JP2014179246A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】仕様の異なるトッププレートを検出可能とする。
【解決手段】鍋５０１を載置するトッププレート２を備え、鍋５０１の温度を検出する赤外線センサモジュール４０７を備え、トッププレート２に設け鍋５０１から照射される赤外線と赤外線センサモジュール４０７より照射される赤外線を透過する赤外線透過領域３１を備え、赤外線センサモジュール４０７の出力に基づいて鍋５０１の反射率から放射率を算出する放射率算出回路２６を備え、赤外線センサモジュール４０７の出力と放射率算出回路２６の出力に基づいて前記鍋の温度を算出する温度検出回路５０２を備え、制御回路５０３は、赤外線透過領域３１に特定反射物にて覆い、該特定反射物の反射率を測定してトッププレート２と赤外線センサモジュール４０７が事前に調整された部品であることを確認できるものである。
【選択図】 図４

Description

本発明は、加熱対象の鍋の温度を精度良く検知し且つ安全性を高める誘導加熱調理器に関するものである。

鍋などを加熱する誘導加熱調理器において、鍋温度を検知する方式として、トッププレート下方に赤外線センサを配置し、被加熱物底面からの赤外線をトッププレート越しに検知するものがある（例えば、特許文献１）。

特開平０３−１８４２９５号公報

仕様の異なる複数のトッププレートが存在する場合、その仕様の違いにより赤外線透過率の違う場合がある。このため、被加熱物である鍋の温度が同じ場合でも、鍋の底面からの赤外線を受光している赤外線センサの出力が異なってしまう。

しかしながら、見た目ではトッププレートの透過率の違いが分からないため、異なった仕様のトッププレートが取り付けられると鍋の温度を正確に測定できないという問題が生じる。

本発明の誘導加熱調理器は、上記の課題を解決するためになされたものであり、鍋を載置できるとともに赤外線を透過するトッププレートと、該トッププレートの下方に設けられ、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、該加熱コイルに高周波電力を供給する高周波電力供給回路と、前記トッププレートを下方に設けられ、前記鍋が放射する赤外線を検出する赤外線検出回路と、前記トッププレートの下方に設けられ、赤外線発光素子と赤外線受光素子を有する反射率検出回路と、前記反射率検出回路の出力に基づき前記鍋の放射率を算出する放射率算出回路と、前記赤外線検出回路の出力と前記放射率算出回路の出力に基づき前記鍋の温度を算出する温度検出回路と、該温度検出回路が算出した前記鍋の温度に応じて前記高周波電力供給回路を制御するとともに、前記反射率検出回路を用いて前記トッププレートに載置された特定反射物の反射率を検出し、検出した反射率が基準反射率と一致するかによって、トッププレートと反射率検出回路が正しい組み合わせであるかを判断する制御回路と、を具備するものである。

本発明によれば、仕様の異なるトッププレートを容易に判別可能となる。

一実施例の誘導加熱調理器の外観斜視図。 一実施例の誘導加熱調理器の加熱コイル上面図。 一実施例の誘導加熱調理器の断面図。 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、および、赤外線検出モジュールの断面図。 一実施例の赤外線センサモジュール４０７の断面図。 一実施例の反射率検出回路の説明図

以下、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。まず、図１において、１は誘導加熱調理器の本体である。２は耐熱性の高い結晶化ガラスよりなるトッププレートで、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。また、ガラスが透明な仕様から着色等の仕様の違いによる透過率の違いが発生する。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を各々の下方に有するものである。３１ａ〜３１ｃは鍋底が放射した赤外線をトッププレート２の下方に透過する赤外線透過領域である。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。４は吸気口で、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。５は排気口で、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。６は本体１の前面左部に設けられたグリル加熱部である。７ａ〜７ｃは本体１の上面側に設けられた操作部で、加熱部３ａ〜３ｃの加熱の設定、操作を行うものである。８ａ〜８ｃはトッププレート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表示部である。

図２は加熱部３ａの下方にある加熱コイル２００近傍の上面図である。加熱コイル２００は、同心円状の間隙Ｇを挟んで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で構成されており、同方向の電流が両コイルに流れるように、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いる。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。また、２０３は加熱コイル２００を保持するコイルベース、２０４はコイル中心からの距離４５〜５５ｍｍに設けられた赤外線センサモジュールの検出エリアで、鍋底から放射される赤外線を、後述する赤外線センサモジュール４０７に導くエリアである。なお、本実施例では赤外線センサモジュールの検出エリア２０４の大きさを直径約１０ｍｍとする。２０５〜２０８はトッププレート２の下面の温度を測定するサーミスタ（接触式温度センサ）である。

図３は図１のＡ−Ａ′面の本体断面図である。図３において、４０１は冷却ファン、４０２は冷却ファン４０１を駆動するモーター、４０３〜４０５は加熱コイル２００に高周波電力を供給する高周波電力供給回路、４０６は冷却ファン４０１により吸引される冷却風の流れを表す矢印、４０７は赤外線センサモジュールである。コイルベース２０３はバネ（図示せず）によりトッププレート２の下面に密着されている。

図４は、鍋加熱制御システムを示す機能ブロック図である。図４において、５０１は被加熱物である鍋、２６は反射率検出回路１３２の出力に基づいて鍋５０１の放射率を算出する放射率算出回路、５０２は放射率算出回路２６と赤外線検出回路１３１との出力に基づいて鍋５０１の温度を算出する温度検出回路、５０３は温度検出回路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２００に供給する電力を制御する制御回路である。

次に、本実施例の動作を説明する。ユーザーがトッププレート２上に鍋５０１を置き、操作部７ａを操作して加熱を開始すると、制御回路５０３が高周波電力供給回路４０５を制御して加熱コイル２００に所定の電力を供給する。加熱コイル２００に高周波電流が供給されると、加熱コイル２００から誘導磁界が発せられ、トッププレート上の鍋に渦電流が発生し誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋の温度が上昇し、鍋内の調理物が調理される。一般に物体は、その温度に応じて自ら赤外線を放射する。この赤外線の強さは、物体の温度が上昇すればそれに伴って増大する。そのため、赤外線センサモジュール４０７を用いて鍋が放射する赤外線量を測定すれば、鍋の温度を瞬時に計測できる。

次に、図５を用いて、赤外線センサモジュール４０７の詳細を説明する。図５（ａ）は、赤外線センサモジュール４０７近傍の断面図であり、図５（ｂ）は、赤外線センサモジュール４０７を上方から見た平面図である。

図５（ａ）に示すように、赤外線センサモジュール４０７は、樹脂ケース１６と、樹脂ケース１６の上方に設けられた開口部１４と、樹脂ケース１６の外殻を開口部１４を除いて覆う防磁ケース１３と、開口部１４に設けられた窓材１５と、樹脂ケース１６の内部に設けられた赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２、プリント配線板２７を備えている。また、５０８は、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２００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導波管である。

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ので、赤外線センサモジュール４０７内部の赤外線検出回路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。

さらに、高温となったトッププレート２、加熱コイル２００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に持たせることによって、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、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、周辺温度の急激な変化、昇温効果の高い波長の赤外線の影響、電気的なノイズの悪影響を小さくすることができ、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、放射赤外線視野範囲である経路３０（トッププレート２、導波管５０８、窓材１５）を介して、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、経路２９の往路（窓材１５、導波管５０８、トッププレート２）を介して鍋５０１に届き、鍋５０１で反射した赤外線は、経路２９の復路（トッププレート２、導波管５０８、窓材１５）を介して反射率検出回路１３２に戻る。つまり、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。

窓材１５、赤外線透過部材５０７の赤外線透過特性は、トッププレート２と同一なので、鍋５０１が放射した赤外線のうち、トッププレート２を透過した短い波長の赤外線は、窓材１５、赤外線透過部材５０７も透過する。一方、トッププレート２でカットされた長い波長の赤外線は、窓材１５、赤外線透過部材５０７でもカットされる。窓材１５には、鍋５０１からの伝熱で高温になったトッププレート２の下面から放射された赤外線も届くが、この赤外線の大部分は窓材１５でカットされる長い波長の赤外線であるので、トッププレート２が放射する赤外線の大部分は窓材１５でカットされる。すなわち、赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２に届く赤外線にはトッププレート２が放射する赤外線の大部分が届かないので、トッププレート２が放射する赤外線に起因する、赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２が出力信号の劣化を防止できる。

次に、赤外線検出回路１３１を詳細に説明する。赤外線検出回路１３１は、トッププレート２と同一の素材をレンズ形状に加工した赤外線透過部材５０７と、鍋５０１の底面から放射される赤外線を検知するサーモパイル１２と、サーモパイル１２の出力を増幅するアンプ２１で構成されている。サーモパイル１２に届く赤外線エネルギは微弱であるが、サーモパイル１２とアンプ２１を一体化することで、サーモパイル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比の良い信号を赤外線検出回路１３１から出力している。

ここで、サーモパイル１２の原理について説明する。サーモパイル１２は受光した赤外線のエネルギに比例した電圧を出力するもので、熱電対を一箇所に集めたものである。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、サーモパイル１２が受光する赤外線エネルギ量が増え、サーモパイル１２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（式１）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、サーモパイル１２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、式１に基づいて放射物体の絶対温度を算出できる。
Ｗ＝（２π⁵κ⁴／１５ｃ²ｈ³）×Ｔ⁴＝σＴ⁴ （式１）
Ｗ：単位面積当たりの放射量（Ｗ／ｃｍ²・μｍ）
κ：ボルツマン定数＝１．３８０７×１０^-23（Ｗ・ｓ／Ｋ）
ｃ：光速度＝２．９９７９×１０¹⁰（ｃｍ／ｓ）
ｈ：プランク定数＝６．６２６１×１０^-34（Ｗ・ｓ²）
σ：ステファン・ボルツマン定数＝５．６７０６×１０^-12（Ｗ／ｃｍ²・Ｋ⁴）
Ｔ：放射物体の絶対温度（Ｋ）

本実施例でトッププレート２に用いる結晶化ガラスは、波長が約０．５〜２．６μｍの帯域で透過率が約８０％を超えるとともに、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。

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でカットされるので、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、図６を用いて反射率検出回路１３２を詳細に説明する。反射率検出回路１３２は、赤外線発光素子２０と赤外線受光素子１９と赤外線受光素子１９の出力を増減調整するアンプ１９ａで構成されている。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、経路２９を通り、鍋５０１で反射し、赤外線受光素子１９に戻る。赤外線受光素子１９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２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、式２を変形した式３に基づいて、鍋５０１の放射率εを算出できることが分かる。
ε＋ρ＝１ （式２）
ε＝１−ρ （式３）

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、赤外線検出回路１３１内のサーモパイル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、温度検出回路５０２は、温度検出手段１３１が算出した鍋底の温度を、放射率算出回路２６が算出した放射率εを用いて補正することで、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、温度検出回路５０２にて補正した鍋底温度に基づいて加熱コイル２００に供給する電力を好適に制御することができる。

また、図５（ｂ）に示すように、赤外線検出回路１３１に含まれるサーモパイル１２と反射率検出回路１３２に含まれる赤外線発光素子２０、赤外線受光素子１９を同一のプリント配線板２７上に隣接させて配置した。鍋底が汚れている場合は、同じ鍋であっても場所によって赤外線の反射率、放射率が大きく異なる。本実施例では同一のプリント配線板２７上に赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２を設けたので、サーモパイル１２が温度を観測した鍋底近傍の反射率と放射率を求めることができ、制御回路５０３はこの放射率を用いた適切な温度補正を行うことができる。また、プリント配線板２７上の素子を位置調整する必要がないので、誘導加熱調理器の組立効率を高めることもできる。

また、赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２を設けたプリント配線板２７の状態で、透過率の異なるトッププレート２に対応して温度検出回路５０２で正確な温度を検出できるようにアンプ２１とアンプ１９ａを事前に調節し、透過率の異なるトッププレート２と事前に調節した赤外線センサモジュール４０７とを対で組み立てられる。この場合、組み立てた後、赤外線透過領域に特定反射物（試験片）を置いて反射率を測定し、事前に組み合わせた時に確認されている基準反射率と一致するときは正しい組み合わせであり、基準反射率が得られないときは誤った組み合わせであると、御回路５０３で判断できる。なお、基準となる反射率に幅を設けても良い。

以上で説明した、本実施例の誘導加熱調理器によれば、仕様の異なるトッププレートを容易に検出可能となる。

１ 本体
２ トッププレート
３ａ〜３ｃ 加熱部
１２ サーモパイル
１９ 赤外線受光素子
１９ａ アンプ
２０ 赤外線発光素子
２６ 放射率算出回路
２７ プリント配線板
３１ａ〜３１ｃ 赤外線透過領域
１３１ 熱型赤外線検出回路
１３２ 反射率検出回路
２００ 加熱コイル
４０７ 赤外線センサモジュール
５０２ 温度検出回路
５０３ 制御回路

Claims (1)

1. 鍋を載置できるとともに赤外線を透過するトッププレートと、
   該トッププレートの下方に設けられ、前記鍋を誘導加熱する加熱コイルと、
   該加熱コイルに高周波電力を供給する高周波電力供給回路と、
   前記トッププレートを下方に設けられ、前記鍋が放射する赤外線を検出する赤外線検出回路と、
   前記トッププレートの下方に設けられ、赤外線発光素子と赤外線受光素子を有する反射率検出回路と、
   前記反射率検出回路の出力に基づき前記鍋の放射率を算出する放射率算出回路と、
   前記赤外線検出回路の出力と前記放射率算出回路の出力に基づき前記鍋の温度を算出する温度検出回路と、
   該温度検出回路が算出した前記鍋の温度に応じて前記高周波電力供給回路を制御するとともに、前記反射率検出回路を用いて前記トッププレートに載置された特定反射物の反射率を検出し、検出した反射率が基準反射率と一致するかによって、トッププレートと反射率検出回路が正しい組み合わせであるかを判断する制御回路と、
   を具備することを特徴とする誘導加熱調理器。