JP2008277098A - 加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】鍋温度を精度よく検出し、良好な加熱制御が実現できる加熱調理器を提供することを目的とする。
【解決手段】鍋３０を載置するトッププレート３１と、鍋３０を加熱する加熱手段３７と、トッププレート３１上の鍋３０の加熱領域３３に薄膜状に形成された熱電対３４と、熱電対３４の熱起電力を温度に変換する温度変換回路３５と、温度変換回路３５の出力する温度信号に基づいて加熱手段３７を制御する制御手段３８とを備えたものである。これによって、単一の熱電対３４で、鍋底面から熱伝達の３つのモード（輻射、伝導、対流）の全てを検出できるため、鍋底形状や表面状態あるいは鍋底温度分布の影響を受けにくく、鍋温度を精度よく検出し、良好な加熱制御が実現できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、トッププレートに載置される被加熱物である鍋温度を精度よく検出するようにした加熱調理器に関するものである。

従来、この種の加熱調理器は、鍋が載置されるトッププレートの裏に接触させたサーミスタなどの感温素子で鍋底温度を間接的に検出している。また、鍋底面から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで検出して、鍋底の温度を非接触かつ直接的に検出するものもある（例えば、特許文献１参照）。

また、トッププレート上の後方で鍋側面から放射される赤外線を赤外線センサで検出して、予めプログラムされた演算式に基づき、鍋側面を基準とする熱流束と、鍋内に入れた流体温度の差の相関を演算して、加熱量を決定し制御するものもある（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−７５６２４号公報 特開２００１−２４４０６１号公報

しかしながら、前記従来の感温素子による間接的検出では、鍋底面の材質、形状、寸法、表面状態、反りなど、伝導熱量を決めるパラメータが多く、検出温度の誤差が大きくなる課題があった。また赤外線センサ検出では、同様に、赤外線放射強度を決めるパラメータが多く、また調理のたびに、あるいは調理中にも使用者により鍋載置の位置がずれるので、１ケ所で赤外線強度を検出すると、「赤外線強度が大きい。従って、温度の高い鍋底」と判断するべきところを、「赤外線強度が小さい。従って、温度の低い鍋底」と見誤るケースがまれにではあるが存在した。また、鍋側面から放射される赤外線強度の検出では、直に加熱される鍋底面と、鍋伝導と調理物の対流で加熱される鍋側面間には大きな温度差が存在するため、調理物の種類や量によっては、検出温度の誤差が大きくなるという課題を有している。また、いずれの方法も鍋底の最高温度を迅速に検出するということは困難であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、鍋温度を精度よく検出し、良好な加熱制御が実現できる加熱調理器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の加熱調理器は、鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された熱電対と、熱電対の熱起電力を温度に変換する温度変換回路と、温度変換回路の出力する温度信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えたものである。

これによって、単一の熱電対で、鍋底面から熱伝達の３つのモード（輻射、伝導、対流）の全てを検出できるため、鍋底形状や表面状態あるいは鍋底温度分布の影響を受けにくく、鍋温度を精度よく検出し、良好な加熱制御が実現できる。

また、本発明の加熱調理器は、鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された第１の熱電対と、第１の熱電対に上下に対向する位置でトッププレート下に薄膜状に形成された第２の熱電対と、第１の熱電対の熱起電力を温度に変換する第１の温度変換回路と、第２の熱電対の熱起電力を温度に変換する第２の温度変換回路と、第１、第２の温度変換回路の出力する温度信号の差からトッププレートを通過している熱流束を演算する熱流束演算手段と、第１、第２の温度変換回路の出力する温度信号および熱流束演算手段の出力する熱流束信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えたものである。

これによって、第１、第２の熱電対で鍋温度を精度よく検出し、良好な加熱制御が実現できることに加え、熱流束を測定することで、調理中の現在温度だけでなく、その後の温度の予測も可能となり、応答性に優れたものとなる。

また、本発明の加熱調理器は、鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された熱電対を複数直列に接続した熱電堆と、熱電堆の合成熱起電力を温度に変換する温度変換回路と、温度変換回路の出力する温度信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えたものである。

これによって、単一の熱電堆で、鍋底面から熱伝達の３つのモード（輻射、伝導、対流）の全てを検出できるため、鍋底形状や表面状態あるいは鍋底温度分布の影響を受けにくく、精度よく温度を測定することができる。特に、出力電圧を高くした熱電堆（サーモパイル）としているので、より精度を高くすることができる。

本発明の加熱調理器は、鍋温度を精度よく検出し、良好な加熱制御が実現できる。

第１の発明は、鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された熱電対と、熱電対の熱起電力を温度に変換する温度変換回路と、温度変換回路の出力する温度信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えた加熱調理器とするものである。これによって、熱電対は鍋底面からの輻射と伝導の両方を検出することで、鍋温度を精度よく検出し、良好な加熱制御が実現できる。

第２の発明は、鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された第１の熱電対と、第１の熱電対に上下に対向する位置でトッププレート下に薄膜状に形成された第２の熱電対と、第１の熱電対の熱起電力を温度に変換する第１の温度変換回路と、第２の熱電対の熱起電力を温度に変換する第２の温度変換回路と、第１、第２の温度変換回路の出力する温度信号の差からトッププレートを通過している熱流束を演算する熱流束演算手段と、第１、第２の温度変換回路の出力する温度信号および熱流束演算手段の出力する熱流束信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えた加熱調理器とするものである。これによって、第１の発明の効果に加えて、熱流束を測定することで、調理中の現在温度だけでなく、その後の温度の予測も可能となり、応答性に優れたものとなる。

第３の発明は、特に、第２の発明において、第１、第２の熱電対の薄膜パターンを上下に重なる同一形状としたことにより、静電容量を増やしかつ静電容量が温度変換回路における入力部のローパスフィルタの一要素となることで、外来ノイズに強く安定して精度のよい鍋底面の温度測定ができる。

第４の発明は、特に、第２の発明において、第１の熱電対の薄膜パターンと、第２の熱電対の薄膜パターンを直交するように形成したことにより、パターン間の結合容量による熱起電力の誤差を低減させて、鍋底温度を精度よく測定する。

第５の発明は、特に、第１または第２の発明において、熱電対の薄膜パターンを櫛刃状に形成したことにより、薄膜パターンに誘導される電磁的ノイズによる誤差電流が打ち消され、精度のよい鍋底面の温度測定ができる。

第６の発明は、鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された熱電対を複数直列に接続した熱電堆と、熱電堆の合成熱起電力を温度に変換する温度変換回路と、温度変換回路の出力する温度信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えた加熱調理器としたものである。これによって、単一の熱電堆で、鍋底面から熱伝達の３つのモード（輻射、伝導、対流）の全てを検出できるため、鍋底形状や表面状態あるいは鍋底温度分布の影響を受けにくく、精度よく温度を測定することができる。特に、出力電圧を高くした熱電堆（サーモパイル）としているので、より精度を高くすることができる。

第７の発明は、特に、第１〜第６のいずれか１つの発明において、熱電対の薄膜パターンを覆って熱吸収・伝導層を設けたことにより、鍋底面からの輻射、伝導がよく、鍋底面温度を精度よく測定することができる。

第８の発明は、特に、第１〜第７のいずれか１つの発明において、熱電対の薄膜パターンを覆って保護層を設けたことにより、鍋に付いた水滴や、鍋から溢れた調理物や、傷や汚れに対しても安定して精度のよい鍋底面の温度測定ができる。

第９の発明は、特に、第１〜第８のいずれか１つの発明において、トッププレート下面に冷却風を送風する送風ファンと、この送風ファンの送風量を測定する風量センサと、この風量センサの出力を入力して送風ファンによる送風量が所定値になるように制御する風量調節手段とを備えたことにより、トッププレート下面を冷却して、上面との温度差を大きくし、熱電対あるいは熱電堆の熱起電力をより大きくすることができる。したがって、鍋底面の温度を精度よく測定することができ、加熱性能に優れた加熱調理器が提供できる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における加熱調理器として誘導加熱調理器を例示している。

図１に示すように、本実施の形態における加熱調理器は、調理物収容の鍋３０を載置する強化ガラス製のトッププレート３１と、加熱コイル３６に高周波電流を供給し鍋３０を誘導加熱する加熱手段３７と、トッププレート３１上の絵柄で示された加熱領域３３に薄膜状に形成された熱電対３４と、基準冷接点補償器を内蔵し熱電対３４の熱起電力を温度に変換する温度変換回路３５と、温度変換回路３５の出力する温度信号に基づいて加熱コイル３６へ供給する電力量を加熱手段３７に指示する制御手段３８と、タッチパネル式の操作手段３９と、この操作手段３９が操作されて設定された火力などを表示する表示手段４０とを備えている。

制御手段３８はＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ入力、割り込み入力、ＰＷＭ出力、発振器を内蔵したワンチップマイクロコンピュータで構成している。

また、図２に示すように、トッププレート３１の加熱領域３３には、貫通した２個の孔３２ａ、３２ｂを設けている。

熱電対３４は、トッププレート３１上の加熱領域３３内に形成された第１の合金の薄膜パターン４３と、第２の合金の薄膜パターン４４とよりなっており全体としてΩ状としている。そして、２種類の薄膜パターン４３、４４を接合させた測温接点４５と、薄膜パターン４３、４４を２個の孔３２ａ、３２ｂを通して延長させたトッププレート下部の基準冷接点４６とを有し、各基準冷接点４６にそれぞれ補償導線４７を接続している。なお、図２（ｂ）には、薄膜パターン４４と、その基準冷接点４６と、補償導線４７のみが示されており、薄膜パターン４３はその後方に隠れるが、同様に、基準冷接点４６と、補償導線４７を有するものである。

ここで、熱電対３４は、第１の合金の薄膜パターン４３（＋極）にＷ−Ｒｅ３％、第２の合金の薄膜パターン４４（−極）にＷ−Ｒｅ２５％を用いたもので、測温範囲は０℃〜２４００℃、最大熱起電力は３９．５ｍＶ発生する。一般的に、熱電対の出力する熱起電力はＥ、Ｊ、Ｔという種類を除いて非線形性が強いため、熱起電力から温度を換算するには折れ線近似・べき級数近似という直線化（リニアライズ）をリニアライザで行なう。近年では、リニアライザ、冷接点補償器内蔵の熱電対専用ＩＣも多数市販されており、比較的容易に入手できる。なお、前記温度変換回路３５はこのような熱電対専用ＩＣで構成している。

以上のように構成された加熱調理器について、以下に、その動作、作用を説明する。

まず、使用者がトッププレート３１上の加熱領域３３に調理物を収容した鍋３０を載置する。その後、操作手段３９内の「入／切」キーを操作して“加熱モード”にし、「アップ」、「ダウン」キーで所望の火力となるように設定する。これにより、制御手段３８が加熱手段３７を制御して加熱コイル３６に設定された火力に見合う所定の高周波電力を供給する（ここで、加熱手段３７はいわゆるインバータと呼ばれる公知の技術であるため、その詳細な構成および回路の説明は省略する）。加熱コイル３６に高周波電流が供給されると、加熱コイル３６から誘導磁界が発せられ、トッププレート３１に載置された被加熱物である鍋３０の底面が誘導加熱されジュール熱が生じる。この熱によって鍋３０の温度が上昇し、鍋３０内の調理物が加熱調理される。

一方、加熱された鍋３０の底面から放射される赤外線による輻射熱と、鍋３０底面に接触している部分からの伝導熱と、鍋３０とトッププレート３１間の微少な隙間の空気の対流熱（輻射や伝導よりやや遅れて伝達される）とを受けて、薄膜状に形成した熱電対３４の測温接点４５と各基準冷接点４６との温度差が生じ、鍋３０底面温度に応じた熱起電力が発生する。基準冷接点補償器を内蔵した温度変換回路３５は、補償導線４７を介してこの熱起電力を入力し、温度信号に変換して出力する。鍋３０の温度が上昇すると鍋３０の底面からの輻射熱、伝導熱、対流熱も大きくなり、測温接点４５と基準冷接点４６との温度差が増え、温度変換回路３５の出力も大きくなる。

制御手段３８はこの温度に応じた出力を入力し、予め定められた所定値（過昇防止温度、あるいは自動調理メニューにおける沸騰温度などの設定温度）以下ならば加熱手段３７へ加熱を指示し続ける。「入／切」キーで“加熱モード”が停止された場合と、温度変換回路３５の出力する温度値が上記の所定値を越えた場合は、加熱手段３７に加熱停止を指示することで、安全に調理が行われる。

このように、本実施の形態によれば、加熱領域３３における単一の熱電対３４で、鍋３０底面から熱伝達の３つのモード（輻射、伝導、対流）の全てを検出できるため、鍋３０底の形状や表面状態、あるいは加熱コイル３６による鍋３０底の温度分布の影響は受けにくく、精度よく温度を測定することができ、調理性能の高い加熱調理器を提供できる。すなわち、使用のたびに鍋の載置位置がずれたり、鍋底に刻印や、ヘアライン加工、リング加工、打ち込み加工があったり、特殊な鍋底表面状態であっても、温度過昇を確実に防止することができ、安全性が向上し、また機器の自動調理メニューの適用範囲が広がり、使用者による操作の手間を省くことができ、加熱調理器の使い勝手が向上し、美味しい仕上げを得ることができる。

なお、熱電対３４は４００℃超の高温や、調理物が溢れた時の汁、清掃時の洗剤などの酸やアルカリにさらされる。従って、耐熱性や耐酸性や耐アルカリ性を持ち、科学的にも物理的にも安定したＰｔ（白金）、Ｒｅ（レニウム）、Ｒｈ（ロジウム）、Ａｕ（金）、Ａｇ（銀）といった貴金属や、Ｗ（タングステン）を用いる。その中でも、３〜２０数％のＲｅを含むＷ−Ｒｅ合金は延性−脆性遷移温度が低く、室温で靭性がある。また一次再結晶域で著しく伸びを示し、常温引張りで１０〜２０％以上の伸びがある。二次再結晶温度は２５００Ｋ以上と高い。高温引張強度は２０００ｋで約３００ＭＰａ、２５００ｋで１００ＭＰａと丈夫であり、本実施の形態において使用する薄膜状の熱電対を形成するのに適している。

また、Ｃｕ（銅）をＷ−Ｒｅ合金に微量添加することで、Ｗ（タングステン）の性質とＣｕ（銅）の高熱伝導性を兼ね備えるとともに、強化ガラス製のトッププレート３１の熱膨張率に合わせて熱膨張率を調整することが可能となる。

なお、すべての配線をこの種の貴金属の合金素材で行なうと極めて高価となるので、感温部である第１の合金の薄膜パターン４３と、第２の合金の薄膜パターン４４、基準冷接点４６のみにこれらの合金素材を用い、常温付近である配線用の部分には、より廉価な金属でこれらの貴金属の合金素材と同じ熱電能を持った補償導線（合金線） を用いることで、コスト安価にすることができる。

なお、薄膜パターン４３、４４は、真空中で薄膜にする貴金属の合金素材を蒸発（あるいは昇華）させ、その蒸気をトッププレート３１に当てて薄膜をつける真空蒸着方式や、真空中で薄膜にする貴金属の合金素材を蒸発させた時に＋（プラス）の電気を帯びさせ、また付着させるトッププレート３１に−（マイナス）の電気を持たせることで、基板が材料を含む蒸気を引き寄せることにより、密着性のよい薄膜を作るイオンプレーティング方式、あるいは薄膜にする貴金属の合金素材を粉末にして、流動性を有するバインダに均一に混ぜて印刷し、乾燥させた後、さらに焼成する印刷方式により形成している（その他にもエレクトロンビーム方式、スパッタリング方式、プラズマＣＶＤが考えられる）。

なお、熱電対３４は２種類の合金の組み合わせが同じならば、太さや厚みや形状などによる影響を受けず、同じ熱起電力が発生するので、加工精度は精密級でなくてもよい。薄膜状に形成した熱電対３４の大きさは、加熱コイル３６の内径よりも小さくした方が高周波磁界の影響が小さくなるので望ましい。

なお、トッププレート３１に設けた２個の孔３２ａ、３２ｂは貴金属の合金素材を通すには直径１．０ｍｍ以下でよく、この程度の直径の孔をトッププレート３１に空けても強度が低下しないことは、ＣＡＥを用いた応力解析と硬球落下試験により確認されている。孔をあける方法としては、強化ガラスの製造時の結晶化させる前の段階で金型に設けたピンであける方法が望ましい。もちろん、結晶化させた後でも、ドリルなどの機械加工や、レーザービームの照射などの熱的加工によって孔をあけることは可能である。

また、加熱調理器としては、誘導加熱調理器に限らず他の熱源を用いたものにおいても適用することができ、また機器形状は矩形状に限られず、さらに加熱領域が複数存在するものであってもよいことは明らかである。

（実施の形態２）
図３、図４は、本発明の実施の形態２における加熱調理器として誘導加熱調理器を例示している。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、本実施の形態における加熱調理器は、実施の形態１の構成に加えて、熱電対（第１の熱電対）３４に対向してトッププレート３１下に薄膜状に形成された第２の熱電対４８と、基準冷接点補償器を内蔵し第２の熱電対４８の熱起電力を温度に変換する第２の温度変換回路４９と、温度変換回路（第１の温度変換回路）３５と第２の温度変換回路４９の出力する温度信号の差から、トッププレート３１を通過している熱流束を演算する熱流束演算手段５０と、熱流束演算手段５０の出力する熱流束出力、および第１、第２の温度変換回路３５、４９の出力する温度信号に基づいて加熱手段３７を制御する制御手段５１とを備えているものである。

制御手段５１はＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ入力、割り込み入力、ＰＷＭ出力、発振器を内蔵したいわゆるワンチップマイクロコンピュータで、そのＲＯＭ内に熱流速演算手段５０を実現するプログラムコード（演算式、較正用のテーブルデータ）を記憶している。

また、図４に示すように、第２の熱電対４８は、トッププレート３１の下面で、かつ加熱領域３３下に形成した第１の合金の薄膜パターン５２と、第２の合金の薄膜パターン５３とよりなっており、第１の熱電対３４と同形状をしている。また、第１の熱電対３４と同様、２種類の薄膜パターン５２、５３を接合させた測温接点５４と、各基準冷接点４６と、各基準冷接点４６にそれぞれ接続した補償導線４７とを有している。第２の熱電対４８の測温接点５４は、第１の熱電対３４の測温接点４５とトッププレート３１を挟んで上下に対向した位置に配置している。なお、図４（ｂ）には、薄膜パターン５３と、その基準冷接点５５と、補償導線５６のみが示されており、薄膜パターン５２はその後方に隠れるが、同様に、基準冷接点５５と、補償導線５６を有するものである。

以上のように構成された加熱調理器の２種類の熱電対について、以下その動作、作用を説明する。

まず、加熱された鍋３０の底面から放射される赤外線による輻射熱と、鍋３０底面から伝導熱と対流熱とを受けて、第１の熱電対３４の測温接点４５と各基準冷接点４６との間に第１の温度差が生じ、鍋３０底面温度に応じた第１の熱起電力が発生する。同様に、トッププレート３１を通過した輻射熱と伝導熱とを受けて、第２の熱電対４８の測温接点５４と各基準冷接点５５との間にも第２の温度差が生じ、第２の熱起電力が発生する。

本実施の形態では、トッププレート３１の熱伝導率と厚さは既知の値であり、第１の熱起電力と第２の熱起電力との間にも差（１０℃の温度差に対し約０．２ｍＶ）が生じるので、熱流速演算手段５０で熱流速値を求めることが可能となる。一般的にエネルギーは高密度から低密度へと流れ、熱伝達（Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）に関しても同様の原理で、高温から低温へ、すなわち、鍋３０底面から第１の熱電対３４、第２の熱電対４８へと主に伝導と輻射で伝達される。

単位時間あたりの伝導による熱流束ｑ（単位：Ｗ／ｍ^２）はフーリエの法則より、
ｑ＝ Ｑ／Ｆ＝Ｋ（Ｔ_ｉ−Ｔ_ｏ）
Ｑ： 単位時間あたりの熱移動量 Ｆ： 熱通過する表面積 Ｋ： トッププレー
ト３１の熱伝導率（熱通過率） Ｔ_ｉ： 鍋底の温度 Ｔ_ｏ： 熱電対３４の温度
単位時間あたりの輻射による熱流束ψ（単位：Ｗ／ｍ^２）は、
ψｒａｄ ＝ ε σ （ Ｔ_ｉ ^４ − Ｔ_ｏ ^４ ）
ε： 熱電対３４および熱電対４８の輻射能 σ： ５．６８×１０^−８ Ｗ／ｍ^２ Ｋ^４ （ステファン・ボルツマン定数）
上記第１の熱起電力と第２の熱起電力との間に生じる起電力差は、上記の各々の熱流束値の合計値によるものである。この熱流束値はおよそ０．６Ｗ／ｃｍ^２〜７Ｗ／ｃｍ^２である。

次に、基準冷接点補償器を内蔵した温度変換回路３５は各補償導線４７を介してこの第１の熱起電力を入力し、第１の温度信号に変換して出力する。同じく、基準冷接点補償器を内蔵した温度変換回路４９は各補償導線５６を介して第２の熱起電力を入力し、第２の温度信号に変換して出力する。熱流速演算手段５０はこの第１の温度出力と、第２の温度出力とから、トッププレート３１上下面間の温度差ΔＴを算出する。

この算出された温度差ΔＴをトッププレート３１の厚みｔ（単位：ｍ）で割ることにより温度勾配τ（単位：℃／ｍ）を得る。この温度勾配τを上記のテーブルデータで変換して、トッププレート３１を通過する熱流束（単位：Ｗ／ｍ^２）の即値を所定時間毎に演算し、これを移動平均処理して熱流束の確定値を決定して出力する。熱流束とは単位面積を流れるエネルギー（熱流）量を示すもので、温度変化はこのエネルギー流の結果によるものなので、熱流束が分かれば温度の予測することができる。すなわち、所定の時間の加熱した鍋３０からの熱流束を測定した場合に、その時間内の温度変化だけでなくその後の温度を予測することが可能となる。

そして、制御手段５１は第１の温度変換回路３５の出力する第１の熱電対３４（トッププレート３１上面）の検出温度と、第２の温度変換回路４９の出力する第２の熱電対４８（トッププレート３１下面）の検出温度と、熱流速演算手段５０が出力する熱流速値から予測される各々の所定時間後の温度とが、予め記憶している比較値（過昇防止温度、あるいは、自動調理メニューにおける沸騰温度などの設定温度）以下なら加熱手段３７へ加熱を指示し続ける。「入／切」キーで“加熱モード”が停止された場合と、上記のいずれかの温度が上記の比較値を越えた場合は、加熱手段３７に加熱停止を指示することで、極めて安全に調理が行われる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１、第２の熱電対３４、４８を用いて、トッププレート３１を通過している熱流束を演算して求めることができる。実施の形態１の効果に加えて、この熱流束を測定することで、熱量束と鍋３０底面の現在の検出温度から調理中の現在温度だけでなく、所定時間後の温度を予測して、過熱や発火が生じる温度に実際に到達するより前に、加熱を停止することができるため、応答性に優れたものとなり、安全性能と調理性能を両立させ優れた加熱調理器を提供できる。

なお、鍋３０とトッププレート３１で閉空間を形成されており、鍋３０底面からの熱は輻射、伝導、対流の３つのモードでほぼ全て第１、第２の熱電対３４、４８に伝達されるため、鍋３０の底の形状や表面状態、あるいは、加熱コイル３６による鍋３０底の温度分布の影響を受けにくく、精度よく温度を測定することができる。

なお、熱流束の演算は加熱手段３７で鍋３０を加熱している通電期間に行い、鍋３０底面温度が上昇して所定値を超えたために加熱を停止している休止期間は演算を行ないようにすることで、熱履歴の累積して、演算した熱流束と実際の熱流束とが大きく乖離するのを防ぐことができる。また、トッププレート３１の厚さは約４ｍｍと厚いため、加熱中は上面と下面には必ず温度差（温度傾斜）が生じ、熱流を安定して測定することができる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における加熱調理器を示している。実施の形態２と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における加熱調理器における薄膜状の第１の熱電対５７は、トッププレート３１に開けた２個の孔５８ａ、５８ｂと、トッププレート３１上の加熱領域３３内に形成された第１の合金の薄膜パターン５９と、第２の合金の薄膜パターン６０と、この２種類の合金を接合させた測温接点６１と、第１の合金と第２の合金を２個の孔５８ａ、５８ｂに通して延長し、トッププレート３１の下部に設けた基準冷接点６２ａ、６２ｂと、補償導線６３ａ、６３ｂとで構成している。一方、薄膜状の第２の熱電対６４は、トッププレート３１の下面に形成された第１の合金の薄膜パターン６５と、第２の合金の薄膜パターン６６と、この２種類の合金を接合させた測温接点６７と、各基準冷接点６８と、各補償導線６９とで構成している。

ここで、測温接点６１、６７はトッププレート３１を挟んで上下に対向した位置に形成し、かつ、薄膜パターン５９と薄膜パターン６０を結ぶラインと、薄膜パターン６５と薄膜パターン６６を結ぶラインとが直交するように形成している。これにより、薄膜パターン間の結合容量を最小の値とすることができる。なお、図５（ｂ）においては基準冷接点６８と補償導線６９の一方は後方に隠れるため図示していない。

以上のように構成された加熱調理器の２種類の熱電対について、以下その動作、作用を説明する。

まず、加熱された鍋３０の底面から放射される赤外線による輻射熱と、鍋３０底面から伝導熱と対流熱とを受けて第１の熱電対５７の測温接点６１と基準冷接点６２ａ、６２ｂとの間に温度差が生じ、鍋３０底面温度に応じた第１の熱起電力が発生する。同様に、トッププレート３１を通過した輻射熱と伝導熱とを受けて第２の熱電対６４の測温接点６７と各基準冷接点６８との間にも温度差が生じ、第２の熱起電力が発生する。基準冷接点補償器を内蔵した第１の温度変換回路３５は補償導線６３ａ、６３ｂを介してこの第１の熱起電力を入力し、第１の温度信号に変換して出力する。同様に、基準冷接点補償器を内蔵した第２の温度変換回路４９は各補償導線６９を介して第２の熱起電力を入力し、第２の温度信号に変換して出力する。

熱流速演算手段５０はこの第１の温度出力と、第２の温度出力とから、トッププレート３１上下面間の温度差ΔＴを算出する。この算出された温度差ΔＴをトッププレート３１の厚みで割ることにより温度勾配τを得る。この温度勾配τを上記のテーブルデータで変換して、トッププレート３１を通過する熱流束の即値を所定時間毎に演算し、これを移動平均処理して熱流束の確定値を決定して出力する。そして、制御手段５１は第１の温度出力と、第２の温度出力と、前記熱流速の確定値から予測される所定時間後のトッププレート３１上面温度・下面温度とが、予め記憶している比較値（過昇防止温度、あるいは、自動調理メニューにおける沸騰温度などの設定温度）以下なら加熱手段３７へ加熱を指示し続ける。「入／切」キーで“加熱モード”が停止された場合と、上記のいずれかの温度が上記の比較値を越えた場合は、加熱手段３７に加熱停止を指示することで、極めて安全に調理が行われる。

以上のように、本実施の形態によれば、第１の熱電対５７の薄膜パターンと、第２の熱電対６４の薄膜パターンを直交するように形成したことにより、薄膜パターン間の結合容量を最小の値とすることができ、薄膜パターン間の結合容量による熱起電力の誤差を低減させて、鍋底温度を精度よく測定することができる。

なお、前記実施の形態２および本実施の形態において、第１、第２の熱電対の薄膜パターンを上下に重なる同一形状とすることにより、静電容量を増やしかつ静電容量が温度変換回路における入力部のローパスフィルタの一要素となり、外来ノイズに強く安定して精度のよい鍋底面の温度測定ができる。

（実施の形態４）
図６は、本発明の実施の形態４における加熱調理器を示している。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における加熱調理器における薄膜状の熱電対７０は、鍋３０を載置するトッププレート３１上の加熱領域３３内に櫛刃状に形成された第１の合金の薄膜パターン７１および第２の合金の薄膜パターン７２と、この２種類の合金を接合させた測温接点７３と、第１の合金と第２の合金を２個の孔７４ａ、７４ｂを貫通して延長し、トッププレート３１の下部に設けた基準冷接点７５ａ、７５ｂと、補償導線７６ａ、７６ｂとで構成している。第１の合金（＋極）に鉄、第２の合金（−極）にコンスタンタン（Ｃｕ５５％、Ｎｉ４５％）を用いており、測温範囲は−２００℃〜＋１１００℃、最大熱起電力は６９．８ｍＶを発生し、いわゆるＪ型熱電対で直線性がよいという利点を有する。

ところで、鉄は錆びやすく、銅・アルミと比較して熱伝導性が劣るので、これを解消するために、熱電対７０を覆うように、高熱伝導性材料の薄膜の熱吸収・伝導層７７と、傷や汚れを低減するために熱吸収・伝導層７７上に薄膜の保護層７８とを重ねて設けている。熱吸収・伝導層７７は銅を蒸着した後に、その部分のみ薬液中に浸漬して黒染めして形成している。保護層７８はＳｉ_３Ｎ_４（窒化ケイ素）、Ａｌ_２Ｏ_３（サファイヤ）、Ａｌ−Ｓｉ系合金といった材料をナノクラス粒子サイズで極めて薄くコーティングすることで形成している。

以上のように構成された熱電対７０について、以下に、その動作、作用を説明する。

加熱された鍋３０の底面から放射される赤外線による輻射熱と、鍋３０底面に接触している部分からの伝導熱と、鍋３０とトッププレート３１間の微少な隙間の空気の対流熱とを受けて、櫛刃状に形成した薄膜の熱電対７０の測温接点７３と基準冷接点７５ａ、７５ｂとの温度差が生じ、鍋３０底面温度に応じた熱起電力が発生する。基準冷接点補償器を内蔵した温度変換回路３５は補償導線７６ａ、７６ｂを介してこの熱起電力を入力し、温度信号に変換して出力する。鍋３０の温度が上昇すると鍋３０の底面からの輻射熱、伝導熱、対流熱も大きくなり、測温接点７３と基準冷接点７５ａ、７５ｂとの温度差が増え、温度変換回路３５の出力も大きくなる。

制御手段３８はこの温度に応じた出力を入力し、予め定められた所定値（過昇防止温度、あるいは、自動調理メニューにおける沸騰温度などの設定温度）以下なら加熱手段３７へ加熱を指示し続ける。「入／切」キーで“加熱モード”が停止された場合と、温度変換回路３５の出力する温度値が上記の所定値を越えた場合は、加熱手段３７に加熱停止を指示することで、安全に調理が行われる。

本実施の形態では、特に、薄膜パターン７１、７２を櫛刃状に形成したため、外部から飛来する、あるいは、機器内部で発生する電磁性ノイズにより、薄膜パターンに誘起される電流は、図６（ａ）のｉ_１、ｉ_１’やｉ_２、ｉ_２’に示すように、相互に打ち消す方向に誘起されるため、電磁性ノイズの影響を低減することができる。また、黒染めした銅で形成した熱吸収・伝導層７７は鍋３０の底面から放射される赤外線による輻射熱の吸収を高めるとともに、鍋３０底面に接触している部分からの伝導熱をよりよく伝導する働きをする。さらに、保護層７８は耐摩耗性、耐食性、防汚性を高めるとともに、ナノクラス粒子サイズであるので、撥水機能を併せ持っている。

以上のように、本実施の形態によれば、熱電対７０の薄膜パターンを櫛刃状に形成したことにより、薄膜パターンに誘導される電磁的ノイズによる誤差電流が打ち消され、精度のよい鍋底面の温度測定ができる。

また、熱電対７０の薄膜パターンを覆って熱吸収・伝導層７７を設けたことにより、鍋底面からの輻射、伝導がよく、鍋底面温度を精度よく測定することができる。

さらに、熱電対７０の薄膜パターンを覆って保護層７８を設けたことにより、鍋に付いた水滴や、鍋から溢れた調理物や、傷や汚れに対しても安定して精度のよい鍋底面の温度測定ができる。

なお、熱吸収・伝導層７７は純銅を蒸着した後に、黒ニッケルメッキを施してもよい。また、高い熱伝導性を示す材料であれば、銅以外の材料でもよい。

なお、熱電対７０は保護層７８を入れても十分に薄いため、トッププレート３１のフラット性を維持することは可能である。さらに、熱電対７０の櫛刃状に薄膜パターン７１、７２を形成する部分のトッププレート３１を機械加工により、薄膜パターン７１、７２と熱吸収・伝導層７７の厚み分だけ窪ませてから、各層を形成すれば、よりフラットな面とすることもできる。

（実施の形態５）
図７は、本発明の実施の形態５における加熱調理器を示している。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における加熱調理器は、トッププレート３１上の鍋３０の加熱領域３３に薄膜状に形成された熱電対を複数直列に接続した熱電堆７９を用い、この熱電堆７９の合成熱起電力を温度変換回路３５で温度に変換し、温度変換回路３５の出力する温度信号に基づいて加熱手段３７を制御手段３８で制御するようにしたものである。

前記熱電堆７９は、トッププレート３１上の加熱領域３３内であけた２個の孔８１、８２と、この孔８１、８２に一端が重なるように形成したリング状の所定の熱抵抗を有する熱抵抗層８０と、この熱抵抗層８０のリングとトッププレート３１の両方に重なるように第１の合金で形成した薄膜パターン８３ａ〜８３ｇと、この第１の合金の薄膜パターン８３ａ〜８３ｇとの間で接合し測温接点８４ａ〜８４ｇ、および基準冷接点８５ａ〜８５ｆが形成される位置に第２の合金で形成した薄膜パターン８６ａ〜８６ｇと、前記薄膜パターン８３ｅと接続し、かつ孔８１を貫通するように形成した補償合金による薄膜パターン８７と、補償導線９０と、前記薄膜パターン８６ｆと接続し、かつ孔８２を貫通するように形成した補償合金による薄膜パターン８９と、補償導線（補償導線９０の向こう側に隠れている）と、前記基準冷接点８５ａ〜８５ｆを覆うようにコーティングした断熱層９１で構成している。

以上のように構成された熱電堆７９について、以下その動作、作用を説明する。

まず、加熱された鍋３０の底面から放射される赤外線による輻射熱と、鍋３０底面から伝導熱と対流熱とを受けて熱電堆７９の測温接点８４ａ〜８４ｇと、断熱層９１で断熱された基準冷接点８５ａ〜８５ｆとの間に温度差が生じ、熱起電力が発生する。鍋３０の温度が上昇すると鍋３０の底面からの輻射熱、伝導熱、対流熱も大きくなり、測温接点８４ａ〜８４ｇと基準冷接点８５ａ〜８５ｆとの温度差が増え、温度変換回路３５の出力も大きくなる。制御手段３８はこの鍋３０底面の温度に応じた出力を入力し、予め定められた所定値（過昇防止温度、あるいは、自動調理メニューにおける沸騰温度などの設定温度）以下なら加熱手段３７へ加熱を指示し続ける。「入／切」キーで“加熱モード”が停止された場合と、温度変換回路３５の出力する温度値が上記の所定値を越えた場合は、加熱手段３７に加熱停止を指示することで、安全に調理が行われる。

以上のように、本実施の形態によれば、単一の熱電堆７９で、鍋底面から熱伝達の３つのモード（輻射、伝導、対流）の全てを検出できるため、鍋底形状や表面状態あるいは鍋底温度分布の影響を受けにくく、精度よく温度を測定することができる。特に、出力電圧を高くした熱電堆（サーモパイル）としているので、より精度を高くすることができる。

なお、熱電堆７９の測温接点８４ａ〜８４ｇの表面に、赤外線を吸収しやすい金ブラックなどをコーティングして、感度を上げることもできる。

また、基準冷接点８５ａ〜８５ｆに伝導された熱は、トッププレート３１を通過して、機器内部へ放熱されているが、基準冷接点８５ａ〜８５ｆの温度を測定し、この温度による補正を行なうことで、さらに精度を上げることもできる。

（実施の形態６）
図８は、本発明の実施の形態６における加熱調理器を示している。実施の形態１と同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における加熱調理器は、実施の形態１の構成に加えて、ファン駆動手段９２と、トッププレート３１下面に密接した層状の冷却風を送風する送風ファン９３と、この送風ファン９３の送風量を測定する風量センサ９４と、この風量センサ９４の出力を入力して、前記送風ファン９３による送風量が所定値になるように、ファン駆動手段９２への駆動信号を制御する風量調節手段９５を備えている。

以上のように構成された加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、使用者が操作手段３９を操作して”加熱モード”にすると、制御手段３８が加熱手段３７を制御して加熱コイル３６に所定の高周波電流を供給する。この高周波電流により加熱コイル３６から誘導磁界が発せられ、鍋３０の底面が誘導加熱されジュール熱が生じる。この熱によって鍋３０の温度が上昇し、鍋３０内の調理物が加熱調理されるとともに、鍋３０の底面から放射される赤外線による輻射熱と、鍋３０底面に接触している部分からの伝導熱と、鍋３０とトッププレート３１間の微少な隙間の空気の対流熱とを受けて、薄膜状に形成した熱電対３４の測温接点４５と各基準冷接点４６との温度差が生じ、鍋３０底面温度に応じた熱起電力が発生する。

一方、加熱が開始されるとファン駆動手段９２により送風ファン９３が駆動され、風量センサ９４で検出した風量が一定となるように風量調節手段９５が調節する。この送風による空冷作用により、トッププレート３１下面と上面との温度差が大きくなり、熱電対３４の熱起電力も大きくなる。基準冷接点補償器を内蔵した温度変換回路３５は補償導線４７を介してこの熱起電力を入力し、温度信号に変換して出力する。鍋３０の温度が上昇すると鍋３０の底面からの輻射熱、伝導熱、対流熱も大きくなり、測温接点４５と各基準冷接点４６との温度差が増え、温度変換回路３５の出力も大きくなる。制御手段３８はこの温度に応じた出力を入力し、予め定められた所定値（過昇防止温度、あるいは、自動調理メニューにおける沸騰温度などの設定温度）以下なら加熱手段３７へ加熱を指示し続ける。「入／切」キーで“加熱モード”が停止された場合と、温度変換回路３５の出力する温度値が上記の所定値を越えた場合は、加熱手段３７に加熱停止を指示することで、安全に調理が行われる。

以上のように、本実施の形態によれば、トッププレート下面に冷却風を送風する送風ファン９３と、この送風ファンの送風量を測定する風量センサ９４と、この風量センサの出力を入力して送風ファンによる送風量が所定値になるように制御する風量調節手段９５とを備えたことにより、トッププレート下面を冷却して、上面との温度差を大きくし、熱電対あるいは熱電堆の熱起電力をより大きくすることができる。したがって、鍋底面の温度を精度よく測定することができ、加熱性能に優れた加熱調理器が提供できる。

なお、各実施の形態における加熱調理器としては、誘導加熱調理器に限らず他の熱源を用いたものにおいても適用することができ、また機器形状は矩形状に限られず、さらに加熱領域が複数存在するものであってもよいことは明らかである。そして、各実施の形態における構成は、必要に応じて適宜組み合わせることが可能であり、各実施の形態そのものの構成に限定されるものではない。

以上のように、本発明にかかる加熱調理器は、鍋温度を精度よく検出し、良好な加熱制御が実現できるので、誘導加熱調理器はもちろんのこと、トッププレートを有する加熱調理器全般に適用することができる。

（ａ）本発明の実施の形態１における加熱調理器のブロック図（ｂ）同加熱調理器の平面図 （ａ）同加熱調理器における熱電対部分の平面図（ｂ）同熱電対部分の要部断面図 本発明の実施の形態２における加熱調理器のブロック図 （ａ）同加熱調理器における熱電対部分の平面図（ｂ）同熱電対部分の要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態３における加熱調理器の熱電対部分の平面図（ｂ）同熱電対部分の要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態４における加熱調理器の熱電対部分の平面図（ｂ）同熱電対部分の要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態５における加熱調理器の熱電堆部分の平面図（ｂ）（ａ）のＡ−Ａ線における断面図 本発明の実施の形態６における加熱調理器のブロック図

符号の説明

３０ 鍋
３１ トッププレート
３３ 加熱領域
３４、４８、５７、６４、７０ 熱電対
３５、４９ 温度変換回路
３７ 加熱手段
３８、５１ 制御手段
４３、４４、５２、５３、５９、６０、６５、６６、７１、７２、８３ａ〜８３ｇ、８６ａ〜８６ｇ 薄膜パターン
４５、５４、６１、６７、７３、８４ａ〜８４ｇ 測温接点
４６、６２ａ、６２ｂ、６８、７５ａ、７５ｂ、８５ａ〜８５ｆ 基準冷接点
５０ 熱流速演算手段
９３ 送風ファン
９４ 風量センサ
９５ 風量調節手段

Claims (9)

1. 鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された熱電対と、熱電対の熱起電力を温度に変換する温度変換回路と、温度変換回路の出力する温度信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えた加熱調理器。
2. 鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された第１の熱電対と、第１の熱電対に上下に対向する位置でトッププレート下に薄膜状に形成された第２の熱電対と、第１の熱電対の熱起電力を温度に変換する第１の温度変換回路と、第２の熱電対の熱起電力を温度に変換する第２の温度変換回路と、第１、第２の温度変換回路の出力する温度信号の差からトッププレートを通過している熱流束を演算する熱流束演算手段と、第１、第２の温度変換回路の出力する温度信号および熱流束演算手段の出力する熱流束信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えた加熱調理器。
3. 第１、第２の熱電対の薄膜パターンを上下に重なる同一形状とした請求項２に記載の加熱調理器。
4. 第１の熱電対の薄膜パターンと、第２の熱電対の薄膜パターンを直交するように形成した請求項２に記載の加熱調理器。
5. 熱電対の薄膜パターンを櫛刃状に形成した請求項１または２に記載の加熱調理器。
6. 鍋を載置するトッププレートと、鍋を加熱する加熱手段と、トッププレート上の鍋の加熱領域に薄膜状に形成された熱電対を複数直列に接続した熱電堆と、熱電堆の合成熱起電力を温度に変換する温度変換回路と、温度変換回路の出力する温度信号に基づいて加熱手段を制御する制御手段とを備えた加熱調理器。
7. 熱電対の薄膜パターンを覆って熱吸収・伝導層を設けた請求項１〜６のいずれか１項に記載の加熱調理器。
8. 熱電対の薄膜パターンを覆って保護層を設けた請求項１〜７のいずれか１項に記載の加熱調理器。
9. トッププレート下面に冷却風を送風する送風ファンと、この送風ファンの送風量を測定する風量センサと、この風量センサの出力を入力して送風ファンによる送風量が所定値になるように制御する風量調節手段とを備えた請求項１〜８のいずれか１項に記載の加熱調理器。