JP2004095315A - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Abstract
【課題】トッププレートに載せられた鍋の温度を精度良く検出する。
【解決手段】トッププレート２中央に鍋底面からの赤外線を透過させるサファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを原材料とした窓材１１を備え、窓材１１を透過してくる鍋底の赤外線放射エネルギにより、鍋底の温度を測定する。
【選択図】 図１
【解決手段】トッププレート２中央に鍋底面からの赤外線を透過させるサファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを原材料とした窓材１１を備え、窓材１１を透過してくる鍋底の赤外線放射エネルギにより、鍋底の温度を測定する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トッププレートに載置した鍋の温度を精度良く検出することができる誘導加熱調理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鍋などの被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、被加熱物である鍋の温度を検出する方式として、鍋を載置するトッププレートを介してサーミスタで温度を検出する方式が一般的である。また、鍋底から放射される赤外線を検出して鍋底の温度を検知する方法も知られている。この従来例を図３で説明する。
【０００３】
本体１上面にトッププレート２を設け、鍋３を載置する。この鍋３を電磁誘導加熱をする加熱コイル４と、この加熱コイル４に高周波電流供給手段５と、温度を検出する赤外線センサ６と、この出力から鍋底温度を算出する温度算出手段９と、温度算出手段９の出力に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御する制御手段１０を設けている。
【０００４】
トッププレート２は、強度を高めるため特殊組成のガラスを再加熱してガラス中に微細結晶を析出させた結晶化ガラス（例えば、「リシア系セラミックス」Ｌｉ２Ｏ−ＡＬ２Ｏ３−ＳｉＯ２）が用いられているおり、２．６μｍ以下の波長の赤外線は８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の赤外線は３０％程度透過し、４μｍよりも長い波長の赤外線はほとんど通さない。（図２はその透過特性例のグラフ図を、一般的な赤外線窓材の透過特性とともに示したものである。）従って、トッププレート２を透過して鍋３から放射される赤外線の４μｍ以下の波長成分で、赤外線センサ６が鍋底の温度を測定する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来構成の誘導加熱調理器は、トッププレート２を透過して鍋３から放射される赤外線を検出している。一般的に調理時の鍋３の温度は、約３０℃〜２３０℃であり、この温度のピーク波長はステファン・ボルツマンの法則により６μｍ〜１０μｍの波長である。
【０００６】
なお、赤外線放射エネルギの最大ピーク波長λｍａｘとの間には、一定の相関関係があって、Ｔ＝２００℃のときλｍａｘ＝約６．１μｍ、Ｔ＝１５０℃のときλｍａｘ＝約６．８μｍ、Ｔ＝１４０℃のときλｍａｘ＝約７．０μｍ、Ｔ＝１００℃のときλｍａｘ＝約７．８μｍ、Ｔ＝２０℃のときλｍａｘ＝約９．９μｍとなる。（図２下部に１００℃と２００℃の時の放射エネルギと波長の関係をグラフ図で示す。）トッププレート２が透過できる波長は上述の通り４μｍ以下の波長の赤外線であり、この４μｍ以下の波長成分だけでは、赤外線センサ受光面のバンドパスフィルタによる減衰等を考慮すると、鍋底からの全赤外線放射エネルギの２０％程度にしかならず、残りの大部分はトッププレート２で吸収されてしまう。このため赤外線センサ６に届く赤外線エネルギは微弱であり、赤外線センサ６で電気信号に変換してもＳ／Ｎ比が悪く、調理時の温度を測定する用途に用いるには、精度が良くない。
【０００７】
また、赤外線センサ６は一般的に周囲温度の影響を受けやすく、加熱コイル４やトッププレート２を介して伝わる鍋３からの伝導熱や、スイッチング素子（図示せず。加熱コイル４に高周波電流を供給する。）の発熱などにより周囲温度が大きく変化するような誘導加熱調理器本体内で、精度の良い放射温度をすることは難しかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサに一体化されその出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材とを備え、前記窓材は、サファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを原材料として用い、前記トッププレート中央の貫通穴に埋め込む構成にし、非接触で精度良く鍋の温度が測定できる誘導加熱調理器としているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面を覆い所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材とを備え、前記窓材は、サファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを材料として用いて構成し、前記トッププレートの貫通穴に埋め込むようにしたことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、窓材は、トッププレートとの熱膨張率の違いを吸収する、弾力性を有する接着剤を用いて、トッププレートに取り付けたことによって接着部の強度における信頼性を向上させた誘導加熱調理器としているものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、トッププレートの貫通穴は、窓材が落下しない形状としたことによって、耐久性を向上させた誘導加熱調理器としているものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、窓材下面に温度センサを設け、温度センサの検出した温度を用いて赤外線センサの出力を補正する補正手段を備えたことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、バンドパスフィルタの透過波長は、赤外線の透過波長帯域を窓材の透過波長帯域内で透過率が８０％以上の長波長領域に設定したことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、温度算出手段はｙ＝ａ−ｂｘｃの累乗式により温度を算出し、前記ａ、ｂ及びｃの各定数はバンドパスフィルタを透過する赤外線の放射エネルギ量と鍋底温度の関係式となるようにしたことによって、簡便な計算式で温度算出を可能とする誘導加熱調理器としているものである。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、温度算出手段は、記憶手段に記憶させたテーブルデータを用いて温度を算出することによって、計算式なしで温度算出を可能とする誘導加熱調理器としているものである。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、窓材は、下面に赤外線の透過率を向上させる反射防止膜をコーティングしたことによって、高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、温度算出手段の入力部とアンプ出力部間に低周波電気信号を通過させるローパスフィルタを設けたことによって、電磁波等の電気ノイズに強い誘導加熱調理器としているものである。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、加熱コイルの中央下の支持台に赤外線センサとアンプを配したことによって、素子温度を安定させ精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、赤外線センサを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けたことによって、より安定に良い精度良くに鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、赤外線を集光する手段を備えたことによって、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例の誘導加熱調理器は、調理物を加熱調理する鍋３と、鍋３を加熱する加熱コイル４と、加熱コイル４に高周波電流を供給する高周波供給手段５と、トッププレート下面に配し鍋３の底から放射される赤外線を検知する赤外線センサ６と、赤外線センサ６の受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタ７と、赤外線センサ６に一体化されその出力を増幅するアンプ８と、アンプ８の出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段９と、この温度算出手段９の出力に応じて加熱コイル４に供給する高周波電流供給量を制御する制御手段１０と、トッププレート２中央に鍋底面からの赤外線を透過させる窓材１１を備えたものである。
【００２３】
上記実施例１において、図示していない電源スイッチを投入し、操作スイッチで所定の温度を設定すると、制御手段１０が高周波電流供給手段５を制御して加熱コイル４に所定の電力を供給する。加熱コイル４に高周波電流が供給されると、加熱コイル４から誘導磁界が発せられ、トッププレート２上の鍋３が誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋３の温度が上昇し、鍋３内の調理物が調理される。
【００２４】
一般に物体の放射する赤外線エネルギはその物体の絶対温度の４乗に比例するというステファン・ボルツマンの法則があり、温度が高くなればなるほど加速度的に大きなエネルギを赤外線として放射する。（図２にその関係を、１００℃と２００℃の時についてグラフ図で示す。）
式１ Ｗ＝（２π５κ４／１５ｃ２ｈ３）×Ｔ４＝σＴ４
Ｗ：単位面積当たりの放射量（Ｗ／ｃｍ２・μｍ）
κ：ボルツマン定数＝１．３８０７×１０−２３（Ｗ・ｓ／Ｋ）
ｃ：光速度＝２．９９７９×１０１０（ｃｍ／ｓ）
ｈ：プランク定数＝６．６２６１×１０−３４（Ｗ・ｓ２）
σ：ステファン・ボルツマン定数＝５．６７０６×１０−１２（Ｗ／ｃｍ２・Ｋ４）
Ｔ：放射物体の絶対温度（Ｋ）
赤外線センサ６は受光した赤外線のエネルギに比例した電圧を出力するもので、焦電素子や熱電対を一点に集めたサーモパイルなどを用いている。このため、鍋３の温度が上昇すると鍋底からの赤外線放射強度も強くなり、赤外線センサ６が受光する赤外線エネルギ量が増え、赤外線センサ６の出力信号電圧が高くなる。
【００２５】
上述したように、トッププレート２は４μｍ以下の波長の赤外線しか透過せず、赤外線センサ６に届く赤外線エネルギは微弱であるが、窓材１１をトッププレート２の貫通穴に埋め込み、モジュールとして赤外線センサ６と一体化されたアンプ８で５００〜１０００倍程度に増幅した後に出力することで、Ｓ／Ｎ比を確保し測定を可能としている。
【００２６】
また、トッププレート２及び窓材１１自身から放射される赤外線をカットするため所定の帯域の波長の光を透過させる（例えば、０．８〜６．５μｍ、上限波長は窓材の透過波長域とする）のバンドパスフィルタ７を赤外線センサの受光面に装着している。温度算出手段９はアンプ８の出力信号電圧から上記のステファン・ボルツマンの式を用いて鍋３の温度を算出し、制御手段１０に送る。制御手段１０は、この温度信号に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御して、設定された鍋温度に制御する。
【００２７】
特に本実施例１では鍋底の温度を熱伝導を用いて温度センサに導いてくるのではなく、非接触で鍋底の温度を直接検出することができるため、応答性が極めて速く、調理時に必要な微妙な火加減を実現できるものである。
【００２８】
なお、窓材の原材料には単結晶サファイヤ（Ａｌ２Ｏ２）、スピネル、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）のいずれかを用いる。
なお、赤外線センサ６及びアンプ８は素子温度を安定させるため、アルミか非磁性金属筒に収納し、アースに接続する。非磁性金属筒の場合はシールド効果を持たせるため、内面にシールド剤を塗布する。
【００２９】
また、窓材１１を埋め込むために空けた貫通穴による、トッププレート２の強度低下は、貫通穴周辺を下から支持する支持台（図示せず）で補強改善してある。
【００３０】
なお、赤外線センサ６とアンプ８を一体化しない方法も考えられるが、一体化して赤外線センサ６の検知出力を直ちに増幅した方が、Ｓ／Ｎ比及び耐ノイズ性の向上が図れる。
【００３１】
（実施例２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例２は、窓材１１を弾力性を有する接着剤を用いて、トッププレート２に取り付けたものであり、この点を中心に説明する。トッププレート２は使用上の強度を確保するため、一般的には結晶化ガラスが用いられているが、この結晶化ガラスの熱膨張係数は非常に小さく−６〜７×１０−７／Ｋである。（Ｋ：絶対温度）他方、窓材に用いる原材料はこれより一桁大きい熱膨張係数を有している。
【００３２】
例えば、単結晶サファイヤは４．５〜５．３×１０−６／Ｋ、スピネルは６．７×１０−６／Ｋ、フッ化マグネシウムは１０×１０−６／Ｋ、イットリアは６．７×１０−６／Ｋである。窓材の径が５ｍｍ〜２０ｍｍ程度としても、トッププレート２の温度が０℃〜３５０℃まで変化すると両者の伸び率の違いは顕著であり、長期の繰り返し使用による熱応力歪みが発生し、窓材１１もしくは結晶化ガラスが破損する恐れがある。
【００３３】
本実施例では窓材１１をシリコン系等の弾力性を有する接着剤を用いて、トッププレート２に取り付けることで、両者の伸び率の違いを接着剤部分で吸収し、熱応力歪みが発生しない構成としているもので、信頼性を向上させた誘導加熱調理器としている。
【００３４】
（実施例３）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例３は、トッププレート２の貫通穴は、窓材１１が落下しない形状としたものであり、この点を中心に説明する。
【００３５】
図４は本実施例の構成を示す要部断面図である。図４（ａ）の実施例では、トッププレート２と、窓材１１に各々テーパー加工を施し、穴部の上方の断面積を、少なくともそこより下方における一部の断面積より大きくして窓材１１を勘合させる構成としている。図４（ｂ）の実施例では、トッププレート２に座刳り加工を施し、円柱形の窓材１１を埋め込む構成としている。以上の構成により長期間の使用に於いて、接着力が低下しても窓材１１が落下するようなことがないため、耐久性を向上させた誘導加熱調理器を実現することが出来る。
【００３６】
（実施例４）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例４は、窓材下面に温度センサを設け、温度センサの検出した温度を用いて赤外線センサの出力を補正する補正手段を備えたものであり、この点を中心に説明する。
【００３７】
図５は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。窓材下面に温度センサ１３を設け、温度センサ１３の検出したトッププレート２下面の温度を用いて赤外線センサ６の出力を補正する補正値を出力する補正手段１４を備えている。図６に補正を行わなかった場合の検知出力例を示す。
【００３８】
窓材にサファイヤを用いても５〜６．５μｍの波長域ではサファイヤの透過率はピーク値でも６０％なので、「１−透過率」相当のエネルギを自己放射しているため、トッププレート温度が３６０℃にもなると、窓材であるサファイヤ自身からの放射エネルギによりアンプの検知出力が飽和していることがグラフ図から読みとれる。本実施例ではアンプ１５が赤外線センサ６の出力と、この補正手段１４の出力を差動増幅する構成とすることにより、検知出力の飽和を防止し、より精度の良い温度測定を行うことが可能となる。
【００３９】
（実施例５）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例５は、バンドパスフィルタ７の透過波長帯域を窓材１１の透過波長帯域の長波長側に狭めたものであり、この点を中心に説明する。厚み０．５ｍｍ程度の適当な基材（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＡｌＯ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４）に光学コーティングを施し、図２で窓材１１の透過率が８０％以上である透過波長域Ａ＝３〜４μｍで、透過率９０％のバンドパスフィルタ７を製作し、赤外線センサ６の受光面に装着する。
【００４０】
図７にこのバンドパスフィルタ７を装着した時の理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係を示す。帯域を制限しても測定に必要な放射エネルギ量は確保できると共に、窓材自身の放射等による外乱光の影響をバンドパスフィルタ７によりカット出来るので、より精度の良い温度測定が可能となる。
【００４１】
なお、透過波長帯域は窓材１１の透過率が８０％以上である透過波長域であれば、どの波長域を選択しても良いが、調理時の鍋３の温度は、約３０℃〜２３０℃であるので、長波長側を選択した方が放射エネルギ強度が強く、精度の良く測定が行える。
【００４２】
（実施例６）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例６は、温度算出手段はｙ＝ａ−ｂｘｃの累乗式により温度を算出するものであり、この点を中心に説明する。
【００４３】
バンドパスフィルタ７の透過波長帯域を狭帯域にすると図７に示すように理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係が曲線となる。すなわち、ステファン・ボルツマンの法則から外れてくる。この場合の理論放射エネルギはプランクの式を波長λ１（バンドパスフィルタ７の下限波長）から、波長λ２（バンドパスフィルタ７の下限波長）までの間で不定積分を行えばよい。
【００４４】
式２ Ｗλ＝２πｈｃ２／［λ５（ｅｃｈ／λκＴ−１）］
本実施例ではこの積分結果のグラフから近似式を導きだし、温度算出手段９に記憶させてある。温度算出手段９はこの近似式にアンプ８の検知出力値を代入演算して、鍋底の温度を算出する。
【００４５】
３〜４μｍの波長域では、放射エネルギｙと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係は、
式３ｙ＝７．５２１２９３９５１６Ｅ−２１ｘ１．７１３５２９４８３８Ｅ＋００
が、相関係数Ｒ２＞０．９９９と非常に良好な近似を示す。
以上によれば、理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係が直線でなくても、不定積分を行うことなく簡便な近似式で鍋底温度の算出を行うことができる。
【００４６】
（実施例７）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例７は、記憶手段に記憶させたテーブルデータを用いて温度を算出するものであり、この点を中心に説明する。
【００４７】
図８は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。記憶手段１６に上記の近似式の計算結果をテーブルデータとして記憶させてある。温度算出手段１７はアンプ８の検知出力で、このテーブルデータを参照し、鍋底温度を決定する。記憶手段１６は半導体メモリーを用いれば安価であり、温度算出手段１７も低価格のマイクロコンピュータで構成することが可能となり、より安価で、精度の良い温度測定が可能となる。
【００４８】
（実施例８）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例８は、窓材１１の下面に反射防止膜をコーティングしたものであり、この点を中心に説明する。反射防止膜を窓材１１の下面のみにコーティングすることで、透過率を５％程度アップさせることが出来るため、赤外線センサ６への受光量を増加させ、より精度の高い温度測定が可能となる。
【００４９】
なお、反射防止膜をコーティングするのは、窓材１１の下面のみなので、傷などに対する耐久性を考慮する必要がなく、安価な反射防止膜を使用できる。
【００５０】
また、反射防止膜の原材料は、窓材１１の光の屈折率をｎ１２とすれば、√（ｎ１２）の材質とすれば、窓材１１から大気中へ光が透過する時の反射光が大幅に低減し、理想的な光学特性が得られる。
【００５１】
（実施例９）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例９は、温度算出手段の入力部とアンプ出力部間に低周波電気信号を通過させるローパスフィルタを設けたものであり、この点を中心に説明する。
【００５２】
図９は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。アンプ８の出力は、ローパスフィルタ１８を介して、温度算出手段９へ接続している。ローパスフィルタ１８の遮断周波数ｆｃは、商用電源周波数５０／６０Ｈｚと、高周波電流供給手段５の発振周波数２０〜３５ｋＨｚのノイズ成分をカットできるように、１５Ｈｚ以下に設定する。４次のバタワース特性のフィルタで２４ｄＢ／ｏｃｔ相当の減衰傾度を得られるので、配線等を介して重畳される上記のノイズを十分に除去でき、よりＳ／Ｎ比を高めた高精度の温度測定が可能となる。
【００５３】
（実施例１０）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１０は、トッププレート中央下の支持台に赤外線センサとアンプを配した請ものであり、この点を中心に説明する。図１０は本実施例の構成を示す要部断面図である。赤外線センサ６とアンプ８を、トッププレート２の強度補強のため貫通穴周辺を下から支持する支持台１９の中に配している。２０はトッププレート２と支持台１９の間に挟んだ断熱材で、衝撃を吸収するクッションの役割も持たせている。
【００５４】
また、支持台１９の材質はアルミ等を用いることで、シールドを兼ねている。以上の構成により、赤外線センサ６内の素子温度が安定すると共に、シールドにより電磁的なノイズも低減し、精度の良い温度測定が可能となる。
【００５５】
（実施例１１）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１１は、赤外線センサを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けたものであり、この点を中心に説明する。
【００５６】
図１１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。赤外線センサ６とアンプ８を冷却する冷却手段２１と、赤外線センサ６の冷却温度を制御する温度制御手段２２を設けたものである。赤外線センサ６に使用する素子がサーモパイルや焦電素子の場合は常温（２０〜３０℃）に、ＨｇＣｄＴｅやＩｎＧａＡｓ素子の場合は−５℃以下にペルチェ素子などの電子冷却して、赤外線センサ６及びアンプ８の温度を一定温度に精度良く保つことで、極めて安定した検知出力が得られ、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器を提供できる。
【００５７】
（実施例１２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１２は、赤外線を集光する手段を備えたものであり、この点を中心に説明する。
【００５８】
図１１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。バンドパスフィルタ７の前面に、レンズあるいは曲面反射鏡からなる赤外線集光手段２３を設けたものである。赤外線集光手段２３により赤外線センサ６へ受光させる赤外線量を数倍に増加させることで、Ｓ／Ｎ比をさらに高め、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面を覆い所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材とを備え、前記窓材は、サファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを材料として用いて構成し、前記トッププレートの貫通穴に埋め込むようにしたことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器が実現できるものである。
【００６０】
また、バンドパスフィルタを狭帯域に絞り込むことで窓材からの自己放射の影響を低減できる誘導加熱調理器が実現できるものである。
【００６１】
さらに、ステファン・ボルツマンの法則によらないｙ＝ａ−ｂｘｃの累乗式を用いることで簡便で精度の良い温度測定が可能となる。
【００６２】
また、反射膜のコーティングやシールドや赤外線センサの冷却や、光学系の設計により、より精度の高い温度測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例２におけるトッププレート及び窓材の赤外線透過特性グラフ
【図３】従来における誘導加熱調理器を示すブロック図
【図４】本発明の実施例３の窓材埋め込み部分の構成を示す要部断面図
【図５】本発明の実施例４における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施例４における補正を行わなかった場合の検知出力例を示す図
【図７】本発明の実施例５における峡帯域のバンドパスフィルタを装着した時の理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係を示すグラフ
【図８】本発明の実施例７における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施例８における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施例１０の支持台部分の構成を示す要部断面図
【図１１】本発明の実施例１１における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図１２】本発明の実施例１２における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 調理器本体
２ トッププレート
３ 鍋
４ 加熱コイル
５ 高周波電流供給手段
６ 赤外線センサ
７ バンドパスフィルタ
８ アンプ
９ 温度算出手段
１０ 制御手段
１１ 窓材
１３ 温度センサ
１４ プレート温度補正手段
１６ 記憶手段
１８ ローパスフィルタ
１９ 支持台
２０ 断熱材
２１ 冷却手段
２２ 温度制御手段
２３ 赤外線集光手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、トッププレートに載置した鍋の温度を精度良く検出することができる誘導加熱調理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鍋などの被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、被加熱物である鍋の温度を検出する方式として、鍋を載置するトッププレートを介してサーミスタで温度を検出する方式が一般的である。また、鍋底から放射される赤外線を検出して鍋底の温度を検知する方法も知られている。この従来例を図３で説明する。
【０００３】
本体１上面にトッププレート２を設け、鍋３を載置する。この鍋３を電磁誘導加熱をする加熱コイル４と、この加熱コイル４に高周波電流供給手段５と、温度を検出する赤外線センサ６と、この出力から鍋底温度を算出する温度算出手段９と、温度算出手段９の出力に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御する制御手段１０を設けている。
【０００４】
トッププレート２は、強度を高めるため特殊組成のガラスを再加熱してガラス中に微細結晶を析出させた結晶化ガラス（例えば、「リシア系セラミックス」Ｌｉ２Ｏ−ＡＬ２Ｏ３−ＳｉＯ２）が用いられているおり、２．６μｍ以下の波長の赤外線は８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の赤外線は３０％程度透過し、４μｍよりも長い波長の赤外線はほとんど通さない。（図２はその透過特性例のグラフ図を、一般的な赤外線窓材の透過特性とともに示したものである。）従って、トッププレート２を透過して鍋３から放射される赤外線の４μｍ以下の波長成分で、赤外線センサ６が鍋底の温度を測定する必要がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図３に示した従来構成の誘導加熱調理器は、トッププレート２を透過して鍋３から放射される赤外線を検出している。一般的に調理時の鍋３の温度は、約３０℃〜２３０℃であり、この温度のピーク波長はステファン・ボルツマンの法則により６μｍ〜１０μｍの波長である。
【０００６】
なお、赤外線放射エネルギの最大ピーク波長λｍａｘとの間には、一定の相関関係があって、Ｔ＝２００℃のときλｍａｘ＝約６．１μｍ、Ｔ＝１５０℃のときλｍａｘ＝約６．８μｍ、Ｔ＝１４０℃のときλｍａｘ＝約７．０μｍ、Ｔ＝１００℃のときλｍａｘ＝約７．８μｍ、Ｔ＝２０℃のときλｍａｘ＝約９．９μｍとなる。（図２下部に１００℃と２００℃の時の放射エネルギと波長の関係をグラフ図で示す。）トッププレート２が透過できる波長は上述の通り４μｍ以下の波長の赤外線であり、この４μｍ以下の波長成分だけでは、赤外線センサ受光面のバンドパスフィルタによる減衰等を考慮すると、鍋底からの全赤外線放射エネルギの２０％程度にしかならず、残りの大部分はトッププレート２で吸収されてしまう。このため赤外線センサ６に届く赤外線エネルギは微弱であり、赤外線センサ６で電気信号に変換してもＳ／Ｎ比が悪く、調理時の温度を測定する用途に用いるには、精度が良くない。
【０００７】
また、赤外線センサ６は一般的に周囲温度の影響を受けやすく、加熱コイル４やトッププレート２を介して伝わる鍋３からの伝導熱や、スイッチング素子（図示せず。加熱コイル４に高周波電流を供給する。）の発熱などにより周囲温度が大きく変化するような誘導加熱調理器本体内で、精度の良い放射温度をすることは難しかった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサに一体化されその出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材とを備え、前記窓材は、サファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを原材料として用い、前記トッププレート中央の貫通穴に埋め込む構成にし、非接触で精度良く鍋の温度が測定できる誘導加熱調理器としているものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面を覆い所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材とを備え、前記窓材は、サファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを材料として用いて構成し、前記トッププレートの貫通穴に埋め込むようにしたことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、窓材は、トッププレートとの熱膨張率の違いを吸収する、弾力性を有する接着剤を用いて、トッププレートに取り付けたことによって接着部の強度における信頼性を向上させた誘導加熱調理器としているものである。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、トッププレートの貫通穴は、窓材が落下しない形状としたことによって、耐久性を向上させた誘導加熱調理器としているものである。
【００１２】
請求項４に記載の発明は、窓材下面に温度センサを設け、温度センサの検出した温度を用いて赤外線センサの出力を補正する補正手段を備えたことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１３】
請求項５に記載の発明は、バンドパスフィルタの透過波長は、赤外線の透過波長帯域を窓材の透過波長帯域内で透過率が８０％以上の長波長領域に設定したことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１４】
請求項６に記載の発明は、温度算出手段はｙ＝ａ−ｂｘｃの累乗式により温度を算出し、前記ａ、ｂ及びｃの各定数はバンドパスフィルタを透過する赤外線の放射エネルギ量と鍋底温度の関係式となるようにしたことによって、簡便な計算式で温度算出を可能とする誘導加熱調理器としているものである。
【００１５】
請求項７に記載の発明は、温度算出手段は、記憶手段に記憶させたテーブルデータを用いて温度を算出することによって、計算式なしで温度算出を可能とする誘導加熱調理器としているものである。
【００１６】
請求項８に記載の発明は、窓材は、下面に赤外線の透過率を向上させる反射防止膜をコーティングしたことによって、高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１７】
請求項９に記載の発明は、温度算出手段の入力部とアンプ出力部間に低周波電気信号を通過させるローパスフィルタを設けたことによって、電磁波等の電気ノイズに強い誘導加熱調理器としているものである。
【００１８】
請求項１０に記載の発明は、加熱コイルの中央下の支持台に赤外線センサとアンプを配したことによって、素子温度を安定させ精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１９】
請求項１１に記載の発明は、赤外線センサを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けたことによって、より安定に良い精度良くに鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００２０】
請求項１２に記載の発明は、赤外線を集光する手段を備えたことによって、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施例１）
図１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例の誘導加熱調理器は、調理物を加熱調理する鍋３と、鍋３を加熱する加熱コイル４と、加熱コイル４に高周波電流を供給する高周波供給手段５と、トッププレート下面に配し鍋３の底から放射される赤外線を検知する赤外線センサ６と、赤外線センサ６の受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタ７と、赤外線センサ６に一体化されその出力を増幅するアンプ８と、アンプ８の出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段９と、この温度算出手段９の出力に応じて加熱コイル４に供給する高周波電流供給量を制御する制御手段１０と、トッププレート２中央に鍋底面からの赤外線を透過させる窓材１１を備えたものである。
【００２３】
上記実施例１において、図示していない電源スイッチを投入し、操作スイッチで所定の温度を設定すると、制御手段１０が高周波電流供給手段５を制御して加熱コイル４に所定の電力を供給する。加熱コイル４に高周波電流が供給されると、加熱コイル４から誘導磁界が発せられ、トッププレート２上の鍋３が誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋３の温度が上昇し、鍋３内の調理物が調理される。
【００２４】
一般に物体の放射する赤外線エネルギはその物体の絶対温度の４乗に比例するというステファン・ボルツマンの法則があり、温度が高くなればなるほど加速度的に大きなエネルギを赤外線として放射する。（図２にその関係を、１００℃と２００℃の時についてグラフ図で示す。）
式１ Ｗ＝（２π５κ４／１５ｃ２ｈ３）×Ｔ４＝σＴ４
Ｗ：単位面積当たりの放射量（Ｗ／ｃｍ２・μｍ）
κ：ボルツマン定数＝１．３８０７×１０−２３（Ｗ・ｓ／Ｋ）
ｃ：光速度＝２．９９７９×１０１０（ｃｍ／ｓ）
ｈ：プランク定数＝６．６２６１×１０−３４（Ｗ・ｓ２）
σ：ステファン・ボルツマン定数＝５．６７０６×１０−１２（Ｗ／ｃｍ２・Ｋ４）
Ｔ：放射物体の絶対温度（Ｋ）
赤外線センサ６は受光した赤外線のエネルギに比例した電圧を出力するもので、焦電素子や熱電対を一点に集めたサーモパイルなどを用いている。このため、鍋３の温度が上昇すると鍋底からの赤外線放射強度も強くなり、赤外線センサ６が受光する赤外線エネルギ量が増え、赤外線センサ６の出力信号電圧が高くなる。
【００２５】
上述したように、トッププレート２は４μｍ以下の波長の赤外線しか透過せず、赤外線センサ６に届く赤外線エネルギは微弱であるが、窓材１１をトッププレート２の貫通穴に埋め込み、モジュールとして赤外線センサ６と一体化されたアンプ８で５００〜１０００倍程度に増幅した後に出力することで、Ｓ／Ｎ比を確保し測定を可能としている。
【００２６】
また、トッププレート２及び窓材１１自身から放射される赤外線をカットするため所定の帯域の波長の光を透過させる（例えば、０．８〜６．５μｍ、上限波長は窓材の透過波長域とする）のバンドパスフィルタ７を赤外線センサの受光面に装着している。温度算出手段９はアンプ８の出力信号電圧から上記のステファン・ボルツマンの式を用いて鍋３の温度を算出し、制御手段１０に送る。制御手段１０は、この温度信号に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御して、設定された鍋温度に制御する。
【００２７】
特に本実施例１では鍋底の温度を熱伝導を用いて温度センサに導いてくるのではなく、非接触で鍋底の温度を直接検出することができるため、応答性が極めて速く、調理時に必要な微妙な火加減を実現できるものである。
【００２８】
なお、窓材の原材料には単結晶サファイヤ（Ａｌ２Ｏ２）、スピネル、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）のいずれかを用いる。
なお、赤外線センサ６及びアンプ８は素子温度を安定させるため、アルミか非磁性金属筒に収納し、アースに接続する。非磁性金属筒の場合はシールド効果を持たせるため、内面にシールド剤を塗布する。
【００２９】
また、窓材１１を埋め込むために空けた貫通穴による、トッププレート２の強度低下は、貫通穴周辺を下から支持する支持台（図示せず）で補強改善してある。
【００３０】
なお、赤外線センサ６とアンプ８を一体化しない方法も考えられるが、一体化して赤外線センサ６の検知出力を直ちに増幅した方が、Ｓ／Ｎ比及び耐ノイズ性の向上が図れる。
【００３１】
（実施例２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例２は、窓材１１を弾力性を有する接着剤を用いて、トッププレート２に取り付けたものであり、この点を中心に説明する。トッププレート２は使用上の強度を確保するため、一般的には結晶化ガラスが用いられているが、この結晶化ガラスの熱膨張係数は非常に小さく−６〜７×１０−７／Ｋである。（Ｋ：絶対温度）他方、窓材に用いる原材料はこれより一桁大きい熱膨張係数を有している。
【００３２】
例えば、単結晶サファイヤは４．５〜５．３×１０−６／Ｋ、スピネルは６．７×１０−６／Ｋ、フッ化マグネシウムは１０×１０−６／Ｋ、イットリアは６．７×１０−６／Ｋである。窓材の径が５ｍｍ〜２０ｍｍ程度としても、トッププレート２の温度が０℃〜３５０℃まで変化すると両者の伸び率の違いは顕著であり、長期の繰り返し使用による熱応力歪みが発生し、窓材１１もしくは結晶化ガラスが破損する恐れがある。
【００３３】
本実施例では窓材１１をシリコン系等の弾力性を有する接着剤を用いて、トッププレート２に取り付けることで、両者の伸び率の違いを接着剤部分で吸収し、熱応力歪みが発生しない構成としているもので、信頼性を向上させた誘導加熱調理器としている。
【００３４】
（実施例３）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例３は、トッププレート２の貫通穴は、窓材１１が落下しない形状としたものであり、この点を中心に説明する。
【００３５】
図４は本実施例の構成を示す要部断面図である。図４（ａ）の実施例では、トッププレート２と、窓材１１に各々テーパー加工を施し、穴部の上方の断面積を、少なくともそこより下方における一部の断面積より大きくして窓材１１を勘合させる構成としている。図４（ｂ）の実施例では、トッププレート２に座刳り加工を施し、円柱形の窓材１１を埋め込む構成としている。以上の構成により長期間の使用に於いて、接着力が低下しても窓材１１が落下するようなことがないため、耐久性を向上させた誘導加熱調理器を実現することが出来る。
【００３６】
（実施例４）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例４は、窓材下面に温度センサを設け、温度センサの検出した温度を用いて赤外線センサの出力を補正する補正手段を備えたものであり、この点を中心に説明する。
【００３７】
図５は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。窓材下面に温度センサ１３を設け、温度センサ１３の検出したトッププレート２下面の温度を用いて赤外線センサ６の出力を補正する補正値を出力する補正手段１４を備えている。図６に補正を行わなかった場合の検知出力例を示す。
【００３８】
窓材にサファイヤを用いても５〜６．５μｍの波長域ではサファイヤの透過率はピーク値でも６０％なので、「１−透過率」相当のエネルギを自己放射しているため、トッププレート温度が３６０℃にもなると、窓材であるサファイヤ自身からの放射エネルギによりアンプの検知出力が飽和していることがグラフ図から読みとれる。本実施例ではアンプ１５が赤外線センサ６の出力と、この補正手段１４の出力を差動増幅する構成とすることにより、検知出力の飽和を防止し、より精度の良い温度測定を行うことが可能となる。
【００３９】
（実施例５）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例５は、バンドパスフィルタ７の透過波長帯域を窓材１１の透過波長帯域の長波長側に狭めたものであり、この点を中心に説明する。厚み０．５ｍｍ程度の適当な基材（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＳ、ＡｌＯ３、ＭｇＡｌ２Ｏ４）に光学コーティングを施し、図２で窓材１１の透過率が８０％以上である透過波長域Ａ＝３〜４μｍで、透過率９０％のバンドパスフィルタ７を製作し、赤外線センサ６の受光面に装着する。
【００４０】
図７にこのバンドパスフィルタ７を装着した時の理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係を示す。帯域を制限しても測定に必要な放射エネルギ量は確保できると共に、窓材自身の放射等による外乱光の影響をバンドパスフィルタ７によりカット出来るので、より精度の良い温度測定が可能となる。
【００４１】
なお、透過波長帯域は窓材１１の透過率が８０％以上である透過波長域であれば、どの波長域を選択しても良いが、調理時の鍋３の温度は、約３０℃〜２３０℃であるので、長波長側を選択した方が放射エネルギ強度が強く、精度の良く測定が行える。
【００４２】
（実施例６）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例６は、温度算出手段はｙ＝ａ−ｂｘｃの累乗式により温度を算出するものであり、この点を中心に説明する。
【００４３】
バンドパスフィルタ７の透過波長帯域を狭帯域にすると図７に示すように理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係が曲線となる。すなわち、ステファン・ボルツマンの法則から外れてくる。この場合の理論放射エネルギはプランクの式を波長λ１（バンドパスフィルタ７の下限波長）から、波長λ２（バンドパスフィルタ７の下限波長）までの間で不定積分を行えばよい。
【００４４】
式２ Ｗλ＝２πｈｃ２／［λ５（ｅｃｈ／λκＴ−１）］
本実施例ではこの積分結果のグラフから近似式を導きだし、温度算出手段９に記憶させてある。温度算出手段９はこの近似式にアンプ８の検知出力値を代入演算して、鍋底の温度を算出する。
【００４５】
３〜４μｍの波長域では、放射エネルギｙと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係は、
式３ｙ＝７．５２１２９３９５１６Ｅ−２１ｘ１．７１３５２９４８３８Ｅ＋００
が、相関係数Ｒ２＞０．９９９と非常に良好な近似を示す。
以上によれば、理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係が直線でなくても、不定積分を行うことなく簡便な近似式で鍋底温度の算出を行うことができる。
【００４６】
（実施例７）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例７は、記憶手段に記憶させたテーブルデータを用いて温度を算出するものであり、この点を中心に説明する。
【００４７】
図８は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。記憶手段１６に上記の近似式の計算結果をテーブルデータとして記憶させてある。温度算出手段１７はアンプ８の検知出力で、このテーブルデータを参照し、鍋底温度を決定する。記憶手段１６は半導体メモリーを用いれば安価であり、温度算出手段１７も低価格のマイクロコンピュータで構成することが可能となり、より安価で、精度の良い温度測定が可能となる。
【００４８】
（実施例８）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例８は、窓材１１の下面に反射防止膜をコーティングしたものであり、この点を中心に説明する。反射防止膜を窓材１１の下面のみにコーティングすることで、透過率を５％程度アップさせることが出来るため、赤外線センサ６への受光量を増加させ、より精度の高い温度測定が可能となる。
【００４９】
なお、反射防止膜をコーティングするのは、窓材１１の下面のみなので、傷などに対する耐久性を考慮する必要がなく、安価な反射防止膜を使用できる。
【００５０】
また、反射防止膜の原材料は、窓材１１の光の屈折率をｎ１２とすれば、√（ｎ１２）の材質とすれば、窓材１１から大気中へ光が透過する時の反射光が大幅に低減し、理想的な光学特性が得られる。
【００５１】
（実施例９）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例９は、温度算出手段の入力部とアンプ出力部間に低周波電気信号を通過させるローパスフィルタを設けたものであり、この点を中心に説明する。
【００５２】
図９は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。アンプ８の出力は、ローパスフィルタ１８を介して、温度算出手段９へ接続している。ローパスフィルタ１８の遮断周波数ｆｃは、商用電源周波数５０／６０Ｈｚと、高周波電流供給手段５の発振周波数２０〜３５ｋＨｚのノイズ成分をカットできるように、１５Ｈｚ以下に設定する。４次のバタワース特性のフィルタで２４ｄＢ／ｏｃｔ相当の減衰傾度を得られるので、配線等を介して重畳される上記のノイズを十分に除去でき、よりＳ／Ｎ比を高めた高精度の温度測定が可能となる。
【００５３】
（実施例１０）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１０は、トッププレート中央下の支持台に赤外線センサとアンプを配した請ものであり、この点を中心に説明する。図１０は本実施例の構成を示す要部断面図である。赤外線センサ６とアンプ８を、トッププレート２の強度補強のため貫通穴周辺を下から支持する支持台１９の中に配している。２０はトッププレート２と支持台１９の間に挟んだ断熱材で、衝撃を吸収するクッションの役割も持たせている。
【００５４】
また、支持台１９の材質はアルミ等を用いることで、シールドを兼ねている。以上の構成により、赤外線センサ６内の素子温度が安定すると共に、シールドにより電磁的なノイズも低減し、精度の良い温度測定が可能となる。
【００５５】
（実施例１１）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１１は、赤外線センサを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けたものであり、この点を中心に説明する。
【００５６】
図１１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。赤外線センサ６とアンプ８を冷却する冷却手段２１と、赤外線センサ６の冷却温度を制御する温度制御手段２２を設けたものである。赤外線センサ６に使用する素子がサーモパイルや焦電素子の場合は常温（２０〜３０℃）に、ＨｇＣｄＴｅやＩｎＧａＡｓ素子の場合は−５℃以下にペルチェ素子などの電子冷却して、赤外線センサ６及びアンプ８の温度を一定温度に精度良く保つことで、極めて安定した検知出力が得られ、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器を提供できる。
【００５７】
（実施例１２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１２は、赤外線を集光する手段を備えたものであり、この点を中心に説明する。
【００５８】
図１１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。バンドパスフィルタ７の前面に、レンズあるいは曲面反射鏡からなる赤外線集光手段２３を設けたものである。赤外線集光手段２３により赤外線センサ６へ受光させる赤外線量を数倍に増加させることで、Ｓ／Ｎ比をさらに高め、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように本発明の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面を覆い所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材とを備え、前記窓材は、サファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを材料として用いて構成し、前記トッププレートの貫通穴に埋め込むようにしたことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器が実現できるものである。
【００６０】
また、バンドパスフィルタを狭帯域に絞り込むことで窓材からの自己放射の影響を低減できる誘導加熱調理器が実現できるものである。
【００６１】
さらに、ステファン・ボルツマンの法則によらないｙ＝ａ−ｂｘｃの累乗式を用いることで簡便で精度の良い温度測定が可能となる。
【００６２】
また、反射膜のコーティングやシールドや赤外線センサの冷却や、光学系の設計により、より精度の高い温度測定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施例２におけるトッププレート及び窓材の赤外線透過特性グラフ
【図３】従来における誘導加熱調理器を示すブロック図
【図４】本発明の実施例３の窓材埋め込み部分の構成を示す要部断面図
【図５】本発明の実施例４における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施例４における補正を行わなかった場合の検知出力例を示す図
【図７】本発明の実施例５における峡帯域のバンドパスフィルタを装着した時の理論放射エネルギと「鍋底温度Ｔｏ４−赤外線センサ６の素子温度Ｔｂ４」の関係を示すグラフ
【図８】本発明の実施例７における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図９】本発明の実施例８における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図１０】本発明の実施例１０の支持台部分の構成を示す要部断面図
【図１１】本発明の実施例１１における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図１２】本発明の実施例１２における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 調理器本体
２ トッププレート
３ 鍋
４ 加熱コイル
５ 高周波電流供給手段
６ 赤外線センサ
７ バンドパスフィルタ
８ アンプ
９ 温度算出手段
１０ 制御手段
１１ 窓材
１３ 温度センサ
１４ プレート温度補正手段
１６ 記憶手段
１８ ローパスフィルタ
１９ 支持台
２０ 断熱材
２１ 冷却手段
２２ 温度制御手段
２３ 赤外線集光手段
Claims (12)
- 鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面を覆い所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材とを備え、前記窓材は、サファイヤあるいはスピネルあるいはフッ化マグネシウムあるいはイットリアのいずれかを材料として用いて構成し、前記トッププレートの貫通穴に埋め込むようにした誘導加熱調理器。
- 窓材は、トッププレートとの熱膨張率の違いを吸収する弾力性を有する接着剤を用いてトッププレートに取り付けた請求項１に記載の誘導加熱調理器。
- トッププレートの貫通穴は、窓材が落下しない形状とした請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
- 窓材下面に温度センサを設け、前記温度センサの検出した温度を用いて赤外線センサの出力を補正する補正手段を備えた請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- バンドパスフィルタの透過波長は、赤外線の透過波長帯域を窓材の透過波長帯域内で透過率が８０％以上の長波長領域に設定した請求項１〜４のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- 温度算出手段はｙ＝ａ−ｂｘｃの累乗式により温度を算出し、前記ａ、ｂ及びｃの各定数はバンドパスフィルタを透過する赤外線の放射エネルギ量と鍋底温度の関係式となるようにした請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- 温度算出手段は、記憶手段に記憶させたテーブルデータを用いて温度を算出する請求項６に記載の誘導加熱調理器。
- 窓材は、下面に赤外線の透過率を向上させる反射防止膜をコーティングした請求項１〜７のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- 温度算出手段の入力部とアンプ出力部間に低周波電気信号を通過させるローパスフィルタを設けた請求項１〜８のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- 加熱コイルの中央下の支持台に赤外線センサとアンプを配した請求項１から９のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- 赤外線センサを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けた請求項１〜１０のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- 赤外線を集光する手段を備えた請求項１から１１のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
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