JP2012038442A

JP2012038442A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2012038442A
Application number: JP2010174985A
Authority: JP
Inventors: Seiji Yamada; 清司山田; Atsushi Kimihira; 淳公平; Tetsuya Shoji; 哲也庄子
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2010-08-04
Filing date: 2010-08-04
Publication date: 2012-02-23

Abstract

【課題】トッププレート上の鍋の温度を精度良く検出することができるようにする。
【解決手段】本体の上部に設け鍋５０１を載置するトッププレート２と、トッププレート２の下方に設け鍋５０１から放射される赤外線を通す導光筒５０８を有して鍋５０１を加熱する加熱コイルユニットと、加熱コイルユニットの下方に設け導光筒５０８を通して鍋５０１の鍋底から放射する赤外線を受光する赤外線センサ１２と、加熱コイルユニットの下方に設け導光筒５０８を通して鍋５０１の鍋底の反射率を測定する反射型フォトインタラプタ２２と、を備えた誘導加熱調理器において、導光筒５０８は、トッププレート２側の上端に下端より広く開口する傾斜部５０８ｅを備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は、トッププレート上の鍋の温度を精度良く検出することができる誘導加熱調理器に関するものである。

特許文献１の図３，図４に示すように、従来の誘導加熱調理器には、誘導加熱コイルの中央部に円筒状の空洞を設け、該円筒状の空洞の下部に、鍋温度検出装置と反射型フォトインタラプタを隣接して配置している。

そして、前記鍋温度検出装置のサーモパイルで鍋から放射する赤外線を受光し、前記反射型フォトインタラプタで検出した鍋の反射率から、鍋から放射される赤外線の放射率を算出し、前記鍋温度検出装置で検出した赤外線を前記放射率で補正して、鍋の正確な温度を算出する誘導加熱調理器がある。

特開２００９−２９５４５６号公報

上記した誘導加熱調理器（特許文献１）においては、輸送や設置時の強い衝撃によって、バネによってトッププレートに押さえつけている円筒状の空洞を備えたコイルベースの位置ズレを生じる課題がある。

円筒状の空洞の位置ズレによって反射型フォトインタラプタに内蔵された赤外線ＬＥＤから発光され鍋の鍋底に到達する赤外線量、鍋の鍋底で発射して前記反射型フォトインタラプタに内蔵された赤外線フォトトランジスタに受光する赤外線量に変化を生じ、反射率の測定に誤差を発生する課題がある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、本体と、該本体の上部に設け鍋を載置するトッププレートと、該トッププレートの下方に設け前記鍋から放射される赤外線を通す導光筒を有して前記鍋を加熱する加熱コイルユニットと、該加熱コイルユニットの下方に設け前記導光筒を通して前記鍋の鍋底から放射する赤外線を受光する赤外線センサと、前記加熱コイルユニットの下方に設け前記導光筒を通して前記鍋の鍋底の反射率を測定する反射型フォトインタラプタと、を備えた誘導加熱調理器において、前記導光筒は、前記トッププレート側の上端に下端より広く開口する傾斜部を備えたものである。

本発明によれば、反射型フォトインタラプタで赤外線を発光して受光する過程において、導光筒内面の傾斜部で、反射率を測定するのに不要な赤外線を赤外線受光素子で受光しない方向に導反射するため、導光筒の位置が多少ずれても鍋底の反射率を正確に測定することができる。

一実施例の誘導加熱調理器の外観斜視図である。一実施例の誘導加熱調理器の加熱コイルユニットの上面図である。一実施例の誘導加熱調理器の鍋加熱制御システムの機能ブロック図である。一実施例の誘導加熱調理器の導光筒と赤外線センサモジュールの図１のＣＣ断面図である。一実施例の誘導加熱調理器の反射型フォトインタラプタの発光と受光を表した説明図である。

本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は誘導加熱調理器の外観斜視図である。図１において、１は誘導加熱調理器の本体である。トッププレート２は耐熱性の高い結晶化ガラス製で、本体１の上面に水平に配置され、鉄等の磁性体又はアルミ等の非磁性体よりなる鍋５０１（図３）等の金属負荷を載置するものである。このトッププレート２は、４μｍ以下の波長の赤外線を透過し、それより長い波長の赤外線をカットする光学特性を有する。３ａ〜３ｃは本体１の上部に配置された３つの加熱部で、トッププレート２上に載置された鍋５０１を誘導加熱する加熱コイル２０９（図２）を各々の下方に有するものである。３１ａ〜３１ｃは赤外線透過領域で鍋底が放射した赤外線をトッププレート２の下方に透過する。尚、ここでは加熱部を３つとしたが、加熱部は１つまたは２つであっても良い。

吸気口４は、本体１の後部において上方に向けて開口しており、本体１内部の制御部（図示せず）に冷却風を取り入れるものである。排気口５は、本体１の後部において上方に向けて開口しており、本体１内部を冷却した排気を排出するものである。本実施例では、吸気口４を本体１後部の右側に、排気口５を左側に配置している。グリル加熱部６は本体１の前面左部に設けられている。

７ａ〜７ｃは操作部で、本体１の上面側に設けられた、加熱部３ａ〜３ｃの加熱の設定，操作を行うものである。８ａ〜８ｃは表示部で、トッププレート２の前面側上部に設けられ、出力制御基板（図示せず）と連動して加熱部３ａ〜３ｃの通電の状態を表示するものである。

図２は加熱部３ａの下方にある加熱コイルユニット２００の上面図である。加熱コイル２０９は、同心円状に同一平面上に設けられた内周側加熱コイル２０１と外周側加熱コイル２０２で構成されている。内周側加熱コイル２０１の外端と外周側加熱コイル２０２の内端が電気的に接続されており同方向の電流が両コイルに流れる。本実施例において、内周側加熱コイル２０１はコイル中心からの距離約３０〜４５mmに設けられているものとし、外周側加熱コイル２０２はコイル中心からの距離約５５〜９０mmに設けられているものとする。

コイルベース２０３は加熱コイル２０９を保持するものである。コイルベース２０３は導光筒５０８を一体成形で構成する。導光筒５０８は、コイル中心からの距離４５〜５５mmに設けられ、鍋５０１の底から放射される赤外線を、下方に設けた後記の赤外線センサモジュール４０７に導くものである。

２０５〜２０８はサーミスタ（接触式温度センサ）でトッププレート２の下面の温度を測定する。

図３は、鍋加熱制御システムを示す機能ブロック図である。図３において、５０１は被加熱物である鍋である。５０２は温度検出回路で、赤外線センサモジュール４０７とサーミスタ２０５〜２０８の出力に基づいて鍋５０１の温度を算出する。２６は放射率算出回路で、赤外線センサモジュール４０７の出力に基づいて鍋５０１の放射率を算出する。５０３は制御回路で、温度検出回路５０２が算出した温度を放射率算出回路２６の出力に基づいて補正し、補正した温度に応じて高周波電力供給回路４０５を制御し加熱コイル２０９に供給する電力を制御する。５０８は導光筒で、鍋５０１が放射する赤外線を下方の赤外線センサモジュール４０７に導くとともに、加熱コイル２０９から放射される赤外線が赤外線センサモジュール４０７に入射されるのを防ぐものである。

次に、図４を用いて、赤外線センサモジュール４０７と導光筒５０８の詳細を説明する。図４は、赤外線センサモジュール４０７近傍の断面図である。図４に示すように、赤外線センサモジュール４０７は以下の構成である。樹脂ケース１６の上方には開口部１４を設けている。樹脂ケース１６の外郭は、開口部１４を除いて防磁ケース１３で覆っている。開口部１４には窓材１５が設けられている。樹脂ケース１６の内部には、熱型赤外線検出回路１３１と、反射率検出回路１３２と、プリント配線板２７を備えている。

樹脂ケース１６の開口部１４は窓材１５によって封鎖されている。そのため、赤外線センサモジュール４０７内部の熱型赤外線検出回路１３１，反射率検出回路１３２には冷却風が直接当たることはない。すなわち、この構成により、冷却風が熱型赤外線検出回路１３１，反射率検出回路１３２に与える影響を低減している。

また、樹脂ケース１６を熱伝導率の低い樹脂で構成することによって、赤外線センサモジュール４０７内部の温度が急激に変化するのを防止している。すなわち、この構成により、熱型赤外線検出回路１３１，反射率検出回路１３２の温度が伝熱によって急変化するのを防止している。樹脂ケース１６の内側には、複数のリブ１６ａが設けられて、樹脂ケース１６に落とし込んで配置するプリント配線板２７を支えている。

さらに、窓材１５には、高温となったトッププレート２と導光筒５０８，加熱コイル２０３などから発せられる昇温効果の高い波長の赤外線（４μｍ以上）をカットする光学特性を窓材１５に持たせている。そのため、昇温効果の高い波長の赤外線が赤外線センサモジュール４０７内部に進入するのを防止している。すなわち、この構成により、熱型赤外線検出回路１３１，反射率検出回路１３２の温度が昇温効果の高い波長の赤外線によって急変化するのを防止している。なお、本実施例では、トッププレート２の赤外線透過特性と窓材１５の赤外線透過特性を同一とした。

さらに、防磁ケース１３を非磁性体のアルミ製にすることによって、赤外線センサモジュール４０７内部に侵入する電磁気的ノイズを低減し、防磁ケース１３が受ける輻射熱を放熱しやすい構成とした。

このような構成を採ることにより、赤外線検出回路１３１，反射率検出回路１３２は、冷却風や周辺温度の急激な変化と、昇温効果の高い波長の赤外線の影響や電気的なノイズ
の悪影響を小さくすることができる。よって、調理温度１５０℃から３００℃の広い温度範囲において、精度の高い信号を出力することができ、鍋５０１の温度を正確に測定することができる。

次に、赤外線センサモジュール４０７における信号検出を説明する。鍋５０１の底面から放射される赤外線は、トッププレート２，導光筒５０８，窓材１５を介して、熱型赤外線検出回路１３１に届く。また、反射率検出回路１３２が発光する赤外線は、窓材１５，導光筒５０８，トッププレート２を介して鍋５０１に届く。反射率検出回路１３２から発せられた赤外線は鍋５０１で反射し、再びトッププレート２，導光筒５０８，窓材１５を介して反射率検出回路１３２に戻る。つまるところ、熱型赤外線検出回路１３１にも、反射率検出回路１３２にも、トッププレート２，窓材１５の両方を経由した赤外線が届くことが分かる。

次に、本実施例で使用する結晶化ガラスから構成したトッププレート２と窓材１５の赤外線透過特性について説明する。使用するトッププレート２と窓材１５は、赤外線の波長が約０.５〜２.６μｍの帯域で透過率が約８０％を超える。また、波長が約０.４２〜２.７μｍ及び約３.２〜４μｍで透過率が約３０％以上であり、波長が約０.４２μｍ以下、約２.７〜３.２μｍ及び約４μｍ以上では透過率が約３０％に満たない。そのため、１００℃〜２００℃の鍋５０１が放射するピーク波長の赤外線の大部分は結晶化ガラス製のトッププレート２及び窓材１５を透過する。そして赤外線センサモジュール４０７内の赤外線センサ１２（本実施例ではサーモパイルを使用）へ向かうことができる。一方で、鍋５０１が放射する赤外線のうち昇温効果の高い４μｍ以上の波長の大部分はトッププレート２でカット（遮断）される。そのため本体１内部が昇温効果の高い赤外線により温められるのを防止することができる。

次に、熱型赤外線検出回路１３１を詳細に説明する。熱型赤外線検出回路１３１は、鍋５０１の底面から放射される赤外線を検知する赤外線センサ１２と、赤外線センサ１２の出力を増幅するアンプ２１で構成されている。本実施例では赤外線センサ１２にサーモパイルを使用している。赤外線センサ１２に届く赤外線エネルギは微弱である。そこで、赤外線センサ１２とアンプ２１を一体化することで、赤外線センサ１２，アンプ２１間での電磁気的ノイズ混入を低減できる。そして、ノイズの混入の少ない信号をアンプ２１で５０００〜１００００倍に増幅した後に出力することで、Ｓ／Ｎ比の良い信号を熱型赤外線検出回路１３１から出力している。

ここで、本実施例に使用する赤外線センサ１２（サーモパイル）の原理について説明する。赤外線センサ１２（サーモパイル）は受光した熱等の赤外線エネルギに比例した電圧を出力するもので、熱電対を直列あるいは並列に接続したものである。このため、鍋の温度が上昇すると鍋底からの赤外線放射強度も強くなり、赤外線センサ１２（サーモパイル）が受光する赤外線エネルギ量が増え、赤外線センサ１２（サーモパイル）の出力信号電圧が高くなる。一般に、物体の放射する赤外線エネルギはその物体の絶対温度の４乗に比例するというステファン・ボルツマンの法則があり、温度が高くなればなるほど加速度的に大きな赤外線エネルギを放射する。すなわち、赤外線センサ１２（サーモパイル）を用いて単位面積当たりの放射量Ｗを知ることができれば放射物体の絶対温度を算出できる。

次に、反射率検出回路１３２を詳細に説明する。反射率検出回路１３２は、反射型フォトインタラプタ２２の赤外線発光素子２０と赤外線受光素子１９で構成されている。赤外線発光素子２０の内部に納められた砲弾状の発光部２０ｂが発光し、上部に配置された開口部２０ａから放たれた光は放射状に広がる。赤外線受光素子１９にも上部に開口部１９ａを配置され、内部に奥まって砲弾状の受光部１９ｂを配置し、横からの光を受光し難い構造にしている。光は面に対して入射角と反射角が等しく反射する。赤外線発光素子２０は、例えば、発光波長９３０ｎｍの赤外線ＬＥＤである。赤外線受光素子１９は、例えば、ピーク感度波長が８００ｎｍであって、波長９３０ｎｍにおける感度がピーク感度の８０％のフォトトランジスタである。赤外線発光素子２０が発光した赤外線は鍋５０１で反射し、赤外線受光素子２０に戻る。赤外線受光素子２０では、受光した赤外線量に比例した電圧が発生し、電圧値から受光した赤外線量を知ることができる。つまり、反射率検出回路１３２は、赤外線発光量と赤外線受光量の比から鍋５０１の反射率ρを検出することができる。なお、赤外線発光素子２０の発光波長として９３０ｎｍを採用したのは、トッププレート２、窓材１５を透過する波長の赤外線であるとともに、鍋５０１が放射する赤外線にほとんど含まれない波長の赤外線だからである。従って、赤外線受光素子１９が受ける９３０ｎｍの赤外線は鍋５０１で反射した赤外線であると判断でき、この赤外線に基づいて鍋５０１の反射率を正確に検出することができる。

ここで、反射率検出回路１３２が求めた反射率に基づいて放射率算出回路２６が放射率を算出する方法を説明する。温度Ｔの金属物質の表面から放射される赤外線エネルギ（Ｅ＝εσＴ⁴）の放射率εと表面の反射率ρの間にはキルヒホフの法則により式（ε＋ρ＝１）が成立する（但し、透過率α＝０とする）。すなわち、鍋５０１の反射率ρを知ることができれば、鍋５０１の放射率εを算出できることが分かる。

放射率εが異なる場合、同じ温度であっても、放射する赤外線エネルギが異なるので、熱型赤外線検出回路１３１内の赤外線センサ１２が検出した赤外線エネルギからは鍋５０１の温度を一義的に求めることができないという問題がある。この問題を解消するため、制御回路５０３は、温度検出手段１３１により出力された電圧を温度検出回路５０２により鍋底の温度を算出するときに、放射率算出回路２６が算出した放射率εを用いて補正する。よって、反射率ρが異なる鍋５０１を用いたときであっても、適切に鍋底温度を検出する。従って、制御回路５０３は、放射率εを用いて補正した鍋底温度に基づいて加熱コイル２０９に供給する電力を好適に制御することができる。

次に、導光筒５０８の構造について説明する。導光筒５０８は図２に示すように上面から見て略小判型の筒である。図４は図１のＣＣ断面であるため、略小判型の導光筒５０８の長手方向の断面を示している。

前記したように導光筒５０８はコイルベース２０３と一体成形で構成している。導光筒５０８は、上端５０８ｃを加熱コイル２０９より上方に突き出した位置に設け、下端５０８ａはコイルベース２０３より下方に固定している赤外線センサモジュール４０７に達し、下端５０８ａと赤外線センサモジュール４０７との間に冷却風が流入するように隙間を設けている。また、導光筒５０８は、下端５０８ａに比べ上端５０８ｃは広く開口した筒状の形状をしている。図ではコイル載置面２０３ａ付近から上端５０８ｃに向かって傾斜部５０８ｅを設けて広がり、コイル載置面２０３ａ付近より下端５０８ａまでは略垂直の寸胴部５０８ｄとなっている。

次に、本実施例の動作を説明する。図５は反射型フォトインタラプタ２２による発光と受光の説明図である。ここでは本実施例の動作を反射型フォトインタラプタ２２と導光筒５０８の関係で説明する。反射型フォトインタラプタ２２を含む反射率検出回路１３２の動作については、上記にあるので省略する。

ここで、発光した光を３０ａ〜３０ｄで表し、夫々の光の反射について以下説明する。光３０ａは、赤外線発光素子２０から発光される指向性の高い部分の光で、トッププレート２上の鍋５０１で反射して赤外線受光素子１９で受光し、鍋５０１の反射率を測定するのに使用される光である。

光３０ｂ〜３０ｄは、赤外線発光素子２０から発光される指向性の高い部分の周りから発光される光で、この部分の光は鍋５０１の反射率の測定に使用しない光である。

図に示すように、反射率を測定するのに使用される光３０ａは、導光筒５０８の形状や位置ズレに関係なく確実に反射率を測定可能である。

その他の光３０ｂは、赤外線発光素子２０からトッププレート２上の鍋５０１で反射して、導光筒５０８の寸胴部５０８ｄで反射して赤外線受光素子１９で受光されない光である。光３０ｃは、赤外線発光素子２０からトッププレート２上の鍋５０１で反射して、導光筒５０８の傾斜部５０８ｅで反射して赤外線受光素子１９で受光されない光である。光３０ｄは、赤外線発光素子２０から寸胴部５０８ｄで反射してトッププレート２上の鍋５０１で反射して、傾斜部５０８ｅで反射して、赤外線受光素子１９で受光されない光である。

鍋５０１の温度は、前記したように、反射率検出回路１３２によって鍋５０１の放射率を算出して赤外線センサ１２による検出した赤外線を補正して温度を求めている。そのため、赤外線発光素子２０から赤外線受光素子１９へ直接入射して受光する光３０ａが最も好ましい。その点、上部の傾斜部５０８ｅはトッププレート２の近傍で傾斜がついているので、トッププレート２の多方向から入射する光を横方向に反射して、赤外線受光素子１９に入射させない働きをしている。

上記した本実施例によれば、反射型フォトインタラプタ２２で赤外線を発光して受光する過程において、導光筒５０８内面の傾斜部５０８ｅで、反射率を測定するのに不要な赤外線を赤外線受光素子１９で受光しない方向に導反射するため、導光筒５０８の位置が多少ずれても鍋底の反射率を正確に測定することができる。

１本体
２トッププレート
１２赤外線センサ
１９赤外線受光素子
２０赤外線発光素子
２２反射型フォトインタラプタ
２００加熱コイルユニット
４０７赤外線センサモジュール
５０１鍋
５０８導光筒
５０８ａ下端
５０８ｃ上端
５０８ｅ傾斜部

Claims

本体と、該本体の上部に設け鍋を載置するトッププレートと、該トッププレートの下方に設け前記鍋から放射される赤外線を通す導光筒を有して前記鍋を加熱する加熱コイルユニットと、該加熱コイルユニットの下方に設け前記導光筒を通して前記鍋の鍋底から放射する赤外線を受光する赤外線センサと、前記加熱コイルユニットの下方に設け前記導光筒を通して前記鍋の鍋底の反射率を測定する反射型フォトインタラプタと、を備えた誘導加熱調理器において、前記導光筒は、前記トッププレート側の上端に下端より広く開口する傾斜部を備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。