JP2013191300A

JP2013191300A - 誘導加熱調理器

Info

Publication number: JP2013191300A
Application number: JP2012054773A
Authority: JP
Inventors: Tomoaki Kato; 智明加東; Motoki Masaki; 元基正木; Katsuya Jinno; 勝也神野; Takeshi Araki; 健荒木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-26

Abstract

【課題】トッププレートの強度、良好なシーリング性能、および表面の平滑性を保ちながら、調理器具の温度を正確に、かつその変化を迅速に測定できる誘導加熱調理器を実現する。
【解決手段】トッププレート１０と該トッププレート１０の加熱領域の上に載置された調理容器３を誘導加熱する加熱コイル２１とを備えた誘導加熱調理器であって、トッププレート１０が、加熱領域１１に開口部１５を有するセラミック材料からなるプレート２と、先端の位置がプレート２の上面と同等の高さとなるように開口部１５に固定された温度センサー４と、温度センサー４の先端とプレート２の上面とを連続して覆うコーティング層４とを備え、温度センサー４を覆う第１のコーティング層１の熱伝導率がプレート２の熱伝導率に比べて高い誘導加熱調理器とした。
【選択図】図３

Description

本発明は、温度センサーにより調理器具の加熱状態を測定する誘導加熱式の調理器に関するものである。

電磁誘導加熱（ＩＨ）を利用する誘導加熱調理器では、トッププレート直下に設けられたコイルを用いて磁界を発生させ、トッププレート上の鍋等の調理器具に電磁誘導を生じさせて調理器具を加熱する。これら誘導加熱調理器は、火あるいは可燃ガスを使わずに加熱できるという長所があることから、特に高齢者あるいは幼児がいる家庭においては、火災予防等の観点で非常に有用で安全な機器であり、現在ではオール電化の浸透も相まって広く普及しつつある。

誘導加熱調理器において、調理器具の温度を正確に、かつ温度変化を迅速に測定することは、調理器具の空だき防止等の安全性確保、あるいは、温度制御による調理方法の高度化という観点から、非常に重要である。

従来の誘導加熱調理器における調理器具の測温方法としては、例えば特許文献１、特許文献２で示すような赤外線で非接触に調理器具の温度を測定する方法が示されている。また特許文献３には、トッププレートに開口部を設け、伝熱部材を挿入し、その周りをシーリングすることで吹きこぼれのプレート裏面への回り込みを防ぎ、調理器具の測温を精度良く測定する方法が示されている。さらに特許文献４では、トッププレートに集熱板を設置し、集熱板の温度を温度センサーなどで検知する方法が開示されている。さらに特許文献５では、トッププレート全体あるいは、トッププレートの一部で、温度センサーに近接する部分のみ、熱伝導率に優れたカーボンセラミックスで構成される方法が開示されている。

特開２００４−２２７９７６号公報特開２００８−１１７７８３号公報特開平２−１６２６７７号公報特開２００２−７５６１８号公報実開平６−４１０９２号公報

しかしながら、上記従来の測温方法、例えば特許文献１、特許文献２で示された赤外線を使い、非接触で調理器具の温度を測定する方法では、特に加熱器具が１００℃以下の比較的低温の領域で、精度良く測定することが困難である。また特許文献３で示された、伝熱部材を開口部に挿入する方法では、ガラストッププレートに開口部を設けることによりプレート強度が低下して、耐熱衝撃性が低下する可能性があった。また、伝熱部材のシーリングには耐熱性、耐油性が要求されるため、十分に信頼性の高いシーリング部材を提供することが困難であった。また、特許文献４で示された方法では、集熱板をプレート表面に設けることにより、トッププレートに段差が生じ、誘導加熱調理器トッププレート表面の平滑性が失われ、誘導加熱調理器の大きな特徴の１つである清掃のしやすさが失われる問題があった。また、特許文献５のように、トッププレートの一部をカーボンセラミックスとする場合、特許文献３と同様に、ガラスのトッププレートに開口部を設ける必要があり、プレート強度や耐熱衝撃性が低下するとともに、信頼性の高い伝熱部材のシーリングが困難という問題があった。

そこで、本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、トッププレートの強度、良好なシーリング性能、および表面の平滑性を保ちながら、調理器具の温度を正確に、かつその変化を迅速に測定することにより、温度制御性を向上した誘導加熱調理器を実現することを目的とする。

本発明の誘導加熱調理器は、トッププレートと該トッププレートの加熱領域の上に載置された調理容器を誘導加熱する加熱コイルとを備えた誘導加熱調理器であって、前記トッププレートが、前記加熱領域に開口部を有するセラミック材料からなるプレートと、先端の位置が前記プレートの上面と同等の高さとなるように前記開口部に固定された温度センサーと、前記温度センサーの前記先端と前記プレートの前記上面とを連続して覆う第１のコーティング層と、を備え、前記第１のコーティング層の熱伝導率が前記プレートの熱伝導率に比べて高いことを特徴とする。

本発明の誘導加熱調理器は、前記トッププレートが、前記加熱領域に開口部が開けられたセラミック材料からなるプレートと、先端の位置が前記プレートの上面と同等の高さとなるように前記開口部に固定された温度センサーと、前記温度センサーの先端と前記プレートの上面とを連続して覆う第１のコーティング層と、を備え、前記第１のコーティング層の熱伝導率が前記プレートの熱伝導率に比べて高いことにより、トッププレートの強度、良好なシーリング性能、および表面の平滑性を保ちながら、調理器具の温度を正確に、かつその変化を迅速に測定できるため、温度制御性が向上する。

本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の外観を示す斜視図である。本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の構成を示す断面図である。本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器のトッププレートの構造を説明する部分断面図である。本発明の実施の形態２の誘導加熱調理器のトッププレートの構造を説明する部分断面図である。本発明の実施の形態３の誘導加熱調理器のトッププレートの構造を説明する部分断面図である。本発明の実施例の誘導加熱調理器の温度制御性能の評価方法について模式的に説明する説明図である。

以下に、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。図面において同様の構成要素には同様の符号を付して、異なる図面で説明した構成要素については適宜説明を省略する。また、図に描かれた各部材の縮尺や形状は実際と異なる場合がある。なお、本発明は以下の記述のみに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更可能である。

＜実施の形態１．＞
図１は本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の外観を示す斜視図である。本実施の形態１の誘導加熱調理器１００は筐体２０の上部に固定されたトッププレート１０を備える。トッププレート１０には金属製の調理器具３が載置されて加熱される加熱領域１１と、加熱領域１１の外側に、ほとんど加熱されない非加熱領域１２とがある。加熱領域１１の中央には調理器具の加熱状態を検出する温度センサーが設置される温度センサー領域１３がある。筐体２０の正面には誘導加熱調理器のＯＮ、ＯＦＦや出力調整、加熱温度の温度設定などを行う操作部２３がある。

図２は本発明の実施の形態１の誘導加熱調理器の内部の構成を説明する断面図である。図は誘導加熱調理器１００の加熱領域１１に調理器具３が載置された状態を示す。トッププレート１０は、加熱領域１１の中央の温度センサー領域１３に開口部を有するセラミックスからなるプレート２と、先端の位置がプレート２の上面と同等の高さとなるように開口部内に固定された温度センサー４と、温度センサー４の先端とプレート２の上面とを連続して覆う電気絶縁性の無機材料からなるコーティング層１と、を備えたユニットである。筐体２０の内部には、トッププレート１０の加熱領域１１の下面に近接して設置されて加熱領域の上に載置された調理容器を誘導加熱する加熱コイル２１、加熱コイルに高周波の交流電流を供給するインバータ回路などを含んだ制御回路２２、筐体の外部に操作面を露出し、この操作面で入力された設定情報を制御回路２２に伝える操作部２３を備える。プレート２の開口部は上面から下面に貫通する穴であり、温度センサー４で測定された信号はこの下面の開口部を経て制御回路２２に伝えられる。制御回路２２は操作部２３の入力情報と温度センサー４の測定信号とから加熱コイル２１に供給する電力を調整する。

加熱コイル２１の上部に位置する領域は磁束密度が高く、この領域に載置した金属製の調理器具３は誘起された渦電流によって加熱される。調理器具３の底面は通常円形であることから、加熱コイル２１は一般にリング状とされ、トッププレート１０の上面において、そのリングを含む円形領域が加熱領域１１として示される。トッププレート１０の上面のうち、加熱コイル２１の上部から離れた領域は磁束密度が低く、加熱コイル２１によって調理器具３がほとんど誘導加熱されない非加熱領域１２となる。なお、円形領域内の加熱コイル２１が複数のコイルを組み合されて構成された場合に、それらのコイル間の隙間の上や、図２の温度センサー領域１３のようにコイルの中心部分の上では磁束密度が低くなる部分があるが、これらの領域も加熱の際に調理器具３が載置される領域内であるので加熱領域１１の一部とする。

トッププレート１０の上面のコーティング層１は、加熱領域１１と非加熱領域１２とでは異なる。加熱領域１１の第１のコーティング層１ａは非加熱領域１２の第２のコーティング層１ｂに比べて熱伝導率が高められている。

図３は本実施の形態１の誘導加熱調理器のトッププレートの構造を説明する部分断面図である。プレート２の開口部１５内の温度センサー４は耐熱接着剤９によって固定されている。プレート２の厚みはたとえば３〜１０ｍｍである。プレート２は開口部１５が形成されても十分な強度を保つために、セラミック粒子が焼結してできた耐熱性の材料からなる。そのような材料として、コージェライト（組成２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２）またはチタン酸アルミニウム（Ａｌ_２ＴｉＯ_５）など熱膨張率が小さいものが好ましい。これらの熱膨張率は概ね２×１０^−６／℃以下と非常に低く、急激な温度変化でも割れが生じにくい。開口部１５のサイズは温度センサー４のサイズ以上であるが、下面側は温度センサー４の細い信号線が通ればよく、開口部１５の下面側を狭められていてもよい。温度センサー４としてはサーミスタや熱電対などを用いることができる。このような温度センサー４はその先端は耐熱ガラスや耐熱管で保護されて、３００℃以上の高温に耐えるものであることが望ましい。温度センサー４のサイズは直径５ｍｍ以下の物を使用することが望ましい。その場合、プレート２の開口部１５を５ｍｍ以下と小さくできるのでプレート２の強度保持の点で望ましく、開口部１５が直径３ｍｍ以下となるとさらに望ましい。開口部１５は温度センサー４のサイズよりもわずかに大きな内径を有し、温度センサー４と開口部１５との隙間は耐熱接着剤９によって埋められている。この耐熱接着剤９は温度センサー４を固定するとともに開口部１５の穴を塞ぐ封止材となっている。耐熱接着剤９の材料としては、３００℃以上の高温に耐えて、かつ熱膨張率がプレート２のセラミック材料と近いものであることが望ましい。

プレート２自体は焼結されたセラミックスからなるため、その表面には焼結によってできた微細な凹凸や粒界の溝が多数あり、その表面のままトッププレートとして使用すると調理で汚れた際に清掃が困難である。そこで表面を比較的滑らかなコーティング層１で覆うことによって清掃を容易とする。コーティング層１には耐熱性が要求されるため、無機材料からなるものを用いる。また、加熱コイル２１による調理器具３の加熱を妨げないように、電気的に絶縁性であることが望ましい。なお、絶縁性の無機材料によって全体として絶縁性が保たれていればよく、その一部に半導体などの粒子が含まれていてもよい。コーティング層１として、たとえばＳｉ−Ｏ結合からなるガラス状のシリカ（ＳｉＯ_２）のマトリックス５の内部に金属酸化物等の粒子を含むものを使用することができる。このようなコーティング層１はゾルゲルプロセスによって作製された前駆体と有機溶媒とを混合したコーティング液をスプレー塗布後に、１８０〜３００℃で加熱することで得ることができる。また、コーティング層１の材料は耐熱性、電気的絶縁性が十分あれば、他の材料であってもよい。上記で述べたシリカ以外にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、チタニア（ＴｉＯ_２）、ジルコニア（ＺｒＯ_２）等の無機材料をベースにしたものでもよい。その材料として、特に液体状の原料を塗布することによって形成されるものが表面の平滑性に優れるので望ましい。コーティング層１の厚みは、２０〜１００μｍなどであり、多層化によってさらに厚膜とされていてもよい。塗布材料で厚膜を形成する場合には作製時にクラックが入りやすいので、薄膜の形成を繰り返して形成すると良い。

以上のように、温度センサー４の先端は薄いコーティング層１によって覆われるだけであり、載置された調理容器３の底面に非常に近接するため、調理容器３の温度変化を迅速に検出することができる。しかしながら、温度センサー４は加熱コイル２１の誘導加熱の影響を受けにくいコイルの中央部に設置されているので、その上部に位置する調理容器３の表面も加熱されにくい。このため、熱伝導率の低い調理容器３などでは、実際に加熱されている温度よりも低い温度を測定してしまうことがある。また、調理容器３の底面の中央部に窪みがあるなどにより、底面と温度センサー４との間の距離が開く場合も同様である。そこで、本実施の形態１では温度センサー４の先端とプレート２の上を連続して覆うコーティング層１の熱伝導性を高めるようにした。

コーティング層１の熱伝導性を高めるため、加熱領域１１における第１のコーティング層１ａに熱伝導率の高いセラミック粒子を熱伝導性フィラー６として含めた。また、コーティング層１の熱膨張率とプレート２の熱膨張率とが大きく異なるとコーティング層１にクラックが入りやすくなる。そこで熱膨張率をプレート２に近づけるために、加熱領域１１の第１のコーティング層１ａおよび非加熱領域１２の第２のコーティング層１ｂには、プレート２の材料と同一材料の粒子や熱膨張率がプレート２の材料と同等または同等以下のセラミック粒子を低膨張率フィラー７として含め、コーティング層１の熱膨張率をプレート２の熱膨張率に近づけるようにした。コーティング層１ａ、１ｂにはこれらの粒子がアルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等の無機材料からなるマトリックス５内に混入している。これにより、コーティング層１にクラックが入りにくくなる。

熱伝導性フィラー６はプレート２の材料やマトリックス５の材料に比べて格段に熱伝導率の高い、少なくとも熱伝導率が２５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料からなるものが好ましい。このような材料としては、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、炭化チタン（ＴｉＮ）、マグネシア（ＭｇＯ）などを用いることができる。なかでも、プレート２に使用される低熱膨張材料であるコージェライト、チタン酸アルミと同等の熱膨張率を有する、窒化珪素または窒化ホウ素の粒子を熱伝導性フィラー６として用いることが望ましい。これらの熱伝導性フィラー６は、０．１μｍ以上、１０μｍ以下の平均粒子径を有し、その添加量は熱伝導性フィラー６が添加されるコーティング層１の体積に対して１５ｖｏｌ．％以上、６０ｖｏｌ．％以下の範囲の体積比率であることが望ましい。平均粒子径が０．１μｍ未満であると、凝集等が起こりやすくなり、コーティング層１に均一に分散させることが困難となる。また、平均粒子径が１０μｍを超えると、コーティング層１の表面平滑性が低下する。また、熱伝導性フィラー５の添加量が、１５ｖｏｌ％未満であれば熱伝導が低下し、６０ｖｏｌ％を超えるとコーティング層１の強度が低下する。このような観点から、熱伝導性フィラー６の添加量はコーティング層１の２０ｖｏｌ．％以上、５０ｖｏｌ．％以下の範囲であるとさらに望ましい。低膨張率のセラミック材料からなるプレート２の熱伝導率は０．９〜１．９Ｗ／ｍ・Ｋ程度である。熱伝導性フィラー６を添加しない第２のコーティング層１ｂの熱伝導率はプレート２の熱伝導率と同等かそれ以下であるが、熱伝導性フィラー６を添加した第１のコーティング層１ａの熱伝導率はプレート２よりも高く、たとえば３Ｗ／ｍ・Ｋ以上である。コーティング層１の熱伝導率はレーザーフラッシュ法などで測定することができる。

低膨張率フィラー７としては、コージェライト、チタン酸アルミ、溶融シリカ、リン酸ジルコニウム（（ＺｒＯ）_２Ｐ_２Ｏ_７）等を用いることができる。耐熱性に優れたアルミナやシリカ等の無機材料をベースに、これらの粒子をフィラーとして添加することで、熱膨張率が低下してトッププレートと同程度の耐熱性、熱衝撃性、耐久性を得ることができる。低膨張率フィラー７の添加量は、コーティング層１の他の成分と総合して低熱膨張が実現されるようにすればよい。熱伝導性フィラー６が添加されない非加熱領域１２のコーティング層１の体積に対して１５ｖｏｌ．％以上、６０ｖｏｌ．％以下の範囲で含まれることが望ましい。一方、加熱領域１１はコーティング層１に熱伝導性フィラー６を含有するため、熱伝導性フィラー６より少ない添加量とするか、または熱伝導性フィラー６自体が低熱膨張率の材料であれば別の材料を低膨張率フィラー７として添加しなくてもよい。

熱伝導性フィラー６は比較的高価な材料であるが、本実施の形態１では加熱領域１１のみに選択的に加えたので、コストの増加を抑制することができる。また、加熱領域１１と非加熱領域１２とでフィラーの成分が異なり、その色調の違いによって加熱領域１１、非加熱領域１２を区別するように表示することも可能である。非加熱領域１２の一部に熱伝導性フィラー６を添加した文字や図形を表示するようにしてもよい。底面が平坦でない調理器具３の温度測定の精度を向上するという観点では、調理器具３ができるだけ接触することができるように熱伝導性フィラー６を添加する領域を広くすることが望ましい。しかしながら、熱伝導性フィラー６を添加する領域は必ずしも加熱領域１１の全面である必要はなく、温度センサー４の上と加熱領域１１のうち加熱コイル２１の磁束密度が高いコイルの巻き線上部の領域とが連続的に覆われる領域となっていればよい。熱伝導性フィラー６の添加領域を少なくすることで、コストの増加を抑制することができる。

熱伝導性フィラー６を含んだ第１のコーティング層１ａは温度センサー４の先端を直接覆うと良く、図３のように開口部１５と温度センサー４の隙間の一部に熱伝導性フィラー６が入りこむようにしてもよい。このようにするとコーティング層１と温度センサー４との接触面積が増して熱伝達が良好となるのでさらによい。温度センサー４の先端の高さはプレート２の上面と完全に一致する必要はなく、わずかに上下にずれていてもよい。表面の平坦性が概ね保たれるようにプレート２の上面と同等程度とすればよい。

次に、本実施の形態１の誘導加熱調理器１００のトッププレート１０の製造方法について述べる。まずセラミック粒子からなる成形体を焼成してプレート１を形成する。成形体の作成にはゲルキャスト成形法や真空成型法などを用いて、開口部１５を焼成前に形成するとよい。この方法によれば、焼成後に開口部１５を機械加工する方法に比べて生産性に優れるとともに、機械加工による強度や耐熱衝撃性の低下を抑制することが出来る。コージェライトやチタン酸アルミニウムなどの主成分に焼結助剤が加えられた成形体は１０００〜１７００℃の温度で焼結することができる。

次にプレート２の開口部１５に温度センサー４を固定する。温度センサー４と耐熱接着剤９と開口部１５に挿入し、温度センサー４の先端の高さがプレート２の上面と同じになるようにセットした後、耐熱接着剤９を硬化させて温度センサー４を固定する。

次にプレート２の上面にコーティング層１を形成する。まず、熱伝導性フィラー６を含んだコーティング液Ａと低膨張率フィラー７のみを含むコーティング液Ｂとを作製する。これらのコーティング液は有機溶媒中にコーティング層１ａ、１ｂを構成する無機粒子や無機ポリマー等を含んだ液体とする。これらのコーティング液Ａ、Ｂを所定の箇所に塗り分けるにはマスクを使用したスプレー塗布などの方法を用いることができる。その後、たとえば１８０〜３００℃の温度で焼成して耐熱性のコーティング層１ができる。以上によりトッププレート１０が完成する。また、このトッププレート１０を、加熱コイル２１や制御回路２２を内蔵する筐体２０の上部に固定し、温度センサー４の信号線を制御回路２２に接続することで誘導加熱調理器１００が完成する。

本実施の形態１の誘導加熱調理器１００は、トッププレート１０において温度センサー４の先端が第１のコーティング層１ａで覆われるため、温度センサー４の先端が機械的に保護される。また第１のコーティング層１ａは熱伝導性フィラー６を含んで熱伝導率が高いうえに、薄いため熱容量が小さい。さらに、温度センサー４のセンサー部先端がプレート２の上面と同等の高さとなるように開口部１５に固定されているため、温度センサー４が調理器具３の底部と近接して、その温度変化を迅速に測定することができる。たとえば加熱器具３が１００℃以下の比較的低温であっても、精度良く測定することができる。また、温度センサー４は加熱コイル２１が発生する磁束密度の低いコイル中心に設置され、その上部の調理器具３の底部の温度が磁束密度の高い加熱領域よりも局所的に低くなる場合があるが、熱伝導性フィラー６を含む第１コーティング層１ａの熱伝導率がプレート２の熱伝導率よりも高められて磁束密度の高いコイルの巻き線の上部にまで延在するため、コイル上部で加熱された調理器具３の底部の熱が熱伝導率の高い第１のコーティング層１ａを経て温度センサー４まで良好に伝わる。このため、調理器具３の底部の温度を精度よく、かつ、その温度変化を迅速に測定できる。調理器具３の中央部に窪みがあるなどで温度センサー４と調理器具３の底部との距離が局所的に開いてしまう場合でも同様に温度測定の精度を高めることができる。その結果、設定温度を変更した際に速やかに目的の温度により正確に到達できるなど、温度制御性にすぐれた誘導加熱調理器が実現できる。

また、プレート２はセラミック粒子が焼結して作製されたセラミック材料からなるので、強度や耐熱衝撃性に優れる。上下面を貫通する開口部１５が形成されると強度が低下する場合があるが、プレート２の材料としてコージェライトまたはチタン酸アルミを主成分とする低熱膨張のセラミック材料を用いたので、急激な温度変化があった場合でも十分な強度を保つことができる。また、コーティング層１は温度センサー４の先端とプレート１の上面とを連続して覆うので、段差がほとんどなく表面の平滑性は保たれるとともに、開口部１５を十分に封止することができる。このため、煮こぼれなどでトッププレート１０の上面が汚れた場合でも清掃が容易である。また、コーティング層１はプレート１の熱膨張率に近づくように低熱膨張率フィラー７が加えられるため、温度変化によってクラックが生じることがなく耐久性が高い。

熱伝導率を高めた第１のコーティング層１ａは加熱領域１１に局所的に形成され、非加熱領域１２の第２のコーティング層１ｂの熱伝導率が第１のコーティング層１ａより低くプレート２と同程度であるので、第１のコーティング層１ａによって非加熱領域１２に熱が散逸することを抑制できる。また第１のコーティング層１ａは薄い層からなるため、熱容量が小さく、電磁調理加熱を停止後に温度が下がりやすい。このため、エネルギーのロスが少ない。また、コーティング層１は薄い層であるため、第１のコーティング層１ａと第２のコーティング層１ｂとの境界や、重ねあわされた部分でほとんど段差が生じないので表面平坦性に優れる。なお、第１のコーティング層１ａが非加熱領域１２に形成されていてもよく、その場合は、加熱領域１１の第１のコーティング層１ａと非加熱領域１２の第１のコーティング層１ａとが熱伝導率の低い第２のコーティング層１ｂなどによって分断されるパターンにするとよい。

第１のコーティング層１ａはプレート２の面内方向に熱が良好に伝わるとよいので、面内方向の熱伝導率が厚み方向の熱伝導率よりも高い異方性の熱伝導率を有するとさらに好ましい。このような異方性を実現する方法として、たとえば、熱伝導性フィラー６として針状や扁平な板状の粒子を用いて、塗布後に圧力をかけるなどによって、これらの粒子の長手方向が面内方向となるように配向させ、粒子間の面内方向の接触を増加させるなどの処理を行うとよい。また、配向させない場合でも針状や板状等の非球状の粒子を用いることによって粒子間の接触が増し、添加量が比較的少ない場合でも熱伝導率を高めることができる。

温度センサー４が加熱コイル２１の磁束の影響で測定温度がずれることを制御回路２２で補正してもよい。たとえば、調理器具３の底部の温度と温度センサー４の信号とが、加熱コイル２１に供給される電力によってどのようにずれるかを予め測定しておき、そのずれを補正するテーブルを作製して制御回路２２内のメモリーに保存する。操作部２３に温度設定値が入力された際に、温度センサー４の信号と電力とテーブルを用いて補正した温度が温度設定値に近づくように電力を調整する。このように温度補正を行って電力制御を行うことで、より正確な温度制御が可能となる。また、このように温度センサー４が加熱コイル２１から受ける影響を補正する手段を備えていれば、温度センサー４を必ずしも磁束密度の低いコイルの中心部に設置する必要はなく、コイルの巻き線の上部に設置してもよい。調理器具３の底部が加熱されやすいコイル上部に温度センサー４を設置することで調理器具３の底部の温度をさらに精度よく、かつ、その温度変化を迅速に測定することができる。

トッププレート１０は複数の調理器具３が加熱されるように複数の加熱領域１１が形成されていてもよいし、加熱領域１１ごとに複数の温度センサー４を設けて、複数の温度センサー４の測定位置による違いや平均を利用して加熱コイル２１に投入する電力を制御してもよい。

コーティング層１を電気絶縁性の無機材料からなるようにしたので、アルミニウムや銅製の調理器具３を使用できるオールメタルタイプの誘導加熱調理器１００に適用が容易である。一方、鉄やステンレスの調理器具３のみを加熱する誘導加熱調理器１００の場合は必ずしもコーティング層１を電気絶縁性とする必要はない。この場合、熱伝導性フィラー６としてアルミニウムやカーボンの粒子を使用するとよい。

＜実施の形態２．＞
図４は本発明の実施の形態２の誘導加熱調理器のトッププレートの構造を説明する部分断面図である。本実施の形態２のトッププレート１０は、基本的に実施の形態１と同様であるが、コーティング層１が多層に構成されている。加熱領域１１においてプレート２側から、熱伝導性フィラー６を含まない第３のコーティング層１ｃと熱伝導性フィラー６を含む第１のコーティング層１ａとが順に積層されている。第３のコーティング層１ｃは非加熱領域１２に形成される第２のコーティング層１ｂとは同時に形成した連続膜としてもよいし、別々に形成してもよい。第３のコーティング層１ｃは温度センサー４を覆わないように温度センサー領域１３が開口されており、この開口部内で第１のコーティング層１ａが直接に温度センサー４と接している。また、第３のコーティング層１ｃの熱伝導率はプレート２の熱伝導率よりも低いことが望ましい。たとえば第３のコーティング層１ｃに空洞を含んだアルミナやシリカの粒子をフィラーとして添加して熱伝導率を低下させるようにすると良い。

トッププレート１０は第１コーティング層１ａとプレート２との間にプレート２よりも熱伝導率の低い第２コーティング層１ｂが挟まれると、調理器具３の底部から第１コーティング層１ａに伝わった熱が、プレート２に伝わることが抑制され、温度センサー４により伝わりやすくなる。このため、調理器具３の温度測定がより正確になり、かつ、エネルギーのロスを減少させることができる。

＜実施の形態３．＞
図５は本発明の実施の形態３の誘導加熱調理器のトッププレートの構造を説明する部分断面図である。本実施の形態３のトッププレート１０は、コーティング層１が多層に構成されている部分を含む点で実施の形態２と似ているが積層順序が異なる。本実施の形態３のコーティング層１は実施の形態１のコーティング層１の上を、熱伝導性フィラー６を含まない第４のコーティング層１ｄで覆った構成である。加熱領域１１における第４のコーティング層１ｄの厚みは、第１のコーティング層１ａと同等以下と薄くすることが望ましい。第４のコーティング層１ｄは第２のコーティング層１ｂと同様に、低熱膨張フィラー７を含み、第１コーティング層１ａや第２コーティング層１ｂと同じマトリックス５の成分を含む材料からなることが望ましい。非加熱領域１２では第２のコーティング層１ｂを省いて第４のコーティング層１ｄのみとしてもよい。第１コーティング層１ａと第４のコーティング層１ｄとが界面で明確に分かれている必要はなく、温度センサー４側に熱伝導性フィラー６を多く含んだ分布をもつ連続的な層となっていてもよい。このような多層膜や傾斜組成膜はプレート２の上に第１コーティング層１ａや第２コーティング層１ｂとなるコーティング液を塗布、乾燥した後に、さらに第４のコーティング層１ｄとなるコーティング液を塗布後に加熱して得ることができる。

第１のコーティング層１ａに含まれる熱伝導性フィラー６の体積比率を４０ｖｏｌ．％以上、６０ｖｏｌ．％以下などと増やして熱伝導性を高めた場合に機械的な強度が低下する場合があるが、本実施の形態３では、第１のコーティング層１ａを熱伝導性フィラー６を含まず強度の高い第４のコーティング層１ｄで覆うことにより耐久性が向上する。第３コーティング層１ｃは第１のコーティング層１ａと同等以下の薄い層であるため、調理器具３の底部の熱はすぐに第１のコーティング層１ａに伝わり、第１コーティング層１ａ内を通って温度センサー４まで導かれる。このため、トッププレートの強度、良好なシーリング性能、および表面の平滑性を保ちながら、調理器具３の温度を正確に、かつその変化を迅速に測定できる。第４のコーティング層１ｄを実施の形態２の構造の上に設けても耐久性を高められるのでよい。

以下、本発明のトッププレート１０の作製方法と温度の測定性能について、より具体的に説明する。

まず、ゲルキャスト成形法により、あらかじめ成形体に開口部１５を中心に設けた３００ｍｍ角、厚み４ｍｍのコージェライト製のプレート２を、約１４００℃で焼成して複数枚作製した。コージェライト原料は、合成コージェライトＳＳ−１０００（丸ス釉薬合資会社製）を用いた。焼成後の開口部の直径は約２ｍｍであった。

次に、コーティング層１形成用のコーティング液を作製した。加熱領域１１に形成する第１のコーティング層１ａ用のコーティング液Ａ１は、マトリックス５となるＤＫ−ｃｏａｔＩｎｆｉｎｉｔｙ３１１（株式会社大東化成製）に熱伝導性フィラー６となるＳｉ_３Ｎ_４粉末としてＳＮ−Ｅ１０（宇部興産株式会社製）を４０ｖｏｌ．％、低熱膨張性フィラー７として合成コージェライトＳＳ−１０００（丸ス釉薬合資会社製）を１０ｖｏｌ％混合し、さらにエチルセルロース、ブチルカルビトール、シンナーを加えて混合機で十分混ぜ合わせることで作製した。コーティング液Ａ１の粘度１００ｍＰａ・ｓ程度であった。

また、別の第１のコーティング層１ａ形成用のコーティング液Ａ２は、熱伝導性フィラー６として上記のコーティング液Ａ１のＳｉ_３Ｎ_４粉末のかわりにＢＮ粉末であるＧＰ（電気化学工業株式会社）粉末を使用した以外は、ほぼ同様の組成比で混合し、溶剤を加えて作製した。

さらに、非加熱領域１２に形成する第２のコーティング層１ｂ用のコーティング液Ｂは、ＤＫ−ｃｏａｔＩｎｆｉｎｉｔｙ３１１（株式会社大東化成製）に、合成コージェライトＳＳ−１０００（丸ス釉薬合資会社製）を４０ｖｏｌ．％混合し、更にエチルセルロース、ブチルカルビトール、シンナーを加えて混合機で十分混ぜ合わせて作製した。

次に、温度センサー４としてセンサー部が耐熱ガラスで覆われて外形が約１．４ｍｍのサーミスタを耐熱接着剤９とともにプレート２の開口部１５に挿入して、センサー部の先端がプレート２の上面にほぼ一致するようにした後、ヒートガンで耐熱接着剤９を加熱してサーミスタを固定した。

次に、サーミスタをセットしたプレート２の上面にコーティング液をスプレー塗布した。直径１６０ｍｍの加熱領域１１とその外側の非加熱領域１２とを別々のコーティング液で塗り分ける際には板状のマスクを使用し、先に塗布したコーティング液を乾燥させた後に後のコーティング液を塗布した。塗布後、１００℃前後で乾燥の後、３００℃で１時間の焼成を行い、コーティング層１の焼き付けを行った。コーティング層１の厚みは約４０μｍとした。以上の手順により、表１に示すような、加熱領域１１および非加熱領域１２に含まれる熱伝導性フィラー６の種類と体積比率を変えた試作品を作製した。また、加熱領域１１に熱伝導性フィラー６を含まない試作品４も作製した。作製したトッププレートを直径１６０ｍｍの加熱コイル１を有する誘導加熱調理器にセットして、加熱領域１１に調理器具３を置き、温度センサー４の温度が１００℃となるようにＯＮ−ＯＦＦ制御を行った。

図６は本発明の実施例の誘導加熱調理器の温度制御性能の評価方法について模式的に説明する説明図である。ＯＮ−ＯＦＦ制御は、温度センサー４が検出する温度が設定値を超えると加熱コイル１の供給電力をＯＦＦとして、温度が設定値を下回ると加熱コイル１の供給電力をＯＮとする制御である。調理器具３の熱容量が大きい場合や、温度測定の遅れのために、温度が設定値で一定せずに過熱や過冷却が繰り返される。図６において、縦軸が設定値からの温度のずれΔＴ（℃）、横軸が時間ｔ（秒）を示し、曲線はＯＮ−ＯＦＦ制御における温度センサー４の温度の変化を示している。作製した各サンプルを用いた場合について、過熱や過冷却が繰り返される温度の変化の周期時間をｔｃ（秒）、過熱の最大温度をΔＴｍａｘ（℃）として測定した。また、加熱領域１１の外周から２０ｍｍ離れた位置のコーティング層１の表面温度を接触式の表面温度系で計測して外周温度とした。これらの測定結果も表１に示した。

表１からわかるように、加熱領域１１のコーティング層に選択的に熱伝導性フィラー６を混入した試作品１、試作品２のトッププレート１０では、混入しない試作品４と比較してΔＴ、ｔｃともに小さく、温度の制御性が優れていることがわかった。このような改善は、加熱領域１１の熱伝導が、熱伝導性フィラー６によって大幅に改善されたことと、加熱部下のコーティング層１の熱伝導を選択的に高めた構造であるため、熱容量が小さいことによる相乗効果で、調理器具３の温度制御の精度と変化に対する応答性が大きく改善したためと考えられる。非加熱領域１２まで熱伝導性フィラー６を混入した試作品３では、熱伝導性フィラー６を加えない試作品４に比べると、大幅に温度制御の精度は改善されているが、供給した電力が非加熱領域１２の加熱に費やされたため、温度制御の応答速度が少し低下する。なお、本実施例では加熱領域１１に熱伝導性フィラー６を４０ｖｏｌ．％添加した場合の結果を示したが、熱伝導性フィラー６の添加の割合を増加することで温度制御の精度をさらに改善できる。

本発明によれば誘導加熱調理器の強度や温度制御の性能を向上することができる。

１コーティング層、１ａ第１のコーティング層、１ｂ第２のコーティング層、１ｃ第３のコーティング層、１ｄ第４のコーティング層、２プレート、３調理器具、４温度センサー、５マトリックス、６熱伝導性フィラー、７低熱膨張フィラー、９耐熱接着剤、１０トッププレート、１１加熱領域、１２非加熱領域、１３温度センサー領域、１５開口部、２０筐体、２１加熱コイル、２２制御回路、２３操作部、１００誘導加熱調理器。

Claims

トッププレートと該トッププレートの加熱領域の上に載置された調理容器を誘導加熱する加熱コイルとを備えた誘導加熱調理器であって、
前記トッププレートが、前記加熱領域に開口部を有するセラミック材料からなるプレートと、先端の位置が前記プレートの上面と同等の高さとなるように前記開口部に固定された温度センサーと、前記温度センサーの前記先端と前記プレートの前記上面とを連続して覆う第１のコーティング層と、を備え、
前記第１のコーティング層の熱伝導率が前記プレートの熱伝導率に比べて高いことを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１に記載の誘導加熱調理器であって、
前記第１のコーティング層は熱伝導性フィラーを含む電気絶縁性の無機材料からなり、
前記熱伝導性フィラーは窒化ホウ素または窒化珪素の粒子であることを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１または２に記載の誘導加熱調理器であって、
前記セラミック材料はコージェライトまたはチタン酸アルミであり、
前記第１のコーティング層が前記セラミック材料と同一材料または前記セラミック材料よりも熱膨張率の低い材料のフィラーを含むことを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１から３のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器であって、
前記トッププレートは前記加熱領域の外側に前記加熱コイルによって誘導加熱されない非加熱領域を有し、
前記非加熱領域は前記加熱領域に形成された前記第１のコーティング層と異なる第２のコーティング層で覆われ、前記第２のコーティング層の熱伝導率は第１のコーティング層の熱伝導率より低いことを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１から４のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器であって、
前記加熱領域において、前記プレートよりも熱伝導率の低い第３のコーティング層と前記第１のコーティング層とがこの順に積層され、前記第３のコーティング層は前記温度センサーを覆わないように開口されて前記１コーティング層が前記温度センサーの前記先端と接していることを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項２から４のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器であって、
前記第１のコーティング層が前記熱伝導性フィラーを含まない第４のコーティング層で覆われていることを特徴とする誘導加熱調理器。