JP4894209B2 - 加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、天板上に載置される調理容器の底の温度を検出して加熱制御する加熱調理器に関するものである。

従来の加熱調理器として、調理容器底面から放射される赤外線を天板越しに赤外線センサで検出して非接触かつ直接調理容器底面の温度を検知するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この赤外線センサ方式では、調理容器底面から放射される赤外線が短時間で赤外線センサに到達して検知出力が変化するため、サーミスタなどの感温素子で天板を介して熱伝導により検知を行う場合に比べ、応答性が非常に良く、調理性能や温度過昇防止機能が向上するという利点がある。
特開平３−１８４２９５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、調理容器底面の材質、形状、寸法、表面状態、反りなど、赤外線放射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調理容器の載置される位置がずれる。したがって、１ケ所で赤外線強度を検知する方式では、放射率の変動を補正することは困難であった。また、自動湯わかし調理などで調理容器底面の温度が１００℃以下の場合、元々放射される赤外線量が少ない上に、天板で減衰するため、検出回路の検出分解能に近い値となり、誤差が大きくなってしまうという課題があった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、調理容器底面の温度が１００℃以下の場合であっても、非接触で精度良く調理容器底面の最高温度を検出し、良好な調理加熱制御を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、調理容器を載置する天板と、加熱コイルに高周波電流を供給し調理容器を誘導加熱する加熱手段と、天板の下部に設けられ所定波長の赤外線を照射する発光手段と、前記発光手段から照射された赤外線を調理容器の底面へ導き、小径側を前記天板に向けて配置される逆すり鉢形状の導光体と、調理容器の底面から反射する赤外線と調理容器の加熱により放射される赤外線とを受けてその受光量を検出し、かつ前記導光体内に配置される赤外線センサと、赤外線センサで検出された受光量に基づき調理容器の温度を検出する温度算出手段と、前記温度算出手段で算出した温度が予め定められた温度以下の場合に加熱を加熱手段に指示し続ける制御手段とを備え、前記複数の発光手段は前記導光体の底面直下に配置され、かつ前記赤外線センサは前記導光体の中央下方に配置されたものである。

これによって、赤外線センサは常に検出回路の検出分解能以上の値で赤外線受光量を検出することができ、調理容器底面の温度が１００℃以下の場合であっても、非接触で精度良く調理容器底面の最高温度を検出し、信頼性の高い加熱調理器を提供することができる。

本発明の加熱調理器は、調理容器底面の温度が１００℃以下の場合であっても、非接触で精度良く調理容器底面の最高温度を検出し、信頼性の高い加熱調理器を提供することができる。

本発明は、調理容器を載置する天板と、加熱コイルに高周波電流を供給し調理容器を誘導加熱する加熱手段と、天板の下部に設けられ所定波長の赤外線を照射する発光手段と、前記発光手段から照射された赤外線を調理容器の底面へ導き、小径側を前記天板に向けて配置される導光体と、調理容器の底面から反射する赤外線と調理容器の加熱により放射される赤外線とを受けてその受光量を検出し、かつ前記導光体内に配置される赤外線センサと、赤外線センサで検出された受光量に基づき調理容器の温度を検出する温度算出手段と、前記温度算出手段で算出した温度が予め定められた温度以下の場合に加熱を加熱手段に指示し続ける制御手段とを備え、前記複数の発光手段は前記導光体の底面直下に配置され、かつ前記赤外線センサは前記導光体の中央下方に配置された加熱調理器とすることにより、赤外線センサは常に検出回路の検出分解能以上の値で赤外線受光量を検出することができ、調理容器底面の温度が１００℃以下の場合であっても、非接触で精度良く調理容器底面の最高温度を検出し、信頼性の高い加熱調理器を提供することができる。

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を示すものである。

図１に示すように、本実施の形態における加熱調理器は、鍋などの調理容器１０を載置する強化ガラス（商品名：ネオセラム）製の天板１１と、加熱コイル１２に高周波電流を供給し調理容器１０を誘導加熱する加熱手段１３と、天板１１の下部で加熱コイル１２の中央に位置して設けられ調理容器１０の底面へ所定波長の赤外線を照射する発光手段１５と、調理容器１０の底面から反射する赤外線と調理容器１０の加熱により放射される赤外線とを受けてその受光量を検出する赤外線センサ１６と、赤外線センサ１６で検出された受光量に基づいて加熱手段１３の出力を制御する制御手段１８とを備えている。

また、本実施の形態では、発光手段１５から照射する赤外線を調理容器１０の底面へ導く透光性材料よりなる導光体１４を備えている。この導光体１４はその内面に鏡面加工を施して鏡筒とし、この鏡筒内に赤外線センサ１６を配置している。導光体１４の形状、構造は、図に示すような円筒に限るものではなく、種々の形状、構造のものを用いることができる。また、赤外線センサ１６の出力から調理容器１０底面の温度を算出する温度算出手段１７を備えており、この温度算出手段１７の出力に応じて、制御手段１８により加熱コイル１２へ供給する電力量を加熱手段１３に指示するようになっている。さらに、タッチパネル方式の操作手段１９と、加熱温度などを表示する表示手段２０と、調理容器１０の浮力低減板２１と、加熱コイル１２、導光体１４、発光手段１５、赤外線センサ１６および浮力低減板２１を取り付け調理器内にビスで固定されているコイル枠２２とを備えている。

操作手段１９は、使用者が操作時にタッチする表電極１９ａと、裏電極１９ｂと、裏電極１９ｂに接続された入力検知回路１９ｃから構成されている。

以上のように構成された加熱調理器について、以下に、その動作、作用を説明する。

まず、使用者が、天板１１に絵柄で示された加熱コイル１２上の加熱領域（図示せず）に調理物を入れた調理容器１０を載置する。そして、操作手段１９内の「入／切」キー（図示せず）を操作して“加熱モード”にした後、別の「ｕｐ」、「ｄｏｗｎ」キー（図示せず）で所望の火力となるように設定する。制御手段１８が、加熱手段１３を制御して加熱コイル１２に設定された火力に見合う所定の高周波電力を供給する。

ここで、加熱手段１３はいわゆるインバータと呼ばれる公知の技術であるため、その詳細な説明は割愛するが、加熱コイル１２に高周波電流が供給されると、加熱コイル１２から誘導磁界が発せられ、天板１１に載置された被加熱物である調理容器１０の底面が誘導加熱されジュール熱が生じる。この熱によって調理容器１０の温度が上昇し、調理容器１０内の調理物が加熱調理される。一方、導光体１４は調理容器１０を載置する天板１１の下部中央に設けられ、発光手段１５から発光される所定波長の赤外線を調理容器１０底面へ天板１１を介して照射する。この反射光と加熱された調理容器１０の底面から放射される赤外線とが合わさって赤外線センサ１６で検出され、この合成光の赤外線強度に比例した電圧を出力する。

図２に示すように、発光手段１５によりバイアスする赤外線の波長は主に検出したい温度域で決まるが、１００℃前後が主に検出したい温度域の場合は２μｍ、３００℃前後の場合は１μｍで、その照射エネルギか検出回路（一般的にはＯＰアンプによる電流−電圧変換回路）に用いる検出器の分解能よりやや大きければよい。

そして、調理容器１０の温度が上昇すると調理容器１０の底面から放射される赤外線強度も強くなり、赤外線センサ１６が受光する赤外線エネルギ量が増え、温度算出手段１７の出力する算出温度値も大きくなる。制御手段１８はこの算出温度値を入力し、予め定められた所定値（過昇防止温度、あるいは、自動調理メニューにおける沸騰温度などの設定温度）以下なら加熱手段１３へ加熱を指示し続ける。「入／切」キーで“加熱モード”が停止された場合と、温度算出手段１７の出力する温度値が上記の所定値を越えた場合は、加熱手段１３に加熱停止を指示することで、安全に調理が行われる。

以上のように、本実施の形態によれば、調理容器１０の底面へ照射した赤外線（バイアス光）の反射光と、調理容器１０底面から放射される赤外線を合わせて、赤外線センサ１６で検出することで、調理容器１０底面の温度が１００℃以下で調理容器１０底面から放射される赤外線量が少なくても、検出回路の検出分解能以上の値となり、検出器での誤差を小さくすることができ、非接触で精度良く調理容器底面の最高温度を検出し、信頼性の高い加熱調理器を提供することができる。これにより、天板１１を介しても応答性のよい調理性能や、信頼性の高い温度過昇防止機能を持った加熱調理器を提供することができる。また、機器の自動調理メニューの適用範囲が広がり、使用者による操作の手間を省くことができ、加熱調理器の使い勝手が向上し、美味しい仕上げを得ることができる。

また、本実施の形態のように、発光手段１５から照射する赤外線を調理容器１０の底面へ導く導光体１４を備え、導光体１４はその内面に鏡面加工を施して鏡筒とし、この鏡筒内に赤外線センサ１６を配置することにより、調理容器１０の底面から反射する赤外線と調理容器１０の加熱により放射される赤外線との両者を効果的に赤外線センサ１６で受けることができる。

なお、本実施の形態では、赤外線センサ１６には、主な用途として光通信、放射温度計に使用されるＰＩＮフォトダイオード（測定波長帯域０．９〜２．６μｍ）を用いているが、鉄βシリサイドフォトダイオード（測定波長帯域０．９〜２．０μｍ）でもよい。また、ボロメータや、サーモパイルなどの熱量型検出素子も使用できるが、増幅率の大きなアンプが必要であり、Ｓ／Ｎ比の点で量子型検出素子よりやや劣る。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における加熱調理器の要部を示すものである。実施の形態１における加熱調理器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態では、導光体１４を、径小側を天板１１に向けたすり鉢形状としたものである。これは、発光手段１５より導光体１４と天板１１を介して、調理容器１０底面に照射した赤外線の反射光が、赤外線センサ１６に焦点を結びやすくしたものである。

以上のように構成された加熱調理器の動作、作用は、実施の形態１における加熱調理器と同じなので割愛する。本実施の形態では、発光手段１５から出たバイアス光（赤外線）が、すり針形状の導光体１４を通過した後、天板１１を介して調理容器１０底面へ所定の立体角を持って照射されるため、その反射光は赤外線センサ１６へ確実に反射されるものである。

以上のように、本実施の形態によれば、調理容器１０の底面で反射されるバイアス光（赤外線）は赤外線センサ１６で確実に検出できるため、調理容器１０の底の形状や表面状態の影響を無くすことができ、天板１１を介しても精度良く過昇防止温度を検出することができる加熱調理器を提供することができる。また、導光体１４の内面に鏡面加工を施して鏡筒とすれば、赤外線センサ１６での検出がより向上する。

（実施の形態３）
図４は、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部を示すものである。実施の形態１における加熱調理器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態では、導光体１４は赤外線センサ１６を囲って赤外線センサ１６を保持する第１の基板２７に固定し、その下段に発光手段１５を設けている。ここで、導光体１４は二重筒形状をしており、また発光手段１５は第１の基板２７の下段に設ける第２の基板２８に保持されている。そして、第１、第２の基板２７、２８は、シールドケース２９にビス３０で共締めされるものである。

これにより、第１の基板２７と導光体１４で規定される、閉じた空間には調理器内部の冷却ファンの風、または空気が流れ込ことがなく、赤外線センサ１６の雰囲気温度を一定にして、高い精度で調理容器１０底面の温度を検出することができる。

なお、本実施の形態では、導光体１４は二重筒形状のものとしたが、これに限られるものではなく、単なる筒形状のものや、扇状、すり鉢形状のものなど種々のものを用いることができる。

また、導光体１４を、アルミダイキャストで製作した金属製の鏡筒部とその外側に被せた透明な樹脂製の導光部との二重構造で構成することで、放熱性能を高めることもできる。放熱性能が高まれば、赤外線センサ１６の雰囲気温度が安定し、さらに精度のよい温度測定を行うことができる。なお、鏡筒部の内面は鏡面加工を施して、集光性能を上げるのはもちろんである。

（実施の形態４）
図５は、本発明の実施の形態４における加熱調理器の赤外線センサ部を示すものである。実施の形態１における加熱調理器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態では、基板３１に赤外線センサ１６と導光体１４を取り付け、さらに、基板３１の貫通孔３１ａに、裏面から発光手段１５を挿入した透明な樹脂製の保持具３３を取り付ける構成としている。この保持具３３により導光体１４まで発光手段１５から発光されたバイアス光（赤外線）が導光され、調理容器１０底面へ天板１１を介して照射されるものである。なお、基板３１が実施の形態３における第１の基板２７であってもよい。

以上の構成により、発光手段１５を挿入した保持具３３を、赤外線センサ１６が取り付けられた基板３１の裏面から貫通孔３１ａに取り付けたため、コンパクトな構成とすることができる。

（実施の形態５）
図６は、本発明の実施の形態５における加熱調理器の赤外線センサ部を示すものである。実施の形態１、４における加熱調理器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態では、発光手段１５はチップＬＥＤ３５とし、基板３１に設けた貫通孔３１ａを介して導光体１４に照射するようにした構成としている。

以上の構成により、発光手段１５としてチップＬＥＤ３５を用いているため、より一層コンパクトな構成とすることができる。

（実施の形態６）
図７は、本発明の実施の形態６における加熱調理器を示すものである。実施の形態１における加熱調理器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態では、発光手段１５は、天板１１上に加熱領域３７を表示するリング形状の加熱状態表示手段３８で兼用した構成としている。加熱領域３７は加熱状態表示手段３８のリング形状の発光により、天板１１上に明示されるものであり、調理容器１０の天板１１上への載置場所がわかるものである。加熱状態表示手段３８は、例えばＬＥＤよりなるものである。なお、この実施の形態においては導光体１４を省いているが、必要に応じて付加することも可能である。

以上の構成により、発光手段１５として加熱状態表示手段３８が発光する可視光に含まれる赤外線を用いるため、より安価な構成とすることができる。

（実施の形態７）
図８は、本発明の実施の形態７における加熱調理器を示すものである。実施の形態１における加熱調理器と同一部分については、同一符号を付してその説明を省略する。

図に示すように、本実施の形態では、発光手段１５をオンオフする間欠駆動手段３９と、発光手段１５のオン時における第１の受光量と、オフ時における第２の受光量を記憶する記憶手段４０と、第１、第２の受光量の比を演算する演算手段４１とを備えている。その他は実施の形態１と同じである。

以上の構成により、本実施の形態では、発光手段１５を間欠駆動手段３９でオンオフして、オン時の第１の受光量と、オフ時の第２の受光量を記憶する記憶手段４０に記憶させ、演算手段４１でその比を演算させる。すなわち、赤外線センサ１６に入射する赤外線には、調理容器１０底面からの放射だけでなく、発光手段１５からのバイアス光（赤外線）を反射した成分と、周囲環境の放射（外乱）も含まれているが、外乱は調理容器１０が載置されているため極めて少ないので無視できる。バイアス光をステップ状に変化させた場合、この切り換えが十分高速であれば、対象である調理容器１０の温度は変化しないが、バイアス光による反射成分は変化するため、赤外線センサ１６で測定される受光量は変化することになる。この現象を利用することで、調理容器１０の放射率および放射率による補正温度を算出できる。具体的には、オン時の第１の受光量Ｔ１と、オフ時の第２の受光量Ｔ２を記憶手段４０に記憶させ、演算手段４１でＴ２／Ｔ１を演算することにより、調理容器１０の放射率を算出し、検知温度を補正する。

以上のように、本実施の形態によれば、オン時の第１の受光量Ｔ１と、オフ時の第２の受光量Ｔ２を記憶手段４０に記憶させ、演算手段４１でＴ２／Ｔ１を演算し、この演算結果により調理容器１０の温度を検知し制御することにより、調理容器１０底の放射率の影響をなくすことができる。このため、調理容器１０の底の形状、表面状態、温度分布の影響を受けることなく、天板１１を介しても調理容器１０底面の温度を精度良く測定することができ、信頼性の高い加熱調理器を提供することができる。

また、導光体１４の代わりに、内面に鏡面加工を施した鏡筒を備え、この鏡筒内に発光手段１５と赤外線センサ１６とを配置することができ、この場合は、簡単な構成で安定した温度測定が可能となるものである。

なお、上記した各実施の形態１〜７の構成は、必要に応じて適宜組み合わせることができるものであり、実施の形態そのものの構成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、調理容器底面の温度が１００℃以下の場合であっても、非接触で精度良く調理容器底面の最高温度を検出し、信頼性の高い加熱調理器を提供することができるので、天板を有する各種の調理器へ適用することができる。

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 同加熱調理器の赤外線放射強度と天板の透過率特性を示すグラフ 本発明の実施の形態２における加熱調理器の要部断面図 本発明の実施の形態３における赤外線センサ部の分解斜視図 本発明の実施の形態４における加熱調理器の要部断面図 本発明の実施の形態５における加熱調理器の要部断面図 （ａ）本発明の実施の形態６における加熱調理器のブロック図（ｂ）同平面図 本発明の実施の形態７における加熱調理器のブロック図

符号の説明

１０ 調理容器
１１ 天板
１２ 加熱コイル
１３ 加熱手段
１４ 導光体
１５ 発光手段
１６ 赤外線センサ
１８ 制御手段
２７ 第１の基板
３１ 基板
３３ 保持具
３５ チップＬＥＤ（発光手段）
３８ 加熱状態表示手段
３９ 間欠駆動手段
４０ 記憶手段
４１ 演算手段

Claims (1)

1. 調理容器を載置する天板と、加熱コイルに高周波電流を供給し調理容器を誘導加熱する加熱手段と、天板の下部に設けられ所定波長の赤外線を照射する複数の発光手段と、前記発光手段から照射された赤外線を調理容器の底面へ導き、小径側を前記天板に向けて配置される逆すり鉢状の導光体と、調理容器の底面から反射する赤外線と調理容器の加熱により放射される赤外線とを受けてその受光量を検出し、かつ前記導光体内に配置される赤外線センサと、赤外線センサで検出された受光量に基づき調理容器の温度を検出する温度算出手段と、前記温度算出手段で算出した温度が予め定められた温度以下の場合に加熱を加熱手段に指示し続ける制御手段とを備え、
   前記複数の発光手段は前記導光体の底面下に配置され、かつ前記赤外線センサは前記導光体の中央下方に配置される加熱調理器。