JP2009259619A

JP2009259619A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2009259619A
Application number: JP2008107662A
Authority: JP
Inventors: Kenji Watanabe; 賢治渡辺; Takahiro Miyauchi; 貴宏宮内
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-04-17
Filing date: 2008-04-17
Publication date: 2009-11-05
Anticipated expiration: 2028-04-17
Also published as: JP5062013B2

Abstract

【課題】簡単な構成で被加熱物の赤外線を検知して被加熱物の温度を精度良く制御すること。
【解決手段】被加熱物２０から放射される赤外線量を検出する赤外線センサ２６は、被加熱物２０の温度が検出下限温度未満では被加熱物２０の温度に対して大きさが略一定の検出信号を出力し、被加熱物２０の温度が検出下限温度以上では被加熱物２０の温度が高くなるほど、検出信号の大きさ及び増加率が大きくなる検出信号を出力し、制御部２９は、加熱開始直後に赤外線センサ２６の出力値である初期検出値に対する赤外線センサ２６の出力値の増加量が第１の所定値以上となると加熱コイル２１の出力を低減または停止し、赤外線センサ２６の出力値の増加量が第１の所定値より小さな第２の所定値未満となると加熱コイル２１の出力を増加させ、加熱開始直後は赤外線センサ出力値の微分値が大きくなると小さくなるように第１又は／及び第２の所定値を補正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、電磁誘導加熱コイルを用いて鍋やフライパン等の被加熱物を誘導加熱する誘導加熱調理器に関する。

近年、鍋等の被加熱物を加熱コイルにより誘導加熱する誘導加熱調理器は、安全・清潔・高効率という優れた特徴が認知され、広く普及している。この種の誘導加熱調理器は、被加熱物の温度を検出するために、被加熱物から放射される赤外線エネルギを検出する赤外線センサを備えているものが提案されている。赤外線センサは、トッププレート下方に設けられ、トッププレートに、赤外線が透過可能となるように形成された赤外線入射領域から入射した、被加熱物から放射される赤外線を受光し、被加熱物の温度に応じて変化する信号を出力する。特許文献１及び特許文献２に記載の加熱調理器は、赤外線センサを用いて被加熱物の温度を検出し、その検出温度に基づいて加熱コイルの加熱制御を行っている。
特開平１１−２２５８８１号公報特開２００７−１１５４２０号公報特開平１０−１２５４５７号公報

図１１は、被加熱物の温度と発生する放射エネルギ量の関係を示す図である。実線４７は被加熱物が黒体（反射率＝１）である場合であり、破線４８は被加熱物が磁性ステンレス（反射率＝０．４）の場合である。同図によれば、黒体の温度が３００℃のときの放射エネルギと、磁性ステンレスの温度が４４７℃のときの放射エネルギが略等しい。このように、被加熱物の反射率の違いにより、赤外線センサの受けるエネルギ量の絶対値は大きく変化する。このため、赤外線センサの受けるエネルギ量の絶対値に基づいて被加熱物の絶対温度を求めると大きな誤差が生じるという問題があった。

特許文献１に記載の加熱調理器では、赤外線センサの受光量と被加熱物の反射率から被加熱物の温度を換算し、換算した絶対温度情報に基づき被加熱物の温度を制御するようにしている。このような方法は、反射率の測定をするため構成が煩雑となり、また、赤外線入射領域または被加熱物の汚れで反射率の測定が正確にできないおそれもあった。

特許文献２では、１μｍ以下でかつ異なる波長域にピーク感度を持つ２個のＳｉフォトダイオードで構成された赤外線検出素子を用いて、それぞれの赤外線検出素子の出力比を演算して被加熱物の放射率の違いの影響を受けずに被加熱物の温度を測定する赤外線検出手段を備えた加熱調理器が提案されている。しかしながら、赤外線検出素子が２個必要で構成が複雑になり、また、外乱光の影響を受けやすいという問題があった。

特許文献３では、加熱コイル及びスイッチング手段を有する誘導加熱部と、前記加熱コイルの上にプレートを介して載置される負荷鍋と、前記負荷鍋の温度を検知する温度素子と、前記温度素子により検知された検知温度に基づき制御される制御温度を選択する入力手段と、前記入力手段により決定された状態を表示する表示手段と、前記温度素子による検知温度と前記入力手段で選択された制御温度に応じて前記負荷鍋への火力を調節する火力調節手段と、前記火力調節手段の出力に応じて前記誘導加熱部への出力を制御する誘導加熱部制御手段と、前記誘導加熱部制御手段からの制御信号に応じて前記誘導加熱部内のスイッチング手段を駆動する駆動手段と、前記温度素子で検知した温度の変化及び変化時
間及び微分率を検知する温度変化検出手段を備え、前記火力調節手段は、前記温度素子で検知された温度が、前記制御温度よりも高い時は弱い火力（以下、「火力弱」と称す）で加熱を行ない、前記制御温度よりも低い時には前記火力弱より強い火力（以下、「火力強」と称す）で加熱を行なうための火力切替手段と、複数設けられた制御温度のそれぞれに対応した火力弱と、火力強を選択する火力選択手段を有する構成である。このような構成で揚げ物用に油を加熱しようとすると、油量が多くなるに従って負荷鍋内の油の温度に比べて負荷鍋底の温度上昇が早く温度素子が制御温度に到達したことを検知して上記制御を行うと油の温度はねらいの温度より低い状態で制御され揚げ物が上手にできないという問題があった。

本発明は、前記課題を解決するもので、外乱光、トッププレートや被加熱物の汚れの影響を受けにくく簡単な構成で赤外線センサによる被加熱物の温度制御を行うことのできる誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明の誘導加熱調理器は、被加熱物を載置するトッププレートと、前記トッププレートに載置された前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記トッププレートの下方に設けられて前記被加熱物から放射される赤外線量を検出する赤外線検出素子及び前記赤外線検出素子の検知した信号を増幅する増幅部を有し、前記被加熱物の温度に応じた大きさの検出信号を出力する赤外線センサと、前記赤外線センサの出力に基づき前記インバータ回路の出力を制御する制御部とを備え、前記赤外線センサは、前記制御部により前記誘導加熱コイルの出力を制御して前記被加熱物の温度制御を行う制御温度範囲近傍で前記被加熱物の温度が高くなればなるほど、大きさ及び増加率が大きくなる前記検出信号を出力し、前記制御部は加熱開始直後における前記赤外線センサの出力値である初期検出値に対する前記赤外線センサの出力値の増加量が第１の所定値以上となると前記誘導加熱コイルの出力を低減するかまたは加熱を停止し前記赤外線センサの出力値の増加量が前記第１の所定値より小さな第２の所定値未満となったら前記誘導加熱コイルの出力を増加させ、加熱開始直後は前記赤外線センサ出力値の微分値の大きさが大きくなると小さくなるように前記第１又は／及び第２の所定値を補正する構成としたものである。

これによって、被加熱物の温度Ｔが上昇すると、赤外線センサは傾きが増加する検出信号Ｘを出力する。このため、所定の増加量ΔＸが得られるときの被加熱物の温度Ｔは、被加熱物の加熱開始時の温度ＴＳに依存する。しかし、被加熱物の温度Ｔが高くなればなるほど、検出信号の被加熱物の温度Ｔの変化の傾きが急になり、所定の増加量ΔＸに対応する被加熱物の温度変化ΔＴが小さくなる。したがって、被加熱物の温度Ｔが高温になればなるほど、よりわずかな温度変化ΔＴで所定の増加量ΔＸが得られるので、温度変化を検知して応答性良く出力を抑制しまたは加熱を停止して温度上昇を抑制することができる。

また、外乱光が定常的に赤外線センサに入射した場合でも、赤外線センサの検出信号Ｘは平行移動するので上記被加熱物の温度Ｔの温度抑制制御動作は、影響をほとんど受けないようにすることができる。

また、赤外線センサの出力を被加熱物の温度に換算して絶対値を求める場合に比して、放射率の差の影響を格段に小さくすることができる。

また、揚げ物用に油を加熱する場合に、油量が多くなるに従って赤外線センサ出力値の微分値は小さくなり、一方、油量が多くなるに従って負荷鍋内の油の温度は負荷鍋底の温度に比して低くなるため、赤外線センサ出力値の微分値が大きいときは所定値の補正量を小さくし、赤外線センサ出力値の微分値が小さいときは所定値の補正量を大きくすること
により、負荷鍋内の油の温度をねらいの温度にすばやく立ち上げることが可能となる。

本発明の誘導加熱調理器は、簡単な構成で精度良く赤外線センサによる被加熱物の温度制御を行うことができる。

第１の発明は、被加熱物を載置するトッププレートと、前記トッププレートに載置された前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記トッププレートの下方に設けられて前記被加熱物から放射される赤外線量を検出する赤外線検出素子及び前記赤外線検出素子の検知した信号を増幅する増幅部を有し、前記被加熱物の温度に応じた大きさの検出信号を出力する赤外線センサと、前記赤外線センサの出力に基づき前記インバータ回路の出力を制御する制御部とを備え、前記赤外線センサは、前記制御部により前記誘導加熱コイルの出力を制御して前記被加熱物の温度制御を行う制御温度範囲近傍で前記被加熱物の温度が高くなればなるほど、大きさ及び増加率が大きくなる前記検出信号を出力し、前記制御部は、加熱開始直後における前記赤外線センサの出力値である初期検出値に対する前記赤外線センサの出力値の増加量が第１の所定値以上となると前記誘導加熱コイルの出力を低減するかまたは加熱を停止し前記赤外線センサの出力値の増加量が前記第１の所定値より小さな第２の所定値未満となったら前記誘導加熱コイルの出力を増加させ、加熱開始直後は前記赤外線センサ出力値の微分値が大きくなると小さくなるように前記第１又は／及び第２の所定値を補正することを特徴とすることにより、揚げ物用に油を加熱する場合に、油量が多くなるに従って赤外線センサ出力値の微分値は小さくなり、一方、油量が多くなるに従って負荷鍋内の油の温度は負荷鍋底の温度に比して低くなるため、赤外線センサ出力値の微分値が大きいときは所定値の補正量を小さくし、赤外線センサ出力値の微分値が小さいときは所定値の補正量を大きくすることにより、負荷鍋内の油の温度をねらいの温度にすばやく立ち上げることが可能となる。

第２の発明は、特に、第１の発明の赤外線センサを、被加熱物の温度が検出下限温度未満である場合には前記被加熱物の温度に対して大きさが略一定の検出信号を出力し、前記被加熱物の温度が検出下限温度以上である場合には被加熱物の温度が高くなればなるほど、大きさ及び増加率が大きくなる前記検出信号を出力するとすることにより、被加熱物の加熱開始時の温度ＴＳが検出下限温度Ｔ０未満の場合、赤外線センサ出力の検出信号は大きさが略一定である。このため、加熱中における赤外線センサ出力の初期出力値Ｘ０に対する所定の増加量ΔＸが得られるときの被加熱物の温度Ｔは、加熱開始時の温度ＴＳに依存しない値となる。被加熱物の加熱開始時の温度ＴＳが検出下限温度Ｔ０以上の場合、被加熱物の温度Ｔが上昇すると、赤外線センサは傾きが増加する検出信号Ｘを出力する。この場合は、上述した作用効果が得られる。検出下限温度Ｔ０を制御部により誘導加熱コイルの出力を制御して被加熱物の温度制御を行う制御温度範囲近傍に設定すれば、加熱開始時の被加熱物の温度の影響を受けずに被加熱物の温度を制御することができる、加熱開始時の被加熱物の温度範囲が広くなる。

また、外乱光が定常的に赤外線センサに入射した場合でも、上記と同様、赤外線センサの出力Ｘは平行移動するので上記被加熱物の温度Ｔの抑制制御動作は、影響をほとんど受けないようにすることができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の初期検出値を、加熱開始直後に替えて、加熱開始と同時、または加熱開始直前における赤外線センサの出力値であるとすることにより、加熱開始から初期値を記憶するまでの被加熱物の温度上昇の影響を受けずに初期検出値を検出できる。

第４の発明は、特に、第１または第２の発明の制御部を、加熱開始直後における赤外線センサの出力値を初期検出値として記憶する記憶部を有し、加熱開始後において赤外線センサの出力値が初期検出値より小さくなった場合には前記初期検出値を小さくなった赤外線センサの出力値に変更するとすることにより、加熱開始後に赤外線センサの出力値が小さくなった場合には、加熱開始時に赤外線センサに入射していた外乱光がなくなったこと、水や調理物が投入されたこと等が想定される。この状態で加熱を継続し所定の増加量ΔＸが得られるまで加熱を継続すると出力を抑制するまたは停止する被加熱物の温度が設定していた温度より高くなる。したがって、加熱開始後において初期出力値が低下した場合には初期出力値を低下後の値に変更することで、想定していた以上に被加熱物が加熱されるのを防止することができる。これにより、赤外線センサによる被加熱物の温度抑制制御が外乱光に影響されにくくなるようにして、安全に高火力調理を実現することが可能となる。

第５の発明は、特に、第３の発明の制御部を、加熱開始と同時、または加熱開始直前における赤外線センサの出力値を初期検出値として記憶する記憶部を有し、加熱開始後において前記赤外線センサの出力値が前記初期検出値より小さくなった場合には前記初期検出値を前記小さくなった赤外線センサの出力値に変更するとすることにより、加熱開始後に赤外線センサの出力値が小さくなった場合には、加熱開始時に赤外線センサに入射していた外乱光がなくなったこと、水や調理物が投入されたこと等が想定される。この状態で加熱を継続し所定の増加量ΔＸが得られるまで加熱を継続すると出力を抑制するまたは停止する被加熱物の温度が設定していた温度より高くなる。したがって、加熱開始後において初期出力値が低下した場合には初期出力値を低下後の値に変更することで、想定していた以上に被加熱物が加熱されるのを防止することができる。これにより、赤外線センサによる被加熱物の温度抑制制御が外乱光に影響されにくくなるようにして、安全に高火力調理を実現することが可能となる。

第６の発明は、特に、第１または赤外線検出素子を、ＩｎＧａＡｓを用いたフォトダイオードで形成されているとすることにより、概略１２０℃以上の温度で出力を得ることができ揚げ物に適した油温を制御することが可能となるとともに、簡単な構成でかつ安価な赤外線検出素子を使用することができるので構成を簡素化しコストを低減することができる。

第７の発明は、特に、第１〜６のいずれか１つの発明において、制御部に信号を送り加熱コイルに被加熱部の加熱を指示する操作スイッチを備え、前記操作スイッチを、温度設定が可能で、前記被加熱物を温度設定された温度に概略制御するとすることにより、被加熱物を操作スイッチで設定された温度に概略設定することが可能となり、１５０℃ぐらいが適した卵料理や２５０℃ぐらいが適した焼肉など調理に応じた最適な温度に被加熱物を制御することができるため失敗の少ない誘導加熱調理器を実現できる。

以下に、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）
［誘導加熱調理器の構成］
図１は、本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の斜視図である。本実施の形態の誘導加熱調理器は、外郭ケース１と、外郭ケース１の上部に設けられトップフレーム２ａで周囲を覆われたトッププレート２とを有する。トッププレート２の上面左右に、加熱コイルを用いて加熱する左誘導加熱バーナ３及び右誘導加熱バーナ４が設けられ各加熱コイルに対応する加熱範囲がトッププレート２の上面に印刷して表示されている。鍋等の被加熱
物は、左誘導加熱バーナ３、右誘導加熱バーナ４の加熱範囲を示す表示部上に載置された部分が誘導加熱される。

左誘導加熱バーナ３及び右誘導加熱バーナ４の手前側には、左誘導加熱バーナ３、右誘導加熱バーナ４それぞれの加熱出力等を表示する左誘導加熱バーナ表示部５、右誘導加熱バーナ表示部６が設けられている。さらに手前側に、ユーザが左誘導加熱バーナ３、右誘導加熱バーナ４それぞれの加熱制御を行うための左誘導加熱バーナ操作スイッチ（操作部）７、右誘導加熱バーナ操作スイッチ（操作部）８が、左右方向に一列に設けられている。外郭ケース１の前面には、右に電源スイッチ９が設けられている。

図２は、本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の構成図である。図１では誘導加熱バーナは２口あるが、図２では説明の便宜上１口のみ図示する。トッププレート２の下方には、図１で図示した誘導加熱バーナ３、４の加熱範囲を示す円状の表示３ａ、４ａに対応する位置に、交流磁界を発生させて被加熱物２０を誘導加熱する加熱コイルが設けられている。本実施の形態において、加熱コイルは内コイル２１ａと外コイル２１ｂとによる分割巻き構成を有する。以下、内コイル２１ａと外コイル２１ｂとをまとめ、加熱コイル２１という。なお、加熱コイル２１は分割巻き構成である必要はない。加熱コイル２１は、トッププレート２の下方に設けられた加熱コイル支持台２２に載置される。加熱コイル支持台２２の下面には、加熱コイル２１の裏面側への磁束を加熱コイル２１近傍に集中させる磁性体であるフェライト２３が設けられている。

トッププレート２において、内コイル２１ａと外コイル２１ｂとの間の空間部分に対向する部分は、赤外線入射領域２４であり、赤外線が透過可能となるように形成される。トッププレート２は、全体が赤外線の透過可能な耐熱セラミックで形成され、赤外線入射領域２４以外の下面は赤外線の透過しにくいかつ反射率の小さい例えば黒色の印刷膜２ｂで覆われる（図３参照）。なお、赤外線入射領域２４の構成はこれに限定されない。トッププレート２の、赤外線入射領域２４以外の部分を、赤外線を透過しない材料で構成し、赤外線入射領域２４の部分を赤外線透過可能な材料で構成しても良い。また赤外線入射領域２４の周囲を赤外線透過率がゼロでない印刷膜で構成しても良い。赤外線入射領域２４の下方の内コイル２１ａと外コイル２１ｂとの間で加熱コイル２１の上下の面に垂直に上下に開口を有する筒状の導光筒２５が加熱コイル支持台２２と一体に成形され設けられる。赤外線センサ２６は、導光筒２５の下方開口に対向するように設けられている。被加熱物２０の底面から放射された赤外線は、被加熱物２０の温度が高くなると放射エネルギが大きくなる。この赤外線は、トッププレート２に設けられた赤外線入射領域２４から入射し、導光筒２５の内部を通って、赤外線センサ２６により受光される。赤外線センサ２６は、受光した赤外線の赤外線エネルギ量に基づいた検出信号を出力する。

なお、加熱コイル２１が分割巻き構成でない場合、赤外線入射領域２４は加熱コイル２１の中心部の開口内に設けることができる。この場合できるだけ赤外線入射領域２４を加熱コイル２１の巻線に近づけると、被加熱物２０の、より高温部の温度を赤外線センサ２６により検知することができる。

表示ＬＥＤ２７は、赤外線センサ２６の近傍に設けられ、赤外線センサ２６とともに加熱コイル支持台２２に取り付けられる。すなわち、表示ＬＥＤ２７は、トッププレート２の下方で、加熱コイル２１及び赤外線センサ２６近傍に設けられている。表示ＬＥＤ２７は、使用者が機器の上方から、その発光状態をトッププレート２を介して赤外線入射領域２４の近傍で視認できるように配置される。例えば、加熱コイル２１の下方に設けられた表示ＬＥＤ２７の発光する光が、導光体２７ｂによりトッププレート２の裏面近傍に導かれて発光する。したがって表示ＬＥＤ２７は、赤外線入射領域２４の存在する位置を使用者に認識させる作用を有する。機器の上から見ると図１に示すように、表示ＬＥＤ２７の
光が視認できる発光領域２７ａは赤外線入射領域２４の近傍に形成され、赤外線入射領域２４に対して、加熱コイル２１の外周側でかつ加熱コイル２１の中心より手前側に設けられている。赤外線入射領域２４と発光領域２７ａとの位置関係をこのように設定することにより、被加熱物２０底面で発光領域２７ａを覆い隠すことにより赤外線入射領域２４を覆い隠す確率を高くすることができる。被加熱物２０底面で赤外線入射領域２４が覆い隠される確率を更に高めるためには、赤外線入射領域２４と発光領域２７ａが、加熱コイル２１の略中心を通り本体前面に垂直な直線上またはその近傍に配置され、かつ発光領域２７ａが赤外線入射領域２４よりも手前側に設けられていることが望ましい。

加熱コイル２１の下方またはその周囲に、加熱コイル２１に高周波電流を供給するインバータ回路２８と、インバータ回路２８の動作を制御する制御部２９が設けられている。操作部７は、機器の前面または上面に設けられ、加熱動作を開始または停止するための加熱切／入キー７ａ、出力を低減するダウンキー７ｂ、出力を増加させるアップキー７ｃを有している。また、加熱操作部７には調理容器あるいは調理容器内の食品・油などを設定された温度に温度コントロールする加熱動作を開始または停止するための温度設定調理切／入キー７ｄが設けられ、出力を低減するダウンキー７ｂ、出力を増加させるアップキー７ｃを用いて設定温度を上下させることができ、設定された温度は温度表示部７ｅに表示される。制御部２９は、記憶部２９ａを有し、操作部７の出力信号や赤外線センサ２６の出力信号に基づいて、加熱コイル２１への高周波電流の供給の開始・停止及び加熱コイル２１に供給する高周波電流の大きさを制御し、さらにその他の誘導加熱調理器全体の制御を行う。電源スイッチ９は、機器の前面または上面に設けられる。

さらに、本実施の形態の誘導加熱調理器は、表示ＬＥＤ２７の近傍に設けられ、表示ＬＥＤ２７の周辺の雰囲気温度を検出する温度センサ３０を有する。温度センサ３０は、温度検知部でありサーミスタ等の温度検知素子で構成される。制御部２９は、温度センサ３０の検知した温度が所定温度以上であるか否かを判断し、所定温度以上であると判断した場合は、表示ＬＥＤ２７の寿命の低下を抑制するため、所定温度未満である場合に比べ表示ＬＥＤ２７の出力を低下もしくはその駆動を停止させることができるようにしている。

［誘導加熱調理器の動作］
以下、誘導加熱調理器の基本的な動作について説明する。ユーザにより電源スイッチ９が投入されると、制御部２９は待機モードになる。待機モードにおいて、操作部７の温度設定調理切／入キー７ｄから温度設定調理開始命令が入力されると、設定温度は表示部７ｅに表示され制御部２９は加熱モードとなる。加熱モードにおいて、温度設定調理切／入キー７ｄが操作（例えば押す）され温度設定調理停止命令が入力されると、制御部２９は、待機モードとなり加熱停止する。また、加熱モードにおいて、温度設定上下キー７ｂ、７ｃを操作（例えば押す）して温度の上下の命令が入力されると、制御部２９はこの入力命令に基づいてインバータ回路２８のスイッチング素子を制御して、加熱コイル２１への高周波電流の供給量を制御する。加熱コイル２１に高周波電流が供給されると、加熱コイル２１から高周波磁界が発せられ、トッププレート２上に載置された被加熱物２０が誘導加熱され、被加熱物が設定された温度になるように高周波電流が制御される。

電源スイッチ９が投入された後、操作部７の加熱切／入キー７ａが操作される前、すなわち待機状態において、制御部２９は、表示ＬＥＤ２７を、赤外線入射領域２４の位置を使用者に認識させ、かつ赤外線入射領域２４を被加熱物２０により適正に覆うよう促すために駆動信号を出力し発光状態とする。また、使用者は、被加熱物２０を、表示ＬＥＤ２７を加熱開始前に覆い隠すように取扱説明書等により指示されているか、トッププレート２上にその旨の注意事項が表示されているか、または音声や文字で報知もしくは表示等により指示される。使用者は、被加熱物２０を表示ＬＥＤ２７の上方に載置して表示ＬＥＤ２７を覆い隠した後、加熱切／入りスイッチ７ａを操作して加熱を開始する。

図３に示すように、赤外線センサ２６は、赤外線検出素子であるＩｎＧａＡｓを用いたフォトダイオード２６ａとフォトダイオード２６ａの出力信号を増幅する増幅器２６ｂを構成要素として含む。導光筒２５の下方開口と赤外線センサ２６の赤外線検出素子２６ａの間に、可視光の影響を除去するためのフィルタ３１を設ける。フィルタ３１は、赤外線検出素子２６ａの側方及び上方を覆うように形成される。赤外線検出素子２６ａの上方には集光レンズ３１ａがフィルタ３１と一体成形されて設けられる。

図６は、本発明の実施の形態による誘導加熱調理器のフィルタ３１の透過率を示す図である。約０．９μｍ未満の波長の光の透過率がゼロとなるようなフィルタ３１を使用する。図４は、本発明の実施の形態による誘導加熱調理器のフォトダイオード２６ａの分光感度特性図である。本実施の形態のフォトダイオード２６ａは、分光感度特性においてピーク感度が略１．５μｍ（１．５５μｍ）となるように設定され、略０．９〜１．７μｍの波長の光が検出可能である。図５は、黒体の分光放射輝度と波長の関係を示す図である。赤外線の放射エネルギ（放射輝度）は、被加熱物２０の温度上昇とともに増大する。

本実施の形態の赤外線センサ２６は、赤外線検出素子２６ａを上記のようなインジウムガリウムヒ素フォトダイオードを使用し、増幅器２６ｂの増幅率を調整することにより、図７に示すような検出信号が得られるように構成している。図７において、横軸は赤外線入射領域２４に対向する被加熱物２０の底面部分の温度であり、縦軸は赤外線センサ２６の出力電圧、すなわち検出信号の大きさである。実線４１は外乱のない場合であり、破線４２は外乱のある場合である。まずは、可視光等による外乱がない場合について説明する。本実施の形態においては、図７に示すように、赤外線センサ２６の検出信号は、被加熱物２０の温度が検出下限温度Ｔ０（約１２５℃）未満では大きさが略ゼロ（本実施の形態の場合２０ｍＶ以下）で、被加熱物２０の温度が検出下限温度Ｔ０（約１２５℃）に達すると出力が発生し始め、被加熱物の温度が高くなればなるほど赤外線センサ２６の検出信号の大きさの増加の傾きが大きくなるように、すなわち、増加率が大となるような特性を示すよう構成されている。なお、制御部２９に使用されている赤外線センサ２６の出力電圧を測定するマイクロコンピュータの分解能は２０ｍＶとなっており、その値未満はゼロと測定することになる。絶対温度がＴ（Ｋ）である物体の表面からは赤外線を含めた電磁波が放射されているが、その時間単位当りの総放射エネルギ量Ｅ（Ｗ／ｍ^２）は理論的には、Ｅ＝εσＴ^４で表される。ここで、εは放射率、σはステファン・ボルツマン常数である。したがって、各種赤外線検出可能な素子の中から必要な波長におけるピーク感度特性を有するものを検出素子２６ａとして選択し、図２、３のように構成してその検出電圧を増幅器２６ｂにより増幅することにより、上記図７に示すような所望の特性を有する特性を得ることができる。

図８に制御部２９の赤外線センサ２６による被加熱物２０の温度制御のフローチャートを示す。電源スイッチ９をオンし（Ｓ１）、温度設定調理切／入キー７ｄをオンする（Ｓ２）と、制御部２９は、赤外線センサ２６の出力電圧を入力し、加熱開始直後の出力電圧Ｘ０（初期検出値）として検知する（Ｓ３）。温度設定はデフォルトで１８０℃があらかじめ設定されており温度表示部７ｅに表示される。設定温度を変更するときはダウンキー７ｂ、アップキー７ｃを用いて変更する（フローチャートには表示せず）。検知した加熱開始直後の出力電圧Ｘ０を記憶部２９ａに記憶する（Ｓ４）。再度、赤外線センサ２６の出力電圧を入力し、現在の出力電圧Ｘとして検知する（Ｓ５）。現在の出力電圧Ｘの微分値を算出する（Ｓ６）。微分値は所定時間前の出力電圧Ｘとの差を算出するなどの方法でも良い。被加熱物の温度が設定温度に到達したか否かを判定するしきい値を設定する（Ｓ７）。記憶部２９ａに記憶した加熱開始直後の出力電圧Ｘ０と、現在の出力電圧Ｘとの差（増加量ΔＸ）を算出し、算出した増加量ΔＸがしきい値以上か否かを判断する（Ｓ８）。

例えば、図７において、増加量ΔＸについて所定値を０．４Ｖと設定する。加熱開始直後（例えば、温度設定調理切／入キー７ｄの操作直後）に被加熱物２０の温度がＴ１（例えば３０℃）であれば、増加量ΔＸが所定値となるときの被加熱物２０の温度はＴ３（例えば１８０℃）となる。また、加熱開始直後に被加熱物２０の温度がＴ２（例えば約１５２℃）であれば、増加量ΔＸが所定値となるときの被加熱物２０の温度はＴ４（例えば約１８５℃）となる。さらに、加熱開始直後に被加熱物２０の温度がＴ４（例えば約１８５℃）であれば、増加量ΔＸが所定値となるときの被加熱物２０の温度はＴ５（例えば約２００℃）となる。

制御部２９は、制御部２９は、増加量ΔＸが所定値以上であると判断すると（Ｓ８でＹｅｓ）直前の微分値δをもとに補正値を算出する（Ｓ９）。補正値の算出はあらかじめδと補正値の関係を記憶しておいてδに対応する補正値を読み出すなどの方法で算出できる。設定温度に対するしきい値に補正値をプラスし（設定温度に対するしきい値＋補正値）を新たなしきい値とする（Ｓ１０）。増加量ΔＸがしきい値以上であると判断すると（Ｓ１１でＹｅｓ）、インバータ回路２８の動作を停止するか加熱出力を低減して被加熱物２０の温度上昇を抑制する（Ｓ１２）。温度が低下しても増加量ΔＸが所定値以上の間は、加熱出力の抑制動作または停止を継続し（Ｓ１３でＮｏ）、増加量ΔＸが所定値未満になると（Ｓ１３でＹｅｓ）、△Ｘ０が設定温度に対応するしきい値（補正前の値）に到達後の経過時間がｔ１以上かどうか判定する（Ｓ１４）し、ｔ１時間経過前であれば、出力を再度増加するかまたは停止していた加熱コイル２１の加熱動作を再開するなど加熱出力復帰制御を行い（Ｓ１５）、Ｓ１１に戻る。この加熱出力復帰制御に使用するしきい値は、加熱出力を抑制するための値と同じにしてもよいし、加熱出力を抑制するための値より低くしてヒステリシスを設けるなど異なる値にしてもよい。Ｓ１４において△Ｘ０が設定温度に対応するしきい値（補正前の値）に到達後の経過時間がｔ１以上であれば、しきい値から補正値を減算し、しきい値を設定温度に対するしきい値に戻し（Ｓ１６）、出力を再度増加するかまたは停止していた加熱コイル２１の加熱動作を再開するなど加熱出力復帰制御を行い（Ｓ１５）、Ｓ１１に戻る。復帰する際の加熱出力の大きさは適宜選択することができる。特に、被加熱物２０が高温になればなるほど、被加熱物２０の温度変化に対する増加量ΔＸの変化は急峻に変化し、より小さい被加熱物２０の温度変化をより高感度で検出できるので、例えば３ｋＷなどの高加熱出力で被加熱物２０を加熱しても応答性良く被加熱物２０の温度を高温に維持しかつ過度に上昇し過ぎないようにすることができる。例えば、油発火前の高温を検知することができ、また、空鍋での加熱と炒め物状態の区別ができ、炒めに適した温度まで高火力で加熱することができるので素早く昇温することができる。また、他の温度制御方法と組み合せることを排除するものでないことはいうまでもない。

制御部２９は、増加量ΔＸが所定値未満であると判断すると（Ｓ８でＮｏ）、現在の出力電圧Ｘが記憶部２９ａに記憶した加熱開始直後の出力電圧Ｘ０以上か否かを判断する。現在の出力電圧Ｘが記憶部２９ａに記憶した加熱開始直後の出力電圧Ｘ０以上である場合には（Ｓ１７でＹｅｓ）、Ｓ８に戻る。現在の出力電圧Ｘが記憶部２９ａに記憶した加熱開始の出力電圧Ｘ０未満である場合には（Ｓ１７でＮｏ）、記憶部２９ａに記憶した加熱開始直後の出力電圧Ｘ０を現在の出力電圧Ｘに変更して（Ｓ１８）からＳ８に戻る。

加熱中において、通常出力電圧は増加する。しかし、加熱開始直後には赤外線入射領域２４が適正に被加熱物２０により覆われておらず、加熱中に被加熱物２０を適正な位置に移動させたときは、加熱開始直後の出力電圧Ｘ０は外乱の影響を受けており、外乱を受けてない場合よりも大きいため、加熱中にもかかわらず出力電圧が低下するという現象が起こる。この場合は（Ｓ１７でＮｏ）、記憶部２９ａに記憶した加熱開始直後の出力電圧Ｘ０を、外乱の影響を受けている可能性の低い現在の出力電圧Ｘに変更する（Ｓ８）。その
後、この新しく記憶された出力電圧に基づいて出力制御処理を行う。

以上のように、被加熱物２０の加熱開始直後の温度ＴＳが検出下限温度Ｔ０未満のときには、赤外線センサ２６の検出信号（出力電圧）は、被加熱物２０の温度が変わっても大きさがゼロで略一定である。したがって、加熱されることにより、被加熱物２０の温度Ｔが検出下限温度Ｔ０を超え、加熱開始直後の検出信号の大きさに対する、現在の検出信号の大きさの増加量ΔＸが所定値となる。このときの、被加熱物２０の抑制温度Ｔ３は、加熱開始直後の温度ＴＳに依存せず、赤外線センサ２６の検出信号がゼロからΔＸ増加した点に対応する抑制温度Ｔ３＝Ｔ０＋ΔＴ３となる。制御部２９は、この抑制温度Ｔ３でインバータ回路２８の動作を停止するか加熱出力を低減して被加熱物２０の温度上昇を抑制する。

また、被加熱物２０の加熱開始直後の温度ＴＳが検出下限温度Ｔ０以上のときには、被加熱物２０の温度Ｔが上昇すると、赤外線センサ２６の検出信号は大きくなりかつ増加率も徐々に大きくなる。増加量ΔＸが所定値となるときの被加熱物の温度は、被加熱物の加熱開始直後の温度ＴＳに依存する。しかし、被加熱物２０の温度Ｔが高くなればなるほど、検出信号の増加率がより大きくなるため、所定の増加量ΔＸに対応する被加熱物の温度変化ΔＴが小さくなる。図７の場合、ΔＴ３（約５５℃）＞ΔＴ４（約３８℃）＞ΔＴ５（約１８℃）となる。したがって、被加熱物２０の温度Ｔが高温になればなるほど、よりわずかな温度上昇ΔＴで所定の増加量ΔＸが得られるので、応答性良く出力を抑制しまたは加熱を停止して温度上昇を抑制することができる。

次に、可視光等による静的な外乱がある場合について説明する。外乱光は被加熱物２０の温度に依存しない。したがって、図７に示すように、外乱がある場合（破線４２）は、外乱がない場合（実線４１）に比べてレベルがほぼ赤外線センサの検出信号の軸方向に外乱光のレベルＷだけ平行移動し大きくなる。被加熱物２０の加熱開始直後の温度ＴＳが検出下限温度Ｔ０未満の場合、赤外線センサ２６の検出信号は大きさがＷで略一定である。図９は、加熱開始（ｔ０）後における赤外線センサ２６の出力電圧の時間経過に対する変化を示す図である。実線４３は外乱のない場合であり、破線４４は外乱のある場合である。いずれの場合にも、被加熱物２０が所定の制御温度に到達した時点（ｔ１）で加熱出力が抑制されるか、または加熱が停止される。したがって、本実施の形態の構成により静的な外乱光の影響を除去することができる。

このように上記構成の赤外線センサ２６と制御部２９で被加熱物２０の温度上昇を制御することにより、加熱開始直後の温度の差、あるいは定常的に入力される可視光線等の外乱光の影響を少なくして、設定温度付近の温度以下に被加熱物２０の底面温度を抑制することができ、被加熱物２０の温度上昇を精度よく抑制するよう制御することができる。

次に、赤外線センサ２６の検出信号に対する被加熱物２０の反射率の影響について図１０を用いて説明する。図１０において、実線４５は被加熱物が黒体（反射率＝１）の場合の被加熱物の温度と赤外線センサ２６の検出信号の大きさとの関係を示す実測結果であり、破線４６は被加熱物が磁性ステンレス（反射率＝０．４）の場合の特性を、実線４５に反射率０．４を乗じて算出した結果である。同図によれば、黒体の温度が１８０℃のときの赤外線センサ２６の出力値と、磁性ステンレスの温度が２０２℃のときの赤外線センサ２６の出力値が略等しく、その温度差は２２℃である。上述したように、図１１においては、黒体の温度が１８０℃のときの放射エネルギと、磁性ステンレスの温度が３００℃のときの放射エネルギが略等しく、その温度差は１２０℃である。このように、従来の制御方法に比べ、顕著に放射率の差の影響を抑制することができる。

本実施の形態の誘導加熱調理器は、被加熱物の温度が検出下限温度未満である場合には
被加熱物の温度に対して大きさが略一定の検出信号を出力し、被加熱物の温度が検出下限温度以上である場合には被加熱物の温度が高くなればなるほど、大きさ及び増加率が大きくなる前記検出信号を出力する赤外線センサを使用して、加熱開始直後の出力電圧Ｘ０（初期検出値）に対する増加量ΔＸが所定値以上となると誘導加熱コイルの出力を低減するかまたは加熱を停止する。これにより、被加熱物の加熱開始直後の温度ＴＳが検出下限温度Ｔ０未満の場合は、被加熱物の温度Ｔが、加熱開始直後の温度ＴＳに依存しないある一定の温度になったときに誘導加熱コイルの出力を低減するかまたは加熱を停止することができる。また、被加熱物の加熱開始直後の温度ＴＳが検出下限温度Ｔ０以上の場合であっても、被加熱物の温度Ｔが、油が発煙する前に誘導加熱コイルの出力を低減するかまたは加熱を停止することができる。さらに、定常的な外乱光による影響もほとんど受けないようにすることができる。

本実施の形態の誘導加熱調理器は、制御部２９が加熱開始直後の出力電圧Ｘ０（初期検出値）を記憶部２９ａに記憶し、加熱開始後において現在の出力電圧Ｘが、記憶した加熱開始直後の出力電圧Ｘ０より小さくなった場合には記憶した加熱開始直後の出力電圧Ｘ０を現在の出力電圧Ｘに変更する。これにより、加熱開始直後には赤外線入射領域２４が適正に被加熱物２０により覆われておらず、加熱中に被加熱物２０を適正な位置に移動させた場合、被加熱物２０が高温のとき被加熱物２０に水や野菜などの被調理物が投入されたときでも、想定以上に被加熱物が加熱されるのを防ぎ、安全に高火力調理を実現することができる。

なお、本実施の形態において、加熱開始直後の赤外線センサの出力電圧Ｘ０（初期検出値）を増加量ΔＸ測定の際の基準にしているが、本発明はこれに限定されない。加熱開始直後に代え、加熱開始と同時であってもよいし、または加熱開始直前であってもよく適宜選択して同様の効果を得ることができる。また、加熱開始直後または直前とは、上記発明の趣旨を変えない程度にそのタイミングを変更してもよい。例えば、切入りキー７ａによる加熱開始操作検知後、所定の時間遅延させてもよい。また、実施の形態では、赤外線センサ２６の検出信号の、加熱開始直後の出力値に対する増加量ΔＸが所定以上となると加熱出力を抑制または加熱動作を停止したが、視覚的な表示装置、または音声や報知音などによる聴覚的な報知装置により、前記増加量ΔＸの値が所定以上大きくなっていることに応じて、被加熱物の温度が低温状態か所定の温度に到達した高温状態となっているか（例えばフライパンの予熱状態を示す等）を表示または報知するようにしてもよい。

本発明に係る誘導加熱調理器は、簡単な構成で被加熱物から放射される赤外線を検知して被加熱物の温度を精度良く検知することができ、出力を抑制したい被加熱物の温度近傍で応答性よく出力を制御することができるので、誘導加熱調理器による被加熱物の制御性を向上し調理性能を高めることができるという効果を有し、一般家庭や業務用に使用される誘導加熱調理器に有用である。

本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の斜視図本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の構成図本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の部分拡大断面図本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の赤外線検出素子の感度特性図本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の赤外線検出素子が検知する赤外線の放射エネルギ量で、被加熱物が黒体である場合を示す図本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の赤外線センサの周囲に配設するフィルタの透過率を示す図本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の被加熱物の温度に対する赤外線センサの出力特性図本発明の実施の形態の誘導加熱調理器による制御部の赤外線センサの出力に基づく出力制御処理を示すフローチャート本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の加熱開始後の経過時間に対する赤外線センサの出力特性図本発明の実施の形態による誘導加熱調理器の反射率の異なる被加熱物の温度に対する赤外線センサの出力特性図従来の誘導加熱調理器の被加熱物の温度に対する赤外線センサの特性図

符号の説明

１外郭ケース
２トッププレート
３左誘導加熱バーナ
４右誘導加熱バーナ
５左誘導加熱バーナ表示部
６右誘導加熱バーナ表示部
７左誘導加熱バーナ操作スイッチ（操作部）
８右誘導加熱バーナ操作スイッチ（操作部）
９電源スイッチ
２０被加熱物
２１加熱コイル
２１ａ内コイル
２１ｂ外コイル
２２加熱コイル支持台
２３フェライト
２４赤外線入射領域
２５導光筒
２６赤外線センサ
２６ａフォトダイオード（赤外線検出素子）
２６ｂ増幅器
２７表示ＬＥＤ
２７ａ発光領域
２７ｂ導光体
２８インバータ回路
２９制御部
２９ａ記憶部
３０温度センサ
３１フィルタ
３１ａ集光レンズ

Claims

被加熱物を載置するトッププレートと、前記トッププレートに載置された前記被加熱物を誘導加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路と、前記トッププレートの下方に設けられて前記被加熱物から放射される赤外線量を検出する赤外線検出素子及び前記赤外線検出素子の検知した信号を増幅する増幅部を有し、前記被加熱物の温度に応じた大きさの検出信号を出力する赤外線センサと、前記赤外線センサの出力に基づき前記インバータ回路の出力を制御する制御部とを備え、前記赤外線センサは、前記制御部により前記誘導加熱コイルの出力を制御して前記被加熱物の温度制御を行う制御温度範囲近傍で前記被加熱物の温度が高くなればなるほど、大きさ及び増加率が大きくなる前記検出信号を出力し、前記制御部は、加熱開始直後における前記赤外線センサの出力値である初期検出値に対する前記赤外線センサの出力値の増加量が第１の所定値以上となると前記誘導加熱コイルの出力を低減するかまたは加熱を停止し前記赤外線センサの出力値の増加量が前記第１の所定値より小さな第２の所定値未満となったら前記誘導加熱コイルの出力を増加させ、加熱開始直後は前記赤外線センサ出力値の微分値が大きくなると小さくなるように前記第１又は／及び第２の所定値を補正することを特徴とする誘導加熱調理器。
赤外線センサは、被加熱物の温度が検出下限温度未満である場合には前記被加熱物の温度に対して大きさが略一定の検出信号を出力し、前記被加熱物の温度が前記検出下限温度以上である場合には前記被加熱物の温度が高くなればなるほど、大きさ及び増加率が大きくなる前記検出信号を出力することを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
初期検出値は、加熱開始直後に替えて、加熱開始と同時、または加熱開始直前における赤外線センサの出力値であることを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
制御部は、加熱開始直後における赤外線センサの出力値を初期検出値として記憶する記憶部を有し、加熱開始後において前記赤外線センサの出力値が前記初期検出値より小さくなった場合には前記初期検出値を前記小さくなった赤外線センサの出力値に変更することを特徴とする請求項１または２に記載の誘導加熱調理器。
制御部は、加熱開始と同時、または加熱開始直前における赤外線センサの出力値を初期検出値として記憶する記憶部を有し、加熱開始後において前記赤外線センサの出力値が前記初期検出値より小さくなった場合には前記初期検出値を前記小さくなった赤外線センサの出力値に変更することを特徴とする請求項３に記載の誘導加熱調理器。
赤外線検出素子は、ＩｎＧａＡｓを用いたフォトダイオードで形成されたことを特徴とする請求項１または５に記載の誘導加熱調理器。
制御部に信号を送り加熱コイルに被加熱部の加熱を指示する操作スイッチを備え、前記操作スイッチは温度設定が可能で、前記被加熱物を温度設定された温度に概略制御する構成とした請求項１〜６のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。