JP4016337B2 - 誘導加熱炊飯器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内釜を超音波振動させながら誘導加熱して被加熱物を炊飯する誘導加熱炊飯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の誘導加熱炊飯器は、被加熱物が収容された内釜の底部及び側部に加熱コイルを配設し、かつ内釜の側部に超音波振動子を設け、それらの構成部品にインバータ回路から高周波電流を流すように構成している。これにより、炊飯器本体の電源スイッチをオンさせた場合、超音波振動子が動作することで米の含水率が上昇し、炊飯性能が向上するものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２５３９７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の誘導加熱炊飯器は内釜の側部に超音波振動子が設けられているため、例えば炊飯器本体から内釜を取り出して洗浄したり、内釜内で洗米する際に超音波振動子に水がかかってしまい、超音波振動子が腐食してしまうという問題点を有している。また、内釜を超音波振動させるために使用する超音波振動子の部品コストが高く、それによって炊飯器本体の製品コストも高くなってしまうという問題点を有している。
【０００５】
この発明は、前述の問題点を解決するためになされたもので、超音波振動子を用いずに内釜を超音波振動させるように構成し、内釜を洗浄したり、内釜内で洗米する作業を容易にして美味しいご飯を炊飯でき、かつ超音波振動子の部品コスト代がかからない誘導加熱炊飯器を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る誘導加熱炊飯器は、底部のほぼ中心位置で支持され、被加熱物を収容する内釜と、内釜の底部およびコーナ部に対向して配設された内釜を誘導加熱する二つの加熱コイルと、二つの加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とを備え、次式を用いて求められる内釜のもつ振動の共振モードにおける波長（λ）の腹の位置にそれらの加熱コイルを配設し、共振モードにおける波長と音速とから求められる内釜の共振周波数と、それらの加熱コイルに流れる高周波電流の周波数とが一致するようインバータ回路を制御するようにしたものである。
λ＝４Ｌ／（２ｎ−１）ここで、Ｌ：内釜底部の支持位置から内釜端部までの長さ、ｎ：次数（１，２，…）
【０００７】
また、底部のほぼ中心位置で支持され、被加熱物を収容する内釜と、内釜の底部およびコーナ部に対向して配設された内釜を誘導加熱する二つの加熱コイルと、二つの加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とを備え、次式を用いて求められる内釜のもつ振動の共振モードにおける波長（λ）の腹の位置にそれらの加熱コイルの何れか一方を配設し、共振モードにおける波長と音速とから求められる内釜の共振周波数と、それらの加熱コイルに流れる高周波電流の周波数とが一致するようインバータ回路を制御するようにしたものである。
λ＝４Ｌ／（２ｎ−１）
ここで、Ｌ：内釜底部の支持位置から内釜端部までの長さ、ｎ：次数（１，２，…）
【０００８】
また、底部のほぼ中心位置で支持され、被加熱物を収容する内釜と、内釜の底部又はコーナ部の何れかの個所に対向して配設された内釜を誘導加熱する加熱コイルと、加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とを備え、次式を用いて求められる内釜のもつ振動の共振モードにおける腹の位置に加熱コイルを配設し、共振モードにおける波長と音速とから求められる内釜のもつ振動の共振モードにおける腹の位置に加熱コイルを配設し、内釜の共振周波数と加熱コイルに流れる高周波電流の周波数とが一致するようインバータ回路を制御するようにしたものである。
λ＝４Ｌ／（２ｎ−１）
ここで、Ｌ：内釜底部の支持位置から内釜端部までの長さ、ｎ：次数（１，２，…）
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明における誘導加熱炊飯器の実施の形態１を示す縦断面図である。図１において、炊飯器の本体１内に筒状の上枠２を配設し、この上枠２の下端に有底筒状の磁性透過材（例えば、耐熱性樹脂）から成る下枠３が連結される。上枠２および下枠３から構成される枠体４内に有底筒状の磁性金属材（例えばオーステナイト系ステンレス）から成る内釜５が配置され、内釜５の外底部に温度センサ６が圧接されている。内釜５の上面には内蓋６で覆われ、さらにこの内蓋６の上面を下蓋７、上蓋８とから成る外蓋２０で覆っている。そして、下蓋７の上には蓋ヒータ９、上枠２の側部には胴ヒータ１０、下枠３の底部に位置して底面加熱コイル１１、下枠３のコーナ部に位置して側面側加熱コイル１２がそれぞれ配設される。また、本体１内には蓋ヒータ９や胴ヒータ１０の通電制御を行なうと共に、底面側加熱コイル１１や側面側加熱コイル１２に高周波電流を供給するインバータ回路１３の制御を行なう制御装置１４が格納される。また、本体１の側部には白米，玄米，おかゆなどの炊飯メニューを設定するメニューキー、予約炊飯を設定する予約キー、炊飯をスタートする炊飯キーなどの各種操作キー、それらのキーの操作状態および時間を表示する表示器が備えられる操作部１５が取り付けられる。
【００１０】
次に、誘導加熱炊飯器の動作を図１に示す縦断面図、図２に示す炊飯工程における蓋ヒータ９、胴ヒータ１０、底面側加熱コイル１１や側面側加熱コイル１２から成る誘導加熱コイル１６の各動作のタイミングチャート図を併用して説明する。操作部１５の炊飯キーをオンした場合、制御装置１４は胴ヒータ１０に通電を行なうと共に、インバータ回路１３を制御して誘導加熱コイル１６に高周波電流を流して予熱工程に入る。これにより、内釜５は胴ヒータ１０の発熱作用や誘導加熱コイル１６の電磁誘導発熱作用で加熱される。そして、内釜５内の温度が上昇して温度Ｔ１（例えば、約６０℃）に至った場合、温度センサ６が温度Ｔ１を検知して、検知信号が制御装置１４へ入力される。そして、制御装置１４は入力されたその検知信号に基づき胴ヒータ１０を断電すると共に、誘導加熱コイル１６への通電を間欠的に行なうようにインバータ回路１３を制御して、内釜５内の温度Ｔ１(例えば、約６０℃)を維持する。
【００１１】
また、炊飯開始から約１５分経過した場合、制御装置１４はインバータ回路１３を制御して誘導加熱コイル１６へ再び高周波電流を流すと共に、蓋ヒータ９や胴ヒータ１０を通電して炊飯工程に入る。そして、内釜５内の温度が上昇することで、加熱蒸気が内蓋６の通気口（図１中のａ）から上蓋８の蒸気口（図１中のｂ）を通じて本体１の外部へ排出される。このとき、本体１内の上方に配置される蓋センサ（図１中のｃ）が沸騰温度Ｔ２を検知して、検知信号が制御装置１４に入力される。次に、制御装置１４は入力されたその検知信号に基づき、誘導加熱コイル１６への通電を間欠的に行なうようにインバータ回路１３を制御すると共に、胴ヒータ１０や蓋ヒータ９を通電して沸騰温度Ｔ２を維持させる。
【００１２】
次に、内釜５内の加熱蒸気は蒸気口を通じて本体１の外部へ排出され、内釜５内の水が少なくなった場合に内釜５内の温度は急激に上昇し、温度Ｔ３に達する。そして、温度センサ６が温度Ｔ３を検知し、検知信号が制御装置１４に入力される。次に、制御装置１４は入力されたその検知信号に基づき、誘導加熱コイル１６に流れる高周波電流を断電するようにインバータ回路１３を制御すると共に、蓋ヒータ９や胴ヒータ１０を断電して蒸らし工程に入る。
【００１３】
次に、蒸らし工程に入ることで内釜５内の温度が降下して、予め設定された温度Ｔ４に達した場合、温度センサ６が温度Ｔ４を検知し、検知信号が制御装置１４に入力される。そして、制御装置１４は誘導加熱コイル１６に再び高周波電流を流すようにインバータ回路１３を制御すると共に、蓋ヒータ９や胴ヒータ１０を通電して二度炊き動作を実行する。次に、内釜５内の温度は再び温度Ｔ２に達して、温度センサ６が温度Ｔ２を検知し、検知信号が制御装置１４に入力される。そして、制御装置１４は入力された検知信号に基づき、誘導加熱コイル１６に流れる高周波電流の供給を停止すると共に、蓋ヒータ９や胴ヒータ１０を断電して蒸らし工程を終了する。
【００１４】
前述の予熱工程において、誘導加熱コイル１６によって内釜５に作用する電磁力は、内釜５を振動即ち超音波振動させる。次に、内釜５の振動特性について、図３に示す内釜５の共振モードの振動変位分布図を併用して説明する。ここでは、成形された内釜５を平板状の内釜２１に加工した状態で説明する。なお、内釜５の共振周波数ｆ[Ｈｚ］および波長λ[ｍ]は、式（１）と式（２）で求めることができる。
ｆ＝（２ｎ−１）×ｃ／４Ｌ （式１）
λ＝ｃ／ｆ＝４Ｌ／（２ｎ−１） （式１）
ここで、Ｃ：音速（ｍ／ｓ） Ｌ：容器の長さ（ｍ）
λ：波長（ｍ） ｎ：次数（１，２，・・・）
【００１５】
また、図３に示すような次数ｎを１〜５に設定した場合の１〜５次共振モード特性図において、腹の位置は振動レベルが最大であり、節の位置は振動レベルが零を示す。ここで、次数ｎの大きさは内釜２１の形状、厚み、材質などで決定される。平板状の内釜２１の中心位置（図３中のａ）は振動レベルが零であって、かつ次数ｎが大きくなるに伴って腹と節の数は増大する特性を有することが分かる。そして、内釜２１に生じる振動レベルが最大となる腹が、その底部からコーナ部に跨って周期的に繰り返し発生する。このとき、その振動レベルを大きくするためには内釜２１の共振周波数と誘導加熱コイル１６に流れる高周波電流の周波数とを一致させ、かつ誘導加熱コイル１６を腹の位置に配置させる必要がある。また、図４は例えば８８ｋＨｚの８次共振モードのシミュレーション解析を行なったときの、内釜５の斜視図を示す。内釜５の底部（図４中のａ）から側部（図４中のｂ）に跨って、共振モードの腹（図４中の黒領域）が一定間隔毎に配置していることが分かる。
【００１６】
また、内釜５とそれに対向する底面側加熱コイル１１、側面側加熱コイル１２との配置関係を、図５を併用して説明する。図５において、内釜５の共振モードの腹の位置（図５中のａ，ｂ）に底面側加熱コイル１１および側面側加熱コイル１２を配置させた場合、内釜５の底面の中心位置（図５中のｃ）から側面に跨って、振動の強弱モード図（図５中のｄ）が描かれる。強モードは、内釜５の底面から側面に跨って一定間隔毎に、即ち共振モードの腹の位置に発生することが分かる。
【００１７】
以上のように、内釜５の共振周波数と底面側加熱コイル１１、側面側加熱コイル１２に流れる高周波電流の周波数とを一致させるようにインバータ回路１３を制御し、かつ内釜５の共振モードの腹の位置にそれらの加熱コイルを配置するように構成したので、内釜５の振動レベル、即ち超音波振動が大きくなって内釜５内の米をより一層振動させて含水率を上昇させることができる。また、内釜５を超音波振動させるための超音波振動子が不要となり、内釜５の洗浄又は内釜５内での洗米が容易となって利便性が良くなる。さらに、超音波振動子やそれを駆動させるための専用のインバータ回路１３が不要となるため、誘導加熱炊飯器の高コスト化を防止することができる。
【００１８】
実施の形態２．
図６は、この発明における実施の形態２の誘導加熱炊飯器の内釜５と底面側加熱コイル１１、側面側加熱コイル１２との配置関係を示す図である。内釜５の底面に配設される底面側加熱コイル１１を内釜５の共振モードの腹の位置（図６中のａ）から多少ずらし、一方側面側加熱コイル１２は内釜５のコーナ部に対向する位置であって、共振モードの腹の位置にほぼ一致させたものである。 つまり、底面側加熱コイル１１と側面側加熱コイル１２との位置間隔を、共振モードの波長λの約３／４となるように設定する。そして、それらの加熱コイル１１，１２に流れる高周波電流の周波数を、内釜５の共振周波数とほぼ一致させる。これにより、底面側加熱コイル１１は共振モードの腹の位置から多少ずらして配置されるため、底面側加熱コイル１１と対向する領域では内釜５に対する電磁力の作用が小さくなり、振動も小さくなる。一方、側面側加熱コイル１２は内釜５の共振モードの腹の位置（図６中のｂ）に一致されるため、側面側加熱コイル１２と対向する領域では内釜５に対する電磁力の作用が大きくなり、振動も非常に大きくなる。
【００１９】
なお、底面側加熱コイル１１を内釜５の共振モードの腹の位置に一致させ、一方の側面側加熱コイル１２を共振モードの腹の位置から多少ずらして配設するようにしても良い。
【００２０】
以上のように、底面側加熱コイル１１および側面側加熱コイル１２を本体１内に実装する際に、配置スペースの制約があり、双方の加熱コイルを内釜５の共振モードの腹の位置にほぼ一致させることが出来ない場合は、底面側加熱コイル１１又は側面側加熱コイル１２の何れかの加熱コイルを腹の位置にほぼ一致させても良く、同様に内釜５を超音波振動させて内釜５内の米の含水率を上昇させ、炊飯性能を向上できる。
【００２１】
実施の形態３．
図７は、この発明における実施の形態３の誘導加熱炊飯器の内釜５と側面側加熱コイル１２との配置関係を示す図である。ここでは、内釜５のコーナ部と対向する位置であって、その共振モードの腹の位置（図７中のａ）に側面加熱コイル１２をほぼ一致するように配置させる。そして、内釜５の共振周波数と側面加熱コイル１２に流れる高周波電流の周波数とをほぼ一致させるように構成する。これにより、内釜５のコーナ部における電磁力の作用に伴う振動が大きくなり、それによって内釜５が超音波振動して米の含水率が上昇し、炊飯性能が向上する。
【００２２】
実施の形態４．
図８は、この発明における実施の形態４の誘導加熱炊飯器の内釜５と底面側加熱コイル１１との配置関係を示す図である。ここでは、内釜５の底面と対向する位置であって、かつ共振モードの腹の位置（図８中のａ）に底面側加熱コイル１１をほぼ一致するように配置させる。そして、内釜５の共振周波数と底面側加熱コイル１１に流れる高周波電流の周波数とをほぼ一致させるように構成する。これにより、内釜５の底部における底面側加熱コイル１１の電磁力の作用に伴う振動が大きくなり、それによって内釜５が超音波振動して米の含水率が上昇し、炊飯性能が向上する。
【００２３】
【発明の効果】
この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【００２４】
この発明に係る誘導加熱炊飯器は、底部のほぼ中心位置で支持され、被加熱物を収容する内釜と、内釜の底部およびコーナ部に対向して配設された内釜を誘導加熱する二つの加熱コイルと、二つの加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とを備え、次式を用いて求められる内釜のもつ振動の共振モードにおける波長（λ）の腹の位置にそれらの加熱コイルを配設し、共振モードにおける波長と音速とから求められる内釜の共振周波数と、それらの加熱コイルに流れる高周波電流の周波数とが一致するようインバータ回路を制御するようにしたので、内釜の振動レベルが大きくなり、即ち超音波振動が大きくなって内釜内の米の含水率が上昇し、美味しいご飯を炊飯できる。また、内釜を超音波振動させるために使用する超音波振動子が不要となり、内釜の洗浄又は内釜内での洗米が容易となって利便性が良くなる。さらに、超音波振動子やそれを駆動させるための専用のインバータ回路が不要となって、誘導加熱炊飯器の高コスト化を防止することができる。
λ＝４Ｌ／（２ｎ−１）
ここで、Ｌ：内釜底部の支持位置から内釜端部までの長さ、ｎ：次数（１，２，…）
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の誘導加熱炊飯器に係る実施の形態１を示す本体の縦断面図である。
【図２】 実施の形態１の炊飯工程における各構成部品の動作のタイミングチャート図を示す。
【図３】 内釜のｎ次共振モードの特性図を示す。
【図４】 内釜の８次共振モードのシミュレーション解析を行なった場合の、内釜の斜視図を示す。
【図５】 実施の形態１の内釜と各加熱コイルとの配置関係を示す構成図である。
【図６】 実施の形態２の内釜と各加熱コイルの配置関係を示す構成図である。
【図７】 実施の形態３の内釜と側面側加熱コイルとの配置関係を示す構成図である。
【図８】 実施の形態４の内釜と底面側加熱コイルとの配置関係を示す構成図である。
【符号の説明】
１ 本体、２ 上枠、３ 下枠、４ 枠体、５ 内釜、６ 内蓋、７ 下蓋、８ 上蓋、９ 蓋ヒータ、１０ 胴ヒータ、１１ 底面側加熱コイル、１２ 側面側加熱コイル、１３ インバータ回路、１４ 制御装置、１５ 操作部、１６誘導加熱コイル、２０ 外蓋、２１ 平板状の内釜。

Claims (3)

1. 底部のほぼ中心位置で支持され、被加熱物を収容する内釜と、この内釜の底部およびコーナ部に対向して配設された内釜を誘導加熱する二つの加熱コイルと、この二つの加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とを備え、
   次式を用いて求められる前記内釜のもつ振動の共振モードにおける波長（λ）の腹の位置にそれらの加熱コイルを配設し、前記共振モードにおける波長と音速とから求められる前記内釜の共振周波数と、それらの加熱コイルに流れる高周波電流の周波数とが一致するよう前記インバータ回路を制御するようにしたことを特徴とする誘導加熱炊飯器。
   λ＝４Ｌ／（２ｎ−１）
   ここで、Ｌ：内釜底部の支持位置から内釜端部までの長さ、ｎ：次数（１，２，…）
2. 底部のほぼ中心位置で支持され、被加熱物を収容する内釜と、この内釜の底部およびコーナ部に対向して配設された内釜を誘導加熱する二つの加熱コイルと、この二つの加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とを備え、
   次式を用いて求められる前記内釜のもつ振動の共振モードにおける波長（λ）の腹の位置にそれらの加熱コイルの何れか一方を配設し、前記共振モードにおける波長と音速とから求められる前記内釜の共振周波数と、それらの加熱コイルに流れる高周波電流の周波数とが一致するよう前記インバータ回路を制御するようにしたことを特徴とする誘導加熱炊飯器。
   λ＝４Ｌ／（２ｎ−１）
   ここで、Ｌ：内釜底部の支持位置から内釜端部までの長さ、ｎ：次数（１，２，…）
3. 底部のほぼ中心位置で支持され、被加熱物を収容する内釜と、この内釜の底部又はコーナ部の何れかの個所に対向して配設された内釜を誘導加熱する加熱コイルと、この加熱コイルに高周波電流を供給するインバータ回路とを備え、
   次式を用いて求められる前記内釜のもつ振動の共振モードにおける腹の位置に前記加熱コイルを配設し、前記共振モードにおける波長と音速とから求められる前記内釜の共振周波数と、加熱コイルに流れる高周波電流の周波数とが一致するよう前記インバータ回路を制御するようにしたことを特徴とする誘導加熱炊飯器。
   λ＝４Ｌ／（２ｎ−１）
   ここで、Ｌ：内釜底部の支持位置から内釜端部までの長さ、ｎ：次数（１，２，…）

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