JP4614008B2

JP4614008B2 - 加熱調理器

Info

Publication number: JP4614008B2
Application number: JP2009189780A
Authority: JP
Inventors: 克徳財前; 直昭石丸; 泉生弘田
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-08-19
Filing date: 2009-08-19
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2025-02-10
Also published as: JP2009277668A

Description

本発明は、加熱される鍋、フライパンなどの被加熱物温度を精度良く検出することができる加熱調理器に関するものである。

従来、この種の加熱調理器では、トッププレート上の被加熱物の温度を迅速かつ正確に検出するために、被加熱物へ投光する発光手段と、反射光を受光する受光手段とを備え、受光手段の出力から換算された被加熱物の放射率、および赤外線センサの受光量から、被加熱物の温度を換算するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１−２２５８８１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、特定方向への反射光強度のみを検知するものであるため、正確な温度検出ができないものであった。すなわち、被加熱物底面の材質、形状、寸法、表面状態、反りなど、反射光強度を決めるパラメータが多く、また、調理のたびに、あるいは調理中にも使用者により被加熱物の位置がずれるので、特定方向への反射光強度のみを検知する方式では、「反射光強度が大きい被加熱物」を「反射光強度が小さい被加熱物」と誤判定するケースがまれに生ずる。特に、被加熱物底面の中心部に、使用できる加熱源や、被加熱物材質などに関する情報を刻印してある場合は、刻印部のある中心部は、凹凸と埋め込まれた黒色の着色文字のため反射率が低い。ところが、刻印部の周辺部はＳＵＳ鏡面で反射率が高い。このため、特定方向への反射光強度のみを検知する方式では、正確に被加熱物底面の放射率を算出することが困難であるという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、被加熱物底面の状態如何にかかわらず、精度良く被加熱物底面温度を検出し、良好な調理加熱制御が実現できる加熱調理器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の加熱調理器は、投光手段は受光手段の周囲に順次投光するように複数個設け、反射率換算手段は、投光手段の投光タイミングに同期して入力した複数個の反射光強度から赤外線センサの視野部の反射率を換算するようにしたものである。

これによって、特定方向の反射光強度のみを検出するのではなく、順次投光する複数個の反射光強度で赤外線センサの視野部の反射率が換算されるため、被加熱物底面の状態如何にかかわらず、精度良く被加熱物底面温度を検出し、良好な調理加熱制御が実現できる。

また、本発明の加熱調理器は、受光手段は投光手段の周囲に複数個設け、反射率換算手段は、複数方向への拡散反射光強度分布から赤外線センサの視野部の反射率を換算するようにしたものである。

これによって、特定方向の反射光強度のみを検出するのではなく、複数方向への拡散反射光強度分布から赤外線センサの視野部の反射率が換算されるため、被加熱物底面の状態如何にかかわらず、精度良く被加熱物底面温度を検出し、良好な調理加熱制御が実現できる。

本発明の加熱調理器は、被加熱物底面の状態如何にかかわらず、精度良く被加熱物底面温度を検出し、良好な調理加熱制御が実現できる。

本発明の実施の形態１における加熱調理器のブロック図（ａ）同加熱調理器における被加熱物底面からの自己放射エネルギ分布図（ｂ）トッププレートの透過特性図（ｃ）赤外線センサの感度特性図（ｄ）受光手段の感度特性図本発明の実施の形態２における加熱調理器の赤外線センサ、投光手段、受光手段部分の斜視図（ａ）同加熱調理器における被加熱物底面における近赤外線光の拡散反射状態のイメージを示す断面図（ｂ）被加熱物底面の表面状態による受光手段の検知出力変動のイメージを示す図本発明の実施の形態３における加熱調理器の赤外線センサ、投光手段、受光手段部分の斜視図

第１の発明は、被加熱物を誘導加熱する加熱源と、被加熱物底面から放射される赤外線強度を検知する赤外線センサと、この赤外線センサの視野部の被加熱物底面に対して投光する投光手段と、被加熱物底面からの反射光を検知する受光手段と、この受光手段の出力から予め記憶している関係式により被加熱物底面の反射率を近似計算する反射率換算手段と、この換算された反射率および赤外線センサの出力から被加熱物底面の温度を算出する温度算出手段と、この温度算出手段の出力に応じて加熱源に供給する電力量を指示する制御手段とを備え、前記受光手段は投光手段の周囲に複数個設け、反射率換算手段は、複数方向への拡散反射光強度分布から赤外線センサの視野部の反射率を換算するようにした加熱調理器とすることにより、特定方向の反射光強度のみを検出するのではなく、複数方向への拡散反射光強度分布から赤外線センサの視野部の反射率が換算されるため、被加熱物底面の状態如何にかかわらず、精度良く被加熱物底面温度を検出し、良好な調理加熱制御が実現できる。

第２の発明は、特に、第１の発明において、投光手段は、赤外線センサが位置する鏡筒内に設け、鏡筒により被加熱物底面に投光するようにしたことにより、鏡筒により均一な光を被加熱物底面に投光でき、より精度良く反射率を測定することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、反射率換算手段による反射率の測定は加熱源が停止している期間のみ行うようにしたことにより、加熱源による影響を無くし、より精度良く反射率を測定することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１、図２は、本発明の実施の形態１における加熱調理器として誘導加熱調理器を示している。

図１に示すように、本実施の形態における加熱調理器は、結晶化ガラスなどよりなるトッププレート１０と、トッププレート１０上に載置され調理物を加熱調理する鍋、フライパンなどの被加熱物１１と、被加熱物１１を加熱する加熱コイルなどの加熱源１２と、加熱源１２に高周波電流を供給し、被加熱物１１を誘導加熱する加熱制御手段１３とを備えている。また、トッププレート１０下面に配し被加熱物１１底面から放射される赤外線の強度を検知する赤外線センサ１４と、同じくトッププレート１０下面に配し赤外線センサ１４の視野部の被加熱物１１底面に対して参照用の近赤外線を投光する投光手段１５、１６と、赤外線センサ１４を挟んで位置し投光された参照光の被加熱物１１底面からの反射光を検知する受光手段１７、１８とを有する。さらに、受光手段１７、１８の出力から予め記憶しているデータ（テーブルデータあるいは関係式データなど）により被加熱物１１底面の反射率を近似計算する反射率換算手段１９と、この換算された反射率および赤外線センサ１４の出力から被加熱物１１底面の温度を算出する温度算出手段２０と、この温度算出手段２０の出力に応じて加熱制御手段１３を介し加熱源１２に供給する電力量を指示する制御手段２１とを備えている。なお、トッププレート１０と同一面にはタッチパネル方式の操作部２２を設けている。

そして、前記投光手段１５、１６は、受光手段１７、１８の周囲に複数個設け、順次投光するようにしており、前記反射率換算手段１９は、投光手段１５、１６の投光タイミングに同期して入力した複数個の反射光強度から赤外線センサ１４の視野部の反射率を換算するようにしている。

なお、投光手段１５、１６は、調理器周囲の背景光と投光する参照光とを区別するため高周波数（キャリア周波数３０ｋＨｚ〜６００ｋＨｚ）で変調する変調手段２３で駆動され、受光手段１７、１８の出力は検波手段２４で検波されてから出力される。また、赤外線センサ１４および受光手段１７、１８と、加熱源１２との間には防磁シールド２５を設け、電磁干渉を防いである。

また、図２（ａ）は被加熱物１１底面からの赤外線の自己放射エネルギ分布を、（ｂ）はトッププレート１０の透過特性を、（ｃ）は赤外線センサ１４の感度特性を、（ｄ）は受光手段１７、１８の感度特性をそれぞれ示している。

以上のように構成された加熱調理器について、以下その動作、作用を説明する。

まず、操作部２２内の電源キーおよび加熱キーを押し、アップ、ダウンキーで所定の電力を設定すると、制御手段２１が加熱制御手段１３を制御して加熱源１２に所定の高周波電力を供給する。加熱源１２に高周波電流が供給されると、加熱源１２から誘導磁界が発せられ、トッププレート１０上に載置された被加熱物１１が誘導加熱される。この熱によって被加熱物１１の温度が上昇し、被加熱物１１内の調理物が調理される。赤外線センサ１４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、被加熱物１１の温度が上昇すると被加熱物１１底面からの赤外線放射強度も強くなり、赤外線センサ１４が受光する赤外線エネルギ量が増え、赤外線センサ１４の出力信号電圧が高くなり、温度算出手段２０が算出する温度出力も大きくなる。制御手段２１はこの温度出力を入力し、所定値（過昇防止温度、あるいは沸騰温度など）以下なら加熱制御手段１３へ加熱を指示し続ける。電源キーまたは加熱キーで加熱停止が入力された場合と、温度算出手段２０の温度出力が所定値を越えた場合は、加熱停止を指示する。

次に、被加熱物１１底面の放射率εを推定する動作を説明する。赤外線センサ１４の視野部内でトッププレート１０下面に配した投光手段１５、１６が、被加熱物１１へ反射率測定用の波長０．６〜１．２μｍ程度の近赤外線を照射し、被加熱物１１底面からの反射光を受光手段１７、１８で測定する。赤外線センサ１４を挟んで位置することで受光手段１７と受光手段１８との間には所定の距離を設けるとともに、投光手段１５と投光手段１６で順次投光し、その前後に投光しない期間を設けることで、赤外線センサ１４の視野部の立体的な反射の情報を測定することが可能となる。そして、この４つの受光出力から予め記憶させているデータにより反射率換算手段１９が被加熱物１１底面における赤外線センサ１４の視野部の反射率Ｒを換算する。

キルヒホフの法則によれば、物質の表面に到達する単位入射エネルギのうち、固有放射率εは０＜ε＜１の定数で、その物質の放射の吸収率に等しい。また、不透明な（透過率α＝０）物体に関しては、
放射率ε（λ）＋反射率Ｒ（λ）＝１
の関係が成立する。従って、反射率Ｒが求められたことは、放射率εを求められたことと等価となる。温度算出手段２０は、この換算された反射率Ｒを入力し、赤外線センサ１４の出力から放射率補正を行った温度値を算出する。

以上のように、本実施の形態においては、特定方向の反射光強度のみを検出するのではなく、順次投光する複数個の反射光強度で赤外線センサ１４の視野部の反射率が換算されるため、被加熱物１１底面の状態如何にかかわらず、精度良く被加熱物底面温度を検出し、良好な調理加熱制御が実現できる。すなわち、被加熱物１１底面の反射率を立体的に検知することが可能となり、この反射率から赤外線センサ１４の視野部の放射率を精度良く推定することができる。被加熱物１１底面の反射率を立体的に検知することで、被加熱物１１底面の材質、形状、寸法、表面状態、反り、あるいは刻印部、ヘアライン加工、リング加工、打ち込み加工など、特殊な被加熱物の底面状態であってもその影響を無くすことができ、トッププレート１０を介しても安定した測定を行うことができる。従って、被加熱物１１底面の温度測定が非接触で可能となり、微妙な火加減ができる加熱調理器となる。

また、本実施の形態においては、受光手段１７、１８として、家電機器などのリモコン
に使用されるフォトダイオードを用いており、赤外線の自己放射を測定する波長λ＝０．９〜２．６μｍとは異なる波長λ’＝λ−Δλ＝０．７〜０．９μｍにおいて測定しているが、被加熱物１１の反射率Ｒ_（λ）と、受光手段１７、１８の検知出力との間には良好な相関関係があり、受光手段１７、１８の出力から赤外線センサ１４の波長帯域での反射率Ｒ_（λ）への換算を行うことができる。なお、フォトダイオードを用いるのは、調理温度範囲以外の室温近辺で反射率を測定するという仕様上の理由、およびリモコン用に市販されているフォトダイオード、およびフォトトランジスタを用いる方が安価であり、０．７〜０．９μｍの波長帯域では、被加熱物１１底面やトッププレート１０から放射される大きなエネルギ量のより長波長の赤外線には反応しないので、反射光のみを精度良く検知できるという技術的な理由による（図２（ｄ））。

なお、フォトダイオードをＣＣＤとすることで、より立体的な情報を検出することができるのは当然であるが、コストが高くなるために、加熱調理器においては、実用面で課題が残る。

また、本実施の形態において、受光手段１７、１８の受光素子は、赤外線センサ１４の検知素子と同一の素子内に設けることにより、コンパクトな構成となるとともに、反射光の検出感度が上がり、より精度良く反射率を測定することができる。

また、本実施の形態において、トッププレート１０の下面に反射防止コーティングを行い、下面での反射、拡散光を減少させ、受光手段１７、１８の受光量を増加させることもできる。

また、本実施の形態では、投光手段１５、１６を高周波数で変調されることができるフォトダイオードにしたが、高周波で変調できない、例えばハロゲンランプと、機械的シャッターまたは電気光学シャッターとし、所定のデューティでシャッターを開閉して、環境放射強度を穏やかに切り換えることにより、赤外線センサ１４で検出できる波長帯域の照射光を投光することもでき、この増分を検出することで、赤外線センサ１４のみで放射率を補正することも可能である。

（実施の形態２）
図３、図４は、本発明の実施の形態２における加熱調理器を示している。実施の形態１と基本構成は同一であり、同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、本実施の形態における加熱調理器は、トッププレート１０下面の防磁シールド２５内に配し被加熱物１１へ反射率測定用の近赤外線を投光する投光手段１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂと、鏡筒２６内で被加熱物１１底面からの反射光強度を検出する受光手段１７、１８から加熱調理器の反射率の測定系を構成している。防磁シールド２５および鏡筒２６は、アルミダイキャスト製のケース２７に一体で設けてある。鏡筒２６は樹脂よりなり、その内周面は鏡面研磨を行ったのち、保護コーディング（アルミの光沢めっきなど）を施してある。

赤外線センサ１４は、鏡筒２６内に位置しており、この赤外線センサ１４を挟むようにして受光手段１７、１８も鏡筒２６内に設け、複数方向からの反射光を鏡筒２６により受光手段１７、１８へ導くようにしている。また、投光手段１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂは、受光手段１７、１８の周囲に設け、順次投光するようにしている。そして、実施の形態１と同様、投光手段１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの投光タイミングに同期して入力した複数個の反射光強度から反射率換算手段１９が赤外線センサ１４の視野部の反射率を換算するようになっている。

トッププレート１０上に被加熱物１１が載置され、電源キーおよび加熱キーが押されて被加熱物１１の載置を検出すると、投光手段１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂが順次、シーケンシャルに近赤外線を投光する（図４（ａ）の３１〜３５）。被加熱物１１底面で反射した拡散反射光（図４（ａ）の３６）は受光手段１７、１８で順次受光される。そして、反射率換算手段１９が受光手段１７、１８の出力群から被加熱物１１底面の反射率を換算する。この換算された反射率および赤外線センサ１４の出力を入力して、温度算出手段２０は被加熱物１１底面の温度を算出する。

以上のように、本実施の形態においては、赤外線センサ１４の視野部の被加熱物１１底面に対して複数の投光手段１５ａ〜１６ｂで異なる箇所に順次投光し、その複数点からの拡散反射光を受光手段１７、１８で順次検出し、この複数個の反射光強度から反射率換算手段１９が赤外線センサ１４の視野部の反射率を換算する。これにより、被加熱物１１底面の反射率を立体的に検知することが可能となり、この反射率から赤外線センサ１４の視野部の放射率を精度良く推定することができる。被加熱物１１底面の反射率を立体的に検知することで、被加熱物１１底面の形状や表面状態、刻印部で図４（ｂ）に示すように受光出力が変動する影響を無くすことができ、トッププレート１０を介しても安定した測定を行うことができる。従って、被加熱物１１底面の温度測定が非接触で可能となり、微妙な火加減ができる加熱調理器となる。

また、本実施の形態では、受光手段１７、１８は鏡筒２６の上端面近くに配し、鏡筒２６で合成される前の拡散反射光を検出して立体視を行っているが、受光手段１７、１８の受光素子を１素子にして、鏡筒２６下端面近くに配することで、受光素子単体時の視野よりも広いエリアの拡散反射光を検出して、立体視に近い測定を行うことが可能となる。

また、本実施の形態では、投光手段１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂを高周波数で変調しており、外乱光や加熱源１２などの影響を低減するとともに、防磁シールド２５を施してあるが、加熱源１２が停止している期間のみ反射率を測定することにより、加熱源１２による影響を無くし、より精度良く反射率を測定することができる。

また、投光手段１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂの個数をさらに増やし、リング状の光源とし、受光手段１７、１８周辺を囲んで配置し、順次投光することで、より立体視に近い測定を行うことが可能となる。

（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３における加熱調理器を示している。実施の形態１、２と基本構成は同一であり、同一要素については同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態における加熱調理器は、トッププレート１０下面の鏡筒２６内に配し被加熱物１１へ反射率測定用の近赤外線を投光する投光手段１５、１６と、鏡筒２６周辺、且つ、防磁シールド２５内で被加熱物１１底面からの反射光強度を検出する受光手段１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂとから加熱調理器の反射率の測定系を構成している。防磁シールド２５および鏡筒２６は、実施の形態２と同様、アルミダイキャスト製のケース２７に一体で設けてある。鏡筒２６の内周面は鏡面研磨を行ったのち、保護コーディングを施してある。

赤外線センサ１４は、鏡筒２６内に位置しており、この赤外線センサ１４を挟むようにして投光手段１５、１６も鏡筒２６内に設け、鏡筒２６により被加熱物１１底面に投光するようにしている。また、受光手段１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂは、投光手段１５、
１６の周囲に設け、複数方向への拡散反射光強度分布から反射率換算手段１９が赤外線センサ１４の視野部の反射率を換算するようになっている。

トッププレート１０上に被加熱物１１が載置され、電源キーおよび加熱キーが押されて被加熱物１１の載置を検出すると、投光手段１５、１６が順次、近赤外線を投光する。被加熱物１１底面で反射した複数方向への拡散反射光は受光手段１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂで受光される。そして、反射率換算手段１９がこの拡散反射光強度分布から被加熱物１１底面の反射率を換算する。この換算された反射率および赤外線センサ１４の出力を入力して、温度算出手段２０は被加熱物１１底面の温度を算出する。

以上のように、本実施の形態においては、赤外線センサ１４の視野部の被加熱物１１底面に対して、投光手段１５、１６が鏡筒２６を用いて均一な参照光を投光し、その複数方向の拡散反射光を受光手段１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂで検出し、この拡散反射光強度分布から被加熱物１１底面の反射率を換算する。これにより、被加熱物１１底面の反射率を立体的に検知することが可能となり、この反射率から赤外線センサ１４の視野部の放射率を精度良く推定することができる。被加熱物１１底面の反射率を立体的に検知することで、被加熱物１１底面の形状や表面状態、刻印部などで受光出力が変動する影響を無くすことができ、トッププレート１０を介しても安定した測定を行うことができる。従って、被加熱物１１底面の温度測定が非接触で可能となり、微妙な火加減ができる加熱調理器となる。

上記した各実施の形態１〜３における構成は、必要に応じて適宜組み合わせて構成することができるものであり、実施の形態そのものに限定されるものではない。

以上のように、本発明にかかる加熱調理器は、被加熱物底面の状態如何にかかわらず、精度良く被加熱物底面温度を検出し、良好な調理加熱制御が実現できるので、誘導加熱調理器はもとより、ラジエントヒータ式加熱調理器などにも適用できる。

１０トッププレート
１１被加熱物
１２加熱源
１３加熱制御手段
１４赤外線センサ
１５、１６、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ投光手段
１７、１８、１７ａ、１７ｂ、１８ａ、１８ｂ受光手段
１９反射率換算手段
２０温度算出手段
２１制御手段
２６鏡筒

Claims

被加熱物を加熱する加熱源と、被加熱物底面から放射される赤外線強度を検知する赤外線センサと、この赤外線センサの視野部の被加熱物底面に対して投光する投光手段と、被加熱物底面からの反射光を検知する受光手段と、この受光手段の出力から予め記憶しているデータにより被加熱物底面の反射率を近似計算する反射率換算手段と、この換算された反射率および赤外線センサの出力から被加熱物底面の温度を算出する温度算出手段と、この温度算出手段の出力に応じて加熱源に供給する電力量を指示する制御手段とを備え、前記受光手段は投光手段の周囲に複数個設け、反射率換算手段は、複数方向への拡散反射光強度分布から赤外線センサの視野部の反射率を換算するようにした加熱調理器。
投光手段は、赤外線センサが位置する鏡筒内に設け、鏡筒により被加熱物底面に投光するようにした請求項１に記載の加熱調理器。
反射率換算手段による反射率の測定は加熱源が停止している期間のみ行うようにした請求項１または２に記載の加熱調理器。