JP2021025869A - 赤外線検出ユニット及び加熱調理装置 - Google Patents
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Abstract
Description
したがって、赤外線温度計測装置は、上流側の光軸が透光窓を通るような位置及び向きに回転楕円ミラーが設計され、又、ハウジングが方向付けられてガスコンロに設置される必要がある。
特に、透光窓の大きさや透光窓の位置が異なるガスコンロにおいて、設置場所に制約があると、受光センサと回転楕円ミラーの位置関係が異なる、特に上流側の光軸の向きが異なる、別の赤外線温度計測装置を準備する必要があり、一つの赤外線温度計測装置を種々のガスコンロに流用できない。
それ故に、赤外線温度計測装置は、個々のガスコンロごとに設計される必要があり、又、その設置場所に他の部品が存在する場合は、最初から配置レイアウトの見直しが必要になる。
一実施形態に係る加熱調理装置は、図1に示すように、天板1、天板1により塞がれた筐体2、天板1の上面に配置され鍋等の被検出物としての被加熱物Wを載置できる五徳3、ガスを燃焼させる加熱源としてのガスバーナ4、天板1の下方において筐体2内に配置された赤外線検出ユニットUを備えている。
また、加熱調理装置は、ガスバーナ4に燃料ガスと空気を混合して供給する供給管、供給管の上流側に設けられたガスノズル、ガスノズルに供給される燃料ガスの流量を調整する調整弁、調整弁を制御してガスバーナ4の燃焼量を調整する燃焼制御回路、種々の情報を表示及び報知する表示報知回路を備えている。
ガスバーナ4は、図5に示すように、ブンゼン燃焼式の外炎バーナであり、環状外向きに配列された複数の炎口から火炎4aを噴出する。
このように、透光窓30が配置されることにより、吹き零れた煮汁や固形物等の異物が開口部1aから筐体2内に入り込んだとしても、異物が透光窓30上に直接落下するのを防止でき、仮に煮汁等が跳ねて透光窓30に付着してもその傾斜した表面に沿って自然に垂れ落ち、透光窓30の表面に留まって固着するのを抑制できる。
第1ハウジングボデー11は、内壁が黒色塗装され、第1受光センサ40を固定する多段状の嵌合孔11a、第2受光センサ50を固定する多段状の嵌合孔11b、嵌合孔11c,11d、回路基板120を固定するボス部11e、遮光板110を取り付ける凹部11f、第2ハウジングボデー12を接合する接合面11g、カバー接合部11h,11i、接合部11j、ネジ穴11k、カバー固定用のネジ穴11m、筐体2の脚部2aに固定される固定部11nを備えている。
嵌合孔11dは、第2受光センサ50の受光面に垂直な第2光軸としての光軸L22を中心とする円筒面の一部をなし、第2光学要素70を光軸L22回りに回転調整可能に保持する保持部として機能する。
接合部11jは、第1光学要素60の鍔部63及び第2光学要素70の鍔部73を光軸L12,L22の方向において接合させる領域であり、光軸L12,L22に垂直な平面として形成されている。
ネジ穴11kは、第1光学要素60及び第2光学要素70が所望される回転角度位置に位置決めされた後に第1ハウジングボデー11に固定されるべく、光軸L12,L22の方向においてネジBが捩じ込まれるように形成されている。
そして、ハウジングボデー10は、仕切り壁12dを境として、測温用受光センサLS及び測温用光学要素LEが配置される第1領域A1と、判定用受光センサ80及び判定用光学要素90が配置される第2領域A2とを画定する。
また、貫通孔12eは、図16及び図17に示すように、加熱源としてのガスバーナ4から放射される赤外線IR3及び赤外光源100から放射される赤外線IR4を第1領域A1から第2領A2域内の判定用光学要素90に導くように機能する。
また、仕切り壁12dを設けて、測温用受光センサLS及び測温用光学要素LEが配置される第1領域A1と判定用受光センサ80及び判定用光学要素90が配置される第2領域A2とを区分けしたことにより、第1受光センサ40及び第2受光センサ50に入射する赤外線IR1,IR2と判定用受光センサ80に入射する赤外線IR3,IR4との相互の干渉を確実に防止することができる。
そして、第1ハウジングカバー21は、透光窓30が接着剤等により縁部21aに固着され、赤外光源100が固定部21bに固定された状態で、接合面21cがカバー接合部11hに接合され、第1領域A1を覆うように第1ハウジングボデー11にネジ等により組み付けられ、透光窓30の領域を除いて外部から第1領域A1内へ光が入り込むのを防止する。
そして、第2ハウジングカバー22は、判定用受光センサ80及び判定用光学要素90が組み付けられた状態で、接合面22aがカバー接合部12gに接合され、第2領域A2を覆うように第2ハウジングボデー12にネジ等により組み付けられ、外部から第2領域A2内へ光が入り込むのを防止する。
そして、第3ハウジングカバー23は、第1光学要素60及び第2光学要素70が組み付けられた状態で、接合部11jに接合された第1光学要素60及び第2光学要素70を覆うように接合されて第1ハウジングボデー11にネジ等により組み付けられ、外部からハウジングH内へ光が入り込むのを防止する。
そして、第4ハウジングカバー24は、第1受光センサ40及び第2受光センサ50並びに回路基板120が組み付けられた状態で、接合面24aがカバー接合部11iに接合されて第1ハウジングボデー11にネジ等により組み付けられ、内部の部品を覆って保護する。
ここで、赤外線透過材料としては、被加熱物Wから放射される第1波長領域λ1及び第2波長領域λ2の赤外線、ガスバーナ4の火炎4a及び赤外光源100から放射される第3波長領域λ3の赤外線を少なくとも透過させる材料が適宜選択される。
そして、透過窓30は、外縁領域が縁部21aに嵌め込まれて、接着剤等により、第1ハウジングカバー21に固定されている。
第1受光素子41は、例えばフォトダイオードやサーモパイル等であり、受光面に垂直な光軸L12を中心軸として受光面で受光する赤外線の強度に応じた電気信号(電圧)を出力する。
第1フィルタ42は、第1受光素子41の上流側に配置され、被加熱物Wから放射される赤外線のうち第1波長領域λ1の赤外線を通すバンドパスフィルタである。
第1絞り部材43は、第1フィルタ42の上流側に配置され、赤外線を通すピンホールを備えている。
第1口径部材44は、第1絞り部材43の上流側に配置され、第1光学要素60により反射された赤外線のうち光軸L12に近い領域の赤外線を通すべく所定径の円形孔を備えている。
第2受光素子51は、例えばフォトダイオードやサーモパイル等であり、受光面に垂直な光軸L22を中心軸として受光面で受光する赤外線の強度に応じた電気信号(電圧)を出力する。
第2フィルタ52は、第2受光素子51の上流側に配置され、被加熱物Wから放射される赤外線のうち第1波長領域λ1とは異なる第2波長領域λ2の赤外線を通すバンドパスフィルタである。
第2絞り部材53は、第2フィルタ52の上流側に配置され、赤外線を通すピンホールを備えている。
第2口径部材54は、第2絞り部材53の上流側に配置され、第2光学要素70により反射された赤外線のうち光軸L22に近い領域の赤外線を通すべく所定径の円形孔を備えている。
ここでは、第1受光センサ40の第1光軸としての光軸L12と第2受光センサ50の第2光軸としての光軸L22は、図9に示すように、互いに平行に配置されている。
これにより、部品の集約化、赤外線検出ユニットU全体としての小型化等を達成することができる。
嵌合部62は、第1受光センサ40の光軸L12を中心とする回転対称な円筒面を画定し、第1ハウジングボデー11の嵌合孔11cに嵌合される。
これにより、第1光学要素60は、ハウジングHに対して、光軸L12回りに回動自在に保持される。
鍔部63は、嵌合部62に連続して形成され、光軸L12の方向において第1ハウジングボデー11の接合部11jに接合される。
円孔64は、図13に示すように、ネジBの外径よりも大きい内径をなし、光軸L12回りに遊び隙間をおいてネジBを通す。
このように、反射面61が回転楕円面の一部として形成されているため、赤外線IR1を効果的に集光させて第1受光センサ40に導くことができる。
また、第1光学要素60は、第1受光センサ40の光軸L12回りに回転調整可能にハウジングHに保持されているため、図14に示すように、反射面61よりも下流側の光軸L12の向きを変えることなく反射面61よりも上流側の光軸L11を光軸L12回りに適宜回転させて、所望の角度位置に調整することができる。
嵌合部72は、第2受光センサ50の光軸L22を中心とする回転対称な円筒面を画定し、第1ハウジングボデー11の嵌合孔11dに嵌合されて、光軸L22回りに回動自在に保持される。
鍔部73は、嵌合部72に連続して形成され、光軸L22の方向において第1ハウジングボデー11の接合部11jに接合される。
円孔74は、図13に示すように、ネジBの外径よりも大きい内径をなし、光軸L22回りに遊び隙間をおいてネジBを通す。
このように、反射面71が回転楕円面の一部として形成されているため、赤外線IR2を効果的に集光させて第2受光センサ50に導くことができる。
また、第2光学要素70は、第2受光センサ50の光軸L22回りに回転調整可能にハウジングHに保持されているため、図14に示すように、反射面71よりも下流側の光軸L22の向きを変えることなく反射面71よりも上流側の光軸L21を光軸L22回りに適宜回転させて、所望の角度位置に調整することができる。
ここでは、第1光学要素60及び第2光学要素70が、ハウジングボデー10の同一の側部に配置され、互いに平行な光軸L12及び光軸L22回りにそれぞれ回転調整可能であるため、同一の方向から調整作業を容易に行うことができる。
受光素子81は、例えばフォトダイオードやサーモパイル等であり、受光面で受光する赤外線の強度に応じた電気信号(電圧)を出力する。
フィルタ82は、受光素子81の上流側に配置され、加熱源としてのガスバーナ4の火炎4aから放射される赤外線のうち第3波長領域λ3の赤外線及び赤外光源100から放射される赤外線を通すバンドパスフィルタである。
絞り部材83は、フィルタ82の上流側に配置され、赤外線を通すピンホールを備えている。
口径部材84は、絞り部材83の上流側に配置され、判定用光学要素90により反射された赤外線のうち光軸L32及び光軸L42に近い領域の赤外線を通すべく所定径の円形孔を備えている。
第1反射ミラー91は、図10及び図16に示すように、火炎4aの近傍に第1焦点f31及びフィルタ82の近傍に第2焦点f32を有する楕円を第1焦点f31及び第2焦点f32を通る軸線S3回りに回転させて画定される回転楕円面の一部をなす反射面として形成されている。
第2反射ミラー92は、図10及び図17に示すように、赤外光源100の近傍に第1焦点f41及びフィルタ82の近傍に焦点f42(=f32)を有する楕円を第1焦点f41及び第2焦点f42を通る軸線S4回りに回転させて画定される回転楕円面の一部をなす反射面として形成されている。
フランジ部93は、第2ハウジングボデー12のボス部12bに接合されて、ネジにより固定される。
このように、第1反射ミラー91及び第2反射ミラー92が、それぞれ回転楕円面の一部として形成されているため、赤外線IR3,IR4を効果的に集光させて判定用受光センサ80に導くことができる。また、第1反射ミラー91及び第2反射ミラー92は、単一部材として一体的に形成されているため、別々に形成される場合に比べて、部品点数を削減でき、組付け時の光軸合わせ等の調整作業、組付け作業等を簡略化できる。
すなわち、赤外光源100は、ハウジングHの外側に固定され、透光窓30を通して、ハウジングH内に赤外線IR4を放射するようになっている。
そして、駆動(オン)により、赤外光源100は透光窓30に向けて赤外線IR4を放射し、非駆動(オフ)により、赤外光源100は赤外線IR4の放射を停止する。
この場合、第1波長領域λ1の赤外線強度は、第2波長領域λ2の赤外線強度よりも小さいため、その分だけ受光する光量を増やすべく、第1光学要素60の反射面61が第2光学要素70の反射面71よりも大きく設定されている。
そして、遮光板110は、ハウジングボデー10の第1領域A1に配置されて、図15に示すように、第1光学要素60から第1受光センサ40に向かう赤外線IR1と第2光学要素70から第2受光センサ50に向かう赤外線IR2との相互の干渉を防止するように機能する。
これにより、第1受光センサ40と第2受光センサ50が、それぞれ赤外光線IR1,IR2の強度を高精度に検出することができ、又、判定用受光センサ80が赤外線IR3,IR4の強度を高精度に検出することができる。
すなわち、判定部は、加熱源としてのガスバーナ4の火炎4aから放射される赤外線IR3を受光した判定用受光センサ80の出力に基づいて開口部1aの塞がり状態を判定し、又、赤外光源100のオン/オフ(赤外線IR4の受光の有無)の各状態において判定用受光センサ80が出力する出力信号の差に基づいて透光窓30の汚れ状態を判定する。
例えば、測温用受光センサLS(第1受光素子41、第2受光素子51)の出力信号に基づいて被加熱物Wの温度を算出するために、被加熱物Wからの赤外線の放射を受けて測温用受光センサLSにより出力される第1波長領域λ1に対応する出力値及び第2波長領域λ2に対応する出力値の比と被加熱物Wの温度との関係を示すデータが記憶されている。
そして、筐体2内の設置場所において、光軸L11,L21が開口部1aを通るように、又、第1焦点f11,f21が開口部1aの領域に配置されるように、第1光学要素60の上流側の光軸L11と第2光学要素70の上流側の光軸L21の向きが回転調整され、その後、第1光学要素60及び第2光学要素70がネジBにより締結して固定される。
加熱調理装置において、点火操作が行われると、その動作に連動して又はその後適時に、第1受光素子41、第2受光素子51、及び受光素子81が駆動される。
そして、第1受光素子41及び第2受光素子51は、被加熱物から放射される赤外線IR1,IR2の強度に応じて信号を出力する。
続いて、第1受光素子41及び第2受光素子51の出力信号に基づいて、被加熱物Wの温度が算出される。この測温処理は加熱調理装置の稼働中において持続され、被加熱物Wの加熱状態が監視される。
そして、出力信号Vの値が所定の閾値Vthと比較され、出力信号Vの値が閾値Vth以上であれば、開口部1aは塞がっておらず正常であると判定され、一方、出力信号Vの値が閾値Vthよりも小さいと、開口部1aが塞がった状態にあり異常であると判定される。
この判定処理は、加熱調理装置の稼働中において持続され、開口部1aの塞がり状態が監視される。
ここで、測温結果に異常が生じた場合又は開口部1aの塞がり状態の判定結果に異常が生じた場合は、燃料ガスの供給を遮断して燃焼を停止させる制御動作、又は、表示報知回路により適宜異常を知らせる報知動作が行われる。
続いて、赤外光源100が駆動(オン)され、赤外光源100から透光窓30に向けて赤外線IR4が放射される。
そして、受光素子81は、自然界からの赤外線及び赤外光源100からの赤外線強度に応じて信号V2を出力する。その後、赤外光源100が非駆動とされる。
その後、異常と判定された場合は、その情報がインターフェース回路130から加熱調理装置の表示報知回路等に出力され、表示報知回路により異常を知らせる報知動作が行われる。尚、上記検出動作及び判定動作のシーケンスは、一例であって、これに限られるものではない。
したがって、第1光学要素60及び第2光学要素70を適宜回転調整することで、反射面61,71よりも上流側の光軸L11,L21の向きを適宜変更することができ、赤外線検出ユニットUの取付け位置に制約がある場合でも、光軸L11,L21が開口部1aを通るように容易に設定することができる。
また、開口部1aの大きさや位置が異なる仕様の他のガスコンロにおいても、第1光学要素60及び第2光学要素70を適宜回転調整して組み付けることで、赤外線検出ユニットUを共用することができる。すなわち、汎用性に優れた赤外線検出ユニットUを提供することができる。
また、第1光学要素60及び第2光学要素70の回転調整可能な範囲は、円孔64,74とネジBとの間の遊び隙間により制限されるが、透光窓30の領域から逸脱しない範囲において円孔64,74を例えば円弧状の長穴とすることにより、回転調整可能な範囲を広げることができる。
また、一つの判定用受光センサ80により、加熱源(ガスバーナ4)から放射される赤外線IR3と、赤外光源100から放射される赤外線IR4を検出するため、二つの受光センサを設ける場合に比べて、部品点数の削減、低コスト化、組付け時の光軸合わせ作業の簡素化等を達成できる。
さらに、一つの赤外線検出ユニットUを筐体2内に取り付けるだけで、フェールセーフのための測温機能と判定機能を得ることができるため、取付け作業及び取付け時の光軸合わせ作業等も簡素化できる。
また、上記実施形態においては、ガスコンロに適用される赤外線検出ユニットUにおいて、二つの受光素子40,50と二つの光学要素60,70を採用した場合を示したが、これに限定されるものではなく、ガスコンロ以外の対象物に適用される赤外線検出ユニットにおいて、一つの受光センサと一つの光学要素を含む構成に本発明を採用してもよい。
上記実施形態においては、光学要素の回転対称部として円筒状の嵌合部62,72、ハウジングの保持部として嵌合孔11c,11dを示したが、これに限定されるものではなく、光学要素に円柱部を設け、ハウジングに円筒孔を設けてもよく、その他の形態を採用してもよい。
上記実施形態においては、ハウジングボデーとして、第1ハウジングボデー11及び第2ハウジングボデー12の二分割構造をなすハウジングボデー10を示したが、これに限定されるものではなく、機械加工性及び組付け性を確保できる限りにおいて、一体型のハウジングボデーを採用してもよい。
上記実施形態においては、加熱源として、ガスバーナ4を示したが、これに限定されるものではなく、電気加熱式のヒータ等を採用してもよい。
1a 開口部
4 ガスバーナ(加熱源)
W 被加熱物(被検出物)
H ハウジング
B ネジ
10 ハウジングボデー(ハウジング)
11c,11d 嵌合孔(保持部)
11j 接合部
11k ネジ穴
12d 仕切り壁
12e 貫通孔
20 ハウジングカバー(ハウジング)
A1 第1領域
A2 第2領域
30 透光窓
N 法線
LS 測温用受光センサ(受光センサ)
40 第1受光センサ
L12 第1受光センサの光軸(受光センサの光軸、第1光軸)
50 第2受光センサ
L22 第2受光センサの光軸(受光センサの光軸、第2光軸)
LE 測温用光学要素(光学要素)
60 第1光学要素
61 反射面
f11 第1焦点
f12 第2焦点
S1 軸線
62 嵌合部(回転対称部)
63 鍔部
64 円孔(ネジ挿通部)
70 第2光学要素
71 反射面
f21 第1焦点
f22 第2焦点
S2 軸線
72 嵌合部(回転対称部)
73 鍔部
74 円孔(ネジ挿通部)
80 判定用受光センサ
90 判定用光学要素
100 赤外光源
110 遮光板
Claims (14)
- ハウジングと、
前記ハウジングの内側に配置されて赤外線を受光する受光センサと、
前記ハウジングの内側に配置されて被検出物から放射される赤外線を前記受光センサに向けて反射すると共に、前記受光センサの光軸回りに回転調整可能に前記ハウジングに保持された光学要素と、
を含む、赤外線検出ユニット。 - 前記光学要素は、前記被検出物の近傍に第1焦点及び前記受光センサの近傍に第2焦点を有する楕円を前記第1焦点及び第2焦点を通る軸線回りに回転させて画定される回転楕円面の一部をなす反射面を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の赤外線検出ユニット。 - 前記光学要素は、前記光軸を中心とする回転対称部を含み、
前記ハウジングは、前記回転対称部を前記光軸回りに回転自在に保持する保持部を含む、
ことを特徴とする請求項1に記載の赤外線検出ユニット。 - 前記光学要素は、前記回転対称部に連続する鍔部と、締結用のネジを前記光軸回りに遊び隙間をおいて通すべく前記鍔部に形成されたネジ挿通部を含み、
前記ハウジングは、前記光軸の方向において前記鍔部を接合させる接合部と、前記光軸の方向において前記ネジを捩じ込むネジ穴を含む、
ことを特徴とする請求項3に記載の赤外線検出ユニット。 - 前記受光センサは、第1波長領域の赤外線を受光する第1受光センサと、第2波長領域の赤外線を受光する第2受光センサを含み、
前記光学要素は、前記第1波長領域の赤外線を前記第1受光センサに向けて反射する第1光学要素と、前記第2波長領域の赤外線を前記第2受光センサに向けて反射する第2光学要素を含む、
ことを特徴とする請求項2ないし4いずれか一つに記載の赤外線検出ユニット。 - 前記光軸は、前記第1受光センサの受光面に垂直な第1光軸と、前記第2受光センサの受光面に垂直な第2光軸を含み、
前記第1光軸及び前記第2光軸は、互いに平行に配置されている、
ことを特徴とする請求項5に記載の赤外線検出ユニット。 - 前記第1光学要素から前記第1受光センサに向かう赤外線と前記第2光学要素から前記第2受光センサに向かう赤外線との相互の干渉を防止するべく、前記ハウジングの内側に配置された遮光板をさらに含む、
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の赤外線検出ユニット。 - 前記被検出物は、加熱源により加熱される被加熱物であり、
前記ハウジングは、所定の開口部に方向付けされる透光窓を含み、
前記受光センサは、前記加熱源により加熱される被加熱物の温度を測定する測温用受光センサであり、
前記光学要素は、前記被加熱物から放射されて前記開口部及び前記透光窓を通過する赤外線を反射して前記測温用受光センサに導くように配置された測温用光学要素である、
ことを特徴とする請求項1、3ないし7いずれか一つに記載の赤外線検出ユニット。 - 前記測温用光学要素は、前記開口部の領域に第1焦点及び前記測温用受光センサの近傍に第2焦点を有する楕円を前記第1焦点及び第2焦点を通る軸線回りに回転させて画定される回転楕円面の一部をなす反射面を含む、
ことを特徴とする請求項8に記載の赤外線検出ユニット。 - 前記ハウジングの内側に配置され、前記開口部の塞がり状態及び前記透光窓の汚れ状態を判定するための判定用受光センサと、
前記ハウジングの外側に配置され、前記透光窓に向けて赤外線を放射する赤外光源と、
前記ハウジングの内側に配置され、前記加熱源から放射されて前記開口部及び前記透光窓を通過する赤外線を前記判定用受光センサに導くと共に、前記赤外光源から放射されて前記透光窓を通過する赤外線を前記判定用受光センサに導く判定用光学要素と、をさらに含む、
ことを特徴とする請求項8又は9に記載の赤外線検出ユニット。 - 前記判定用受光センサの光軸は、前記測温用受光センサの光軸に対して、捻じれた位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項10に記載の赤外線検出ユニット。 - 前記ハウジングは、
前記測温用受光センサ及び前記測温用光学要素が配置される第1領域と前記判定用受光センサ及び前記判定用光学要素が配置される第2領域とを仕切る仕切り壁と、
前記加熱源から放射される赤外線及び前記赤外光源から放射される赤外線を前記第1領域から前記第2領域内の前記判定用光学要素に導くべく、前記仕切り壁に開けられた貫通孔と、を含む、
ことを特徴とする請求項10又は11に記載の赤外線検出ユニット。 - 所定の開口部を有する天板と、
前記天板の上方に載置された被加熱物を加熱する加熱源と、
前記天板の下方に配置され、前記被加熱物から放射されて前記開口部を通過する赤外線又は前記加熱源から放射されて前記開口部を通過する赤外線を検出する赤外線検出ユニットと、を備えた加熱調理装置であって、
前記赤外線検出ユニットは、請求項8ないし12いずれか一つに記載の赤外線検出ユニットである、
ことを特徴とする加熱調理装置。 - 前記赤外線検出ユニットの透光窓は、前記開口部の鉛直下方領域から外れた領域において、前記透光窓の中央を通る法線が前記開口部に向かうように傾斜した状態で配置される、
ことを特徴とする請求項13に記載の加熱調理装置。
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