JP2016091868A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】鍋底から放射される赤外線放射エネルギーをトッププレート越しに赤外線センサで検出して鍋温度を検出する手段を持つ誘導加熱調理器において、鍋底温度を高精度かつ非接触で検出する。【解決手段】調理鍋３０を上面に置くトッププレート２と、トッププレートの下に設けられ、調理鍋を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイル３と、加熱コイルに電力を供給するインバータ１００手段と、トッププレートに設けられ、鍋底から放射される赤外線を透過する赤外線透過窓１６と、赤外線透過窓を透過した赤外線を検出する赤外線検出手段１９と、赤外線透過窓と赤外線検出手段の間に赤外線を通すとともに、加熱コイルからの熱を遮断する導光筒１７で構成され、赤外線透過窓の板厚が赤外線透過窓以外のトッププレートの板厚に対して薄く成形され、赤外線透過窓は導光筒の開口部投影面積より大きく成形されたものである。【選択図】図３

Description

本発明は、鍋温度の検出手段として、鍋底からの赤外線放射エネルギーを検出するサーモパイルに代表される赤外線センサを用いた誘導加熱調理器に関する。

誘導加熱調理器は、結晶化ガラス等で構成されるトッププレートの下に同心円状の誘導加熱コイル（以下「加熱コイル」と略称）を設置し、これに高周波電流を流し、発生する磁界でトッププレート上に戴置された調理容器である鍋底にうず電流を誘起し、このジュール熱で鍋を直接加熱するものである。

誘導加熱調理器の鍋温度検出手段として、現在では応答速度が良好な点で加熱された鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで観測し温度を検出するものが多く使われている。この赤外線センサとしてはフォトダイオードなどの量子型あるいはサーモパイルなどの熱型センサが良く使われる。この赤外線センサは加熱コイル中心空隙付近の下に配置され、鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに検出し、その出力に応じて加熱コイルを駆動し、インバータ回路出力を制御して調理温度を調整するものである。

しかし、調理温度範囲（１００から２５０℃）では、その赤外線放射エネルギーが小さく、さらに、トッププレートの光学特性から、トッププレートを透過する波長は１μｍから４．５μｍの幅３．５μｍ程度しかなく、鍋の全放射赤外線エネルギーの１〜２％しかトッププレートを通過できない。

誘導加熱調理器に用いられる赤外線センサは、鍋底からの赤外線放射エネルギーに加え、トッププレートや加熱コイルの温度も赤外線放射エネルギーとして検出される。このため、トッププレートの光学特性により赤外線センサが検出する鍋底からの赤外線放射エネルギーが小さいと、鍋以外の赤外線放射エネルギー（熱外乱）の比率が高くなり、これが鍋温度検出精度に大きく影響する。

この課題を解決する手段として特許文献１から特許文献３に挙げるものがある。

特許文献１は、トッププレートの赤外線上部に位置する部分に貫通穴を開け、トッププレートより透過率の高いサファイヤやスピネルあるいはフッ化マグネシウムのいずれかの赤外線透過材料を埋め込んで、鍋からの赤外線放射エネルギーを増やして鍋温度を精度良く検出するものである。

特許文献２は、トッププレートに貫通穴を開け埋め込んだ赤外線透過材料はトッププレートの下面よりもさらに突き出す長さ構成とし、鍋以外の赤外線放射エネルギーの赤外線センサへの入射を抑制して鍋温度を検出するものである。

特許文献３は、トッププレート裏面に当接して被加熱物の温度を検知するセンサを備え、トッププレートのセンサとの当接部分を、他部より板厚を薄くし鍋温度を精度良く検出する技術である。

特開２００４−９５３１５号公報 特開２００３−３１７９２０号公報 特開２００６−２２１９５２号公報

しかしながら、特許文献１では、トッププレートに貫通穴を開け、透過率の異なる窓材を埋め込んだ加工を施すと、トッププレートと窓材の熱膨張率の違いにより加熱または冷却時にトッププレートが割れるなど破損する課題がある。また窓材とトッププレート間に熱膨張率を吸収する接着剤を用いても結晶化ガラスに比べて接着剤の耐久性が低く、経年劣化などで性能低下の恐れがありトッププレートが破損する課題がある。また、サファイヤなどの透過率の高い材質の窓材は、高価な素材であることから貫通穴の加工、窓材などコストがかかる課題がある。

また、特許文献２では、トッププレートの貫通穴に、トッププレート下面より赤外線センサ上面まで窓材を埋め込んだ構成となっており、トッププレートに比べて窓材の板厚は厚くなる。結晶化ガラスの光学特性は、板厚が厚くなるほど赤外線の透過率は低下する。このことから特許文献２の構成では、トッププレートより透過率を高くすることが困難であり、赤外線センサに入射する赤外線放射エネルギー増加の効果が得られない課題がある。また、トッププレート下から赤外線センサまでの間を窓材とすると加熱コイルなどの発熱により窓材が高温となり、窓材自体の赤外線放射エネルギーが赤外線センサに入射することで、鍋温度の検出精度に影響する課題がある。

また、特許文献３では、トッププレート裏面の温度を検出して鍋温度を測定する構成となっており、トッププレートに載置された鍋の鍋底がトッププレートに密着している場合には、鍋底の温度がトッププレートを介して温度センサで鍋温度を検出できる。しかし、フライパンや両手鍋などの鍋底には反っているものが多く、温度センサ上方に載置した鍋底とトッププレート間に数ｍｍの空間が介在することで、鍋底温度がトッププレートに伝わらずトッププレート裏面に当接した温度センサで鍋温を正確に測定することが困難となる。また、鍋温度の急激な変化に対して温度センサの応答性が低下することから、鍋温度３００℃以上の異常過熱となった場合に対応できない課題がある。

本発明は、トッププレートに置いた調理鍋の鍋底から放射される赤外線を、トッププレート下に設置した赤外線センサに入射する赤外線放射エネルギーを従来技術に比べ増加させることにより、鍋温度の検出精度を良くするとともに検出温度範囲を拡大することを可能にし、使い勝手を向上した誘導加熱調理器の提供を目的とする。

上記課題を解決するために、本発明では、調理鍋を上面に置くトッププレートと、該トッププレートの下に設けられ、前記調理鍋を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、該加熱コイルに電力を供給するインバータ手段と、前記トッププレートに設けられ、前記鍋底から放射される赤外線を透過する赤外線透過窓と、前記赤外線透過窓を透過した赤外線を検出する赤外線検出手段と、前記赤外線透過窓と前記赤外線検出手段の間に赤外線を通すとともに、加熱コイルからの熱を遮断する導光筒で構成され、前記赤外線透過窓の板厚が前記赤外線透過窓以外の前記トッププレートの板厚に対して薄く成形され、赤外線透過窓は前記導光筒の開口部投影面積より大きく成形されたことにより達成される。

本発明によれば、フォトダイオードなどの量子型あるいはサーモパイルなどの熱型センサのように入力赤外線量に比例する直流電圧を出力する赤外線センサで鍋底温度を検出する誘導加熱調理器において、赤外線センサへ入射する鍋底からの赤外線放射エネルギーは増加する。これにより、赤外線センサに入射する鍋底以外のトッププレートや加熱コイルなどの熱外乱の赤外線放射エネルギーの比率が小さくなることから鍋底の温度検出誤差を低減することができる。また、赤外線センサに入射する鍋底からの赤外線放射エネルギーの増加により、検出温度の下限値を例えば従来１５０℃としたものが１３０℃まで検出できることとなり、鍋温度の検出範囲を拡大することができる。

鍋温度の検出精度向上と検出範囲の拡大により、鍋温度の設定温度範囲が広く、鍋温度を設定温度に精度良く調整できることから使い勝手が良く、異常過熱などの検出精度に優れた安全な誘導加熱調理器を提供できる。

実施例１の誘導加熱調理器の構成を示す斜視図 実施例１の誘導加熱調理器のトッププレートを除いた上面図を示す断面図 実施例１の誘導加熱調理器の左右の加熱コイルを主体とした断面図 実施例１の鍋温度検出装置の詳細を示す断面図 実施例１の反射型フォトインタラプタの説明図 実施例１のプランクの分布則による分光放射エネルギーを示す図 実施例１のトッププレートなどの光学特性を示す図 実施例１の赤外線透過窓の板厚ごとの光学特性を示す図 実施例１の赤外線の入射エネルギーの比較を示す図 実施例１の赤外線透過窓の板厚４ｍｍと２ｍｍの黒体温度と赤外線センサ出力の関係を示す図 従来のトッププレートを用いた誘導加熱調理器の左右加熱コイルを示す図 実施例１の赤外線透過窓の形状の一例を示す図 実施例１の赤外線透過窓の形状の一例を示す図 実施例２の誘導加熱調理器の左右の加熱コイルを主体に示す図 実施例３の赤外線透過窓とセンサ視野筒を示す図 実施例４の赤外線透過窓の下面にコーティングした反射防止膜を示す図 実施例４のトッププレートの下全面にコーティングした反射防止膜を示す図

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は実施例１の誘導加熱調理器の本体１の傾斜図、図２は誘導加熱調理器のトッププレート２を除いた上面図、図３は誘導加熱調理器の左右の加熱コイル３を主体とした構成を示すブロック図である。

以下では、誘導加熱が可能な鍋置き場所が３口有る誘導加熱調理器を例に挙げ説明を行うが、本発明の適用対象はこれに限られず、中央後部の１口をラジエントヒータやハロゲンヒータ等のヒータ（加熱源）の放射熱で加熱可能な鍋置き場所であっても良い。なお、調理鍋３０は、誘導加熱に適した磁性体の鉄鍋であっても良いし、非磁性体のアルミ鍋、銅鍋であっても良い。

図１において、誘導加熱調理器の本体１の上面にはトッププレート２が配置されている。トッププレート２は、耐熱性の高い結晶化ガラス製の厚さ約４ｍｍのもので構成され、調理鍋３０を載置する。本実施例のトッププレート２は結晶化ガラスを例に説明するが、耐熱性が高く誘導加熱調理器での仕様を満たすガラスであればこれに限らず、例えば、石英ガラス、高ケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス等の非結晶化ガラスを使用しても良い。なお、ホウケイ酸ガラスを用いる場合は、ケイ素が略８０％、ホウ酸が１０〜１５％程度含むものが、結晶化ガラスよりも透明度が高く意匠性に優れ、また、熱衝撃温度３００℃以上かつ５００℃以下と誘導加熱調理器に用いるには好適である。

トッププレート２下方で本体１内上部の左右および中央後部には、環状に形成された加熱コイル３が夫々配置されており、トッププレート２に載置された調理鍋３０等を誘導加熱する。

トッププレート２の前面側の上面には、夫々の加熱コイル３に対応した上面操作部７ａ、７ｂ、７ｃが設けられていて、加熱コイル３の通電状態の設定や操作を行う。また、各上面操作部７ａ、７ｂ、７ｃの近傍には、対応した上面表示部８ａ、８ｂ、８ｃが設けられており、夫々の加熱コイル３の通電状態などを表示する。

上面操作部７ａは、本体１右側の加熱コイル３の火力等の入力を行い、上面操作部７ｂは本体１中央後部の加熱コイル３の火力等の入力を行い、上面操作部７ｃは本体１左側の加熱コイル３の火力等の入力を行う。

赤外線透過窓１６は、調理鍋３０の底から放射される赤外線を透過するところである。赤外線透過窓１６は図３に示すように、トッププレート２の結晶化ガラスの板厚に比べて赤外線透過窓１６の部分の板厚が薄くなるように、トッププレート２の結晶化ガラスは成形されている。トッププレート２の下面２ａ（加熱コイル３側）より赤外線透過窓１６の下面１６ａの方が、調理鍋３０側に位置する。本来トッププレート２は、本体１の内部が見えないように全体を特定の意匠で塗装が施されている。赤外線透過窓１６は、調理鍋３０の鍋底から放射される赤外線をトッププレート２の下部へ透過するために、前記塗装を一部施さずトッププレート２の素材の状態や赤外線を透過する塗料を施したところである。本実施例では左右の加熱コイル３の下部に夫々赤外線センサ１９が設けられているので、赤外線透過窓１６も後述するそれぞれの赤外線センサ１９の受光面上に設けられている。なお、これらの塗装によりトッププレート２の強度が高まるとともに、仮にトッププレート２が割れた場合であってもガラス片が飛散するのを防止できる。

本体１内に設けたファン（図示せず）により、本体１の背面に設けた吸気口（図示せず）から吸気した冷却風を本体１内に設けた制御基板（図示せず）や加熱コイル３等に流して冷却する。本体１の後部には、本体１内部を冷却した冷却風を排気する排気口５が設けられている。

本体１の前面左部には、魚やピザ等を焼くグリル庫６が設けられており、グリル庫６は、前面が開口した箱型をしていて、内部の調理庫内にシーズヒータ等の発熱体と内部の温度を検出するサーミスタが設けられ、前面部はハンドル６ａが取り付けられたグリルドア６ｂにより塞がれている。グリルドア６ｂは、その裏側に受け皿が取り付けられており、調理庫内に前面開口部から出し入れ自在に収納され、受皿の上に載置された焼網の上に魚やピザ等の食材を載せて調理する。

本体１の前面右部には、本体１へ供給する電源の主電源スイッチ９と、グリル庫６の加熱調理条件等を入力する前面操作部１０が設けられている。前面操作部１０は、下方に設けられた回転軸を中心として操作パネルの上方が前面側に倒れ、操作キーが上方側に向かって露出する所謂カンガルーポケット形態のものである。

左右及び中央後部に配置された加熱コイル３は、夫々環状の内側加熱コイル３ａと、その外側に環状の隙間３ｂを設けて配置された環状の外側加熱コイル３ｃとで構成されている。

加熱コイル３に隙間３ｂを設ける理由は、内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｃとで発生する磁束を分散させて調理鍋３０の温度を均一化するためである。

なお、各加熱コイル３は隙間３ｂを設ける構成としたが、特にこれに限定されることはない。例えば内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｃを隙間無く巻回した隙間３ｂの無い加熱コイル３とする構成であってもよい。

図３に示すように加熱コイル３は、コイルベース１３上に設置されている。また、ギャップスペーサ１４が、コイルベース１３の外周縁部に取り付けられた支持部材１４ａによりコイルベース１３の外周から中心側に向けて適宜間隔を保持して設けられており、コイルベース１３が複数のバネ（図示せず）によりトッププレート２方向に付勢されることにより、加熱コイル３がトッププレート２に対し略並行となり、かつ、トッププレート２に載置される調理鍋３０と加熱コイル３とのギャップが一定に保持されている。

加熱コイル３は、表皮効果を抑制するためリッツ線を採用していて、後述するインバータ手段１００により数十ｋＨｚの高周波で数百Ｖの電圧が印加され、調理鍋３０に対して高周波磁界を印加して調理鍋３０に渦電流を発生させ、調理鍋３０を自己発熱させて加熱する。

左右に配設された加熱コイル３の中心部近傍には、サーミスタで構成された複数の温度センサ１５の中の内側温度センサ１５ａがトッププレート２の下面に密着して設けられており、加熱コイル３の上方に載せられた調理鍋３０の温度を、トッププレート２を介して検知する。本実施例ではトッププレート２の温度検出手段をサーミスタを用いるが、特にこれに限定されず熱電対などの検出器を用いても良い。また、同様に加熱コイル３の隙間３ｂには、加熱コイル３の中心から等距離で、サーミスタによって構成された外側温度センサ１５ｂ，１５ｃ（図２）が緩衝材（図示せず）を介して設けられ、トッププレート２の下面に密着することによりトッププレート２の温度を検知して調理鍋３０の鍋底温度を推定する。

なお、外側温度センサ１５ｂ，１５ｃは、加熱コイル３の隙間３ｂに設ける構成としたが、特にこれに限定されることはない。例えば外側加熱コイル３ｃの外周近傍や、または、内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｃを隙間無く巻回した隙間３ｂの無い加熱コイル３とした構成の外周近傍に設ける構成であってもよい。また、外側温度センサ１５ｂ，１５ｃは２個に限定されることはなく、１個または２個以上であってもよい。

左右に配設された加熱コイル３の隙間３ｂには、センサ視野筒（導光筒）１７が設けられ、このセンサ視野筒１７の下に鍋温度検出装置１８が設置される。赤外線透過窓１６はセンサ視野筒１７の開口部投影面積より大きく成形された構成としている。鍋温度検出装置１８は、調理鍋３０の底面から放射される赤外線をトッププレート２の赤外線透過窓１６を通して、その受光した赤外線のエネルギーから温度を検知する赤外線センサ１９が設けられている。赤外線センサ１９は、熱型検出素子を使用したサーモパイルである。

図４は鍋温度検出装置１８を説明する図である。鍋温度検出装置１８は、ヒートシンク２１を被せた赤外線センサ１９と反射型フォトインタラプタ２０が設けられている。赤外線センサ１９と反射型フォトインタラプタ２０は、赤外線センサ１９の出力を増幅する増幅回路と反射型フォトインタラプタ２０の出力を増幅する増幅回路を実装される電子回路基板２２に配置される。赤外線センサ１９と反射型フォトインタラプタ２０と電子回路基板２２は、全体をプラスチック部材の赤外線センサケース２３内に収納される。この赤外線センサケース２３には赤外線を透過させるためにケース窓２４が開けられ、このケース窓２４にはトッププレート２を構成する結晶化ガラスの光学特性に類似した（図７で説明するように１μｍ以上の長波長側の光学特性はほぼ同じだが、短波長側でトッププレート２に比べて透過率小の波長が０．５μｍほどであり、この部分の可視光線がカットされる）光学フィルタ２５として嵌め込んである。光学フィルタ２５の下には、赤外線センサ１９と反射型フォトインタラプタ２０が電子回路基板２１上に実装されている。

赤外線センサケース２３は周りをアルミなどの透磁率がほぼ１の金属ケース２６で覆っており、先のケース窓２４の所は開口されている。そして、鍋温度検出装置１８は、ケース窓２４がセンサ視野筒１７内を臨むように設置される。

図５は反射型フォトインタラプタ２０を説明する図である。図に示すように反射型フォトインタラプタ２０は、赤外線発光手段としての赤外線ＬＥＤ２０ａと、赤外線受光手段としての赤外線フォトトランジスタ２０ｂで構成している。

赤外線ＬＥＤ２０ａの発光面上にはプラスチックによるレンズが構成され、細いビームの赤外光をトッププレート２に設けた赤外線透過窓１６の上方に照射する。また、赤外線フォトトランジスタ２０ｂの受光面上には可視光阻止のプラスチックレンズを装着しており、先の照射した赤外光が赤外線透過窓１６を覆う物体（鍋底面）にて反射した赤外光を受光し、その受光量に比例した電流を出力する。

この反射型フォトインタラプタ２０の赤外線フォトトランジスタ２０ｂの出力から反射率計測手段２７へと入力される。

本実施例では、赤外線センサ１９の受光感度が５０％となる角度を視野角θとし、図３に示すように赤外線センサ１９の視野角θはセンサ視野筒１７の上端の開口部を検出しないように設定している。赤外線透過窓１６はセンサ視野筒１７の開口部投影面積に対して大きく形成されていることで、赤外線センサ１９の視野角θで赤外線透過窓１６を介して調理鍋３０の鍋底温度を検出する。このとき、視野角θが検出する赤外線透過窓１６の板厚は２ｍｍの部分である。また、赤外線透過窓１６の面積をセンサ視野筒１７の口径以上に拡大することで、赤外線センサ１９と反射型フォトインタラプタ２０が検出する赤外線透過窓１６を板厚２ｍｍの同一面とすることができる。視野角θがセンサ視野筒１７内面を観るような角度に設定すると、赤外線センサ１９はセンサ視野筒１７からの赤外線放射エネルギーによる熱外乱の影響で、鍋温度の測定精度が低下する要因となる。

調理鍋３０の温度を検出するためには、同じ温度の調理鍋３０でも鍋底の材質や色，傷などの違いによって底から放射される赤外線量が異なるため、赤外線センサ１９で検出した赤外線量から調理鍋３０の温度を一義的に求めることはできない。そこで、放射率を知ることで検出した赤外線量から正確な調理鍋３０の温度を検出することができる。

放射率は、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の間に成立するキルヒホフの法則による式（ε＋ρ＝１）より（但し、透過率α＝０とする）、調理鍋３０の反射率ρを知ることができれば、鍋３０の放射率εを算出できることができる。σはステファン・ボルツマン係数、Ｔは絶対温度である。

反射率計測手段２７では、その調理鍋３０の反射率を検出するためのものであり、トッププレート２上に置かれた調理鍋３０底面の反射率を計測し、制御手段５０に入力する。

上面操作部７ａは、火力を設定する火力設定手段５１と調理メニューを選択するメニュー設定手段５２とを備えている。

インバータ手段１００は、数十ｋＨｚの高周波で数百Ｖの電圧を生成し加熱コイル３に供給するものである。

制御手段５０は、火力設定手段５１より設定された火力で調理鍋３０を加熱できるようにインバータ手段１００を制御したり、メニュー設定手段５２で事前に組み込まれた自動メニューの中から選ばれたメニューに基づいてインバータ手段１００を制御する。また、鍋温度を換算するため調理鍋３０の温度を正確に検出するために反射率計測手段２７の信号から放射率を求め赤外線センサ１９からの信号を補正したり、センサ視野筒１７の近傍に配置した温度センサ１５ｂの信号に基づいてトッププレート２を含む調理鍋３０以外の熱外乱となる赤外線放射エネルギーを求め赤外線センサ１９からの信号を補正する。調理鍋３０の温度を決められた温度に維持するため前記補正した信号に基づいてインバータ手段１００から加熱コイル３に供給する電力を制御する。また、温度センサ１５の信号に基づいてインバータ手段１００から加熱コイル３に供給する電力を制御するものである。

トッププレート２上に置かれた調理鍋３０は、誘導加熱により発熱する。この加熱により調理鍋３０底面からは赤外線が放射される。この全放射エネルギーＥは鍋温度Ｔの４乗に比例したものである（Ｅ＝εσＴ⁴；ステファン・ボルツマンの法則）。

図６にプランクの分布則から算出される黒体温度の分光放射エネルギーを示す。この分光放射エネルギーを全波長域で積分すれば全放射エネルギーが求まり、これは温度（絶対温度）の４乗に比例する。これが前述のステファン・ボルツマンの法則であり、この係数σがステファン・ボルツマン係数である。分光放射エネルギーのピーク波長はウィーンの変移則から、調理温度１００〜３００℃で５μｍ〜８μｍである。

誘導加熱された鍋底は、黒体温度の全放射エネルギーＥに鍋底の放射率εを乗じた全放射エネルギーを温度に応じて放出する。すなわち、黒体温度の全放射エネルギーＥと鍋底温度のそれ（Ｅ´＝εσＴ⁴）との比が放射率εである。

一方、非磁性体である結晶化ガラス（トッププレート２）の光学特性を図７に実線で示す。図７中実線で示すように、結晶化ガラスは、０．４〜２．９μｍの波長の光を８０％以上透過し、３〜４．５μｍの波長の光を最大５０％程度透過し、４．５μｍよりも長い波長、及び、０．４μｍよりも短い波長の光をほとんど透過しない。光学フィルタ２５の光学特性は図７に破線で示す。先に述べた通り、１μｍ以上の長波長側の光学特性はトッププレート２に近い特性を有するが、３〜４．５μｍの波長の透過率が最大７０％程度と高く、短波長側で透過率０となる波長はトッププレート２の０．２μｍに対し０．５μｍと長波長側である。

赤外線センサ１９のレンズの光学特性は、図７中に一点破線で示す。赤外線センサ１９のレンズは、０．３〜２．９μｍの波長の光を８０％以上透過し、３〜５μｍの波長の光を最大７０％程度透過し、５．５μｍよりも長い波長、及び、０．２μｍよりも短い波長の光をほとんど透過しない。

誘導加熱された鍋底より放射される赤外線放射エネルギーは、トッププレート２の赤外線透過窓１６、光学フィルタ２５、赤外線センサ１９のレンズの３種類の光学特性の各透過率の積で赤外線センサ１９に受光される。このため、調理鍋３０から放射される赤外線放射エネルギーの大部分（波長４μｍ以上、及び０．５μｍ以下）は赤外線センサ１９では受光できない。全波長域で透過率１００％（トッププレート２や光学フィルタ２５が無い状態）の赤外線放射エネルギを１００％とした場合、赤外線センサ１９で受光される赤外線放射エネルギーは、調理鍋３０から放射される全赤外線放射エネルギーの約１％程度となる。

図８にトッププレート２の結晶化ガラスにおける、ガラスの板厚２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの各光学特性を示す。３〜４．６μｍの波長に着目すると、ガラスの板厚５ｍｍの最大透過率は４０％に対して、板厚２ｍｍの最大透過率は７０％である。ガラスの光学特性は、板厚が薄いほど透過率が増加する特性となる。０．４〜２．４μｍの波長も同様にガラスの板厚が薄いほど透過率が高くなる特性となる。本実施例において、トッププレート２の板厚は４ｍｍ、赤外線透過窓１６の板厚は２ｍｍである。図１１に、一般的なトッププレート２の赤外線透過窓１６の構造を示す。従来のトッププレート２は、赤外線透過窓１６と同じ板厚の４ｍｍである。従って、赤外線透過窓１６の３〜４．６μｍの波長の透過率は、本実施例の板厚２ｍｍの場合、最大で７０％、従来の板厚４ｍｍの場合、最大で５０％である。

図９に赤外線センサ１９に入射する入射エネルギーと赤外線を放射する黒体温度の関係を比較して示す。黒体と赤外線センサ１９の間は、図３に示すように黒体（鍋底）と赤外線センサ１９の間にトッププレート２および光学フィルタ２５が介在している。トッププレート２については、赤外線透過窓１６の板厚が２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍの板厚毎に赤外線の入射エネルギーと黒体温度の関係を比較している。

これは図６の分光放射エネルギーに図７の光学特性（透過率）を掛け合わせ、全波長域で積分したものである。なお、トッププレート２の赤外線透過窓１６の光学特性は図８を用いている。図９の結果より、トッププレート２の赤外線透過窓１６の板厚が５ｍｍから２ｍｍまで板厚が薄くなるにつれ、赤外線の入射エネルギーは増加する特性となる。

黒体温度２００℃の入射エネルギーを従来の板厚４ｍｍの赤外線透過窓１６と、本実施例の板厚２ｍｍの赤外線透過窓１６で比較すると、板厚４ｍｍは０．０１１Ｗ／ｃｍ²、板厚２ｍｍは０．０１６Ｗ／ｃｍ²となり、赤外線透過窓１６の板厚を４ｍｍから２ｍｍに薄くすると赤外線の入射エネルギーが約１．５倍に増幅される。

図１０に室温が常温の２５℃の状態で、鍋底として黒体を図３の赤外線透過窓１６に置いた場合における、黒体温度と赤外線センサ１９（サーモパイル）の出力電圧の関係を示す。黒体はトッププレート２が加熱されない程度の短時間載置した場合であり、センサ視野筒１７、光学フィルタ２５の温度上昇もない。つまり、これは前述の調理鍋３０から赤外線の入射エネルギーのみを赤外線センサ１９で電圧に変換したものである。また、出力電圧は、２５℃の状態の基準電圧０．５Ｖを引いたオフセット電圧を示している。

赤外線透過窓１６の板厚２ｍｍ、４ｍｍともに出力電圧は５０℃を超えると温度（絶対温度）のべき乗ｎに比例した電圧が出力される。黒体温度２００℃の赤外線センサ出力を比較すると、板厚４ｍｍは０．６８Ｖ、板厚２ｍｍは１．００Ｖとなり、赤外線透過窓１６の板厚を４ｍｍから２ｍｍに薄くすることで、赤外線センサの出力電圧が約１．５倍に増幅されることとなり、前述した図９に示した結果と同じ効果が確認できた。

上記より、トッププレート２の赤外線透過窓１６の板厚を４ｍｍから２ｍｍと薄くすることで、赤外線センサ１９の視野角θで検出する鍋底からの赤外線放射エネルギーの入射エネルギーが増加する。赤外線センサ１９が受光する赤外線入射エネルギーは鍋以外に、トッププレート２、加熱コイル３などからの熱外乱分も含まれるが、本実施例により鍋からの赤外線入射エネルギーが増加することで、熱外乱の入射エネルギーの比率が低下して、鍋温度検出装置１８が検出した信号から制御手段５０で求める鍋温度の測定精度が向上する。また、図１０より、板厚４ｍｍの黒体温度１５０℃の出力電圧と、板厚２ｍｍの１３０℃の出力電圧は同等となる。

図１１に示す一般的なトッププレート２おける鍋温度検出装置１９の鍋温度の検出下限温度を１５０℃とした場合、図３のトッププレート２では鍋温度の検出下限は１３０℃となることから、本実施例により鍋温度の検出範囲を拡大できる。

トッププレート２の全面を板厚２ｍｍとすると、板厚４ｍｍに対してトッププレート２のガラス強度が低減し、鍋置時などに衝撃によりトッププレート２が割れ易くなる恐れがある。板厚２ｍｍの部位を赤外線透過窓１６のみと限定することで従来のトッププレートと同程度の強度を確保できる。また、トッププレート２の結晶化ガラスは板厚が薄くなるほど、耐熱、耐衝撃などの性能を一般的なトッププレート２並に要求するとコストが上がる。赤外線透過窓１６のみ薄く成形することでトッププレート２のコストを安価に抑えることができる。

なお、本実施例では赤外線透過窓１６の板厚を２ｍｍとして説明したが、本発明の適用対象はこれに限らずトッププレート２の板厚より赤外線透過窓１６が薄い板厚であれば何ｍｍであっても良い。また、本実施例の赤外線透過窓１６の下面１６ａと左右側面１６ｂの端部１６ｃは図３で直角となる凹形状と図示しているが、本発明の適用対象はこれに限らず、図１２に示すように左右側面１６ｂを傾斜させても良く、図示しないが端部１６ｃを円弧形状など成形しやすい形状であれば良い。

また、トッププレート２の赤外線透過窓１６の凹形状を図１３に示すように平凹レンズとしても良い。図１３は鍋反りによりトッププレート２と調理鍋３０の鍋底が離れた状態の赤外線透過窓１６と赤外線センサ１９の視野角θの概念図を示す。

平凹レンズによる屈折により赤外線センサ１９が検出する鍋底の面積３０ａは、視野角θの線上となる赤外線透過窓１６の上面１６ｄよりも拡大することになる。鍋底の検出面積３０ａの大きさに比例して赤外線放射エネルギー量が増えることとなり、赤外線センサ１９が受光する赤外線放射エネルギー量の増加により、熱外乱の比率が低下して鍋温度の検出精度の向上とともに、低温度帯（１００〜１５０℃）の検出精度も向上することから、検出範囲拡大の効果が得られる。

次に実施例２について図１４を用いて説明する。実施例１と共通の構成は説明を省略する。実施例２は、実施例１で説明したトッププレート２の赤外線透過窓１６と温度センサ１５ｂの配置に関する内容である。

実施例１で説明した通り温度センサ１５は、トッププレート２の下面２ａに密着することにより、加熱コイル３の上方に載せられた調理鍋３０の温度を検出する。赤外線透過窓１６の近傍に配置される温度センサ１５ｂの信号は、赤外線センサ１９の信号から鍋温度以外の熱外乱分の信号を制御手段５０で補正するために配置されている。

図１４は、図３と同じく誘導加熱調理器の左右の加熱コイル３を主体とした構成を示す断面である。本実施例ではトッププレート２の板厚は４ｍｍとし、赤外線透過窓１６の板厚は２ｍｍである。赤外線透過窓１６は実施例１と同様に、センサ視野筒１７を介して鍋温度検出装置１８の赤外線センサ１９に、調理鍋３０からの赤外線放射エネルギーを透過させる配置である。実施例２は、赤外線透過窓１６の近傍に配置する温度センサ１５ｂが密着するトッププレート２の下面２ｂの板厚は、赤外線透過窓１６と同厚の２ｍｍである。

トッププレート２の板厚４ｍｍの下面２ａと板厚２ｍｍの下面２ｂの位置では、調理鍋３０からの熱伝達時間が異なり、温度センサ１５に温度誤差を生じる。板厚４ｍｍの方が調理鍋３０の温度変化に対して応答性が低く、赤外線透過窓１６の下面１６ａと温度誤差を生じる。

上記した通り、温度センサ１５ｂは赤外線センサ１９の信号から、鍋温度以外の熱外乱分の信号を補正する。調理鍋３０からの赤外線の放射エネルギーを透過させる赤外線透過窓１６と同じ板厚２ｍｍのトッププレート２の下面２ｂに温度センサ１５ｂを配置して、信号を検出することで、制御手段５０による赤外線透過窓１６からの熱外乱分の赤外線放射エネルギーの補正量の精度が向上し、鍋温度を精度良く検出できる。

次に実施例３について図１５を用いて説明する。先の実施例と共通の構成は説明を省略する。実施例３は、実施例１、２で説明したトッププレート２の赤外線透過窓１６と、センサ視野筒１７の配置に関する内容である。

図１３は、赤外線透過窓１６とセンサ視野筒１７の断面図を示す。センサ視野筒１７の上端１７ａはトッププレート２の下面２ａより上部（鍋側）に配置されており、赤外線透過窓１６の下面１６ａの口径の方がセンサ視野筒１７の口径よりも広い。

センサ視野筒１７の上端１７ａをトッププレート２の下面２ａより上方に位置することで、赤外線透過窓１６の左右側面１６ｂから入射される赤外線センサ上部以外からの、赤外線放射エネルギーを遮断する。赤外線透過窓１６の左右側面１６ｂから入射される赤外線は、赤外線透過窓１６上部以外の鍋底やトッププレート２の赤外線である。その他として、鍋反りによりトッププレート２と鍋底の隙間から入射した照明や、太陽光などの可視光線などが入射する。

赤外線センサ１９のサーモパイルは可視光線の波長も検出することから、可視光線の入射によりセンサ出力電圧が上昇してしまい、鍋温度の検出誤差要因となる。

上記より、本実施例のセンサ視野筒１７の配置とすることで、上記の外乱が鍋温度検出装置１８に入射されることを防止できることから、鍋温度を精度良く検出することができる。

次に本発明の実施例４について図１６、図１７を用いて説明する。先の実施例と共通の構成は説明を省略する。実施例４は、実施例１、２、３で説明したトッププレート２の下面２ａ全面、もしくは赤外線透過窓１６の下面１６aに反射防止膜をコーティングした内容である。

図１６、は赤外線透過窓１６の下面１６ａのみ反射防止膜６０をコーティングした図を示す。図１７は、下面１６ａを含むトッププレート２の下面２ａ全面に反射防止膜６０をコーティングした図を示す。

鍋底からの赤外線が赤外線透過窓１６に入射すると、赤外線の一部が下面１６ａで内部反射してしまい、赤外線透過窓１６を透過しない。本実施例の反射防止膜は２．９〜５μｍの波長で反射率が０に近い特性を有し、赤外線透過窓１６の下面１６ａにコーティングすることで下面１６ａの内部反射が減少し、赤外線透過窓１６の透過率を数％増加できる。

赤外線透過窓１６の透過率が増加すると、実施形態例１で説明したように、鍋底から赤外線センサ１９に入射する赤外線放射エネルギーが増えて、熱外乱分の放射エネルギーの比率が低減し、鍋温度の検出を精度良く測定することができる。

図１６に示すように、反射防止膜６０のコーティングが赤外線透過窓１６の下面１６ａのみのため、加熱コイル３などに接触して傷などによる性能低下の心配が無いので、薄い皮膜でコーティングできることから、安価な反射防止膜を使用できる。

また、図１７に示すようにトッププレート２の下面２ａ全面に耐久性の高い反射防止膜をコーティングすることで、赤外線透過窓１６の赤外線透過率の向上とともに、鍋などをトッププレート２に落とした場合などの衝撃により結晶化ガラスにひび割れを生じた際でも、鍋からこぼれた水が反射防止膜のコーティングにより、トッププレート２下方の加熱コイル３やインバータ基板などの電子部品に浸入することを防ぐことができ、電子部品の破損を回避できる。また、結晶化ガラスの飛散を抑制できることから安全性の高い誘導加熱調理器を提供できる。

１…誘導加熱調理器の本体
２…トッププレート、２ａ…トッププレートの下面
３…加熱コイル
３ａ…内側加熱コイル、３ｂ…隙間、３ｃ…外側加熱コイル
５…排気口
６…グリル庫
６ａ…ハンドル、６ｂ…グリルドア
７ａ、７ｂ、７ｃ…上面操作部
８ａ、８ｂ、８ｃ…上面表示部
９…主電源スイッチ
１０…前面操作部
１３…コイルベース
１４…ギャップスペーサ、１４ａ…支持部材
１５…温度センサ、１５ａ…内側温度センサ、１５ｂ、１５ｃ…外側温度センサ、
１６…赤外線透過窓、１６ａ…赤外線透過窓の下面
１７…センサ視野筒
１８…鍋温度検出装置
１９…赤外線センサ
２０…反射型フォトインタラプタ、２０ａ…赤外線ＬＥＤ
２０ｂ…赤外線フォトトランジスタ
２１…ヒートシンク
２２…電子回路基板
２３…赤外線センサケース
２４…ケース窓
２５…光学フィルタ
２６…金属ケース
２７…反射率計測手段
３０…調理鍋
５０…制御手段
５１…火力設定手段
５２…メニュー設定手段
６０…反射防止膜
１００…インバータ手段

Claims (5)

1. 調理鍋を上面に置くトッププレートと、
   該トッププレートの下に設けられ、前記調理鍋を加熱するために誘導磁界を発生させる加熱コイルと、
   該加熱コイルに電力を供給するインバータ手段と、
   前記トッププレートに設けられ、前記鍋底から放射される赤外線を透過する赤外線透過窓と、
   前記赤外線透過窓を透過した赤外線を検出する赤外線検出手段と、
   前記赤外線透過窓と前記赤外線検出手段の間に赤外線を通すとともに、加熱コイルからの熱を遮断する導光筒で構成され、
   前記赤外線透過窓の板厚が前記赤外線透過窓以外の前記トッププレートの板厚に対して薄く成形され、赤外線透過窓は前記導光筒の開口部投影面積より大きく成形されたことを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 請求項１に記載の誘導加熱調理器において、
   前記トッププレートの下面に密着して設けられた温度検出手段を前記赤外線透過窓と導光筒の近傍に配置し、前記温度検出手段が前記赤外線透過窓と同等の板厚部に配置されていることを特徴とする誘導加熱調理器。
3. 請求項１乃至２に記載の誘導加熱調理器において、
   前記導光筒の上端が、前記トッププレートの下面より上部で、かつ前記赤外線透過窓より下方に配置されていることを特徴とする誘導加熱調理器。
4. 請求項１乃至３何れか一項に記載の誘導加熱調理器において、
   前記トッププレート下方の前記赤外線検出手段の近傍に設けられ前記鍋底に向けて前記導光筒を通じて赤外線を発光する赤外線発光手段と、前記赤外線発光手段の発光により鍋底で反射した赤外線を前記導光筒を通じて受光する赤外線受光手段を備えたことを特徴とする誘導加熱調理器。
5. 請求項１乃至４何れか一項に記載の誘導加熱調理器において、
   前記トッププレート下面の少なくとも前記赤外線透過窓の下面に、光の反射を防止する反射防止膜をコーティングしており、前記赤外線透過窓の光学特性が波長２〜５μmの範囲で最大透過率60％以上を有することを特徴とする誘導加熱調理器。