JP2019003784A - 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用いて、高精度かつ非接触で鍋底温度を検出する。【解決手段】調理鍋を上面に置くトッププレート２と、その下に設けられ、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と、加熱コイルに電力を供給するインバータ手段５４と、加熱コイルを冷却するための冷却風路に外気を導入するファンと、トッププレート２を透過した調理鍋の鍋底より放射される赤外線を検出する赤外線センサ２１を備えた誘導加熱調理器において、赤外線センサ２１は、第１の感熱素子と第２の感熱素子の上部に、赤外線集光レンズ２１ａを備え、第１の感熱素子は、視野範囲の相対感度ピーク位置を前記トッププレートとし、第２の感熱素子は、第１の感熱素子の視野範囲の相対感度ピーク位置とは視野角が異なる誘導加熱調理器。【選択図】図６

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の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観測し、温度を検出する赤外線センサ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て鍋底温度を出力し、その出力に応じてインバータ回路出力を制御して加熱コイルを駆動し、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。

誘導加熱調理器で調理鍋を加熱すると赤外線センサは、調理鍋の鍋底から放射される入射エネルギー１と、加熱された調理鍋からの伝熱で温められたトッププレートから放射される入射エネルギー２と、更にトッププレートと赤外線センサ間に配置された部材が誘導加熱コイルからの輻射熱で温められて放射される入射エネルギー３を受光する。鍋温度の検出では入射エネルギー２と３は外乱となる。このため、鍋温度の検出精度を向上するために赤外線センサと加熱コイル間に特定の波長域の赤外線をカットする光学フィルタが配置され、入射エネルギー２、３の赤外線センサへの入射を抑制し、赤外線センサに入射する外乱比率の低減を図ったものもある。

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に要因がある。トッププレートを透過する波長は１．０μｍ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。このため、使用する赤外線センサの感度は体温計などに用いられるそれの、１桁以上高い感度が求められる。またセンサ出力信号が小さいため、高い増幅率とする増幅回路が必要となる。このため、これら赤外線センサは周囲温度の変動に対して非常に敏感である。サーモパイルは、赤外線が入射すると感熱素子の温接点側と冷接点側の温度に比例したセンサ出力電圧を生じる赤外線センサである。このため、センサ周囲が急激に温度変化をする環境下では、感熱素子の温接点側と冷接点側が不均一となりセンサ出力が変動することとなる。

誘導加熱調理器で、調理鍋の温度を検出する赤外線センサは、周囲温度が変動する条件下で動作する使用環境となる。赤外線センサは、誘導加熱コイルからの輻射熱や、加熱コイルに電力を供給するインバータ回路や加熱コイルの発熱を抑制する冷却ファンからの冷却風が吹きつけられるため、周囲温度が変動することとなる。調理中の機体内温度変動でセンサ出力信号（出力電圧）が変動することで、調理鍋の温度検出精度が低下する課題があった。

この課題を解決する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、赤外線センサが、絶縁性フィルムと該絶縁フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の第1の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜とを備えた構成である。

特許文献２は、入射開口部から入射した赤外線を検知開口部へ導く同一形状の第１及び第２の導光部が形成された保持体と、前記検知開口部側に配設された樹脂フィルムと、前記第１及び第２の導光部の前記検知開口部にそれぞれ対応するように、前記樹脂フィルム上に配置された赤外線検知用感熱素子および赤外線補償用感熱素子と、前記樹脂フィルムの前記検知開口部に対向する面と反対の面側において、少なくとも前記赤外線検知用感熱素子および前記赤外線補償用感熱素子が配置された部分に空間部が形成されるように、前記保持体に固定された蓋部材と構成されている。

特許文献３は、調理容器の底から放射される赤外線が入射され、赤外線量に比例する直流電圧を出力する第１の赤外線センサと、該第１の赤外線センサ出力を直流増幅する第１の直流増幅器と、前記調理容器の底から放射される赤外線を遮光することによって前記調理容器の底から放射される赤外線が入射されず、赤外線量に比例する直流電圧を出力する第２の赤外線センサと、前記第２の赤外線センサ出力を反転直流増幅する第２の直流増幅器と、を備えており、 前記第２の直流増幅器の出力を前記第１の直流増幅器のバイアス電圧として入力し、前記第１の直流増幅器の出力を前記赤外線検出手段の出力とする構成とされている。

特開２０１２−２２６８８０号公報 特開２００４−６３４５１号公報 特許第５４９２９２８号公報

特許文献１は、トッププレートの下方に配置した赤外線センサの第１の感熱素子で鍋温度を検出し、第２の感熱素子は赤外線反射膜により鍋からの入射エネルギーを遮光する。第２の感熱素子は、赤外線センサの周囲温度により変動した第１の感熱素子の出力信号と同等の出力信号を生じる。これにより、第１の感熱素子の出力信号から第２の感熱素子の出力信号で減算することで赤外線センサの周囲温度変化による出力信号の変動を抑制できる。このような赤外線センサに、鍋温度検出の外乱となるトッププレートからの入射エネルギーの波長域をカットする光学フィルタをトッププレートと赤外線センサ間に配置した場合、第１の感熱素子には鍋と光学フィルタからの入射エネルギーを受光し、第２の感熱素子は入射エネルギー＝0となる。このため第１と第２の感熱素子の出力信号の差分は鍋と光学フィルタの入射エネルギーとなり、赤外線センサが検出した温度に光学フィルタ分の入射エネルギーが加算されてしまい、赤外線センサの周囲温度変化は補償しても、トッププレート下方の外乱により鍋温度の検出精度が低下する課題がある。

また、特許文献２は、赤外センサに赤外線検知用感熱素子と赤外線補償用感熱素子を備え、トッププレートと赤外線センサ間には、調理鍋からの赤外線を赤外線センサに導く導光筒を設けており、各素子で第１と第２の導光筒として独立した構成となっている。また、トッププレートの加熱により放射された外乱となる入射エネルギーを導光筒のトッププレート側の開口部に光学フィルタを設置し、抑制している。しかしながら、光学フィルタを導光部の開口部（トッププレート側）に配置するため、加熱コイルの輻射熱で加熱した導光部からの入射エネルギーは各感熱素子が受光する。誘導加熱調理器の機体内部では加熱コイルの発熱を冷却する冷却風が流れているが冷却風は均一な一様流とならず第1と第2の導光部で温度分布が異なることとなり、第１と第２の導光部からの入射エネルギー量が異なり、赤外線センサの周囲温度が変動する条件では鍋温度の検出精度が低下する課題がある。

また、赤外線検知用感熱素子と赤外線補償用感熱素子は、設置位置の間隔が離れすぎると各感熱素子の周囲温度に差異を生じ、赤外線センサの温度補償の精度が低下することとなるため、各感熱素子は隣接して配置する必要がある。さらに導光筒が感熱素子ごとに分離しており、赤外線補償用素子に対向するトッププレートの裏面は調理鍋からの赤外線を遮光する必要があり、赤外線検知用感熱素子が検出する調理鍋の鍋底の検出面積は、導光部の赤外線検知用感熱素子に対応した開口部に相当する。第１と第２の導光部の開口部は隣接することから、赤外線センサが検出する鍋底面積は小さい。赤外線センサの出力信号は、熱源（調理鍋の鍋底）の放射面積に比例することからセンサ出力信号が小さくなり、赤外線センサが受光した全入射エネルギーに占める調理鍋からのエネルギーの割合が小さくなり鍋温度の検出精度が低下する課題がある。

特許文献３は、調理鍋の温度を検出する第１の赤外線センサ出力に、温度補償用の第２の赤外線センサ出力を反転して入力し、第１の赤外線出力から第２の赤外線出力との差分を出力する。この構成により、周囲温度の急激な変動により生じた第１の赤外線センサの出力変動を第２の赤外線センサにより補正することで、赤外線センサの周囲温度変化により生じる検出誤差の低減を図るものである。しかしながら、上記記載したが誘導加熱調理器では赤外線センサを収納したケースに吹き付けられる冷却風は一様流ではないため、収納ケースで不均一に温まるため、第１と第２の赤外線センサの周囲温度に差異を生じやすい。このため温度補償精度が低下する。また、赤外線センサは感度や温度特性など性能に±20〜30％バラツキを持つ。このため、温度特性に差異のあるセンサを第１と第２の赤外線センサとして組合せると、温度補正精度が低下し、検出誤差要因となる課題がある。

本発明は、上記の課題を解決し、調理鍋底の温度変化を精度よく検出する誘導加熱調理器を提供する。

上記課題を解決するために、本発明の誘導加熱調理器は、調理鍋を上面に置くトッププレート２と、トッププレート２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と、加熱コイルに電力を供給するインバータ手段５４と、加熱コイルを冷却するための冷却風路に外気を導入するファンと、トッププレート２を透過した調理鍋の鍋底より放射される赤外線を検出する赤外線センサ２１を備えた誘導加熱調理器において、赤外線センサは、第１の感熱素子と第２の感熱素子の上部に、赤外線集光レンズ２１ａを備え、第１の感熱素子は、視野範囲の相対感度ピーク位置を前記トッププレートとし、第２の感熱素子は、第１の感熱素子の視野範囲の相対感度ピーク位置とは視野角が異なるように構成される。

本発明によれば、調理鍋底の温度変化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。

本発明に係わる実施例１の誘導加熱調理器の構成を示す斜視図。 本発明に係わる実施例１の誘導加熱調理器のトッププレートを除いた上面図。 本発明に係わる実施例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。 本発明に係わる実施例１の鍋温度検出装置の詳細を示す断面図。 本発明に係わる実施例１の鍋温度検出装置の上面図。 本発明に係わる実施例１の赤外線センサの詳細を示す図。 本発明に係わる実施例１の赤外線検出回路の概要を示す図。 本発明に係わる実施例１の赤外線センサの視野特性を示す図。 本発明に係わる実施例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。 本発明に係わる実施例１のトッププレートなどの光学特性を示す図。 本発明に係わる実施例１の反射型フォトインタラプタの説明図。 本発明に係わる実施例２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。

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の斜視図、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く、ヒータ部が何口で構成された誘導加熱調理器でも良い。なお、調理鍋３０は、誘導加熱に適した磁性体の鉄鍋や、非磁性体のアルミ鍋、銅鍋などである。

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、耐熱性に優れ誘導加熱調理器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が印刷されている。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おり、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、受皿や、または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及び鍋底の温度を検出する鍋底温度検出装置２０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３ｃを設置している。また、ギャップスペーサ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１２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１２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。

左右及び中央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を配置している。加熱コイルユニット３の中心部近傍には、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の断面図を示す。鍋温度検出装置２０は、赤外線センサ２１と図１０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、熱型検出素子の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（図５に示す）から出力され、温度換算手段５０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１０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を嵌め込んである。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、導光筒２８を配置しており、導光筒２８は上端開口部２８ａと下端開口部２８ｂの開口部を設けている。上端開口部２８ａと下端開口部２８ｂを介して赤外線センサ２１の集光レンズ２１ａ（図５に示す）、及び反射型フォトインタラプタ２２がトッププレート２を臨むように配置している。導光筒２８は、調理鍋３０からの赤外線を赤外線センサ２１に導き、図１１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２２に導く光路である。

図５に鍋温度検出装置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。赤外線センサ２１の集光レンズ２１ａ、及び反射型フォトインタラプタ２２は光学フィルタ２６を臨む配置としている。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の上端開口部２８ａは光学フィルタ２６を臨む配置としている。即ち、調理鍋３０の鍋底をトッププレート２の赤外線透過窓５を介して赤外線センサ２１と反射型フォトインタラプタ２２が臨む光路を形成している。なお、本実施例は導光筒２８の上端開口部２８ａは、内側加熱コイル３ａと外側加熱コイル３ｃの下方に配置した構成で説明を行うが、これに限らず上端開口部２８ａは赤外線透過窓５の下方に配置しても良い。

図６に赤外線センサ２１の詳細を示す。図６（ａ）は赤外線センサ２１の斜視図を示す。図６（ｂ）は図６（ａ）中Ａ−Ａで示す線での赤外線センサ２１の断面図を示す。

赤外線センサ２１は多数の熱電対を直列接続した熱型赤外線検出素子で、ニッケルめっき鋼板などの金属キャン３１と金属ステム３２からなる金属ケース３３にこれが内蔵されている。

シリコン基板３４表面に鍋検出用素子３５ａと温度補償用素子３５ｂを配置している。鍋検出用素子３５ａと温度補償用素子３５ｂは、ポリシリコン、アルミを順次パターン蒸着しポリシリコン蒸着膜、アルミ蒸着膜で熱電対を多数作成し、これを縦列接続している。ポリシリコン、アルミ接合点（測温接点）のある感熱素子３５ａとｂの中央部には、黒体に近い酸化ルビジウム膜あるいはポリイミド膜等の赤外線吸収膜を保護皮膜として形成しており、ポリシリコン及びアルミ蒸着膜の一端は冷接点である。このシリコン基板３４を金属ケース３３の金属ステム３２にボンド等で固定する。

金属ステム３２には絶縁シールされた複数個の金属ピン３６が貫通配置されており、この金属ピン３６の先に熱電対の出力がワイヤで接続されている。金属ステム３２には筒状の金属キャン３１が窒素などの不活性ガス中で被せられ溶着される。

この金属キャン３１の上面には、小穴の開口部３７が開けられている。開口部３７には集光レンズ２１ａが装着されている。

本発明では、鍋検出用素子３５ａと温度補償用素子３５ｂを独立した２つのチップをシリコン基板３４表面に配置する構成で説明するが、これに限らず１つのチップ上に２素子を配置した構成であっても良い。２素子１チップ化により、各感熱素子の冷接点側の温度条件が同等となり、温度特性による出力変動のレベルを同等に抑えることができる。また、赤外線センサ２１の組立工程の簡素化が図れ、センサの低コスト化に寄与する。

図７に赤外線検出回路４０の概要を示す。赤外線センサ２１内は、鍋検出用素子３５ａの出力（図中（＋）、（−）記号）−側と温度補償用素子３５ｂの−側を直列に接続している。鍋検出用素子３５ａの出力は、＋側をオペレーショナルアンプ（以下ＯＰアンプと略称する）４１に接続し、温度補償用素子３５ｂの＋側をＯＰアンプ４１に接続する。鍋検出用素子３５ａの＋側と温度補償用素子３５ｂの＋側の電位差をＯＰアンプ４１で約３０００倍に増幅された出力信号が電子回路基板２３の出力端子２３ａから温度換算手段５０へと入力される。鍋検出用素子３５ａの＋側の電位は、調理鍋３０からの入射エネルギーに比例するものであり、温度補償用素子３５ｂの＋側の電位は光学フィルタ２６及び光学フィルタ２６を透過した入射エネルギーに比例したものである。鍋温度検出装置２０が加熱コイル３からの輻射熱などにより温められ赤外線センサ２１の周囲温度が変化すると金属ケース３３が温度変化し、鍋検出用素子３５ａと温度補償用素子３５ｂの冷接点温度が変化する。鍋検出用素子３５ａと温度補償用素子３５ｂが隣接しており温度変化が同一となることから、「鍋検出用素子３５ａの＋側の電位」＝「温度補償用素子３５ｂの＋側の電位」で電位差＝０となり、赤外線センサ２１の周囲温度変化による出力変動を抑制できる。

図８に、図６（ｂ）断面図における赤外線センサ２１の視野特性を示す。図中の相対感度は、集光レンズの中心軸上（視野角０°）から鍋検知用素子３５ａに入射した感度を１００％としている。温度補償素子３５ｂは、図７の回路図に示すように鍋検出素子３５ａとは感熱素子の＋と−出力が反転することから温度補償素子３５ｂに赤外線が入射するとマイナスの出力値となり、視野角＋４０°付近で約-１００％となる。相対感度５０％以上の視野特性は、鍋検出用素子３５ａが約−１０°〜＋１０°、温度補償素子３５ｂが約＋３０°〜＋５０°である。

この視野特性を図６（ｂ）断面図に、鍋検出用素子３５ａの検出範囲３８、温度補償用素子３５ｂの検出範囲３９として示す。鍋検出用素子３５ａのピーク感度角３８ａ（相対感度１００％）は、トッププレート２の赤外線透過窓５を通じて調理鍋３０の鍋底を検出する位置となる。温度補償用素子３５ｂのピーク感度角３９ａ（相対感度約−１００％）は、導光筒２８を検出する位置となる。

ここで、調理鍋３０底面からの赤外線が赤外線センサ２１に入射する光路の特性について説明する。 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の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９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１０に実線で示す。図１０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１０に一点破線で示す。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、短波長側の範囲が狭く０．５μｍ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に入射する。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１〜２％程度となる。

即ち、鍋検出用素子３５ａは、調理鍋３０からトッププレート２や光学フィルタ２６を透過して減衰した赤外線の入射エネルギーＱ１と、トッププレート２から光学フィルタ２６を透過した入射エネルギーＱ２と、光学フィルタ２６からの入射エネルギーＱ３が入射する。また、集光レンズ２１ａ、金属キャン３１、金属ステム３２は材質の違いにより熱伝導率が異なることから、赤外線センサ２１の周囲温度が急変した場合、鍋検出用素子３５ａの温接点と冷接点側に温度差を生じ、温度外乱エネルギーＱ４が加わる。従って、鍋検出用素子３５ａへの全入射エネルギーＱ＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４となる。

温度補償用素子３５ｂは、集光レンズ２１ａのレンズ効果により鍋検出用素子３５ａとは視野角が偏移することで調理鍋３０からの入射エネルギーＱ１とトッププレート２からの入射エネルギーＱ２を遮光し、光学フィルタ２６からの入射エネルギーＱ３のみが入射する。また、赤外線センサ２１の周囲温度が急変すると鍋検出用素子３５ａと同様に温度外乱エネルギーＱ４が加わる。従って、温度補償用素子３５ｂへの全入射エネルギーＱ＝Ｑ３＋Ｑ４となる。

従って、鍋検出用素子３５ａの＋側と温度補償用素子３５ｂの＋側の電位差を増幅したＯＰアンプ４１からは、調理鍋３０からの入射エネルギーＱ１とトッププレート２からの入射エネルギーＱ２の温度に相当した電気信号を出力することができる。

図１１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の赤外線透過窓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の出力が温度換算手段５０へと入力される。

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。赤外線センサ２１の出力は、調理鍋３０からの入射エネルギーＱ１とトッププレート２からの入射エネルギーＱ２の温度に相当した電気信号であることから、調理鍋３０の鍋底の温度を求めるためには、トッププレート２の入射エネルギーＱ２に相当する熱外乱を補正（Ｑ１−Ｑ２）により正確な温度を検出することができる。熱外乱の補正は、温度センサ１４ｂで計測したトッププレート２の温度に応じた赤外線センサ２１の出力信号を補正電圧Ｖ２とし、温度換算手段５０に登録する。調理鍋３０を加熱中に赤外線センサが検出した出力信号Ｖ１を温度換算手段５０に入力し、温度センサ１４ｂで計測したトッププレート２の温度を温度換算手段５０に入力して補正電圧Ｖ２を算出し、温度換算手段５０において出力信号Ｖ1−補正電圧Ｖ２の換算処理を行うことで熱外乱（トッププレート２からの入射エネルギーＱ２）を除外することで正確な鍋温度を検出することができる。

また、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鍋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して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、温度換算手段５０で、その調理鍋３０の放射率を算出する。温度換算手段５０では、赤外線センサ２１からの出力信号Ｖ１から温度センサ１４ｂの温度を変換した補正電圧Ｖ２を減算した出力信号に放射率を乗算することで、調理鍋３０の放射率に応じた正確な鍋温度を検出することができる。

ここで、図３の鍋底温度検出手段の構成を示すブロック図を用いて調理鍋３０の加熱方法について説明する。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５１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の制御や、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。メニュー設定手段５３で設定温度を選択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温度換算手段５０で換算した値の情報に基づいて、加熱コイルユニット３に供給する電力を制御する。また、調理鍋３０の異常過熱時には温度換算手段５０により検出した調理鍋３０の温度情報を基にして、制御手段５１から火力低下や停止信号などの制御を行い安全に調理ができる。

以上、本実施例の赤外線センサ２１を一つの集光レンズ２１ａ、鍋検出用素子３５ａと温度補償素子３５ｂの２つの検出素子を組合せた構成とすることで、下記の効果が得られる。

調理鍋３０の誘導加熱時は、加熱コイル３からの輻射熱や本体内部の電子部品を冷却した冷却風が吹きつけられることで鍋温度検出装置２０が常温〜＋２０℃の間で過渡的な温度変動を生じるが、鍋検出用素子３５ａの出力信号を温度補償用素子３５ｂの出力信号でキャンセルすることにより赤外線センサ２１の出力変動を抑制できることとなり、赤外線センサ２１の周囲温度が変化した検出条件においても調理鍋３０の温度を精度良く検出できる。また、赤外線センサ２１を用いれば加熱コイル３からの輻射熱などで温められた光学フィルタ２６の入射エネルギーもキャンセルできるため、光学フィルタ２６からの熱外乱も抑制できる。光学フィルタ２６は、トッププレート２下方の熱外乱の抑制にも寄与するため、外乱となるトッププレート２と光学フィルタ２６からの入射エネルギーを抑制できることから調理鍋３０の温度を精度良く検出できる。

このため、赤外線センサ２１の周囲温度が変化する調理鍋３０での長時間調理や連続調理、グリル調理との同時調理条件などであっても、調理鍋３０の温度を精度良く検出できる。

また、本発明の赤外線２１を鍋底温度検出装置２０に適用することで、赤外線センサ用の温度補正センサが不要となり構成部品を削減できることから、鍋底温度検出装置の低コストが図れる。

次に本実施例の実施例２について図１２を用いて説明する。実施例２は、赤外線センサ２１の温度補償用素子３５ｂでトッププレート２から放射される赤外線を補正する方法に関する内容である。

図１２に加熱コイルユニット３の下方に配置した鍋底温度検出手段の構成を示す。図３との相違点は、トッププレート２の裏面には、トッププレート２上方からの赤外線を遮光する赤外線遮光塗料６０が塗布されている。赤外線遮光塗料６０は、赤外線センサ２１の鍋検出用素子３５ａの検出範囲３８、反射型フォトインタラプタ２２の光路に位置する部位、赤外線透過窓５の位置は塗装を避けて塗布している。鍋底温度検出装置２１は、温度補償用素子３５ｂのピーク感度３９ａがトッププレート２裏面の赤外線遮光塗料６０を検出範囲とする位置である。

ここで、調理鍋３０底面からの赤外線が赤外線センサ２１に入射する光路の特性について説明する。

実施例１と同様に、鍋検出用素子３５ａは、調理鍋３０からトッププレート２や光学フィルタ２６を透過して減衰した赤外線の入射エネルギーＱ１と、トッププレート２から光学フィルタ２６を透過した入射エネルギーＱ２と、光学フィルタ２６からの入射エネルギーＱ３が入射する。また、集光レンズ２１ａ、金属キャン３１、金属ステム３２は材質の違いにより熱伝導率が異なることから、赤外線センサ２１の周囲温度が急変した場合、鍋検出用素子３５ａの温接点と冷接点側に温度差を生じ、温度外乱エネルギーＱ４が加わる。従って、鍋検出用素子３５ａへの全入射エネルギーＱ＝Ｑ１＋Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４となる。

温度補償用素子３５ｂは、集光レンズ２１ａのレンズ効果により調理鍋３０からの入射エネルギーＱ１を遮光し、トッププレート２裏面の赤外線遮光塗料から光学フィルタ２６を透過した入射エネルギーＱ２と、光学フィルタ２６からの入射エネルギーＱ３のみが入射する。また、赤外線センサ２１の周囲温度が急変すると鍋検出用素子３５ａと同様に温度外乱エネルギーＱ４が加わる。従って、温度補償用素子３５ｂへの全入射エネルギーＱ＝Ｑ２＋Ｑ３＋Ｑ４となる。

従って、鍋検出用素子３５ａの＋側と温度補償用素子３５ｂの＋側の電位差を増幅したＯＰアンプ４１からは、調理鍋３０からの入射エネルギーＱ１の温度に相当した電気信号を出力、即ち鍋底温度を直接検出することができる。

本構成により、赤外線センサ２１でトッププレート２裏面からの外乱エネルギーを検出し、補正することで、補正の応答速度並びに補正精度が向上し、鍋温度を精度良く検出できる。また、赤外線センサ２１の補正に使用していた温度センサ１４ｂを削減でき、構成部品の削減による低コストが図れる。

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、３０・・・調理鍋、３１・・・金属キャン、３２・・・金属ステム、３３・・・金属ケース、３４ ・・・シリコン基板、３５ａ・・・鍋検出用素子、３５ｂ・・・温度補償用素子、
３６・・・金属ピン、３７・・・開口部、３８・・・鍋検出用素子３５ａの検出範囲、３８ａ・・・ピーク感度角、３９・・・温度補償用素子３５ｂの検出範囲、３９ａ・・・ピーク感度角、４０・・・赤外線検出回路、４１・・・ＯＰアンプ、５０・・・温度換算手段、５１・・・制御手段、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・・・赤外線遮光塗料

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、
   前記加熱コイルを冷却するための冷却風路に外気を導入するファンと、
   前記トッププレートを透過した前記調理鍋の鍋底より放射される赤外線を検出する赤外線センサを備えた誘導加熱調理器において、
   前記赤外線センサは、第１の感熱素子と第２の感熱素子の上部に、赤外線集光レンズを備え、
   前記第１の感熱素子は、視野範囲の相対感度ピーク位置を前記トッププレートとし、
   前記第２の感熱素子は、第１の感熱素子の視野範囲の相対感度ピーク位置とは視野角が異なることを特徴とする
   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方に、前記鍋底から放射される赤外線を前記赤外線センサに導く前記トッププレートと前記赤外線センサに対向した開口部を有する導光部と、該導光部の下方に前記調理鍋の赤外線を透過するフィルタを備え、前記フィルタの下方に設けられた前記赤外線センサを収納するケースを具備する加熱調理器であって、
   前記赤外線センサの前記第２の感熱素子は、視野範囲の相対感度ピーク位置に、前記フィルタと前記導光部が含まれた配置とすることを特徴とする
   誘導加熱調理器。
3. 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裏面に、前記赤外線センサの第１の感熱素子が前記調理鍋の鍋底を検出する光路を除外して、赤外線遮光機能を付与した塗料を塗布し、前記第２の感熱素子は、視野範囲の相対感度ピーク位置が前記トッププレート裏面の前記塗料が含まれることを特徴とする
   誘導加熱調理器。
4. 請求項１または３に記載の誘導加熱調理器において、前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子を同一チップ上に配置したことを特徴とする
   誘導加熱調理器。
5. 請求項１乃至４のいず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の前記第１の感熱素子の出力信号と、前記第２の感熱素子からの出力信号を増幅器に入力し、前記第１の感熱素子と前記第２の感熱素子との電位差を前記増幅器により出力することを特徴とする
   誘導加熱調理器。

Images