JP2017045550A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】鍋底温度を高精度かつ非接触で検出する誘導加熱調理器を提供する。【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手段５４と、トッププレートに設けられ、調理鍋の鍋底より放射される赤外線を透過する赤外線透過窓５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２０と、赤外線透過窓の下方に設けられ、鍋底から放射される赤外線を赤外線検出手段に導く導光部２０を備え、導光部は、加熱コイルの下面より上方に上端を配し、内部に絞りを有する誘導加熱調理器。【選択図】図３

Description

本発明は、鍋温度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などの赤外線センサを備えた誘導加熱調理器に関する。

誘導加熱調理器は、結晶化ガラスやホウケイ酸ガラス等の耐熱ガラス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鍋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底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鍋の温度を調整するものである。トッププレート上に載置された調理鍋は、調理温度範囲（１００℃から２５０℃）で加熱される。

赤外線センサが受光する調理鍋の鍋底で生じた赤外線放射エネルギーは小さい。これは、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５．０μｍの幅４．０μｍ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透過できないためである。

誘導加熱調理器に用いられる赤外線センサは、調理鍋の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、トッププレート下方に配置された加熱コイル、更にトッププレートと赤外線センサ間に配置した調理鍋からの赤外線を赤外線センサに導く導光筒の赤外線放射エネルギー等を全て検出する。また、従来の鍋底温度検出手段では、導光筒の上端開口部は加熱コイルとトッププレート間に配置されている。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誘導加熱調理器では、鍋底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の低下要因となる。従って、熱外乱を排除することが、鍋底温度を高精度に検出するための課題となる。

この従来の鍋底温度検出手段として特許文献１と２に挙げるものがある。特許文献１は、加熱コイル下方に設けられ、鍋から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、トッププレートに対向して上端に形成された上方開口部、及び、下端に形成された下方開口部を有し、鍋から上方開口部及び下方開口部を通過させ赤外線センサへ赤外線を導光すると共に加熱コイル支持体に設けられ、上方開口部が加熱コイル下面よりも上方に形成された樹脂製の非金属材料部でのみ構成された導光部で構成される。

特許文献２は、トッププレートの赤外線センサ上部に位置する部分に貫通穴を開け赤外線透過材料を埋め込んでおり、トッププレートに開けた貫通穴には赤外線を赤外線センサまで導く導波管を挿入した構成である。

特許４９０５４４９号公報 特開２００３−２４９３４２号公報

特許文献１では、加熱コイルに設けた上方開口部が加熱コイル下面より上方に形成された導光部によって、鍋底からの赤外線を赤外線センサに導く構成である。赤外線センサの受光感度は、赤外線センサに備えられた赤外線を受光するレンズの中心軸となる垂直方向が最も高く、中心軸より左右に拡がると受光感度が小さくなる正規分布状の視野特性を有している。このような視野特性で赤外線センサは、導光部の上方開口部近傍からの赤外線を検出する。導光部の上方開口部は加熱コイル下面より上方に位置するため加熱コイルからの放射熱やトッププレートからの放射熱により加熱され、高温となった導光部が熱外乱として赤外線センサに検出される。また、トッププレートには鍋底からの赤外線を赤外線センサに透過させる部分のみ印刷表示を施していない。赤外線センサの視野特性より、赤外線センサが検出するトッププレートの検出面積は、導光部の上方開口部より大きくなる。これにより、鍋底からの赤外線を透過させないトッププレートの印刷部からの温度が熱外乱とし赤外線センサに検出されることとなる。上記熱外乱を赤外線センサで受光することで、鍋底温度の検出精度を低下させることが課題である。

また、特許文献２では、トッププレートに開けた貫通穴に直接導波管を挿入するため、トッププレートの温度は鍋底の赤外線透過部に限定され、トッププレート印刷部からの温度を遮断できる。しかし、トッププレートに接することからトッププレートの温度が導波管に伝熱され高温となり、導波管からの赤外線が熱外乱として赤外線センサが受光することで鍋底温度の検出精度を低下させることが課題である。

上記課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器では、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、前記調理鍋の鍋底より放射される赤外線を透過する赤外線透過窓と、該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、前記赤外線透過窓の下方に設けられ、前記鍋底から放射される赤外線を前記赤外線検出手段に導く導光部を備え、該導光部は、前記加熱コイルの下面より上方に上端を配し、内部に絞りを有することとした。

本発明によれば、トッププレートからの熱外乱を低減でき、また、加熱コイルによる放射熱の影響を低減することで導光部の熱外乱を抑制できる。

このように、赤外線センサへ入射する鍋底以外の赤外線放射エネルギーを低減することで、鍋底の温度検出誤差を低減することができる。また、熱外乱の低減により、赤外線センサの高精度化により、検出温度の下限値を例えば従来１６０℃としたものが１４０℃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。

上記により、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 実施例１の誘導加熱調理器の左右の加熱コイルユニットを主体とした鍋底温度検出手段の構成を示すブロック図 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の鍋温度検出装置の上面図 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の赤外線センサ２１の視野特性を示す図 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の調理鍋の赤外線放射エネルギーの割合を示す図 実施例２の鍋温度検出装置の詳細を示す図 実施例２の鍋温度検出装置の上面図 実施例２の赤外線検出回路を示す図 実施例２の赤外線検出回路動作を示す図 実施例３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３の鍋温度検出装置の詳細を示す図

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ユニット３を主体とした鍋底温度検出手段の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、本実施例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く、ヒータ部が何口で構成された誘導加熱調理でも良い。なお、調理鍋３０は、誘導加熱に適した磁性体の鉄鍋を例に説明するが、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、例えばホウケイ酸ガラスを使用しても良い。

トッププレート２の上面は、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おり、調理鍋３０の載置部４を表示している。調理鍋３０の載置部４には赤外線透過窓５を設けている。赤外線透過窓５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。

トッププレート２の前面側の上面には、夫々のヒータ部（図２に示す加熱コイルユニット３）に対応した上面操作部６ａ、６ｂ、６ｃが設けられていて、加熱コイルユニット３の通電状態の設定や操作を行う。また、各上面操作部６ａ、６ｂ、６ｃの近傍には、対応した上面表示部７ａ、７ｂ、７ｃが設けられており、夫々の加熱コイルユニット３の通電状態などを表示する。

上面操作部６ａは、本体１右側の加熱コイルユニット３の火力等の入力を行い、上面操作部６ｂは本体１中央後部の加熱コイルユニット３の火力等の入力を行い、上面操作部６ｃは本体１左側の加熱コイルユニット３の火力等の入力を行う。

本体１の前面左部には、魚やピザ等を焼くグリル庫８が設けられており、グリル庫８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８ａが取り付けられたグリルドア８ｂにより塞がれている。グリルドア８ｂ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８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。

本体１内に設けたファン（図示せず）により、本体１に外気を取込む開口部（図示せず）から吸気した冷却風を本体１内に設けたインバータ基板や制御基板（図示せず）、加熱コイルユニット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１１が設けられている。

図２に示すように、トッププレート２の載置部４に対応する下方には、環状に形成された加熱コイルユニット３が本体１内上部の左右および中央後部に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。左右及び中央後部に配置された加熱コイルユニット３のヒータ部は、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。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、各加熱コイルユニット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の無い加熱コイルユニット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ユニット３は、コイルベース１２上に内側加熱コイル３ａと、隙間３ｂ、外側加熱コイル３ｂを設置している。また、ギャップスペーサー１３が、コイルベース１２の外周縁部に取り付けられた支持部材１３ａ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、加熱コイルユニット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と加熱コイルユニット３とのギャップが一定に保持されている。

内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｃ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５４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ユニット３には、サーミスタで構成された複数の温度センサ１４を配置しており、中心部近傍には、内側温度センサ１４ａがトッププレート２の下面に密着して設けられており、加熱コイルユニット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の温度検出手段に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、同様に加熱コイルユニット３の隙間３ｂには、加熱コイルユニット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１４ｂ、１４ｃ（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の温度を検知する。

なお、外側温度センサ１４ｂ、１４ｃは、加熱コイルユニット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の無い加熱コイルユニット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１４ｂ、１４ｃ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。

加熱コイルユニット３の隙間３ｂの下方には、鍋温度検出装置２０が設置される。隙間３ｂ下方には鍋温度検出装置２０に設けた後述する図４に示す導光筒２８を配置する。鍋温度検出装置２０は、調理鍋３０の底面から放射され、トッププレート２の赤外線透過窓５を透過し、導光筒２８から導かれた赤外線を受光する。

図４は鍋温度検出装置２０の詳細を説明する図である。図４（ａ）は、図１に示すＸ−Ｘ断面から見た鍋温度検出装置２０の断面図を示し、図４（ｂ）は、図１に示すＹ−Ｙ断面から見た鍋温度検出装置２０の断面図を示す。

鍋温度検出装置２０は、赤外線センサ２１と図６で後述する反射型フォトインタラプタ２２が設けられている。赤外線センサ２１は、集光レンズ２１ａを備えた熱型検出素子を使用したサーモパイルを例に説明する。

赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタ２２は、赤外線センサ２１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２２の出力を増幅する増幅回路を備えた電子回路基板２３に配置される。赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタ２２の各出力は、電子回路基板２３の出力端子２３ａから出力され、制御手段５０や反射率計測手段５１に出力信号を入力する。

赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタ２２を設置した電子回路基板２３は、全体をプラスチック部材のセンサケース２４内に収納される。このセンサケース２４の上方には赤外線を透過させるためにケース窓２５が開口しており、このケース窓２５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９で説明するように１μｍ以上の長波長側の光学特性がトッププレート２とほぼ同じ。但し、波長１μｍ以下は透過率が小さく、可視光線をカットする）光学フィルタ２６として嵌め込んである。光学フィルタ２６の下方に、赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタ２２が配置された構成である。

センサケース２４の上面や側面部にはアルミなどの透磁率がほぼ１の金属ケース２７で覆っており、先のケース窓２５の上方に開口した開口部２７ａを設けている。

金属ケース２７の上部には、その上端が加熱コイルの下方に位置する導光筒２８を配置しており、導光筒２８は上方開口部２８ａと下端開口部２８ｂを有している。導光筒２８を通じて、調理鍋３０からの赤外線を赤外線センサ２１が受光し、図６に後述するように反射型フォトインタラプタ２２が投光した赤外線が調理鍋３０で反射し、反射した赤外線を反射型フォトインタラプタに導く光路となる。赤外線センサ２１の上方に位置する導光筒２８の上方開口部２８ａには赤外線の光量を制限する絞り部２９を設けている。

図５は鍋温度検出装置２０の上面図を示す。図５（ａ）は、電子回路基板２３を収納したセンサケース２４の上面図、図５（ｂ）は、金属ケース２７の上面図、図５（ｃ）は、導光筒２８の上面図である。

図５（ａ）より、センサケース２４のケース窓２５に配置した光学フィルタ２６の下方に、赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタ２２を配置している。図５（ｂ）より、金属ケース２７の開口部２７ａは、下方に配置された光学フィルタ２６を臨む。図５（ｃ）より、導光筒２８の上方開口部２８ａは光学フィルタ２６を臨む配置としており、赤外線センサ２１の上方に位置する上方開口部２８ａに絞り部２９を設けて、赤外線センサ２１に入射する赤外線量を制限する。なお、導光筒２８の上方開口部２８ａは、内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｃの下方に位置する。

図６は反射型フォトインタラプタ２２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２２は、赤外線発光手段としての赤外線ＬＥＤ２２ａと、赤外線受光手段としての赤外線フォトトランジスタ２２ｂで構成している。

赤外線ＬＥＤ２２ａ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５を介して上方に照射する。また、赤外線フォトトランジスタ２２ｂ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、赤外線ＬＥＤ２２ａで照射した赤外光が赤外線透過窓５を覆う物体（調理鍋３０の底面）にて反射した赤外光を受光し、その受光量に応じた電流を出力する。この反射型フォトインタラプタ２２の赤外線フォトトランジスタ２２ｂの出力が反射率計測手段５１へと入力される。

図７は、赤外線センサ２１における視野角の特性を示す図である。赤外線センサ２１は集光レンズ２１ａの直上に測温体を配置した場合に、集光レンズ２１ａの中心軸２１ｂ（視野角０°）において検出出力値の最大値を得る。図７は、この最大値を相対感度１００％として、前後左右に方向に測定視野角をずらした時の測温体の検出出力値を測定した分布を示している。本実施例では視野角は−２０°及び＋２０°で、検出値がほぼ相対感度０％となる特性を有する。

実施例１に係わる赤外線センサ２１において、絞り部２９で視野角を規制することで赤外線センサ２１が検出する視野範囲を赤外線透過窓５に制限する。また、本実施例では、図４（ａ）の集光レンズ２１ａの中心軸２１ｂに対し、反射型フォトインタラプタ２２を配置した左方向の視野角２１ｃが、視野角２０°以下となるように配置しており、赤外線センサ２１が検出する視野範囲を赤外線透過窓５としている。右方向の視野角２１ｄは、絞り部２９によりトッププレート２の赤外線透過窓５を透過する赤外線のみを検出するように、赤外線センサ２１の視野を規制される。図４（ｂ）では、集光レンズ２１ａの中心軸２１ｂに対する左方向の視野角２１ｅと、右方向の視野角２１ｆも絞り部により赤外線透過５を透過する赤外線のみを検出するように、赤外線センサ２１の視野を規制される。

仮に、図４（ｂ）において、導光筒２８の上方開口部２８ａに絞り部２９が無い場合、赤外線センサ２１の視野角±２０°の視野範囲には、赤外線透過窓５以外のトッププレート２や加熱コイルユニット３が視野範囲となり、熱外乱の影響を受けて鍋底温度の検知精度を低下する。従って、導光筒２８に設けた絞り部２９により赤外線センサ２１の視野範囲を規制して、導光筒２８の上方の検出範囲を赤外線透過窓５に限定する検出手段により、赤外線透過窓５以外のトッププレートや加熱コイルユニット３からの熱外乱を低減できる。

なお、本実施例の赤外線センサ２１の視野角特性は、視野角−２０°及び＋２０°で、相対感度０％として説明したが、本実施例はこの視野特性に限定するものでは無い。トッププレート２から鍋温度検出装置２０の距離や、赤外線透過窓５の面積は誘導加熱調理器の構造により異なるため、絞り部２９を介して赤外線センサ２１が検出するトッププレート２の視野範囲を赤外線透過窓５内に規制できれば良い。

ここで、調理鍋３０の鍋底温度の換算方法について説明する。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２１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。調理鍋３０の鍋底の温度を求めるためには、鍋底の放射率を得ることで検出した赤外線量を補正することで正確な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＝εσＴ^４）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。ここで、σはステファン・ボルツマン係数、Ｔは絶対温度である。反射型フォトインタラプタ２２でトッププレート２上に置かれた調理鍋３０底面の反射率を計測し、反射率計測手段５１で、その調理鍋３０の放射率を算出し、その後、調理鍋３０の放射率を制御手段５０に入力する。

ここで、上面操作部６ａは、火力を設定する火力設定手段５２と調理メニューを選択するメニュー設定手段５３とを備えている。また、インバータ手段５４は、数十ｋＨｚの高周波で数百Ｖの電圧を生成し加熱コイルユニット３に供給するものである。

制御手段５０は、火力設定手段５２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５４を制御したり、メニュー設定手段５３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５４を制御する。なお、制御手段５０には、鍋温度の換算に必要な、赤外線センサ２１からの信号と、温度センサ１４ｂの信号、反射率計測手段５１の信号が入力される。ここで、赤外線センサ２１の信号から、温度センサ１４ｂの信号によりトッププレート２の温度分の熱外乱を除算した後、反射率計測手段５１より得た放射率で補正することで調理鍋３０の鍋底温度に換算する。

メニュー設定手段５３で鍋底温度を設定して加熱を開始すると、調理鍋３０の温度を決められた温度に維持するため前記鍋底温度に換算した値の情報に基づいて、インバータ手段５４から加熱コイルユニット３に供給する電力を制御する。また、温度センサ１４の信号に基づいてインバータ手段５４から加熱コイルユニット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＝εσＴ^４；ステファン・ボルツマンの法則）。

図８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５〜８μｍ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´＝εσＴ^４）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９に実線で示す。図９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２６の光学特性は図９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２１の集光レンズ２１ａの光学特性は、図９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。

誘導加熱された調理鍋３０の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５、光学フィルタ２６、赤外線センサ２１の集光レンズ２１ａの３種類の光学特性の各透過率の積で赤外線センサ２１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２１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２６が無い状態）の赤外線放射エネルギーを１００％とした場合、赤外線センサ２１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１０に上面操作部６のメニュー設定手段５３により鍋底温度を設定し、設定温度で調理鍋３０を加熱した場合における、赤外線センサ２１が検出した全赤外線放射エネルギーに対する、調理鍋３０の赤外線放射エネルギーの割合を示している。これは、設定温度毎の赤外線センサ２１の検出信号から熱外乱を除外し、調理鍋３０分の赤外線放射エネルギーの割合を換算している。また、図中の調理鍋３０の赤外線放射エネルギーの割合は、調理鍋３０の温度及び本体１内部の温度が安定時の赤外線センサ２１出力値から換算した値である。図中の実線の絞り部有りは本実施例構造の結果を示す。なお、破線は、絞り部が無い場合の結果を示す。

図１０に示す様に絞り部２９の有無で比較すると、本実施例の構造では調理鍋３０の鍋底温度１５０℃の場合、調理鍋の赤外線放射エネルギーの割合が約１０％増加しており、熱外乱の割合が低減している。絞り部２９の無い構造では、赤外線センサ２１の視野角±２０°の範囲には、赤外線透過窓５以外のトッププレート２の温度と、導光筒２８の主に上方開口部２８ａの温度が熱外乱として検出される。従来構造のように上方開口部２８ａが加熱コイルユニット３の上面に配置していると、加熱コイルユニット３やトッププレート２からの放射熱により約１００℃と高温となり、熱外乱となる。

一方、本実施例構造は、導光筒２８の上方開口部２８ａを内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｃの下方に配置しており、トッププレート２からも遠ざけて配置することで絞り部２９の温度を５０℃以下に低減できることから、従来構造に比べて導光筒２８からの熱外乱を低減できる。

また、調理鍋３０の赤外線放射エネルギーの割合４０％における鍋底温度を比較すると、従来構造では１６０℃、本実施例の構造では１４０℃以下となる。仮に、鍋底温度の検出に要する赤外線放射エネルギーの割合が４０％以上とすると、本実施例により、鍋底温度の検出下限値を従来の１６０℃から１４０℃まで低減できることから、検出範囲を拡大できる。

また、本実施例では導光筒２８の上方開口部２８ａに絞り部２９を配置している。赤外線センサ２１の視野角を制限する場合、赤外線センサ２１から遠ざけた位置に絞り部２９を設けた方が、絞り部２９の開口面積を大きく設計できるため、鍋温度検出装置２０の組立て誤差などの影響を最小限に抑える効果が得られる。このことから絞り部２９の位置は上方開口部２８ａが望ましいが、本実施例では必ずしも絞り部２９の設置位置を上方開口部２８ａに限定するものではなく、導光筒２８の内部であれば良い。

以上、本実施例の構造による導光筒２８に設けた絞り部２９により赤外線センサ２１の視野範囲を規制して、導光筒２８の上方の検出範囲を赤外線透過窓５に限定する検出手段により、鍋温度検出装置２０が検出する調理鍋３０以外の熱外乱を低減できることから、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ので、検出範囲拡大の効果が得られる。

次に、本発明の実施例２について、図１１から図１４を用いて説明する。実施例２は、実施例１で説明した鍋温度検出装置２０に搭載する電子回路基板２３に、温度補償用赤外線センサ４０を備えた配置とする内容である。

実施例１で説明した通り鍋温度検出装置２０は図３に示す様に加熱コイル３の隙間３ｂで導光筒２８を臨み、内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｂの下方に配置されている。

図１１は実施例２の鍋温度検出装置２０である。図１１（ａ）は、図１に示すＸ−Ｘ断面から見た鍋温度検出装置２０の断面図を示し、図１１（ｂ）は、図１に示すＹ−Ｙ断面から見た鍋温度検出装置２０の断面図を示す。

鍋温度検出装置２０は、調理鍋３０からの赤外線を検出する赤外線センサ２１と、調理鍋３０からの赤外線を遮光した位置に配置した温度補償用赤外線センサ４０、反射型フォトインタラプタ２２が設けられている。赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０は、両センサ共にサーモパイルとして説明する。温度補償用赤外線センサ４０の作用については図１３、図１４に後述する。

赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０、反射型フォトインタラプタ２２は、赤外線センサ２１の出力と温度補償用赤外線センサ４０を増幅する増幅回路と反射型フォトインタラプタ２２の出力を増幅する増幅回路を実装される電子回路基板２３に配置される。赤外線センサ２１に温度補償用赤外線センサ４０の出力を入力した出力と、反射型フォトインタラプタ２２の出力は、電子回路基板２３の出力端子２３ａから出力される。

赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０、反射型フォトインタラプタ２２と電子回路基板２３は、全体をプラスチック部材のセンサケース２４内に収納される。このセンサケース２４の上方には赤外線を透過させるためにケース窓２５が開口しており、このケース窓２５には図９で述べたトッププレート２を構成する結晶化ガラスの光学特性に類似した光学フィルタ２６として嵌め込んである。ケース窓２５の開口部及び光学フィルタ２６の下方に、赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０、反射型フォトインタラプタ２２が電子回路基板２３上に配置された構成である。

ここで、センサケース２４の上面や側面部にはアルミなどの透磁率がほぼ１の金属ケース２７で覆っており、先のケース窓２５の上方に開口した開口部２７ａを設けている。金属ケース２７の上部には、導光筒２８が配置しており、導光筒２８は上方開口部２８ａと下端開口部２８ｂの開口部を設けている。導光筒２８を通じて、調理鍋３０からの赤外線を赤外線センサ２１が受光し、反射型フォトインタラプタ２２が投光・受光するための光路となる。赤外線センサ２１の上方に位置する導光筒２８の上方開口部２８ａには赤外線の光量を制限する絞り部２９を設けている。温度補償用赤外線センサ４０の上方は光学フィルタ４０、導光筒２８の下面２８ｃを配置しており、調理鍋３０からの赤外線を遮光する配置となる。

図１２は鍋温度検出装置２０の上面図を示す。図１２（ａ）は、電子回路基板２３を収納したセンサケース２４の上面図、図１２（ｂ）は、金属ケース２７の上面図、図１２（ｃ）は、導光筒２８の上面図である。図１２（ａ）より、センサケース２４のケース窓２５に配置した光学フィルタ２６の下方に、赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０、反射型フォトインタラプタ２２が配置されている。図１２（ｂ）より、金属ケース２７の開口部２７ａは、下方に配置された光学フィルタ２６、更に赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０、反射型フォトインタラプタ２２を臨む。図１２（ｃ）より、導光筒２８の上方開口部２８ａは光学フィルタ２６を臨む配置としており、赤外線センサ２１の上方に位置する上方開口部２８ａに絞り部２９を設けて、赤外線センサ２１に入射する赤外線量を制限する。

図１３に実施例２の電子回路基板２３に設けた赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０を組合せた赤外線検出回路を示す。赤外線センサ２１の熱電対出力（熱起電力で、図中（＋）、（−）記号間の電圧）は、オペレーショナルアンプ（以下ＯＰアンプと略称する）６０に入力する。

赤外線センサ２１内のサーミスタ６１は、回路電源電圧Ｖｃｃ（＝５Ｖ）を抵抗Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７で分圧された電圧源（抵抗Ｒ６の両端）に抵抗Ｒ８と直列接続された状態で接続される。サーミスタ６１は温度２５℃での抵抗値で０．５Ｖに設計され、このゼロ電圧から０．５Ｖオフセットしたバイアス電圧は赤外線検出回路７２の故障検出に利用する。ＯＰアンプ６０の故障あるいは、出力端子６２の開放、あるいは出力端子６２が電源ＶＣＣあるいは回路グランドと短絡されていれば、制御手段５０の読み込む電圧は０．５Ｖと異なることになる。

ＯＰアンプ６３をＲ９、Ｒ１０で増幅率Ｇ＝（Ｒ１０／Ｒ９＋１）の正転増幅回路とし、この入力に調理鍋３０からの赤外線を遮光した温度補償用赤外線センサ４０の熱電対出力（図中（＋）、（−）で示す）を接続している。赤外線センサの負出力（（−）で示す）をＯＰアンプ６３の正転入力に、正出力（（＋）で示す）をＲ１０に接続する。この結果、赤外線センサ２１とは逆位相の熱電対出力を増幅率Ｇ＝（Ｒ１０／Ｒ９＋１）のＯＰアンプ６３で増幅することとなり、この出力電圧がバイアス電圧としてＯＰアンプ６０の図中ｂで示すバイアス点に印加される。

赤外線センサ２１、温度補償用赤外線センサ４０が同一構造であれば赤外線入力あるいは周囲温度あるいは温度変化に対して同一位相、同一出力となる。赤外線センサ２１の出力は増幅率Ｇ＝（Ｒ２／Ｒ１＋１）のＯＰアンプ６０で正相増幅され、温度補償用赤外線センサ４０の出力は赤外線センサ２１とは逆位相で増幅率Ｇ＝（Ｒ１０／Ｒ９＋１）のＯＰアンプ６３で増幅され、ＯＰアンプ６０の（図中ｂで示す）バイアス点電圧を変動させる。この変動はそのまま、ＯＰアンプ６０の出力変動となる。今、赤外線センサ２１に赤外線入射がなく、各ＯＰアンプの増幅率Ｇが同じであれば（Ｒ２／Ｒ１＋１＝Ｒ１０／Ｒ９＋１）、出力端子６２の温度変化による変動出力は、増幅信号が同一且つ逆位相のＯＰアンプ６３出力であるバイアス電圧の変動出力で打ち消されることになる。この様子を図１４に模式的に示す。

図１４は電源投入後、周囲温度を２５℃から４０℃に変化させた場合の赤外線検出回路各部の電圧を示す。なお、赤外線センサ２１への赤外線入射は無い状態である。図中２点鎖線で示す（ａ）のように、サーミスタ６１での定常時の温度補償がない場合、ＯＰアンプ６０の出力は、２５℃に比べ４０℃で下がる。これを防止するため、図１３のａ点のバイアス電圧をサーミスタ６１の抵抗温度特性を用いて、図１４の１点鎖線で示す（ｂ）のように温度上昇とともに持ち上げる。この結果、赤外線センサ２１の出力特性は、実線で示す（ｃ）のように、赤外線検出回路では定常時の温度補償（２５℃の出力と４０℃の出力が同じ）がなされる。しかし、赤外線センサ２１の出力は過渡的に温度が変化している時は、赤外線センサ２１内部の温度検出素子の冷接点と測温接点に温度差を生じてしまい出力変動（図中の出力下降）が生じる。本実施形態例の図１３のｂ点で示すバイアス電圧は図１４の破線で示す（ｄ）のように、（ｂ）で示す電圧に（ｃ）で示す電圧の反転された（逆位相）電圧が加算された電圧となり、このバイアス電圧で（ａ）で示す２点鎖線（定常時および過渡時の温度変化補償がない）の電圧が打ち消され、結果（ｅ）の太実線で示すように、定常時でも温度の変化する過渡時でも一定の電圧になる。つまり、赤外線検出回路の出力端子６２出力は定常及び過渡的な温度変動に対して補償されたものとなる。

このように温度補償用赤外線センサ４０を赤外線検出回路に組み合わせることで、（ｃ）に示す温度変化時の出力下降変動は、同一でかつ逆位相信号のバイアス電圧で打ち消されることとなり、出力端子６２では出力下降変動および定常時での不一致がなくなる。上述のように、実施例２に示す温度補償用赤外線センサ２を設けた赤外線検出回路により、調理中の筐体内部の温度変化（過渡的な温度変化）に対して赤外線検出手段の出力を安定化し、筐体内部の温度が調理動作によって変化が生じても、調理鍋底の温度を正確に検出する誘導加熱調理器を提供することができる。また、導光筒２８の構造により実施例１と同様に、トッププレート２や導光筒２８の熱外乱を低減できることから、鍋温度の検出精度が向上する。

また、本実施例では、金属ケース２７の開口部２７ａは、温度補償用赤外線センサ４０の上方を開口する構成とした。これは、赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０の検出対象を同条件に近づけることで、図１４で述べた温度補償効果を高めるためである。しかし、加熱コイルユニット３からの電界・磁界ノイズの耐防磁性能を向上する手段として、金属ケース２７の開口部２７ａの開口を、赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタ２２の上方のみとしても良い。

また、本実施例では赤外線センサ２１の出力に対して逆位相となる温度補償用赤外線センサ４０の出力を接続して赤外線検出回路の出力端子６２に出力する例を述べたが、赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０の回路構成はこれに限るものではない。例えば、赤外線センサ２１の出力と温度補償用赤外線センサ４０の出力を同位相とし、赤外線センサ２０の出力から温度補償用赤外線センサ４０の出力を減算した出力を出力端子６２から出力する回路構成としても良い。また、同位相の出力となる赤外線センサ２０と温度補償用赤外線センサ４０の各出力を制御手段５０に取込み、赤外線センサ２０の出力から温度補償用赤外線センサの出力で減算する構成としても、本実施例と同様に筐体内部の温度変化に対して赤外線検出手段の出力を安定化させることができる。

次に、本発明の実施例３について図１５、図１６を用いて説明する。実施例３は、実施例１、実施例２で説明した導光筒２８の形状に関する内容であり、本実施例は導光筒７０として説明する。本実施例は実施例１で述べた鍋温度検出装置２０の電子回路基板２３に、赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタ２２を搭載した構成で説明する。なお、実施例２で述べた赤外線センサ２１と、温度補償用赤外線センサ４０を組合せた電子回路基板２３を用いても良い。

図１５に示すように、鍋温度検出装置２０は加熱コイル３の隙間３ｂに導光筒７０を配置する。導光筒７０の上方開口部７０ａは、内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｂの下面より上方に位置する配置とし、本実施例では内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｂの上面とトッププレート２の間に位置する。

図１６は実施例３の鍋温度検出装置２０である。図１６（ａ）は、図１に示すＸ−Ｘ断面から見た鍋温度検出装置２０の断面図を示し、図１６（ｂ）は、図１に示すＹ−Ｙ断面から見た鍋温度検出装置２０の断面図を示す。鍋温度検出装置２０は、導光部７０以外の構造や符号は実施例１と同様である。金属ケース２７の上部には、導光筒７０を配置しており、導光筒７０は上方開口部７０ａと下端開口部７０ｂの開口部を設けている。導光筒７０を通じて、調理鍋３０からの赤外線を赤外線センサ２１が受光し、反射型フォトインタラプタ２２が投光・受光するための光路となる。赤外線センサ２１の上方に位置する導光筒７０の上方開口部７０ａと下端開口部７０ｂの間には、赤外線の光量を制限する絞り部７１を設けている。

導光筒７０は、内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｂ近傍、及びトッププレート２の近傍となる上方開口部７１ａほど放射熱の影響により高温（約１００℃）となり、下端開口部７０ｂに近づくほど低温となる温度分布を有している。このため、絞り部７１の設置高さは内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｂの下面より下方に位置し、上記した放射熱の影響を低減できる配置とすることが望ましい。

赤外線センサ２１の視野角特性を実施例１で述べた図７と同等とし、本実施例の赤外線センサ２１の視野範囲を説明する。実施例３に係わる赤外線センサ２１において、絞り部７１で視野角を規制することにより赤外線センサ２１が検出する視野範囲を赤外線透過窓５に制限する。図１６（ａ）の集光レンズ２１ａの中心軸２１ｂに対して、反射型フォトインタラプタ２２を配置した左方向の視野角２１ｃが、視野角２０°以下となるように配置しており、赤外線センサ２１が検出する視野範囲を赤外線透過窓５としている。右方向の視野角２１ｄは、絞り部７１によりトッププレート２の赤外線透過窓５を透過する赤外線のみを検出するように、赤外線センサ２１の視野を規制される。図１６（ｂ）では、集光レンズ２１ａの中心軸２１ｂに対する左方向の視野角２１ｅと右方向の視野角２１ｆも絞り部７１により赤外線透過５を透過する赤外線のみを検出するように、赤外線センサ２１の視野を規制される。従って、導光筒７０の上方開口部７０ａをトッププレート２の近傍に配置しても、赤外線透過窓５以外のトッププレートや導光筒７０からの熱外乱を低減できる。

また、導光筒７０の上方開口部７０ａを加熱コイル３の上面とトッププレート２間に配置することで、透過窓５を通して加熱コイルユニット３のリッツ線など内部構造がトッププレート上から視認できないことから、高級感のあるデザインを施すことができる。

また、本実施例の鍋温度検出装置２０の電子回路基板２３は、赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタを組合せた構成で説明したが、電子回路基板２３の構成はこれに限るものではない。例えば、電子回路基板２３を実施例２で述べた赤外線センサ２１と温度補償用赤外線センサ４０を組合せとしても良く、実施例２で述べた電子回路基板２３の構成を本実施例に適用しても上記同様の効果が得られる。

１…誘導加熱調理器の本体
２…トッププレート
３…加熱コイルユニット
３ａ…内側加熱コイル、３ｂ…隙間、３ｃ…外側加熱コイル
４…載置部
５…赤外線透過窓
６ａ、６ｂ、６ｃ…上面操作部
７ａ、７ｂ、７ｃ…上面表示部
８…グリル庫、８ａ…ハンドル、８ｂ…グリルドア
９…主電源スイッチ
１０…前面操作部
１１…排気口
１２…コイルベース
１３…ギャップスペーサ、１３ａ…支持部材
１４…温度センサ、１４ａ…内側温度センサ、１４ｂ、１４ｃ…外側温度センサ、
２０…鍋温度検出装置
２１…赤外線センサ、２１ａ…集光レンズ
２２…反射型フォトインタラプタ、２２ａ…赤外線ＬＥＤ、
２２ｂ…赤外線フォトトランジスタ
２３…電子回路基板
２４…センサケース
２５…ケース窓
２６…光学フィルタ
２７…金属ケース
２８…導光筒
２９…絞り部
３０…調理鍋
４０…温度補償用赤外線センサ
５０…制御手段
５１…反射率計測手段
５２…火力設定手段
５３…メニュー設定手段
５４…インバータ手段
６０…ＯＰアンプ、６３…ＯＰアンプ
６１…サーミスタ
６２…出力端子
７０…導光筒

Claims (6)

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、前記調理鍋の鍋底より放射される赤外線を透過する赤外線透過窓と、
   該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、
   前記赤外線透過窓の下方に設けられ、前記鍋底から放射される赤外線を前記赤外線検出手段に導く導光部を備え、
   該導光部は、前記加熱コイルの下面より下方に上端を配し、内部に絞りを有することを特徴とする誘導加熱調理器。
2. 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、前記調理鍋の鍋底より放射される赤外線を透過する赤外線透過窓と、
   該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、
   前記赤外線透過窓の下方に設けられ、前記鍋底から放射される赤外線を前記赤外線検出手段に導く導光部を備え、
   該導光部は、前記加熱コイルの下面より上方に上端を配し、内部に絞りを有することを特徴とする誘導加熱調理器。
3. 請求項１または２に記載の誘導加熱調理器において、
   前記赤外線検出手段は、前記調理鍋からの赤外線を検出する赤外線センサと、前記赤外線センサと前記赤外線センサを搭載したセンサ基板を覆うとともに、調理鍋からの赤外線を前記赤外線センサに通じる開口部を設けた樹脂製のセンサケースと、前記開口部に赤外線を透過する光学フィルタとを備え、前記センサケースの上面に前記赤外線センサに前記調理鍋からの赤外線を通す開口部を設けた非磁性金属で形成した防磁シールドを配した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、
   前記センサ基板に、前記導光部を通じて前記トッププレートに赤外線を投光する赤外線投光手段と、該赤外線投光手段が投光し、前記調理鍋で反射される赤外線を前記導光部を通じて受光する受光手段からなる反射センサを前記赤外線センサの近傍に備える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、
   前記赤外線検出手段は、前記調理鍋の底から放射される赤外線を検出する第１の赤外線センサと、前記調理鍋の底から放射される赤外線を遮光した第２の赤外線センサとを前記センサ基板に備えており、前記第１の赤外線センサの出力に、前記第２の赤外線センサの反転出力を入力／前記第１の赤外線センサの出力から前記第２の赤外線センサの出力を減算し、前記赤外線検出手段の出力とすることを特徴とする誘導加熱調理器。
6. 請求項５に記載の誘導加熱調理器において、
   前記センサケースの上面に配した前記防磁シールドは、前記第１の赤外線センサと前記第２の赤外線センサ、及び前記反射センサの上部に開口部を設けたことを特徴とする誘導加熱調理器。

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