JP2009285110A - 炊飯器 - Google Patents

Abstract

【課題】炊飯中の赤外線センサの場所の温度が変化しても、保温性能が良い炊飯器を提供することを目的とする。
【解決手段】加熱手段２で加熱される鍋１の温度を設定する温度設定手段１０と、前記鍋１の温度を制御する温度制御手段３と、前記鍋１の温度と基準温度の温度差を測定する赤外線センサ４と、この赤外線センサ４の設置場所の温度を検知する基準温度センサ６と、この基準温度センサ６に接続され、同基準温度センサ６の感度を変える感度変換手段８と、前記赤外線センサ４の出力により温度に換算する温度差検知手段と、基準温度センサの出力により基準温度に換算する基準温度検知手段７と、前記温度差検知手段５の出力と基準温度検知手段７の出力とを受けて鍋１の温度を検出する温度検知手段９とを有し、前記温度検知手段９の出力と温度設定手段１０の出力を温度制御手段３の入力側に接続するとともに、この温度制御手段３の出力は加熱手段に接続した。
【選択図】図１

Description

本発明は炊飯器に関するものである。

従来の炊飯器にあって、鍋の底部に赤外線を用いた温度センサを配置してその温度を検出するのが一般的である。

そして、鍋と温度センサのケース間に異物が挟まることにより正確な温度制御ができなくなることを防ぐことを目的として、鍋と温度センサは非接触に設定してある（例えば、特許文献１参照）。
特開平４−４９９１１号公報

しかしながら、一般的に赤外線センサは、そのセンサを配置した場所の温度と測定物の温度差を測定して、場所の温度と温度差を加算して測定物の温度を計測するものであり、炊飯中の赤外線センサの配置場所の温度上昇について対策していないため、炊飯器の保温性能が良くないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、赤外線センサ配置場所の温度が変化しても、炊飯器の保温性能を優れたものと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、本発明の炊飯器は、加熱手段で加熱される鍋と、この鍋の温度を設定する温度設定手段と、前記鍋の温度を制御する温度制御手段と、前記鍋の温度と基準温度の温度差を測定する赤外線センサと、この赤外線センサの設置場所の温度を検知する基準温度センサと、この基準温度センサに接続され、同基準温度センサの感度を変える感度変換手段と、前記赤外線センサの出力により温度に換算する温度差検知手段と、基準温度センサの出力により基準温度に換算する基準温度検知手段と、前記温度差検知手段の出力と基準温度検知手段の出力とを受けて鍋の温度を検出する温度検知手段とを有し、前記温度検知手段の出力と温度設定手段の出力を温度制御手段の入力側に接続するとともに、温度制御手段の出力は加熱手段に接続したものである。

したがって、温度設定手段により鍋の温度を設定し、鍋の温度の上昇と共に鍋の近防に設置された赤外線センサの場所の温度（基準温度）も上昇し、温度制御手段は基準温度検知手段の出力も監視しているので、保温の近傍温度になると温度制御手段は感度変換手段に信号を送り、基準温度の測定精度を向上させる。また、赤外線センサの温度差検知手段と、基準温度検知手段で精度が向上した基準温度が温度検知手段で加算されるので鍋温度の測定精度が向上する。

本発明の炊飯器によれば、鍋の温度計測に非接触で測定できる赤外線センサを採用し、炊飯中の赤外線センサの場所の温度が変化しても、炊飯器の保温性能を良くすることができる。

第１の発明は、加熱手段で加熱される鍋と、この鍋の温度を設定する温度設定手段と、
前記鍋の温度を制御する温度制御手段と、前記鍋の温度と基準温度の温度差を測定する赤外線センサと、この赤外線センサの設置場所の温度を検知する基準温度センサと、この基準温度センサに接続され、同基準温度センサの感度を変える感度変換手段と、前記赤外線センサの出力により温度に換算する温度差検知手段と、基準温度センサの出力により基準温度に換算する基準温度検知手段と、前記温度差検知手段の出力と基準温度検知手段の出力を温度検知手段に接続して鍋の温度を検出する温度検知手段とを具備し、前記温度検知手段の出力と温度設定手段の出力を温度制御手段の入力側に接続するとともに、温度制御手段の出力は加熱手段に接続したものである。

したがって、炊飯中の赤外線センサの場所の温度が変化しても、炊飯器の保温時の温度精度を向上させ保温性能を良くすることができる。

第２の発明は、前記第１の発明において、加熱手段の通電・非通電状態を検知する加熱状態検知手段と、それに接続された合数判定手段を有する。

第３の発明は、前記第１の発明において、温度差検知手段の出力は、赤外線センサの増幅率を変える増幅率変換手段に接続しことで、増幅率変換手段で赤外線センサの増幅率を変更し、炊き上げ時の最高温度を正確に温度制御できるので、ご飯のお焦げの程度を制御することができる。

第４の発明は、前記第１の発明において、温度制御手段に加熱手段がオフする温度と加熱手段がオンする温度の温度差を設定するヒステリシス手段を設けることにより、温度制御時の温度差のヒステリシス幅を小さくし、省エネにすることができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態が本発明を限定するものではない。

（実施の形態１）
図１において、１は米を入れる鍋、２は鍋１を加熱する加熱手段で、温度制御手段３に接続されている。

４は鍋１の温度を計測する赤外線センサで、温度差検知手段５に接続されている。６は赤外線センサ４の配置場所の温度を計測するサーミスタからなる基準温度センサで、基準温度検知手段７に接続されている。

８は基準温度センサ６に接続され、基準温度センサ６の感度を変える感度変換手段、９は基準温度検知手段７と温度差検知手段５の出力を加算して鍋温度を検知する温度検知手段、１０は温度制御手段３に接続され、鍋１の温度を設定する温度設定手段である。

前記温度制御手段３には温度設定手段１０と温度検知手段９からの出力を受けて加熱手段２を制御し、その温度を所定値とするものである。

上記構成に於いて、以下その動作を説明する。

まず、温度設定手段１０により、鍋１の温度を設定する。温度制御手段３は温度検知手段９の出力を受けて温度が低い場合は加熱手段２に通電して鍋１を加熱する。

図２に鍋１の温度ａと赤外線センサ４の設置場所の温度ｂを示す。鍋１の温度の上昇と共にその近傍の温度（基準温度）も上昇していることがわかる。

温度制御手段３は基準温度検知手段７の出力を監視し、保温の温度近傍になると温度制御手段３は感度変換手段８に信号を送り、基準温度の測定感度を向上させることにより、赤外線センサ４の温度差検知手段５と、感度変換手段８で精度が向上した基準温度が温度検知手段９で加算されるので、鍋１の温度の測定精度が向上する。

このように炊飯中の赤外線センサ４の設置場所の温度が変化しても、炊飯器の保温性能を良くすることができる。

さらに、図３の回路ブロックを用いてさらに詳しく説明する。１１は電源、１２は抵抗で、一端は電源１１の正に、他端はサーミスタからなる基準温度センサ６の一端と抵抗１３の一端と基準温度検知手段７の入力に接続され、基準温度検知手段７の出力は温度検知手段９の第１の入力と温度制御手段３の第１の入力に接続されている。

基準温度センサ６の他端は電源の負に接続され、抵抗１４の一端は電源の正に、他端は抵抗１５と抵抗１６と赤外線センサ４の一端に接続され、抵抗１５の他端は電源の負に接続されている。

抵抗１６の他端は抵抗１７の一端とオペアンプ１８のマイナス入力に接続され、赤外線センサ４の他端はオペアンプ１８のプラス入力接続されている。

オペアンプ１８の出力は抵抗１７の他端と温度差検知手段５の入力に接続され、温度差検知手段５の出力は温度検知手段９の第２の入力に接続され、温度検知手段９の出力は温度制御手段３の第２の入力に接続されている。

温度制御手段３の第１の出力はトランジスタ１９のベースと抵抗２０の一端に接続され、抵抗２０の他端とトランジスタ１９のエミッタは電源の負に接続され、トランジスタ１９のコレクタは抵抗２１の一端に接続され、抵抗２１の他端は抵抗２２の一端とトランジスタ２３のベースに接続され、トランジスタ２３のコレクタは電源の正に接続され、トランジスタ２３のコレクタは抵抗１３の他端に接続されている。

温度設定手段１０は抵抗２４と抵抗２５で構成され、抵抗２４の一端は電源の正に接続され、抵抗２４の他端は抵抗２５の一端と温度制御手段３の第３の入力に接続され、抵抗２５の他端は電源の負に接続され、温度制御手段３の第２の出力は加熱手段１に接続されている。

上記構成に於いて、以下動作を説明する。

温度設定手段１０の抵抗２４と抵抗２５の分圧が温度制御手段３の第３の入力に入る。温度制御手段３は温度検知手段９から送られる信号により、鍋１の温度が設定温度より低い場合は、第２の出力に接続された加熱手段２をオンにして鍋を加熱する。

温度制御手段３は、鍋１の温度が上がるにつれて上昇する基準温度検知手段７の基準温度がＴｈ（鍋１が保温温度の時の基準温度の温度をＴｈとする）になると、温度制御手段３の第１の出力より電源の正の電圧を出力する。

すると、温度制御手段３の第１の出力に接続されたトランジスタ１９がオンし、トランジスタ１９に接続されたトランジスタ２３がオンする。

これにより、トランジスタ２３のエミッタとコレクタ間の電圧がほぼゼロになり、抵抗１３の他端が電源の正の電圧に接続される。

これは、基準温度センサ６に接続された抵抗１２と並列に抵抗１３が接続されることになる。

さて、今までトランジスタ２３がオフしていたので、抵抗１２と基準温度センサ６であるサーミスタの抵抗値の分圧が基準温度検知手段７に入力され、基準温度の温度上昇と共にサーミスタの抵抗値は小さくなるので、分圧（基準温度検知手段の入力電圧）は、図４に示すようにＴｒ（室温）からＴｈ（鍋が保温温度の時の基準温度）まで変化すると、０．５Ｖまで下がる。

基準温度がＴｈになったとき、トランジスタ２３がオンするので、抵抗１２と抵抗１３が並列に接続された抵抗値と基準温度センサ６の抵抗値の分圧が基準温度検知手段７に入力される。

図４に示すように、０．５Ｖから２．５Ｖまで分圧（基準温度検知手段６の入力電圧）は上昇する。

つまり、基準温度検知手段７は、Ｔｈの手前では入力電圧が０．５Ｖ付近では変化が大きくとれないので、検知精度の感度が悪い。

Ｔｈで２．５Ｖまで電圧が上昇し温度に対する電圧の変化が図４に示すように大きくなるので基準温度検知手段７の検知精度がよくなる。

なお、赤外線センサ４としては、サーミスタボロメータ、焦電素子（ＴＧＳ，ＰｂＴｉＯ等）、赤外線検出素子（ＰｂＳ、ＩｎＳｂ等）等も使用可能である。

なお、保温温度だけでなく、感度変換手段８で米の吸水時の温度や酵素活性化時の温度や炊き上げ時の温度や炊き上げ完了（沸騰時）時の温度などの基準温度の精度をあげることができる。

（実施の形態２）
図５は実施の形態２を示し、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、具体的な説明は実施の形態１のものを援用する。

図５において、２６は温度制御手段３に接続され、加熱手段２のオン・オフ信号を検知する加熱状態検知手段、２７は加熱状態検知手段２６の出力に接続され、オン・オフ信号で鍋内の合数を判定する合数判定手段で、出力は温度制御手段３に接続されている。

上記構成に於いて、以下その動作を説明する。

まず、温度設定手段１０により鍋１の温度を設定する。温度制御手段３は温度検知手段９の出力を受けて、温度が低い場合は加熱手段２に電して鍋１を加熱する。

図６の（ａ）に示すように前炊き工程である５０℃付近でオン・オフを行い、温度を一定に制御する。

このとき、合数が多いと多くの熱量を供給しなければならない。

図６の（ｂ）に示す従来の熱伝導方式のサーミスタの鍋温度と加熱手段の加熱状態に比べて、合数が多いと一定時間における加熱手段のオン・オフ回数が多くなる。

本実施の形態はここに着目し、前炊き工程の温度に到達してから一定期間（例えば２分間）のオン・オフ回数を加熱状態検知手段２６で検知し、図７に示す合数の関係を取った。すなわち、ほぼ合数とオン・オフ回数の相関を得た。

この図７に示す相関データを合数判定手段２７に記憶させておく。前炊き工程の温度に到達すると加熱状態検知手段２７は加熱手段２のオン・オフ回数をカウントする。

加熱状態検知手段２７に接続された合数判定手段２８は相関データと照合して合数を決定することができる。

従来の鍋底のサーミスタで検知している合数判定は、炊き上げ時にサーミスタ温度が８０℃に達してから蓋温度が所定の温度に達する時間で判断し、時間が短ければ合数が少なく、時間が長ければ合数が多いと判定していた。

このように本実施の形態では前炊き工程で合数が判明するので、６０℃付近の第２の前炊き工程や炊き上げ工程で合数に応じた温度制御ができ、無駄な加熱が必要なくなる。

なお、加熱状態検知手段２７は、オン・オフの回数を見ているがオン・オフでなく出力の割合を見ても良い。また、必ずしも前炊き工程の温度で加熱状態を検知する必要はない。

（実施の形態３）
図８は実施の形態３を示し、図３と同じ構成要素については同じ符号を用い、具体的説明は実施の形態１のものを援用する。

図８において、２８は赤外線センサ４の増幅率を変える増幅率変換手段で、抵抗１６の両端に接続されるとともに、温度差検知手段５に接続されている。

上記構成に於いて、以下その動作を説明する。

まず、温度設定手段１０により鍋１の温度を設定する。

温度制御手段３は温度検知手段９の出力を受けて温度が低い場合は加熱手段２に通電して鍋１を加熱する。

図２に示すように、鍋１の温度の上昇と共に赤外線センサ４の設置場所の温度（基準温度）も上昇し、最高温度約１４０℃まで上昇する。

その時の基準温度は約５０℃であり、最大温度差は９０ｄｅｇある。

図９にこのときの赤外線センサ４の増幅出力と赤外線センサ４の設置場所の温度（基準温度）の温度出力の波形を示す。

さらに、図８の回路について説明すると、電源３０を５Ｖとすると、基準温度と鍋温度の温度差が赤外線センサ４の出力として現れ、オペアンプ１８により抵抗１７を抵抗１６で割った比率で赤外線センサ４の出力は増幅される。

オペアンプ１８の最大出力は電源の５Ｖなので、抵抗１４と抵抗１６の分圧で決まる２Ｖ付近から５Ｖまでの差である３Ｖが最大で増幅できる電圧になる。

最大温度差は９０ｄｅｇなので、このときに出力される赤外線センサ４をオペアンプ１８で増幅し、ぎりぎり３Ｖに設定することにより最高温度を精度良く検知できることになる。

本実施の形態はここに着目し、温度差検知手段５でオペアンプ１８の出力がぎりぎり３Ｖになるように増幅率変換手段２８の増幅率を変える事により、最高温度が精度良く検知できることになり、炊き上げ時の最高温度を正確に温度制御でき、例えばご飯の焦げ具合の程度を制御することができる。

（実施の形態４）
従来の熱伝導方式のサーミスタと異なり、赤外線センサは輻射熱で温度制御し応答性が速いので、図６に示すように加熱手段２がオフする温度と加熱手段２がオンする温度の温度幅が小さくできる。

さて、温度制御手段３に、加熱手段２がオフする温度と加熱手段２がオンする温度の温度差を設定するヒステリシス手段を設け、温度差を自由に設定することにより、きめ細かな温度制御を行え、図６に示すように従来の熱伝導方式のサーミスタ方式に比べて温度のオーバーシュートも抑制され、無駄な電力を省くことができる。

また、小さくしすぎると加熱手段２のオン・オフ回数が増え加熱手段２の耐久性に影響を与えるので、温度制御手段３のヒステリシス手段で温度差を適当に設定すれば省エネだけでなく加熱手段の耐久性も維持できる。

本発明にかかる炊飯器は、鍋の温度計測に非接触で測定できる赤外線センサを採用し、炊飯中の赤外線センサの場所の温度が変化しても、炊飯器の保温性能を良くすることができるもので、家庭用の炊飯にきわめて有用である。

本発明の実施の形態１における炊飯器のブロック図 温度特性図 本発明の実施の形態１における炊飯器の回路図 温度―電圧の関係を示す説明図 本発明の実施の形態２における炊飯器のブロック図 鍋温度―加熱手段の加熱状態を示す説明図 炊飯合数―加熱手段オン・オフ回数の関係を示す説明図 本発明の実施の形態３における炊飯器のブロック図 赤外線センサの増幅出力と設置場所の温度（基準温度）の温度出力の波形を示す説明図

符号の説明

１ 鍋
２ 加熱手段
３ 温度制御手段
４ 赤外線センサ
５ 温度差検知手段
６ 基準温度センサ
７ 基準温度検知手段
８ 感度変換手段
９ 温度検知手段
１０ 温度設定手段

Claims (4)

1. 加熱手段で加熱される鍋と、この鍋の温度を設定する温度設定手段と、前記鍋の温度を制御する温度制御手段と、前記鍋の温度と基準温度の温度差を測定する赤外線センサと、この赤外線センサの設置場所の温度を検知する基準温度センサと、この基準温度センサに接続され、同基準温度センサの感度を変える感度変換手段と、前記赤外線センサの出力により温度に換算する温度差検知手段と、基準温度センサの出力により基準温度に換算する基準温度検知手段と、前記温度差検知手段の出力と基準温度検知手段の出力とを受けて鍋の温度を検出する温度検知手段とを有し、前記温度検知手段の出力と温度設定手段の出力を温度制御手段の入力側に接続するとともに、温度制御手段の出力は加熱手段に接続した炊飯器。
2. 加熱手段の通電・非通電状態を検知する加熱状態検知手段と、それに接続された合数判定手段を有する請求項１記載の炊飯器。
3. 温度差検知手段の出力は、赤外線センサの増幅率を変える増幅率変換手段に接続した請求項１記載の炊飯器。
4. 温度制御手段に加熱手段がオフする温度と加熱手段がオンする温度の温度差を設定するヒステリシス手段を設けた請求項１記載の炊飯器。