JP2011138733A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】接触式センサを省略し、赤外線センサの使用だけで被加熱物の温度および天板の温度を精度良く計測できる誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】誘導加熱調理器は、被加熱物１を支持するための天板２と、被加熱物１を誘導加熱するためのコイル３と、被加熱物１から放射されて天板２を透過した赤外線および、天板２自体から放射される赤外線を受光するための赤外線センサ４，５と、天板２と赤外線センサ４の間に設置され、第１波長域の赤外線を選択的に透過させる波長選択フィルタ４１と、天板２と赤外線センサ５の間に設置され、第１波長域とは異なる第２波長域の赤外線を選択的に透過させる波長選択フィルタ５１と、赤外線センサ４の出力と赤外線センサ５の出力との差分を出力する差分処理回路７と、赤外線センサ４または赤外線センサ５の出力に基づいて、被加熱物および天板のいずれか一方の温度を算出するとともに、差分処理回路７の出力に基づいて、被加熱物および天板の他方の温度を算出するための温度算出手段８とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関するものであり、特に、誘導加熱される被加熱物の温度計測方式に関する。

従来の誘導加熱調理器では、鍋温度検出のためにサーミスタなどの接触式の温度センサが一般に使用されている。こうした接触式の温度センサは、天板の温度しか計測できず、しかも応答速度が遅いため、近年は、鍋底の温度を直接測定でき、応答速度の速い非接触式の赤外線センサが採用されつつある。

特開２００５−２１６５０１号公報 特許第３９７５８６４号公報

しかしながら、赤外線センサによる温度検出は、天板を透過した外光の影響を受けたり、天板の汚れによる鍋底などの被加熱物からの赤外線の減衰などの原因で計測精度が低下する可能性がある。そのため、天板温度を測定する接触式温度センサを併設する必要があり、２種類のセンサを設置するためにコストアップや、設置スペースの消費といった課題がある。

本発明の目的は、接触式センサを省略し、赤外線センサの使用だけで被加熱物の温度および天板の温度を精度良く計測できる誘導加熱調理器を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物を支持するための天板と、
被加熱物を誘導加熱するためのコイルと、
被加熱物から放射されて天板を透過した赤外線および、天板自体から放射される赤外線を受光するための第１赤外線センサおよび第２赤外線センサと、
天板と第１赤外線センサの間に設置され、第１波長域の赤外線を選択的に透過させる第１波長選択フィルタと、
天板と第２赤外線センサの間に設置され、第１波長域とは異なる第２波長域の赤外線を選択的に透過させる第２波長選択フィルタと、
第１赤外線センサの出力と第２赤外線センサの出力との差分を出力する差分処理回路と、
第１赤外線センサまたは第２赤外線センサの出力に基づいて、被加熱物および天板のいずれか一方の温度を算出するとともに、差分処理回路の出力に基づいて、被加熱物および天板の他方の温度を算出するための温度算出手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱物を支持するための天板と、
被加熱物を誘導加熱するためのコイルと、
被加熱物から放射されて天板を透過した赤外線および、天板自体から放射される赤外線を受光するための第１赤外線センサおよび第２赤外線センサと、
天板と第１赤外線センサの間に設置され、第１波長域の赤外線を選択的に透過させる第１波長選択フィルタと、
天板と第２赤外線センサの間に設置され、第１波長域とは異なる第２波長域の赤外線を選択的に透過させる第２波長選択フィルタと、
第１赤外線センサの出力および第２赤外線センサの出力に基づいて被加熱物の温度および天板の温度を算出するための温度算出手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、計測波長域の異なる２つの赤外線センサを用いることによって、接触式センサを省略しつつ、被加熱物の温度および天板の温度を精度良く計測できる。

本発明の実施の形態１を示す構成図である。 天板の分光透過率特性の一例を示すグラフである。 赤外線センサの前方に集光レンズを設置した例を示す。 波長選択機能を有する集光レンズを設置した例を示す。 赤外線の経路を示す説明図である。 波長選択フィルタの組合せの他の例を示す説明図である。 本発明の実施の形態３を示す構成図である。 波長選択フィルタの組合せのさらに他の例を示す説明図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１を示す構成図である。誘導加熱調理器は、天板２と、コイル３と、赤外線センサ４，５と、波長選択フィルタ４１，５１と、差分処理回路７と、温度算出手段８などで構成される。

天板２は、鍋などの被加熱物１を支持するための板状部材であり、コイル３からの磁界が透過可能で、被加熱物１から放射される赤外線が透過可能な材料、例えば、結晶化ガラスなど形成される。

コイル３は、インバータ回路（不図示）と接続されており、インバータ回路から高周波電流が供給されると高周波磁界を発生する機能を有し、これにより被加熱物１が誘導加熱される。

赤外線センサ４，５は、焦電素子、サーモパイルなどの熱型赤外線センサや、フォトダイオードなどの量子型赤外線センサなどで構成され、受光した赤外線エネルギーに応じて電気信号を出力する機能を有し、被加熱物１から放射されて天板２を透過した赤外線および天板２自体から放射される赤外線の両方を受光するように配置される。赤外線センサ４，５の出力は、前置増幅器（不図示）が接続されている。

波長選択フィルタ４１，５１は、特定の波長範囲の光を選択的に透過し、この波長範囲外の光を透過しない機能を有する光学素子であり、ある波長よりも長い波長の光だけを透過するロングパスフィルタ、ある波長より短い波長の光だけを透過するショートパスフィルタ、特定範囲の波長だけを透過するバンドパスフィルタ、あるいはこれらの組合せとして構成できる。

波長選択フィルタ４１は、天板２と赤外線センサ４の間に設置され、第１波長域の赤外線を選択的に透過させる機能を有する。波長選択フィルタ５１は、天板２と赤外線センサ５の間に設置され、第１波長域とは異なる第２波長域の赤外線を選択的に透過させる機能を有する。波長選択フィルタ４１の第１波長域および波長選択フィルタ５１の第２波長域については後述する。

赤外線センサ４，５および波長選択フィルタ４１，５１は、筒状のハウジング６に収納されている。ハウジング６の内部には、赤外線センサ４に到達する赤外線と赤外線センサ５に到達する赤外線とを分離するための分離壁６１が設けられる。ハウジング６および分離壁６１は、赤外線を反射または吸収する材料で形成され、外乱光や迷光を遮断する機能を有する。

ハウジング６は、コイル３の中心付近ないしはコイルを分割し、その隙間に配置することが好ましく、これにより被加熱物１の戴置位置が変動しても、また、φ１２０ｍｍ程度の小型の被加熱物（小鍋）が戴置されても、赤外線センサ４の検出範囲から被加熱物１が外れずに、正確な温度計測を確保できる。ハウジング６の開口端は、天板２の裏面とほぼ接触していることが好ましく、これにより外乱光や迷光の侵入を抑制できる。

差分処理回路７は、差動増幅器などで構成され、赤外線センサ４の出力と赤外線センサ５の出力との差分を出力する。

温度算出手段８は、Ａ／Ｄ変換器およびマイクロコンピュータ等で構成され、赤外線センサ４の出力、赤外線センサ５の出力、差分処理回路７の出力を参照して、被加熱物１の温度や天板２の温度を算出する。

図２は、天板２の分光透過率特性の一例を示すグラフである。天板２を結晶化ガラスで形成した場合、約０．５μｍ〜約２．６μｍの波長においてほぼ平坦な約９０％の透過率を示し、２．６μｍ付近から降下して２．９μｍ付近で約５％の透過率を示し、そこから再び上昇して３．５μｍ付近で約６０％のピークを有する透過率分布を示し、４．５μｍ付近から長波長側においてほぼゼロの透過率を示す。

こうした天板２の分光透過率特性に対して、波長選択フィルタ４１の特性は、天板２の透過率が高い波長域、つまり被加熱物１からの赤外線が多く透過する波長域を含む波長域の光を透過するように設定される。また、波長選択フィルタ５１の特性は、天板２の透過率が０、もしくは０とみなせる波長域、つまり被加熱物１からの赤外線が透過しない波長域の光を透過するように設定される。従って、波長選択フィルタ４１の透過波長域と波長選択フィルタ５１の透過波長域の差分を取ると、天板２の透過率が高い波長域のみが残ることになる。

図２のグラフにおいて、例えば、領域Ａ（波長３．０μｍから長波長側）を波長選択フィルタ４１が透過する波長域に設定し、一方、領域Ｂ（波長４．５μｍから長波長側）を波長選択フィルタ５１が透過する波長域に設定した場合、領域Ａと領域Ｂは上記条件を満たすことになる。そして、領域Ａから領域Ｂの波長域の差分を取ると、天板２の透過率が高い領域Ｃ（波長３．０μｍから波長４．５μｍ）になり、領域Ｂは天板透過率が０とみなせる波長域に相当することになる。

波長選択フィルタ４１，５１は、ロングパスフィルタでもよく、あるいは長波長側のカットオフ波長が同じであるバンドパスフィルタでもよい。バンドパスフィルタの場合、領域Ａと領域Ｂの差分をより精度よく抽出できる点でより好ましい。

図１では、波長選択フィルタ４１を赤外線センサ４と別個に設置する例を示したが、波長選択フィルタ４１を赤外線センサ４に直接蒸着したり接着することによって波長選択効果を付与してもよい。同様に、波長選択フィルタ５１についても赤外線センサ５に直接蒸着したり接着することによって波長選択効果を付与してもよい。

赤外線センサ４，５の周辺には、コイル３などの高温物質も存在し、それらの赤外線が赤外線センサに直接入射したり、天板に反射して入射すると外乱光となる。そこで、こうした外乱光を遮蔽するために、赤外線センサ４，５と天板２の間の空間にハウジング６を設置することが好ましい。ハウジング６は、周辺からの空冷機構、水冷機構、２重構造による断熱構造などを採用することによって、ハウジング６自体の温度上昇を防止してもよい。

図３は、赤外線センサの前方に集光レンズを設置した例を示す。集光レンズ４２は、天板２と赤外線センサ４の間に設置され、集光レンズ５２は、天板２と赤外線センサ５の間に設置され、これによりより広い視野から効率よく赤外線を集光することが可能になる。

また、波長選択フィルタ４１を通過する光が全て赤外線センサ４の受光窓に到達し、波長選択フィルタ５１を通過する光が全て赤外線センサ５の受光窓に到達するように、集光レンズ４２，５２を設計することによって、クロストークが無くなり、分離壁６１を省略することができる。この場合、波長選択フィルタ４１，５１は、集光レンズ４２，５２の入射側および出射側のいずれに配置してもよい。

図４は、波長選択機能を有する集光レンズを設置した例を示す。波長選択フィルタ４１，５１と同等な波長選択特性を有する光学素子を、集光レンズ４２，５２に直接蒸着したり接着することによって、波長選択フィルタ４１，５１と同じ機能を集光レンズ４２，５２に付与できる。この場合、集光レンズ４２を通過する光が全て赤外線センサ４の受光窓に到達し、集光レンズ５２を通過する光が全て赤外線センサ５の受光窓に到達するように、集光レンズ４２，５２を設計することによって、クロストークが無くなり、分離壁６１を省略することができる。

次に、温度計測動作について説明する。図５は、赤外線の経路を示す説明図である。被加熱物１および天板２は、コイル３の通電によって誘導加熱されると、個々の部材の温度および放射率に応じた赤外線を放射する。被加熱物１が放射し、天板２を透過した被加熱物赤外線９０１および、天板２自体が放射する天板赤外線９０２が、赤外線センサ４，５に到達する。その他に、天板２より下面のコイル側で発生した赤外線が天板２で反射されて赤外線センサに到達する反射外光赤外線９１２および、コイル３などから発生した外光が直接もしくは天板以外で反射して赤外線センサに到達する外光赤外線９１３が存在している。

これらの赤外線のうち、反射外光赤外線９１２および外光赤外線９１３は、ハウジング６によって遮断され、赤外線センサ４，５には入射しない。一方、被加熱物赤外線９０１および天板赤外線９０２だけが波長選択フィルタ４１，５１を透過して、赤外線センサに４，５に入射する。

まず、波長選択フィルタ５１を通る経路を考える。波長選択フィルタ５１は、天板の透過率が０もしくは０とみなせる波長域の赤外線のみを選択して透過させるため、被加熱物赤外線９０１は透過せず、赤外線センサ５では天板赤外線９０２のみが検出される。即ち、図２のグラフにおいて領域Ｂの波長域に存在する赤外線が赤外線センサ５によって検出される。

次に、波長選択フィルタ４１を通る経路を考える。波長選択フィルタ４１の透過波長域は、天板透過率が高い波長域を含むので、被加熱物赤外線９０１と天板赤外線９０２の両方が赤外線センサ４で検出される。即ち、図２のグラフにおいて領域Ａの波長域に存在する赤外線が赤外線センサ４によって検出される。

次に、図１に示す差分処理回路７は、赤外線センサ４の出力と赤外線センサ５の出力の差分を出力する。この差分は、波長選択フィルタ４１に含まれる天板の透過率が高い領域（図２では、領域Ｃに相当）からの出力に相当するため、被加熱物赤外線９０１が多く含まれている。

次に、図１に示す温度算出手段８は、差分処理回路７からの出力に基づいて被加熱物１の温度を算出するとともに、赤外線センサ５からの出力に基づいて天板２の温度を算出する。

このように本実施形態では、サーミスタなどの接触式温度センサを設置することなく、赤外線センサ４，５のみの使用によって天板２の温度および被加熱物１の温度を計測することが可能になる。

実施の形態２．
図６は、波長選択フィルタ４１，５１の組合せの他の例を示す説明図である。天板２の分光透過率特性（実線）は図２と同等であるが、本実施形態では、波長選択フィルタ４１の特性は、天板２の透過率が高い波長域、つまり被加熱物１からの赤外線が多く透過する波長域を含む波長域の光を透過するように設定される。また、波長選択フィルタ５１の特性は、波長選択フィルタ４１の波長域に加えて、天板２の透過率が０、もしくは０とみなせる波長域、つまり被加熱物１からの赤外線が透過しない波長域の光を透過するように設定される。従って、波長選択フィルタ４１の透過波長域と波長選択フィルタ５１の透過波長域の差分を取ると、天板２の透過率が低い波長域のみが残ることになる。

図６のグラフにおいて、例えば、領域Ａ（波長２．８μｍから短波長側）を波長選択フィルタ４１が透過する波長域に設定し、一方、領域Ｂ（波長３．０μｍから短波長側）を波長選択フィルタ５１が透過する波長域に設定した場合、領域Ａと領域Ｂは上記条件を満たすことになる。そして、領域Ｂから領域Ａの波長域の差分を取ると、天板２の透過率が低い領域Ｃ（波長２．８μｍから波長３．０μｍ）になり、領域Ｃは天板透過率が０とみなせる波長域に相当することになる。

波長選択フィルタ４１，５１は、ショートパスフィルタでもよく、あるいは短波長側のカットオフ波長が同じであるバンドパスフィルタでもよい。バンドパスフィルタの場合、領域Ａと領域Ｂの差分をより精度よく抽出できる点でより好ましい。

こうした構成において、波長選択フィルタ４１の透過波長域は、天板透過率が高い波長域を含むので、被加熱物赤外線９０１と天板赤外線９０２の両方が赤外線センサ４で検出される。即ち、図６のグラフにおいて領域Ａの波長域に存在する赤外線が赤外線センサ４によって検出される。

一方、波長選択フィルタ５１は、波長選択フィルタ４１の透過波長域に加えて、天板の透過率が０もしくは０とみなせる波長域の赤外線も透過させる。即ち、図２のグラフにおいて領域Ｂの波長域に存在する赤外線が赤外線センサ５によって検出される。

次に、図１に示す差分処理回路７は、赤外線センサ４の出力と赤外線センサ５の出力の差分を出力する。この差分は、波長選択フィルタ５１に含まれる天板の透過率が低い領域（図６では、領域Ｃに相当）からの出力に相当するため、天板赤外線９０２が多く含まれている。

次に、図１に示す温度算出手段８は、差分処理回路７からの出力に基づいて天板２の温度を算出するとともに、赤外線センサ４からの出力に基づいて被加熱物１の温度を算出する。

本実施形態では、実施の形態１と比べて、天板赤外線９０１の赤外線量が多くなり、温度算出精度は高くなる可能性がある。ただし、領域Ａと領域Ｂの差分は、天板透過率は完全に０ではないため、温度算出精度は低くなる可能性がある。また、この結晶化ガラスの分光透過率特性の場合、短波長側に天板透過率が高い領域があるため、より高温領域の検出に適している。例えば、図２および図６に示す分光透過率特性を有する結晶化ガラスを用いた場合にはこのような違いがあるため、天板の材質、温度検出範囲などに応じて実施の形態１と実施の形態２を使い分ければよい。

このように本実施形態では、サーミスタなどの接触式温度センサを設置することなく、赤外線センサ４，５のみの使用によって天板２の温度および被加熱物１の温度を計測することが可能になる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３を示す構成図である。本実施形態は、実施の形態１とほぼ同様な構成を有するが、差分処理回路７を省略している。

図８は、波長選択フィルタ４１，５１の組合せのさらに他の例を示す説明図である。天板２の分光透過率特性（実線）は図２と同等であるが、本実施形態では、波長選択フィルタ４１の特性は、天板２の透過率が高い波長域、つまり被加熱物１からの赤外線が多く透過する波長域を含む波長域の光を透過するように設定される。また、波長選択フィルタ５１の特性は、天板２の透過率が０、もしくは０とみなせる波長域、つまり被加熱物１からの赤外線が透過しない波長域の光を透過するように設定される。

図８のグラフにおいて、例えば、領域Ａ（波長２．８μｍから波長４．５μｍ）を波長選択フィルタ４１が透過する波長域に設定し、一方、領域Ｂ（波長５．５μｍから波長６．５μｍ）を波長選択フィルタ５１が透過する波長域に設定している。こうした波長選択フィルタ４１，５１は、バンドパスフィルタとなる。

こうした構成において、波長選択フィルタ４１の透過波長域は、天板透過率が高い波長域を含むので、被加熱物赤外線９０１と天板赤外線９０２の両方が赤外線センサ４で検出される。即ち、図８のグラフにおいて領域Ａの波長域に存在する赤外線が赤外線センサ４によって検出される。

一方、波長選択フィルタ５１は、天板の透過率が０もしくは０とみなせる波長域の赤外線のみを選択して透過させるため、被加熱物赤外線９０１は透過せず、赤外線センサ５では天板赤外線９０２のみが検出される。即ち、図８のグラフにおいて領域Ｂの波長域に存在する赤外線が赤外線センサ５によって検出される。

次に、図７に示す温度算出手段８は、赤外線センサ４の出力および赤外線センサ５の出力に基づいて被加熱物１の温度および天板２の温度を算出する

本実施形態では、実施の形態１，２と比べて、天板透過率が高い領域、もしくは０の領域を算出するための差分を取る必要が無いために、差分処理回路７を必要しない。さらに、波長選択フィルタ４１，５１の透過領域の個体ばらつきの影響による影響を受けにくく、実施の形態１、２よりも天板もしくは被加熱物の温度がより精度よく算出できる可能性がある。

このように本実施形態では、サーミスタなどの接触式温度センサを設置することなく、赤外線センサ４，５のみの使用によって天板２の温度および被加熱物１の温度を計測することが可能になる。

１ 被加熱物、 ２ 天板、 ３ コイル、 ４，５ 赤外線センサ、
４１，５１ 波長選択フィルタ、 ６ ハウジング、 ６１ 分離壁、
７ 差分処理回路、 ８ 温度算出手段。

Claims (7)

1. 被加熱物を支持するための天板と、
   被加熱物を誘導加熱するためのコイルと、
   被加熱物から放射されて天板を透過した赤外線および、天板自体から放射される赤外線を受光するための第１赤外線センサおよび第２赤外線センサと、
   天板と第１赤外線センサの間に設置され、第１波長域の赤外線を選択的に透過させる第１波長選択フィルタと、
   天板と第２赤外線センサの間に設置され、第１波長域とは異なる第２波長域の赤外線を選択的に透過させる第２波長選択フィルタと、
   第１赤外線センサの出力と第２赤外線センサの出力との差分を出力する差分処理回路と、
   第１赤外線センサまたは第２赤外線センサの出力に基づいて、被加熱物および天板のいずれか一方の温度を算出するとともに、差分処理回路の出力に基づいて、被加熱物および天板の他方の温度を算出するための温度算出手段とを備えることを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 天板は、高透過率波長領域および低透過率波長領域を含む分光透過率特性を有する材料で形成されており、
   第１波長域は、高透過率波長領域および低透過率波長領域の両方を有し、
   第２波長域は、第１波長域と比べて高透過率波長領域の一部を欠いていることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
3. 天板は、高透過率波長領域および低透過率波長領域を含む分光透過率特性を有する材料で形成されており、
   第２波長域は、高透過率波長領域および低透過率波長領域の両方を有し、
   第１波長域は、第２波長域と比べて低透過率波長領域の一部を欠いていることを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
4. 被加熱物を支持するための天板と、
   被加熱物を誘導加熱するためのコイルと、
   被加熱物から放射されて天板を透過した赤外線および、天板自体から放射される赤外線を受光するための第１赤外線センサおよび第２赤外線センサと、
   天板と第１赤外線センサの間に設置され、第１波長域の赤外線を選択的に透過させる第１波長選択フィルタと、
   天板と第２赤外線センサの間に設置され、第１波長域とは異なる第２波長域の赤外線を選択的に透過させる第２波長選択フィルタと、
   第１赤外線センサの出力および第２赤外線センサの出力に基づいて被加熱物の温度および天板の温度を算出するための温度算出手段とを備えることを特徴とする誘導加熱調理器。
5. 天板は、高透過率波長領域および低透過率波長領域を含む分光透過率特性を有する材料で形成されており、
   第１波長域は、高透過率波長領域を有し、
   第２波長域は、低透過率波長領域を有することを特徴とする請求項４記載の誘導加熱調理器。
6. 第１および第２波長選択フィルタならびに第１および第２赤外線センサの周辺を覆い、外光を遮断するための遮光部材と、
   遮光部材内に設けられ、第１赤外線センサに到達する赤外線と第２赤外線センサに到達する赤外線とを分離するための分離壁とをさらに備えることを特徴とする請求項１または４記載の誘導加熱調理器。
7. 天板と第１赤外線センサの間に設置された第１集光レンズと、
   天板と第２赤外線センサの間に設置された第２集光レンズとをさらに備えることを特徴とする請求項１または４記載の誘導加熱調理器。