JP3975865B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トッププレートに載置した鍋の温度を精度良く検出することができる誘導加熱調理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鍋などの被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、被加熱物である鍋の温度を検出する方式として、鍋を載置するトッププレートを介してサーミスタで温度を検出する方式が一般的である。また、鍋底から放射される赤外線を検出して鍋底の温度を検知する方法も知られている。この従来例を図４で説明する。
【０００３】
本体１上面にトッププレート２を設け、鍋３を載置する。この鍋３を電磁誘導加熱をする加熱コイル４と、この加熱コイル４に高周波電流供給手段５と、温度を検出する赤外線センサ６と、この出力から鍋底温度を算出する温度算出手段９と、温度算出手段９の出力に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御する制御手段１０を設けている。トッププレート２は、強度を高めるため特殊組成のガラスを再加熱してガラス中に微細結晶を析出させた結晶化ガラス（例えば、「リシア系セラミックス」Ｌｉ２Ｏ−ＡＬ２Ｏ３−ＳｉＯ２）が用いられているおり、２．６μｍ以下の波長の赤外線は８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の赤外線は３０％程度透過し、４μｍよりも長い波長の赤外線はほとんど通さない。（図３はその透過特性例のグラフ図を、一般的な赤外線窓材の透過特性とともに示したものである。）従って、トッププレート２を透過して鍋３から放射される赤外線の４μｍ以下の波長成分で、赤外線センサ６が鍋底の温度を測定することとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した従来構成の誘導加熱調理器は、トッププレート２を透過して鍋３から放射される赤外線を検出している。一般的に調理時の鍋３の温度は、約３０℃〜２３０℃であり、この温度のピーク波長はステファン・ボルツマンの法則により６μｍ〜１０μｍの波長である。
【０００５】
なお、赤外線放射エネルギの最大ピーク波長λｍａｘとの間には、一定の相関関係があって、Ｔ＝２００℃のときλｍａｘ＝約６．１μｍ、Ｔ＝１５０℃のときλｍａｘ＝約６．８μｍ、Ｔ＝１４０℃のときλｍａｘ＝約７．０μｍ、Ｔ＝１００℃のときλｍａｘ＝約７．８μｍ、Ｔ＝２０℃のときλｍａｘ＝約９．９μｍとなる。（図３下部に１００℃と２００℃の時の放射エネルギと波長の関係をグラフ図で示す。）トッププレート２が透過できる波長は上述の通り４μｍ以下の波長の赤外線であり、この４μｍ以下の波長成分だけでは、赤外線センサ受光面のバンドパスフィルタによる減衰等を考慮すると、鍋底からの全赤外線放射エネルギの２０％程度にしかならず、残りの大部分はトッププレート２で吸収されてしまう。このため赤外線センサ６に届く赤外線エネルギは微弱であり、赤外線センサ６で電気信号に変換してもＳ／Ｎ比が悪く、調理時の温度を測定する用途に用いるには、精度が良くない。
【０００６】
また、赤外線センサ６は一般的に周囲温度の影響を受けやすく、加熱コイル４やトッププレート２を介して伝わる鍋３からの伝導熱や、スイッチング素子（図示せず。加熱コイル４に高周波電流を供給する。）の発熱などにより周囲温度が大きく変化するような誘導加熱調理器本体内で、精度の良い放射温度をすることは難しかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材と、前記窓材を埋め込む貫通穴を有し、かつ、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート下面との空間に向けて反射させると共に外乱光を遮断する反射鏡と、この反射鏡の底部に配し集光された赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記貫通穴の内面に、反射膜をコーティングした誘導加熱調理器としているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材と、前記窓材を埋め込む貫通穴を有し、かつ、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート下面との空間に向けて反射させると共に外乱光を遮断する反射鏡と、この反射鏡の底部に配し集光された赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記貫通穴の内面に、反射膜をコーティングしたことによって、トッププレート横面から外乱光と、横方向へ拡散する赤外線を防ぎ、赤外線センサ受光面の赤外線強度を増加させた誘導加熱調理器としているものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、窓材下面に回折格子を配したことによって赤外線センサ受光面の赤外線強度を増加させた誘導加熱調理器としているものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、バンドパスフィルタは、偏向板の機能も併せて持ち、通過光の散乱を抑制したことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、窓材は、下面に赤外線の透過率を向上させる反射防止膜をコーティングしたことによって、高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、トッププレート中央下の支持台に反射鏡と赤外線センサとアンプを配したことによって、より安定に良い精度良くに鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、反射鏡と赤外線センサ及びアンプを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けたことによって、より安定に良い精度良くに鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例の誘導加熱調理器は、調理物を加熱調理する鍋３と、鍋３を加熱する加熱コイル４と、加熱コイル４に高周波電流を供給する高周波供給手段５と、トッププレート下面断熱材６を介して配し鍋３の底から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート２下面との空間に向けて反射する反射鏡７と、赤外線を検知する赤外線センサ８と、赤外線センサ８の受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタ９と、赤外線センサ８に一体化されその出力を増幅するアンプ１０と、アンプ１０の出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段１１と、この温度算出手段１１の出力に応じて加熱コイル４に供給する高周波電流供給量を制御する制御手段１２と、トッププレート２中央に鍋底面からの赤外線を透過させる窓材１３を備えたものである。
【００１６】
上記実施例１において、図示していない電源スイッチを投入し、操作スイッチで所定の温度を設定すると、制御手段１２が高周波電流供給手段５を制御して加熱コイル４に所定の電力を供給する。加熱コイル４に高周波電流が供給されると、加熱コイル４から誘導磁界が発せられ、トッププレート２上の鍋３が誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋３の温度が上昇し、鍋３内の調理物が調理される。
【００１７】
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・ボルツマンの法則があり、温度が高くなればなるほど加速度的に大きなエネルギを赤外線として放射する。（図３にその関係を、１００℃と２００℃の時についてグラフ図で示す。）
式１ Ｗ＝（２π５κ４／１５ｃ２ｈ３）×Ｔ４＝σＴ４
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）
赤外線センサ８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、焦電素子や熱電対を一点に集めたサーモパイルなどを用いている。このため、鍋３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、赤外線センサ８が受光する赤外線エネルギ量が増え、赤外線センサ８の出力信号電圧が高くなる。
【００１８】
上述したように、トッププレート２は４μｍ以下の波長の赤外線しか透過せず、赤外線センサ８に届く赤外線エネルギは微弱であるが、モジュールとして赤外線センサ８と一体化されたアンプ１０で５００〜５０００倍程度に増幅した後に出力することで、Ｓ／Ｎ比を確保し測定を可能としている。
【００１９】
また、トッププレート２自身から放射される赤外線をカットするため所定の帯域の波長の光を透過させる（例えば、０．８〜６．５μｍ）のバンドパスフィルタ９を赤外線センサの受光面に装着している。さらに、トッププレート２下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、トッププレート２下面との空間に向けて反射させると共に、外乱光も遮断する反射鏡７を設けたことで、貫通穴から見える鍋底から放射される全ての赤外線を捕らえるので同空間は黒体と類似する特性を備え、鍋の材質や鍋底表面状態からくる放射率の違いによる赤外線検知出力の低下を低減できる。
【００２０】
図２に鍋種を変えた時の放射率と検知出力との関係をグラフで示す。図２から読み取れるように、放射率０．３程度までは精度良い測定が行える検知出力を得ることが出来る。温度算出手段１１はアンプ１０の出力信号電圧から上記のステファン・ボルツマンの式を用いて鍋３の温度を算出し、制御手段１２に送る。制御手段１２は、この温度信号に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御して、設定された鍋温度に制御する。
【００２１】
特に本実施例１では鍋底の温度を熱伝導を用いて温度センサに導いてくるのではなく、非接触で鍋底の温度を直接検出することができるため、応答性が極めて速く、調理時に必要な微妙な火加減を実現できるものである。
【００２２】
なお、赤外線センサ８及びアンプ９は素子温度を安定させるため、アルミか非磁性金属筒に収納し、アースに接続する。非磁性金属筒の場合はシールド効果を持たせるため、内面にシールド剤を塗布する。
【００２３】
また、窓材１３を埋め込むために空けた貫通穴による、トッププレート２の強度低下は、貫通穴周辺を下から支持する支持台（図示せず）で補強改善してある。
【００２４】
また、反射鏡７の表面は赤外線を効率よく反射するように鏡面加工もしくは金メッキ加工を施してある。断熱材６も熱を遮断すると同時に赤外線を良く反射する素材を表面に施している。
【００２５】
なお、赤外線センサ８とアンプ９を一体化しない方法も考えられるが、一体化して赤外線センサ８の検知出力を直ちに増幅した方が、Ｓ／Ｎ比及び耐ノイズ性の向上が図れる。
【００２６】
（実施例２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例２は、反射鏡を積分球の部分形状としたものであり、この点を中心に説明する。図５は本実施例の構成を示すブロック図である。本実施例では反射鏡の形状を部分積分球１４とすることで、鍋底から放射される赤外線を効率よく赤外線センサ８へ導き、より簡易黒体と見なせる構成としているもので、精度の良い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００２７】
（実施例３）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例２は、反射鏡をエクスポネンシャルホーン形状とし、その焦点に赤外線センサを配したものであり、この点を中心に説明する。図６は本実施例の構成を示すブロック図である。
【００２８】
本実施例では反射鏡１５の形状をエクスポネンシャルホーン形状とすることで、鍋底から放射される赤外線を効率よく焦点に集光する。この焦点に赤外線センサ８を配することでより効率よく赤外線を検知する構成としているもので、より精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００２９】
（実施例４）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例４は、反射鏡をエクスポネンシャルホーン形状とするに加えて、その焦点にリフレクタを配したものであり、この点を中心に説明する。
【００３０】
図７は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例では反射鏡１５の形状をエクスポネンシャルホーン形状として、鍋底から放射される赤外線を効率よく焦点に集光する。この焦点にリフレクタ１６を配し、集光された赤外線を反射鏡１５下部に配した赤外線センサ８へ向け反射することでより効率よく赤外線を検知する構成としているもので、より精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３１】
（実施例５）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例５は、放物面形状とし、その焦点にリフレクタを配したものであり、この点を中心に説明する。
【００３２】
図８は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例では反射鏡１７の形状を放物面形状形状として、鍋底から放射される赤外線を効率よく焦点に集光する。この焦点にリフレクタ１６を配し、集光された赤外線を反射鏡１７下部に配した赤外線センサ８へ向け反射することでより効率よく赤外線を検知する構成としているもので、より精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３３】
（実施例６）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例６は、窓材下面に回析格子を配したものであり、この点を中心に説明する。
【００３４】
図９は本実施例における回析格子の構成を示す要部断面図である。本実施例では窓材１３の下面に回析格子１８を配し、鍋底から放射される赤外線を効率よく赤外線センサ８の受光面の中央に集光し、より強い赤外線を検知する構成としているもので、精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３５】
（実施例７）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例７は、窓材下面にマイクロレンズを配したものであり、この点を中心に説明する。
【００３６】
図１０は本実施例におけるマイクロレンズの構成を示す要部断面図である。本実施例では窓材１３の下面にマイクロレンズを配し、鍋底から放射される赤外線を効率よく赤外線センサ８の受光面の全体に集光し、より強い赤外線を検知する構成としているもので、精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３７】
（実施例８）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例８は、窓材を埋め込むトッププレートの貫通穴の内面に、反射膜をコーティングしたものであり、この点を中心に説明する。
【００３８】
図１１は本実施例における反射膜の構成を示す要部断面図である。本実施例ではトッププレート２の貫通穴の内面に、反射膜２０をコーティングし、鍋底から放射される赤外線がトッププレート２の側面に散乱するのを防止して、効率よく赤外線センサ８の受光面へ集光する構成としているもので、精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３９】
（実施例９）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例９は、バンドパスフィルタは、偏向板の機能も併せて持たせたものであり、この点を中心に説明する。
【００４０】
バンドパスフィルタ９に、偏向板の機能も併せて持たせることで、通過光の散乱を抑制し、鍋底から放射される赤外線が効率よく赤外線センサ８の受光面へ集光する構成としているもので、精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００４１】
（実施例１０）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１０は、窓材１３の下面に反射防止膜をコーティングしたものであり、この点を中心に説明する。反射防止膜を窓材１３の下面のみにコーティングすることで、透過率を５％程度アップさせることが出来るため、赤外線センサ８への受光量を増加させ、より精度の高い温度測定が可能となる。
【００４２】
なお、反射防止膜をコーティングするのは、窓材１３の下面のみなので、傷などに対する耐久性を考慮する必要がなく、安価な反射防止膜を使用できる。
また、反射防止膜の原材料は、窓材１３の光の屈折率をｎ１２とすれば、√（ｎ１２）の材質とし、多層に分けて徐々に屈折率を同式に従って変化させて塗布すれば、窓材１３から大気中へ光が透過する時の反射光が大幅に低減すると共に、反射鏡７から反射してくる赤外線をブロックし、貫通穴から透過してくる全ての赤外線を補足出来る理想的な光学特性が得られる。
【００４３】
（実施例１１）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１１は、トッププレート中央下の支持台に反射鏡と赤外線センサとアンプを内蔵したものであり、この点を中心に説明する。図１２は本実施例の構成を示す要部断面図である。反射鏡７と赤外線センサ８とアンプ９を、トッププレート２の強度補強のため貫通穴周辺を下から支持する支持台２１の中に配している。６はトッププレート２と支持台１９の間に挟んだ断熱材で、衝撃を吸収するクッションの役割も持たせている。
【００４４】
また、支持台２１の材質はアルミ等を用いることで、シールドを兼ねている。以上の構成により、赤外線センサ８内の素子温度が安定すると共に、シールドにより電磁的なノイズも低減し、精度の良い温度測定が可能となる。
【００４５】
（実施例１２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１２は、赤外線センサを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けたものであり、この点を中心に説明する。
【００４６】
図１３は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。反射鏡７と赤外線センサ８とアンプ１０を冷却する冷却手段２２と、赤外線センサ８の冷却温度を制御する温度制御手段２３を設けたものである。赤外線センサ８に使用する素子がサーモパイルや焦電素子の場合は常温（２０〜３０℃）に、ＨｇＣｄＴｅやＩｎＧａＡｓ素子の場合は−５℃以下にペルチェ素子などの電子冷却して、反射鏡７と赤外線センサ８及びアンプ１０の温度を一定温度に精度良く保つことで、極めて安定した検知出力が得られ、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器を提供できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材と、前記窓材を埋め込む貫通穴を有すし、かつ、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート下面との空間に向けて反射させると共に外乱光を遮断する反射鏡と、この反射鏡の底部に配し集光された赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記貫通穴の内面に、反射膜をコーティングしたことによって、トッププレート横面から外乱光と、横方向へ拡散する赤外線を防ぎ、赤外線センサ受光面の赤外線強度を増加させた誘導加熱調理器が実現できるものである。
【００４８】
また、窓材下面に回折格子を配することでより赤外線を効率よく集光することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図２】 鍋種を変えた時の放射率と検知出力との関係を示すグラフ
【図３】 本発明の実施例２におけるトッププレート及び窓材の赤外線透過特性グラフ
【図４】 従来における誘導加熱調理器を示すブロック図
【図５】 本発明の実施例２における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図６】 本発明の実施例３における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図７】 本発明の実施例４における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図８】 本発明の実施例５における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図９】 本発明の実施例６の回析格子の構成を示す要部断面図
【図１０】 本発明の実施例７のマイクロレンズの構成を示す要部断面図
【図１１】 本発明の実施例１１の反射膜の構成を示す要部断面図
【図１２】 本発明の実施例１２の支持台の構成を示す要部断面図
【図１３】 本発明の実施例１３における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 調理器本体
２ トッププレート
３ 鍋
４ 加熱コイル
５ 高周波電流供給手段
６ 断熱材
７ 反射鏡
８ 赤外線センサ
９ バンドパスフィルタ
１０ アンプ
１１ 温度算出手段
１２ 制御手段
１３ 窓材
１４ 積分球
１５ エクスポネンシャルホーン
１６ リフレクタ
１７ 放物面形状の反射鏡
１８ 回析格子
１９ マイクロレンズ
２０ 反射膜
２１ 支持台
２２ 冷却手段
２３ 温度制御手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、トッププレートに載置した鍋の温度を精度良く検出することができる誘導加熱調理器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鍋などの被加熱物を加熱する誘導加熱調理器において、被加熱物である鍋の温度を検出する方式として、鍋を載置するトッププレートを介してサーミスタで温度を検出する方式が一般的である。また、鍋底から放射される赤外線を検出して鍋底の温度を検知する方法も知られている。この従来例を図４で説明する。
【０００３】
本体１上面にトッププレート２を設け、鍋３を載置する。この鍋３を電磁誘導加熱をする加熱コイル４と、この加熱コイル４に高周波電流供給手段５と、温度を検出する赤外線センサ６と、この出力から鍋底温度を算出する温度算出手段９と、温度算出手段９の出力に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御する制御手段１０を設けている。トッププレート２は、強度を高めるため特殊組成のガラスを再加熱してガラス中に微細結晶を析出させた結晶化ガラス（例えば、「リシア系セラミックス」Ｌｉ２Ｏ−ＡＬ２Ｏ３−ＳｉＯ２）が用いられているおり、２．６μｍ以下の波長の赤外線は８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の赤外線は３０％程度透過し、４μｍよりも長い波長の赤外線はほとんど通さない。（図３はその透過特性例のグラフ図を、一般的な赤外線窓材の透過特性とともに示したものである。）従って、トッププレート２を透過して鍋３から放射される赤外線の４μｍ以下の波長成分で、赤外線センサ６が鍋底の温度を測定することとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図４に示した従来構成の誘導加熱調理器は、トッププレート２を透過して鍋３から放射される赤外線を検出している。一般的に調理時の鍋３の温度は、約３０℃〜２３０℃であり、この温度のピーク波長はステファン・ボルツマンの法則により６μｍ〜１０μｍの波長である。
【０００５】
なお、赤外線放射エネルギの最大ピーク波長λｍａｘとの間には、一定の相関関係があって、Ｔ＝２００℃のときλｍａｘ＝約６．１μｍ、Ｔ＝１５０℃のときλｍａｘ＝約６．８μｍ、Ｔ＝１４０℃のときλｍａｘ＝約７．０μｍ、Ｔ＝１００℃のときλｍａｘ＝約７．８μｍ、Ｔ＝２０℃のときλｍａｘ＝約９．９μｍとなる。（図３下部に１００℃と２００℃の時の放射エネルギと波長の関係をグラフ図で示す。）トッププレート２が透過できる波長は上述の通り４μｍ以下の波長の赤外線であり、この４μｍ以下の波長成分だけでは、赤外線センサ受光面のバンドパスフィルタによる減衰等を考慮すると、鍋底からの全赤外線放射エネルギの２０％程度にしかならず、残りの大部分はトッププレート２で吸収されてしまう。このため赤外線センサ６に届く赤外線エネルギは微弱であり、赤外線センサ６で電気信号に変換してもＳ／Ｎ比が悪く、調理時の温度を測定する用途に用いるには、精度が良くない。
【０００６】
また、赤外線センサ６は一般的に周囲温度の影響を受けやすく、加熱コイル４やトッププレート２を介して伝わる鍋３からの伝導熱や、スイッチング素子（図示せず。加熱コイル４に高周波電流を供給する。）の発熱などにより周囲温度が大きく変化するような誘導加熱調理器本体内で、精度の良い放射温度をすることは難しかった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材と、前記窓材を埋め込む貫通穴を有し、かつ、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート下面との空間に向けて反射させると共に外乱光を遮断する反射鏡と、この反射鏡の底部に配し集光された赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記貫通穴の内面に、反射膜をコーティングした誘導加熱調理器としているものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
請求項１に記載の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材と、前記窓材を埋め込む貫通穴を有し、かつ、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート下面との空間に向けて反射させると共に外乱光を遮断する反射鏡と、この反射鏡の底部に配し集光された赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記貫通穴の内面に、反射膜をコーティングしたことによって、トッププレート横面から外乱光と、横方向へ拡散する赤外線を防ぎ、赤外線センサ受光面の赤外線強度を増加させた誘導加熱調理器としているものである。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、窓材下面に回折格子を配したことによって赤外線センサ受光面の赤外線強度を増加させた誘導加熱調理器としているものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、バンドパスフィルタは、偏向板の機能も併せて持ち、通過光の散乱を抑制したことによって高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、窓材は、下面に赤外線の透過率を向上させる反射防止膜をコーティングしたことによって、高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、トッププレート中央下の支持台に反射鏡と赤外線センサとアンプを配したことによって、より安定に良い精度良くに鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１３】
請求項６に記載の発明は、反射鏡と赤外線センサ及びアンプを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けたことによって、より安定に良い精度良くに鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
（実施例１）
図１は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例の誘導加熱調理器は、調理物を加熱調理する鍋３と、鍋３を加熱する加熱コイル４と、加熱コイル４に高周波電流を供給する高周波供給手段５と、トッププレート下面断熱材６を介して配し鍋３の底から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート２下面との空間に向けて反射する反射鏡７と、赤外線を検知する赤外線センサ８と、赤外線センサ８の受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタ９と、赤外線センサ８に一体化されその出力を増幅するアンプ１０と、アンプ１０の出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段１１と、この温度算出手段１１の出力に応じて加熱コイル４に供給する高周波電流供給量を制御する制御手段１２と、トッププレート２中央に鍋底面からの赤外線を透過させる窓材１３を備えたものである。
【００１６】
上記実施例１において、図示していない電源スイッチを投入し、操作スイッチで所定の温度を設定すると、制御手段１２が高周波電流供給手段５を制御して加熱コイル４に所定の電力を供給する。加熱コイル４に高周波電流が供給されると、加熱コイル４から誘導磁界が発せられ、トッププレート２上の鍋３が誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋３の温度が上昇し、鍋３内の調理物が調理される。
【００１７】
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・ボルツマンの法則があり、温度が高くなればなるほど加速度的に大きなエネルギを赤外線として放射する。（図３にその関係を、１００℃と２００℃の時についてグラフ図で示す。）
式１ Ｗ＝（２π５κ４／１５ｃ２ｈ３）×Ｔ４＝σＴ４
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）
赤外線センサ８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、焦電素子や熱電対を一点に集めたサーモパイルなどを用いている。このため、鍋３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、赤外線センサ８が受光する赤外線エネルギ量が増え、赤外線センサ８の出力信号電圧が高くなる。
【００１８】
上述したように、トッププレート２は４μｍ以下の波長の赤外線しか透過せず、赤外線センサ８に届く赤外線エネルギは微弱であるが、モジュールとして赤外線センサ８と一体化されたアンプ１０で５００〜５０００倍程度に増幅した後に出力することで、Ｓ／Ｎ比を確保し測定を可能としている。
【００１９】
また、トッププレート２自身から放射される赤外線をカットするため所定の帯域の波長の光を透過させる（例えば、０．８〜６．５μｍ）のバンドパスフィルタ９を赤外線センサの受光面に装着している。さらに、トッププレート２下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、トッププレート２下面との空間に向けて反射させると共に、外乱光も遮断する反射鏡７を設けたことで、貫通穴から見える鍋底から放射される全ての赤外線を捕らえるので同空間は黒体と類似する特性を備え、鍋の材質や鍋底表面状態からくる放射率の違いによる赤外線検知出力の低下を低減できる。
【００２０】
図２に鍋種を変えた時の放射率と検知出力との関係をグラフで示す。図２から読み取れるように、放射率０．３程度までは精度良い測定が行える検知出力を得ることが出来る。温度算出手段１１はアンプ１０の出力信号電圧から上記のステファン・ボルツマンの式を用いて鍋３の温度を算出し、制御手段１２に送る。制御手段１２は、この温度信号に応じて加熱コイル４に供給する電力を制御して、設定された鍋温度に制御する。
【００２１】
特に本実施例１では鍋底の温度を熱伝導を用いて温度センサに導いてくるのではなく、非接触で鍋底の温度を直接検出することができるため、応答性が極めて速く、調理時に必要な微妙な火加減を実現できるものである。
【００２２】
なお、赤外線センサ８及びアンプ９は素子温度を安定させるため、アルミか非磁性金属筒に収納し、アースに接続する。非磁性金属筒の場合はシールド効果を持たせるため、内面にシールド剤を塗布する。
【００２３】
また、窓材１３を埋め込むために空けた貫通穴による、トッププレート２の強度低下は、貫通穴周辺を下から支持する支持台（図示せず）で補強改善してある。
【００２４】
また、反射鏡７の表面は赤外線を効率よく反射するように鏡面加工もしくは金メッキ加工を施してある。断熱材６も熱を遮断すると同時に赤外線を良く反射する素材を表面に施している。
【００２５】
なお、赤外線センサ８とアンプ９を一体化しない方法も考えられるが、一体化して赤外線センサ８の検知出力を直ちに増幅した方が、Ｓ／Ｎ比及び耐ノイズ性の向上が図れる。
【００２６】
（実施例２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例２は、反射鏡を積分球の部分形状としたものであり、この点を中心に説明する。図５は本実施例の構成を示すブロック図である。本実施例では反射鏡の形状を部分積分球１４とすることで、鍋底から放射される赤外線を効率よく赤外線センサ８へ導き、より簡易黒体と見なせる構成としているもので、精度の良い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００２７】
（実施例３）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例２は、反射鏡をエクスポネンシャルホーン形状とし、その焦点に赤外線センサを配したものであり、この点を中心に説明する。図６は本実施例の構成を示すブロック図である。
【００２８】
本実施例では反射鏡１５の形状をエクスポネンシャルホーン形状とすることで、鍋底から放射される赤外線を効率よく焦点に集光する。この焦点に赤外線センサ８を配することでより効率よく赤外線を検知する構成としているもので、より精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００２９】
（実施例４）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例４は、反射鏡をエクスポネンシャルホーン形状とするに加えて、その焦点にリフレクタを配したものであり、この点を中心に説明する。
【００３０】
図７は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例では反射鏡１５の形状をエクスポネンシャルホーン形状として、鍋底から放射される赤外線を効率よく焦点に集光する。この焦点にリフレクタ１６を配し、集光された赤外線を反射鏡１５下部に配した赤外線センサ８へ向け反射することでより効率よく赤外線を検知する構成としているもので、より精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３１】
（実施例５）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例５は、放物面形状とし、その焦点にリフレクタを配したものであり、この点を中心に説明する。
【００３２】
図８は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。本実施例では反射鏡１７の形状を放物面形状形状として、鍋底から放射される赤外線を効率よく焦点に集光する。この焦点にリフレクタ１６を配し、集光された赤外線を反射鏡１７下部に配した赤外線センサ８へ向け反射することでより効率よく赤外線を検知する構成としているもので、より精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３３】
（実施例６）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例６は、窓材下面に回析格子を配したものであり、この点を中心に説明する。
【００３４】
図９は本実施例における回析格子の構成を示す要部断面図である。本実施例では窓材１３の下面に回析格子１８を配し、鍋底から放射される赤外線を効率よく赤外線センサ８の受光面の中央に集光し、より強い赤外線を検知する構成としているもので、精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３５】
（実施例７）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例７は、窓材下面にマイクロレンズを配したものであり、この点を中心に説明する。
【００３６】
図１０は本実施例におけるマイクロレンズの構成を示す要部断面図である。本実施例では窓材１３の下面にマイクロレンズを配し、鍋底から放射される赤外線を効率よく赤外線センサ８の受光面の全体に集光し、より強い赤外線を検知する構成としているもので、精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３７】
（実施例８）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例８は、窓材を埋め込むトッププレートの貫通穴の内面に、反射膜をコーティングしたものであり、この点を中心に説明する。
【００３８】
図１１は本実施例における反射膜の構成を示す要部断面図である。本実施例ではトッププレート２の貫通穴の内面に、反射膜２０をコーティングし、鍋底から放射される赤外線がトッププレート２の側面に散乱するのを防止して、効率よく赤外線センサ８の受光面へ集光する構成としているもので、精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００３９】
（実施例９）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例９は、バンドパスフィルタは、偏向板の機能も併せて持たせたものであり、この点を中心に説明する。
【００４０】
バンドパスフィルタ９に、偏向板の機能も併せて持たせることで、通過光の散乱を抑制し、鍋底から放射される赤外線が効率よく赤外線センサ８の受光面へ集光する構成としているもので、精度の高い温度測定が行える誘導加熱調理器としている。
【００４１】
（実施例１０）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１０は、窓材１３の下面に反射防止膜をコーティングしたものであり、この点を中心に説明する。反射防止膜を窓材１３の下面のみにコーティングすることで、透過率を５％程度アップさせることが出来るため、赤外線センサ８への受光量を増加させ、より精度の高い温度測定が可能となる。
【００４２】
なお、反射防止膜をコーティングするのは、窓材１３の下面のみなので、傷などに対する耐久性を考慮する必要がなく、安価な反射防止膜を使用できる。
また、反射防止膜の原材料は、窓材１３の光の屈折率をｎ１２とすれば、√（ｎ１２）の材質とし、多層に分けて徐々に屈折率を同式に従って変化させて塗布すれば、窓材１３から大気中へ光が透過する時の反射光が大幅に低減すると共に、反射鏡７から反射してくる赤外線をブロックし、貫通穴から透過してくる全ての赤外線を補足出来る理想的な光学特性が得られる。
【００４３】
（実施例１１）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１１は、トッププレート中央下の支持台に反射鏡と赤外線センサとアンプを内蔵したものであり、この点を中心に説明する。図１２は本実施例の構成を示す要部断面図である。反射鏡７と赤外線センサ８とアンプ９を、トッププレート２の強度補強のため貫通穴周辺を下から支持する支持台２１の中に配している。６はトッププレート２と支持台１９の間に挟んだ断熱材で、衝撃を吸収するクッションの役割も持たせている。
【００４４】
また、支持台２１の材質はアルミ等を用いることで、シールドを兼ねている。以上の構成により、赤外線センサ８内の素子温度が安定すると共に、シールドにより電磁的なノイズも低減し、精度の良い温度測定が可能となる。
【００４５】
（実施例１２）
本実施例は、調理器としての基本構成は実施例１と同様であり、基本構成についての説明は省略する。この実施例１２は、赤外線センサを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けたものであり、この点を中心に説明する。
【００４６】
図１３は本実施例における調理器の構成を示すブロック図である。反射鏡７と赤外線センサ８とアンプ１０を冷却する冷却手段２２と、赤外線センサ８の冷却温度を制御する温度制御手段２３を設けたものである。赤外線センサ８に使用する素子がサーモパイルや焦電素子の場合は常温（２０〜３０℃）に、ＨｇＣｄＴｅやＩｎＧａＡｓ素子の場合は−５℃以下にペルチェ素子などの電子冷却して、反射鏡７と赤外線センサ８及びアンプ１０の温度を一定温度に精度良く保つことで、極めて安定した検知出力が得られ、より高精度に鍋の温度測定ができる誘導加熱調理器を提供できる。
【００４７】
【発明の効果】
以上のように本発明の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材と、前記窓材を埋め込む貫通穴を有すし、かつ、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート下面との空間に向けて反射させると共に外乱光を遮断する反射鏡と、この反射鏡の底部に配し集光された赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記貫通穴の内面に、反射膜をコーティングしたことによって、トッププレート横面から外乱光と、横方向へ拡散する赤外線を防ぎ、赤外線センサ受光面の赤外線強度を増加させた誘導加熱調理器が実現できるものである。
【００４８】
また、窓材下面に回折格子を配することでより赤外線を効率よく集光することができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図２】 鍋種を変えた時の放射率と検知出力との関係を示すグラフ
【図３】 本発明の実施例２におけるトッププレート及び窓材の赤外線透過特性グラフ
【図４】 従来における誘導加熱調理器を示すブロック図
【図５】 本発明の実施例２における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図６】 本発明の実施例３における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図７】 本発明の実施例４における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図８】 本発明の実施例５における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【図９】 本発明の実施例６の回析格子の構成を示す要部断面図
【図１０】 本発明の実施例７のマイクロレンズの構成を示す要部断面図
【図１１】 本発明の実施例１１の反射膜の構成を示す要部断面図
【図１２】 本発明の実施例１２の支持台の構成を示す要部断面図
【図１３】 本発明の実施例１３における本実施例における調理器の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 調理器本体
２ トッププレート
３ 鍋
４ 加熱コイル
５ 高周波電流供給手段
６ 断熱材
７ 反射鏡
８ 赤外線センサ
９ バンドパスフィルタ
１０ アンプ
１１ 温度算出手段
１２ 制御手段
１３ 窓材
１４ 積分球
１５ エクスポネンシャルホーン
１６ リフレクタ
１７ 放物面形状の反射鏡
１８ 回析格子
１９ マイクロレンズ
２０ 反射膜
２１ 支持台
２２ 冷却手段
２３ 温度制御手段
Claims (6)
- 鍋を加熱する加熱コイルと、前記鍋底面からの赤外線を透過させる窓材と、前記窓材を埋め込む貫通穴を有し、かつ、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に配し鍋底面から放射される赤外線を集光し、且つ、前記トッププレート下面との空間に向けて反射させると共に外乱光を遮断する反射鏡と、この反射鏡の底部に配し集光された赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの受光面に装着した所定の帯域の波長の光を透過させるバンドパスフィルタと、前記赤外線センサの出力を増幅するアンプと、前記アンプの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、前記貫通穴の内面に、反射膜をコーティングした誘導加熱調理器。
- 窓材下面に回折格子を配した請求項１に記載の誘導加熱調理器。
- バンドパスフィルタは、偏向板の機能を備え通過光の散乱を抑制した請求項１〜２のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- 窓材は、下面に赤外線の透過率を向上させる反射防止膜をコーティングした請求項１〜３のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- トッププレート中央下の支持台に反射鏡と赤外線センサとアンプを配した請求項１から４のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
- 反射鏡と赤外線センサ及びアンプを冷却する冷却手段を備え、赤外線センサの冷却温度を制御する温度制御手段を設けた請求項１〜５のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
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