JP2005050713A - 加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】 超音波がトッププレートを通過する際に拡散・反射してしまい、超音波を鍋内の被加熱物に十分に伝達させることは困難である。
【解決手段】 加熱容器６を載置するためのトッププレート３を有し、加熱容器６内の被加熱物を加熱調理する加熱調理器において、トッププレート３の下面に設けられ、超音波領域の音響信号を上方に向けて送信すると共に、被加熱物の上面で反射した音響信号を受信する超音波センサ７と、超音波センサ７で受信した音響信号に基づいて、被加熱物の沸騰を検出する沸騰検出部１０と、トッププレート３と超音波センサ７との間に設けられ、音響信号を連続反射させて音響信号の増幅を行わせる音響放射ガイド８とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、インダクションヒーティング（以降ＩＨ加熱調理器と称す）式やハロゲンヒータなどを熱源に有する加熱調理器に関する。

従来の加熱調理器としては、調理容器を載置するトッププレートと、前記調理容器を加熱する複数の加熱手段と、前記トッププレートを介して前記調理容器の振動を検出する振動検出手段と、この振動検出手段の出力により被加熱物の沸騰状態を検出する沸騰検出手段とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、超音波センサを底面に設け、超音波信号の水面での反射率を超音波センサで測定することにより、被加熱物の沸騰状態を検出する電気湯沸し器が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００３−７７６４４号公報（第２頁、第１図）

特開平０３−１１２５２１号公報（第２頁、第１図）

しかしながら従来の加熱調理器は、鍋内の水泡による振動以外に、調理器外部から調理器に伝搬する外来振動も振動センサで検出してしまうため、外来振動を沸騰状態と誤検出するおそれがあった。
そこで、振動センサの代わりに、超音波センサを用いて沸騰検知することも考えられるが、超音波センサと被加熱物との間にトッププレートが介在するため、超音波がトッププレートを通過する際に拡散・反射してしまい、超音波を鍋内の被加熱物に十分に伝達させることは困難である。従って、超音波センサを用いた場合には、被加熱物上面の反射率の測定を十分に行えず、被加熱物の沸騰検出精度が低下してしまうおそれがあった。

本発明は、このような問題を解決し、高い精度で被加熱物の沸騰状態を検出することのできる加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明の加熱調理器は、加熱容器を載置するためのトッププレートを有し、加熱容器内の被加熱物を加熱調理する加熱調理器において、トッププレートの下面に設けられ、超音波領域の音響信号を上方に向けて送信すると共に、被加熱物の上面で反射した音響信号を受信する超音波センサと、超音波センサで受信した音響信号に基づいて、被加熱物の沸騰を検出する沸騰検出部と、トッププレートと超音波センサとの間に設けられ、音響信号を連続反射させて音響信号の増幅を行わせる音響放射ガイドとを備えることを特徴とする。

本発明に係る加熱調理器は、トッププレートと超音波センサとの間に音響放射ガイドを設けているので、超音波センサから発信された超音波領域の音響信号は、音響放射ガイドを進行する際に共振され、超音波周波数における音響エネルギーが増幅される。音響エネルギーが増幅された音響信号の多くは、拡散・反射することなく、トッププレートを通り抜け、鍋内の被加熱物を進行する。その後、音響信号は被加熱物の上面で反射し、反射した音響信号は元のルートを通って超音波センサで受信される。

このように、音響放射ガイドで増幅された音響信号の多くは、トッププレートを通過する際に拡散・反射することなく、被加熱物の上面に到達するので、被加熱物の上面での反射率を沸騰検出部で確実に検出することができる。その結果、被加熱物の沸騰検出精度が向上する。

以下、本発明に係る加熱調理器の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る加熱調理器の構成を示す断面図である。また、図２は、実施の形態１に係る加熱調理器の動作を示すフローチャートである。さらに、図３は、沸騰に伴う超音波センサの出力と温度センサの関係を示すグラフである。

図１に示すように、本実施の形態の加熱調理器は、箱状の筐体２内に収容され、一平面内に渦巻き状に巻回された加熱手段である通電コイル１と、この通電コイル１の上方に近接して配置され、加熱容器である鍋６を載置する平面状のトッププレート３と、通電コイル１に流れる高周波の交番電流の電流量を増減させる加熱制御部４と、筐体２の上面前端に配置され、加熱制御部４に対する加熱開始／停止の信号や被加熱物の温度設定等の信号を入力させる操作／表示部５とを備えている。

ここで、トッププレート３には、結晶化ガラス等の透過性の耐熱絶縁材料が用いられる。また、トッププレート３の上面には、被加熱物が収容された鍋６を、通電コイル１と対向する位置に載置させることができる。鍋６は、一般には鉄等の金属材料で構成され、操作／表示部５からの指示により通電コイル１への通電に伴いコイル周辺に形成される交番磁界中に置かれた状態となる。

また、本実施の形態の加熱調理器は、トッププレート３の裏面に設けられた超音波センサ７と、超音波センサ７の超音波入出力面に基端が装着され、先端がトッププレート３に密着された円筒形状のウエーブガイド（音響放射ガイド）８と、トッププレート３の裏面に設けられた温度センサ９と、超音波センサ７の出力信号および温度センサ９の出力信号を入力して、鍋６に収容された被加熱物の沸騰を検出する沸騰検出部１０とを備えている。

ウエーブガイド８は、断熱性のある材質で形成されており、トッププレート３の熱が超音波センサ７に伝達されないよう構成されている。このため、トッププレート３の熱によって超音波センサ７が破壊されるのを未然に防止することができる。

次に、本実施の形態の動作について、図２のフローチャートを用いて説明する。まず、被加熱物の収容された鍋６がトッププレート３に載置される。そして、操作／表示部５から目標温度設定等の調理選択とスタート信号が入力され、加熱制御部４を介して通電コイル１が駆動し（Ｓ１０１）、被加熱物の加熱調理がスタートする。加熱制御部４の制御により、高周波の交番電流が温度設定に合わせた電流量で通電コイル１に通電されると、通電コイル１の内部を流れる渦電流の作用で鍋６全体が加熱源として加熱され、鍋６内の被加熱物が加熱される。同時にスタート信号を受けて、超音波センサ７と温度センサ９が動作を開始する（Ｓ１０２）。

超音波領域の音響信号が、超音波センサ７から上方に向けて出射されると、この音響信号はウエーブガイド８で共振して増幅される。即ち、ウエーブガイド８の筒厚が音響信号の波長と一致するよう構成されているため、ウエーブガイド８を進行する音響信号は、ウエーブガイド８内を連続反射して、超音波周波数の音響エネルギーが増幅される。ウエーブガイド８で増幅された音響信号は、ウエーブガイド８に密着したトッププレート３を縦波で進行し、トッププレート３上の鍋６の底面に到達する。

鍋６の底面に到達した音響信号は、鍋６に収容された被加熱物の内部を進行し、被加熱物の上面に到達する。被加熱物の温度が低い間は、被加熱物の上面は平坦なので、被加熱物の上面に到達した音響信号の殆どは被加熱物の上面で反射する。反射した音響信号は下方に進行して、再び超音波センサ７の超音波入出面に到達する。その結果、超音波センサ７では、信号強度の高い音響信号が受信される。超音波センサ７で受信された音響信号は沸騰検出部１０に入力され、音響信号の信号強度が所定値以上の場合、沸騰検出部１０では被加熱物はまだ沸騰していないと判断する（Ｓ１０３）。

被加熱物が加熱されるに伴い、鍋内の水温が約８０℃を越えた辺りから鍋底に細かい気泡が発生する。この気泡が被加熱物内を上昇し、被加熱物の上面を振動させる。振動によって被加熱物の上面は波面となり、被加熱物の上面に到達した音響信号は斜めに反射するようになる。このため、音響信号の反射率が低下して、超音波センサ７で受信される音響信号の強度が低下する。超音波センサ７で受信された音響信号は沸騰検出部１０に入力され、音響信号の信号強度が所定値未満に低下すると、沸騰検出部１０では被加熱物は沸騰したと判断する（Ｓ１０３）。

Ｓ１０３で被加熱物が沸騰したと判断された場合、沸騰検出部１０では温度センサ９から入力された測定値が所定温度以上か否かを判断する。そして、温度センサ９の測定値が所定温度未満の場合には、沸騰検出部１０では超音波センサ７での検出結果が誤りであると判断し、Ｓ１０３に処理を戻す（Ｓ１０４）。また、温度センサ９の測定値が所定温度以上の場合には、沸騰検出部１０では被加熱物の沸騰検出を確定させ、通電コイル１を停止させるよう加熱制御部４に指示を与える（Ｓ１０５）。

図３に示すように、被加熱物の温度（温度センサ９の出力値）が４０℃までの間は、音響信号の反射率はほぼ１００％である。被加熱物の温度が４０℃を超えると、音響信号の反射率は低下し始め、被加熱物の温度が１００℃に近づくと、音響信号の反射率は約３０％になる。沸騰検出部１０では、反射率約２５％を閾値として、音響信号の反射率が２５％未満になった場合に、沸騰したと判断する（即ち、Ｓ１０３では、出射時における音響信号強度の約１／４を所定値としている）。

以上のように、本実施の形態の加熱調理器においては、トッププレート３と超音波センサ７との間にウエーブガイド８を設けているので、超音波センサ７から発信された超音波領域の音響信号は、ウエーブガイド８を進行する際に共振され、超音波周波数における音響エネルギーが増幅される。音響エネルギーが増幅された音響信号の多くは、拡散・反射することなく、トッププレート３を通り抜け、鍋６内の被加熱物を進行する。その後、音響信号は被加熱物の上面で反射し、反射した音響信号は元のルートを通って超音波センサ７で受信される。

このように、ウエーブガイド８で増幅された音響信号の多くは、トッププレート３を通過する際に拡散・反射することなく、被加熱物の上面に到達するので、被加熱物の上面での反射率を沸騰検出部１０で確実に検出することができる。その結果、被加熱物の沸騰検出精度が向上する。

また、超音波センサ７と温度センサ９との測定結果に基づいて、被加熱物の沸騰検出を行っているので、たとえ、超音波センサ７で沸騰を誤検出した場合であっても、温度センサ９の測定結果に基づいて誤検出をキャンセルすることができる。その結果、被加熱物の沸騰検出精度が向上する。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係る加熱調理器を説明する。図４は、実施の形態２に係る加熱調理器の構成を示す断面図である。この実施の形態２が図１に示す実施の形態１と異なるのは、ウエーブガイド８の代わりに、広角ウエーブガイド（音響放射ガイド）１１を備えている点である。その他の構成については実施の形態１と同一又は同等である。なお、実施の形態１と同一又は同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。

図５は、ウエーブガイド１１の形状を示す正面図である。同図において、Ｒはホーン形状を決めるための半径部分であり、下記の式で決定される。
Ｒ＝１０／Θ
Θ＝ＡＲＣＳＩＮ（２．５×Ｃ／ａω）
ａ＝振動子半径
ω＝２πｆ（ｆ＝超音波発振子からの周波数）

ウエーブガイド８と同様に、広角ウエーブガイド１１の筒厚は、音響信号の波長と一致するよう構成されているため、広角ウエーブガイド１１を進行する音響信号は、ウエーブガイド８内を連続反射して、超音波周波数の音響エネルギーが増幅される。ウエーブガイド１１で増幅された音響信号は、ウエーブガイド１１に密着したトッププレート３を縦波で進行し、トッププレート３上の鍋６の底面に到達する。

また、広角ウエーブガイド１１はホーン型に成型されているため、広角ウエーブガイド１１で増幅した音響信号は、その指向性を広範囲に広げて上方に伝搬させることができる。このため、被加熱物の上面を広い範囲で測定できるようになり、被加熱物の沸騰検出精度が一層向上する。

さらに、ウエーブガイド８と同様に、広角ウエーブガイド１１は、断熱性のある材質で形成されている。このため、トッププレート３の熱が超音波センサ７に伝達され難くなり、トッププレート３の熱によって超音波センサ７が破壊されるのを未然に防止することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内において、種々の変更が可能である。例えば、広角ウエーブガイド１１は、断面円形状に限定されることなく、断面矩形状、断面三角形状であってもよい。
また、超音波センサ７と振動センサとの組合せで沸騰検出することにより、沸騰検出精度を向上させてもよい。同様に、超音波センサ７と温度センサ９と振動センサとの組合せで沸騰検出することにより、沸騰検出精度を向上させてもよい。

実施の形態１に係る加熱調理器の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る加熱調理器の動作を示すフローチャートである。 超音波センサの出力と温度センサの関係を示すグラフである。 実施の形態２に係る加熱調理器の動作を示すフローチャートである。 ウエーブガイドの形状を示す正面図である。

符号の説明

１…通電コイル、２…筐体、３…トッププレート、４…加熱制御部、５…操作／表示部、６…鍋、７…超音波センサ、８…ウエーブガイド（音響放射ガイド）、９…温度センサ、１０…沸騰検出部、１１…広角ウエーブガイド（音響放射ガイド）。

Claims (5)

1. 加熱容器を載置するためのトッププレートを有し、前記加熱容器内の被加熱物を加熱調理する加熱調理器において、
   前記トッププレートの下面に設けられ、超音波領域の音響信号を上方に向けて送信すると共に、前記被加熱物の上面で反射した前記音響信号を受信する超音波センサと、
   前記超音波センサで受信した前記音響信号に基づいて、前記被加熱物の沸騰を検出する沸騰検出部と、
   前記トッププレートと前記超音波センサとの間に設けられ、前記音響信号を連続反射させて前記音響信号の増幅を行わせる音響放射ガイドとを備えることを特徴とする加熱調理器。
2. 前記音響放射ガイドは、断熱性を有することを特徴とする請求項１記載の加熱調理器。
3. 前記音響放射ガイドは、円筒形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の加熱調理器。
4. 前記音響放射ガイドは、ホーン形状であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の加熱調理器。
5. 加熱容器を載置するためのトッププレートを有し、前記加熱容器内の被加熱物を加熱調理する加熱調理器において、
   前記トッププレートの下面に設けられ、超音波領域の音響信号を上方に向けて送信すると共に、前記被加熱物の上面で反射した前記音響信号を受信する超音波センサと、
   前記トッププレートの下面に設けられ、前記加熱容器の温度或いは加熱容器と接触するトッププレートの温度を検出する温度センサと、
   前記超音波センサで受信した前記音響信号および前記温度センサの検出信号に基づいて、前記被加熱物の沸騰を検出する沸騰検出部とを備えることを特徴とする加熱調理器。

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