のジュール熱により加熱されると、そ
の熱は黒体材料層５に伝達される。黒体とは全ての波長
の放射を完全に吸収する物体のことであるが、黒体材料
層５は、赤外線の吸収率と放射率が好適には０．９５以
上と高い物質（以後これを黒体材料という）により形成
されていればよい。この黒体材料層５が被加熱物体１か
らの伝達熱で温められると、温度により波長のスペクト
ルの偏りが異なる赤外線が放射される。この放射された
赤外線は、透光性耐熱部材２を透過したのち赤外線検出
器３により検出される。

【００１９】黒体材料層５を持たないこれまでの電磁調
理器においては、被加熱物体１から発せられた赤外線が
そのまま透光性耐熱部材２を透過して赤外線検出器３で
検出されていた。これでは、温度Tの被加熱物体１の赤
外線の放射率をε、透光性耐熱部材２の赤外線の透過率
をαとすると、検出される被加熱物体１の温度はT×ε
×αとなり、被加熱物体１の材質が異なり放射率εが変
化したとすると、温度が正確に測定されないことにな
る。

【００２０】それに対し、本実施形態のように黒体材料
層５が存在する場合には、当該黒体材料層５は熱伝達に
より被加熱物体１とほぼ同じ温度Tとなり、この温度Tで
放射率が一定の黒体材料層５から放射された赤外線が透
光性耐熱部材２を透過して検出される。従って、黒体材
料の放射率を例えば１と仮定して考えると、検出される
被加熱物体１の温度はT×αとなり、透光性耐熱部材２
の赤外線の透過率分を補正するだけで、被加熱物体１の
材質、即ち放射率の違いに影響されることなく、正確で
高精度な温度測定が可能となる。

【００２１】赤外線検出器としては、量子型の光伝導型
センサおよび光起電力型センサ、熱型のサーモパイル、
ボロメータ、焦電センサなどが知られており、これらの
うちのいずれをも適用可能である。透光性耐熱部材２の
材質は、赤外線光と、誘導加熱のための磁界を効率よく
透過する必要がある。また、調理に用いるため、少なく
とも２００°Cまでの耐熱性を有することが望ましい。
従って、好適には長波側が少なくとも５μmまでの波長
の赤外線光を透過するガラス材（例えば石英・サファイ
ヤなど）とする。また、前記赤外線検出器も、使用状況
に応じた耐熱性を有する必要がある。

【００２２】本第１実施形態の赤外線式温度センサの一
構成例をさらに詳細に述べるならば、赤外線検出器３と
してはサーモパイル（耐熱温度１００°C）を用い、当
該サーモパイルは、図１（a）に示すようにテーブルと
しての透光性耐熱部材２下部の電磁調理器内部に設置さ
れる。このサーモパイルの赤外線検出部は、テーブル中
心に設定された被加熱物体１の底面部分を向いており、
透光性耐熱部材２を介して非接触で、黒体材料層５から
放射される赤外線を検出し、被加熱物体１の温度を検出
する。

【００２３】黒体材料としては、例えばHORIBA製の黒体
スプレーや、OMRON製の商品名ES１−S等を用いる。これ
らの黒体材料を、熱伝達率や温度測定精度、耐久性等を
考慮し、好適には約０．２mmの厚さで透光性耐熱部材２
の表面にコーティングすることで黒体材料層５を形成す
る。コーティングの方法は、例えば黒体材料をスプレー
することでもよいし、前記黒体材料を含有させた耐熱性
のフィルムを貼ることでもよい。このように黒体材料を
薄いコーティング状にすることで、簡便な構造で温度変
化に対して追従性の良いセンサが構成できる。

【００２４】黒体材料のコーティングの耐久性を向上さ
せるためにコーティングを形成する黒体材料中に凝固剤
や硬化剤を混入してもよいが、コーティングの上に、温
度測定の支障とならない程度の厚さの保護層６をさらに
設けることが、コーティングの保護のためには簡便かつ
効果が高い。保護層６としては、透光性耐熱部材２と同
じ材料を積層して用いることが簡便である。図１（b）
に保護層６を有する電磁調理器１０bの模式図が示され
ている。

【００２５】また、図１（a），（b）においては赤外線
検出器３が誘導加熱源４上に載置されているが、誘導加
熱源が中央部に孔のあるリング状の場合には、赤外線検
出器３を誘導加熱源に埋め込む構造としてもよい。

【００２６】本実施形態によれば、簡便な構造で温度変
化に対して追従遅れなく高精度で正確な温度測定が可能
となる。また被接触で赤外線を検出するため、テーブル
である透光性耐熱部材２に検出用の孔をあける必要がな
く赤外線検出器も調理器内部に配置することができるの
で、機械的衝撃や調理時の汚れ等にも強く、内部機器の
損傷も起こらない温度センサを構成することができる。

【００２７】第２実施形態 図２が本発明に係る赤外線式温度センサを利用した電磁
調理器の別の実施形態を示した模式図である。本第２実
施形態の電磁調理器２０は、黒体材料層の構造以外は第
１実施形態の電磁調理器１０（a）と同じである。よっ
て同一部分の説明は適宜省略する。

【００２８】第２実施形態においては、透光性耐熱部材
２の一部または全体に、赤外線の放射率が０．９５以上
の物質（黒体材料）を所定の分量含有させた、平面的な
層状の黒体材料層５０が形成されている。この場合に
も、被加熱物体１からの熱が黒体材料層５０へ伝達さ
れ、被加熱物体１の材質によらず均一に放射される黒体
材料層５０からの赤外線を検出することで被加熱物体１
の温度が測定される。

【００２９】この黒体材料層５０は、２つの透光性耐熱
部材２に挟まれた構成としてもよいが、被加熱物体１か
らの熱伝達を早め温度変化への追従性を高めるために、
図２のようになるべく被加熱物体１に近い場所に配置さ
れることが望ましい。

【００３０】黒体材料層５０は透光性耐熱部材２とは別
の部材として積層構造にしてもよいし、透光性耐熱部材
と一体的に形成してもよい。また、透光性耐熱部材２に
まんべんなく黒体材料を含有させて、透光性耐熱部材と
黒体材料層を兼ねさせてもよい。

【００３１】黒体物質を含有させるベースとしては、透
光性耐熱部材２と同じ材質のガラス材でもよいし、それ
とは別の材質であってもよい。ただし、黒体材料の含有
率は、少なくとも被加熱物体１から放射される赤外線が
そのまま透過されない程度必要である。

【００３２】本第２実施形態によれば、黒体材料を例え
ばガラス材などに含有させることで黒体材料層５０を形
成しているので、前記第１実施形態に比べ耐久性に優れ
た黒体材料層を得ることができる。

【００３３】変形形態 本発明は、電磁調理器に限らず、熱を発する温度測定対
象の温度を、当該測定対象の放射率にかかわらず正確に
測定することのできる赤外線式温度センサとしても用い
ることができる。図３および図４に、この本発明の変形
形態の模式図が示されている。図３（a），（b）は図１
（a），（b）の第１実施形態の変形形態であり、図４が
図２の第２実施形態の変形形態である。

【００３４】図３および図４においては、温度測定対象
１００がそれ自体で熱を発しているため加熱用の誘導加
熱源４は示されておらず、透光性耐熱部材２と、この透
光性耐熱部材２の一方の側において、温度測定対象１０
０の温度を直接または保護層６を通して間接的に測定す
る位置に配置される黒体材料層５，５０と、透光性耐熱
部材２を挟んで温度測定対象１００と対向する位置に配
置される赤外線検出器３を有する構造になっている。温
度測定対象１００から黒体材料層５，５０に熱が伝達さ
れ、黒体材料層５，５０からの輻射熱を赤外線検出器３
により検出するという温度測定の仕組みや、透光性耐熱
部材２、黒体材料層５，５０ならびに保護層６の材料や
形成方法、赤外線検出器３の種類などは前記第１、第２
実施形態と同じであるので、これらの詳細な記述は省略
する。

【００３５】本実施形態によれば、黒体材料層を有しな
いこれまでの赤外線式温度センサに較べ、より正確で汎
用性に富んだ赤外線式温度センサを得ることができる。

【００３６】なお、上記の実施形態は本発明を説明する
ための一例にすぎず、例えば赤外線検出器３と誘導加熱
源４との位置関係や、透光性耐熱部材２の材質など、本
発明は特許請求の範囲内で種々の変更が可能である。

【００３７】

【発明の効果】以上述べてきたように、本発明によれ
ば、対象被加熱物体の赤外線の放射率の違いによらずそ
の温度を迅速かつ正確に測定可能で、調理時の汚れ等に
より性能が劣化せず、機械的強度も損なわれず、内部機
器の損傷も起こらない構造の電磁調理器を提供すること
ができる。また、熱を発する一般の測定対象の温度を、
その温度測定対象の赤外線の放射率の違いによらず迅速
かつ正確に測定可能な赤外線式温度センサを提供するこ
ともできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（a）は、本発明に係る赤外線式温度セン
サを利用した電磁調理器の第１実施形態の構造を示した
模式図であり、図１（b）は、保護層を有する図１（a）
の電磁調理器の構造を示した模式図である。

【図２】図２は、本発明に係る赤外線式温度センサを利
用した電磁調理器の第２実施形態の構造を示す模式図で
ある。

【図３】図３（a），（b）は、本発明の第１実施形態の
変形形態である赤外線式温度センサの構造を示した模式
図である。

【図４】図４は、本発明の第２実施形態の変形形態であ
る赤外線式温度センサの構造を示した模式図である。

【符号の説明】

１…被加熱物体 ２…透光性耐熱部材 ３…赤外線検出器 ４…誘導加熱源（磁力発生コイル） ５，５０…黒体材料層 ６…保護層 １００…温度測定対象

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】透光性耐熱部材と、 前記透光性耐熱部材の一方の側に位置し、温度測定対象
   の温度に応じた輻射熱を放射する黒体材料層と、 前記透光性耐熱部材を挟んで前記黒体材料層と対向する
   位置に配置され、前記透光性耐熱部材を透過する前記黒
   体材料層から放射される赤外線を検出してそれに応じた
   温度信号を出力する赤外線検出器とを有する赤外線式温
   度センサ。
2. 【請求項２】前記黒体材料層は、前記透光性耐熱部材の
   表面に赤外線の放射率が０．９５以上の物質をコーティ
   ングすることにより形成される請求項１記載の赤外線式
   温度センサ。
3. 【請求項３】前記黒体材料層は、前記透光性耐熱部材の
   一部または全体に、赤外線の放射率が０．９５以上の物
   質を、少なくとも赤外線がそのまま透過しない程度の含
   有率で含有させることにより形成される請求項１記載の
   赤外線式温度センサ。
4. 【請求項４】前記透光性部材は、長波側が少なくとも５
   μmまでの波長の赤外線光を通過する石英ガラスまたは
   サファイアにより形成されている請求項１〜３いずれか
   に記載の赤外線式温度センサ。
5. 【請求項５】前記黒体材料層の表面に、前記透光性耐熱
   部材と同じ材料により形成されている保護層を有する請
   求項１〜４いずれかに記載の赤外線式温度センサ。
6. 【請求項６】誘導加熱源と、 前記誘導加熱源により加熱される被加熱物体を載置する
   透光性耐熱部材と、 前記透光性耐熱部材の一方の側に位置し、前記被加熱物
   体の温度に応じた輻射熱を放射する黒体材料層と、 前記透光性耐熱部材を挟んで前期黒体材料層と対向して
   いる、前記誘導加熱源と同じ側に配置され、前記透光性
   耐熱部材を透過する前記黒体材料層から放射される赤外
   線を検出してそれに応じた温度信号を出力する赤外線検
   出器とを有する電磁調理器。