JP4969615B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、被加熱容器の温度検知機能を有する誘導加熱調理器に関する。

従来の誘導加熱調理器には、赤外線センサーを用いて被加熱容器の温度検知を行うものがある。そのような例として、「調理器本体上面に配設され調理容器を載置するトッププレートと、トッププレートの下部に配設され調理容器を加熱する加熱コイルと、加熱コイルの近傍に配設され加熱コイルからの磁束漏れを抑制する加熱コイル防磁部材と、トッププレートの下部に配設され調理容器から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、赤外線センサの出力から調理容器の底面温度を算出する温度算出手段と、温度算出手段の出力に応じて加熱コイルの入力制御を行う制御手段を備え、赤外線センサは加熱コイルの下面より下に配設する構成とした」（例えば、特許文献１参照）ものが提案されている。

特開２００４−２７３３０３号公報（第３頁、第２図）

赤外線センサーの温度検知精度を低下させる外乱要因の一つには、赤外線センサーの雰囲気温度又は赤外線センサー自体の温度の上昇がある。特に、サーモパイル方式に代表される熱型の赤外線センサーでは、ステファンボルツマンの法則に則り、自己の絶対温度と検知対象の絶対温度の差を４乗にて計算する必要があるため、自己の温度と検知対象の温度が近い場合や、検知対象より自己の温度が高い場合には、対象物温度に対して相対誤差が大きくなりやすいという赤外線センサー利用に際する課題がある。

従来の誘導加熱調理器では、赤外線センサー自体の温度上昇による誤差抑制対策として、赤外線センサーを発熱コイルの下面より下に設置したり、赤外線センサー周辺に筒体などの温度安定化部材を設置するなどの対応をとっている。いずれの対応も、本来有効に活用できるコイル下部に、大きなセンサー設置領域を確保しなければいけなかったり、部品点数の増加を招いたり、加熱性能向上のために表面積を大きく取りたいコイルに対して、センサー設置のための寸法的な制約が発生するなどの課題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、第１の目的は、赤外線センサーの雰囲気温度ならびに赤外線センサー自体の温度を低減させることで温度検知精度の向上、及び赤外線センサーの部品の長寿命化を図るものである。
第２の目的は、赤外線センサー検知の際の外乱要素となるコイル温度ならびに天板温度を低減することで、赤外線センサーの検知精度の向上を図るものである。
第３の目的は、赤外線センサーをコイル近傍に設けることを可能とすることで、コイル周辺、つまりはコイル下部の空間を有効に活用する省寸法化を図るものである。

本発明に係る誘導加熱調理器は、被加熱容器が載置される天板と、前記天板の下方に配置され、前記被加熱容器を誘導加熱するコイルと、前記天板の下方に配置され、前記被加熱容器から放射される赤外線を検出する赤外線センサーと、前記赤外線センサーを収納するセンサーケースと、前記コイルに冷却風路を介して冷却風を送る冷却手段とを備え、前記赤外線センサーは、前記センサーケースから突出して配置された赤外線を集束させる集光部を有し、前記集光部を前記冷却風路に突出させ、前記冷却手段による冷却風は、前記コイル、前記センサーケース、及び前記赤外線センサーの前記集光部を冷却するものである。

本発明に係る誘導加熱調理器において、前記冷却手段は、検知外乱要素となりうる前記コイルや前記天板の熱を前記冷却風で冷却し、さらに前記冷却風を利用して前記センサーケースひいては前記赤外線センサー自体を冷却する。
本発明の誘導加熱調理器は、検知外乱要素である雰囲気温度と前記赤外線センサー自体の温度を抑え、赤外線センサー検知精度を向上する効果を得ることができる。加えて、電子部品で構成される赤外線センサー自体の温度を下げることにより部品の安定動作や長寿命化に寄与する効果が得られる。
更に、前記冷却風を活用して、赤外線センサーを冷却する構造により、前記コイル及び天板近傍に前記赤外線センサーを設置できるようになり、前記コイル周辺、とりわけ前記コイル下部の空間を有効活用できるようになり、前記赤外線センサーの温度抑制効果に加え製品自体の小型化を進めることができる。

本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の本体斜視図である。 本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器のコイル部の断面図と上面図である。 本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器のセンサーケース周辺の断面図である。 本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器のコイル部の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る誘導加熱調理器の冷却風路の断面図である。 本発明の実施の形態３に係る誘導加熱調理器の冷却風路の断面図である。 本発明の実施の形態４に係る誘導加熱調理器の構成要素図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器の構成を示す本体斜視図である。
図１において、誘導加熱調理器本体１（以下、「本体１」とする）の上部に、被加熱容器２１を載置するための天板２が備えられている。天板２の上には、被加熱容器載置部１１と、被加熱容器載置部１１への加熱量の指示などを受け付ける操作手段１２と、本体１の動作状況や加熱量などを表示するための表示手段１３とが備えられている。誘導加熱調理器は、使用者によって入力された指示を操作手段１２で受け付け、その指示に従い、鍋などの被加熱容器２１を誘導加熱することで、被加熱容器２１内の被加熱物２２を調理する。動作状況や加熱具合は、ＬＥＤや液晶パネルなどで構成された表示手段１３で表示される。

なお、図１における誘導加熱調理器は、天板２の上に３つの加熱口と、引き出し開閉できる扉と被加熱物設置スペース及びヒーターを有するグリル部１５とを有している。このグリル部１５は、主に魚焼き調理などに使用される。グリル部１５で排出された煙は、吸排気口１４により外部に放出される。この吸排気口１４は、グリル部１５の吸排気だけでなく、本体１内の部品を冷却する空気を取り入れる吸気口や、逆に本体１内の部品を冷却した後の空気を排出する排気口の役割も果たす。

図２は、本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器のコイル部の断面図と上面図である。
図２に示すように、誘導加熱調理器は、天板２の下方に同心状の外コイル３１及び内コイル３２で構成された誘導加熱用のコイル３と、コイル３を固定しているコイルベース３３と、天板２に接し、コイルベース３３の上に配置された温度検知装置のサーミスター６と、検知部を天板２に対向して設置された別の温度検知装置である赤外線センサー７と、平面視において外コイル３１及び内コイル３２の間に配置され、赤外線センサー７を収納するセンサーケース８と、冷却手段４のファン４１と、を有している。本実施の形態において、コイル３は外と内に２つのコイルを有し、サーミスター６は１被加熱容器載置部１１あたり２箇所に配設され、冷却手段４はファン４１を使って空冷しているが、コイルの数、サーミスター６の数や冷却方法を限定するものではない。

サーミスター６は、誘導加熱された被加熱容器２１の熱が熱伝導により天板２に伝わり、その天板２の温度を検知することで、間接的に被加熱容器２１の温度を検知するものである。一方、赤外線センサー７は、温度検知する対象物が発する赤外線を検知することにより、検知温度を推測するもので、熱伝導及び熱伝達を利用せずに離れた位置から温度を検知できる装置であるため、サーミスター６のように天板２に接触させなくても温度検知が可能である。冷却風路４３に関しては後述する。

本実施の形態に使用している赤外線センサー７は、サーモパイル方式であり、先端を集光レンズ形状にするなどして、一定の視野範囲内の赤外線量を検知する。サーモパイル型赤外線センサーにて検知される温度は、ステファンボルツマンの法則により、式１の計算値として示され、センサー自己温度と検知対象物の放射率による補正が必要となる。

Ｔｏｂｊ：対象物温度 Ｔｓ：センサー検知温度 Ｔａ：センサー自己温度
ε：検知対象物放射率

通常、赤外線センサー７内には、センサー視野内に到達する赤外線の量から温度検知する素子と、それとは別にセンサー周囲温度を検知する素子が内蔵されており、センサー視野内の温度とセンサー自体の温度が計測される。そして、対象物の温度は、センサー視野内の検知温度と、センサー自体の温度と、検知対象物固有に設定された任意の放射率を用いて算出される。

放射率εの例をあげると、表面が鏡面仕上げになっている天ぷら鍋で放射率０．２程度である。鏡面仕上げの天ぷら鍋が使われた場合、式１中におけるεを０．２として計算すれば、センサー視野内の検知温度とセンサー自体の温度から、対象物の温度は得られる。なお、放射率は、赤外線発光装置及び受光装置を設け、赤外線を実際に発光させて、その赤外線の反射光を計測することで、算出してもよい。発光装置と受光装置を、赤外線センサー７と同一モジュールにすることでコストを抑えることも可能である。また、赤外線センサー７は、天板２の温度を検知することも可能であり、サーミスター６で検知した実測の温度を用いて、放射率εの逆算を行い、温度推定の補正をすることも可能である。

ここで、検知対象物の放射率εが確定された場合の式１におけるセンサー自己温度Ｔａの誤差要因に関して述べておく。想定する条件は、センサー検知温度Ｔｓが３００℃で、検知対象物放射率εが０．５と共通で、センサー自己温度Ｔａが１０℃若しくは２００℃の２つであり、センサー自己温度Ｔａが製品のばらつきにより±５℃の変化があるものとする。式１に、Ｔｓ＝３００℃、Ｔａ＝５〜１５℃、ε＝０．５を代入すると、対象物温度Ｔｏｂｊは４０３．６〜４０２．９℃となる。一方、式１に、Ｔｓ＝３００℃、Ｔａ＝１９５〜２０５℃、ε＝０．５を代入すると、対象物温度Ｔｏｂｊは、３６６．９〜３６２．８℃となる。Ｔａ＝１０±５℃の誤差のときは、対象物温度Ｔｏｂｊが±０．４℃の誤差範囲に収まるのに対して、Ｔａ＝２００±５℃の誤差のときには、対象物温度Ｔｏｂｊの誤差が±２．０℃になる。すなわちセンサー検知温度とセンサー自己温度の差が大きければ、対象物温度の検知誤差は減り、製品ばらつきによる耐性も強くなる。従って検知温度の絶対値は変化がないので、センサー自己温度が低い方が製品ばらつきによる耐性が強くなり、検知精度が上がることになる。

本実施の形態では、冷却手段４のファン４１が、天板２と外コイル３１の間及び天板２とセンサーケース８の間で形成された冷却風路４３に冷却風を送風する。この冷却風に触れることにより外コイル３１、天板２とセンサーケース８は、空冷され、センサーの雰囲気温度が下がる。

さらに、ファン４１は、センサーケース８の奥に続く、天板２と内コイル３２の間で形成された冷却風路４３後部にもセンサーケース８を冷却した後の冷却風を送風することで、外コイル３１、天板２、センサーケース８に加えて内コイル３２を冷却し、センサーの雰囲気温度を下げる。

センサーの雰囲気温度と、センサーケース８に収納されている赤外線センサー７が間接的に冷却され、ステファンボルツマンの法則の特性により、本実施の形態の誘導加熱調理器は、赤外線センサー７の検知精度が向上するという効果が得られる。

次にセンサーケース８の構成に関して説明する。
図３は、本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器のセンサーケース周辺の要部断面図である。
図３に示すように、赤外線センサー７は、集光部７１を有し、集光部７１は検知視野を妨げないようにセンサーケース８の上面から突出するようにしてセンサーケース８内に収納されている。集光部７１は、外コイル３１の下面に対して、略同一の高さ又はそれ以上の高さになるように配置されている。集光部７１は、ファン４１から送風され、外コイル３１の上方を通りセンサーケース８へ流れてきた冷却風にさらされ、効率よく冷却される。集光部７１が冷却されると、熱的に接続されている赤外線センサー７全体の温度も低下し、赤外線センサー７の温度検知精度が向上する。

赤外線センサー７自体を冷却する以外にも、本実施の形態では、温度検知精度の向上及び長寿命化に対し、様々な対策を行っている。
センサーケース８は、防塵対策とともに、赤外線センサー７を他の周辺部品（コイル等）から絶縁するため、樹脂を使用している。埃による赤外線センサー７の構成回路のショートや誤動作、誤検知を防止し、赤外線センサー７自体の長寿命化を図っている。

また、赤外線センサー７が外コイル３１及び内コイル３２から発生する電磁誘導ノイズの影響を受けないように、金属板８１は、防磁用としてセンサーケース８の上面を覆っている。

さらに、絶縁板８２は、静電気や他の電気回路の漏電からセンサー回路を保護するために、センサーケース８の上面を覆っている。材質としては、薄板のマイカや耐熱紙などが適している。金属板８１と絶縁板８２の設置順に関しては、金属板８１が上の場合、他の被膜が破れた導線などがショートする可能性が高くなるので、絶縁板８２が、金属板８１より上に配置される方が望ましい。

金属板８１及び絶縁板８２は、必ずしも設置しなければならないものではないが、設置に際しては、被加熱容器載置部１１の上方から天板２のセンサー窓口７９を通して、センサーケース８が、直接使用者の視覚に入ることも考えられ、意匠性を損なう恐れがある。そこで、例えば、金属板８１又は絶縁板８２を目立たない黒色塗装などを施せば、誘導加熱調理器の外観は、内部構造を視覚的に目立たなくする効果も得られる。

なお、共通の支持体８４で、金属板８１と絶縁板８２のいずれか若しくは両方をセンサーケース８と共にコイルベース３３に固定することにより、別途固定部材を用意せずともよく、部品点数を減らすことができる。部品点数を減らすことで、コスト削減や組み立て時の効率を向上することができる。

実施の形態２．
本実施の形態では、センサーケース８の冷却効率を最優先にした例を説明する。外コイル３１、内コイル３２、天板２、センサーケース８と赤外線センサー７の構成は、実施の形態１と同様である。また、同一部分には同一符号を付する。

図４は、本発明の実施の形態２に係る誘導加熱調理器のコイル部の断面図である。
図４が示すように、ファン４１は、センサーケース８の下方に設置される。ファン４１から送風された冷却風は、最初にセンサーケース８に当たり、その後、センサーケース８と内コイル３２との間を経由して、内コイル３２の上面に回り込むものと、センサーケース８の上面を沿って、外コイル３１へと流れていくものに分かれる。冷却風が通過していくときに、センサーケース８、内コイル３２、天板２と外コイル３１とが冷却される。
実施の形態１では、冷却風は、外コイル３１を冷却した後、つまり冷却風が外コイル３１から熱を吸収した後でセンサーケース８の冷却を行っていた。一方、本実施の形態では、冷却風が真っ先にセンサーケース８に送風されるので、センサーケース８は、他の熱を帯びた天板２、外コイル３１や内コイル３２に先んじて効率よく冷却される。結果的にその中の赤外線センサー７自体も効率よく冷却される。

本実施の形態の誘導加熱調理器は、赤外線センサー７の冷却効率が高まり、温度検知精度が向上するという効果が得られる。また、赤外線センサー７のセンサー回路もセンサーケース８内の周辺温度が下がると安定動作するようになり、赤外線センサー７自体の長寿命化が図られる。

なお、本実施の形態では、ファン４１をセンサーケース８の下方に配置されているが、ファン４１の位置を規定するものではない。ファン４１を外コイル３１の外部側面に配置し、別途ダクトなどを用いてセンサーケース８に導風してもよい。

実施の形態３．
本実施の形態では、冷却風を外コイル３１やセンサーケース８に効率よく導風する例を説明する。外コイル３１、内コイル３２、天板２、センサーケース８と赤外線センサー７の構成は、実施の形態１と同様である。また、同一部分には同一符号を付する。

図５及び図６は、本発明の実施の形態３に係る誘導加熱調理器の冷却風路の断面図である。
図５が示すように、コイルベース３３は、外コイル３１と天板２の間を流れてきた冷却風をなだらかにセンサーケース８上に導風する樹脂製のリブで構成された導風板３４ａを有する。導風板３４ａがない場合、冷却風は、外コイル３１の上を勢い良く通過し、センサーケース８に向けて落ち込んでいく流れの一部が、外コイル３１の側面の方に折り返す流れを生じ、渦を巻くものがある。この一部の冷却風が滞り、熱がたまり、センサーケース８の冷却効果を下げることがある。

そこで、本実施の形態は、冷却風が滞らず、滑らかに流れるように導風板３４ａを設けることによりセンサーケース８の冷却効率を上げ、センサー自体の温度を下げることで赤外線センサー７の温度検知精度が向上するという効果が得られる。この導風板３４ａは、実施の形態２で記述されたセンサーケース８を冷却した後に外コイル３１を冷却する場合も滑らかにセンサーケース８から外コイル３１へと冷却風を誘導できるため、外コイル３１の冷却にも有効に働く。

図６において、導風板３４ｂは、天板２とセンサーケース８の間で、赤外線センサー７の検知視野範囲を邪魔しない位置に配設されている。この導風板３４ｂは、外コイル３１と天板２の間を通ってきた冷却風が、天板２に沿って、内コイル３２と天板２の間に流れ込むことを防ぐものである。通常、冷気は上方から下方に流れるが、ファン４１の送風強度により、外コイル３１と天板２の間の冷却風路４３からそのまま、内コイル３２と天板２の間の冷却風路４３に流れ込むものもある。そこで、導風板３４ｂは、導風板３４ｂの曲面を用いて、強制的に外コイル３１から流れ込む冷却風をセンサーケース８側に誘導するものであり、その結果、冷却風がセンサーケース８の上面に誘導され、効率よく冷却する補助をする。

本実施の形態は、冷却風を強制的にセンサーケース８に誘導し、冷却効率を上げ、ひいては、センサーの温度検知精度の向上を得るものである。センサー回路の温度が下がれば、長寿命化も図れる。

実施の形態４．
次に、ファン４１の稼動制御に関して説明する。外コイル３１、内コイル３２、天板２、センサーケース８と赤外線センサー７の構造は、実施の形態１と同様である。また、同一部分には同一符号を付する。
図７は、本発明の実施の形態４に係る誘導加熱調理器の構成要素図である。
図７において、誘導加熱調理器は、コイル３に電源供給を行うインバーター９３と、ファン４１を駆動するファンモーター４２と、赤外線センサー７と、サーミスター６と、赤外線センサー７とサーミスター６の検出値から温度を算出する温度算出手段９４と、制御手段９１と、記憶装置９２と、表示手段１３と、操作手段１２と、を有している。制御手段９１は、操作手段１２より使用者から入力された値と記憶装置９２のデータから、インバーター９３を制御してコイル３の加熱量や加熱期間などを設定する。設定された加熱量などの情報は、表示手段１３から使用者に表示される。また、制御手段９１は、サーミスター６や赤外線センサー７で計測された値を使用し、温度算出手段９４で計算された対象物温度により、被加熱容器２１が異常な高温になっていないかなどをチェックして、異常な状態のときは、インバーター９３を介してコイル３をオフにする。
制御手段９１は、サーミスター６や赤外線センサー７から、天板２の温度やセンサー自己温度を検出し、検出温度に基づいて、ファンモーター４２を制御して冷却風を調整している。

ファンモーター４２が稼動しているときは、ファン４１から駆動音や風きり音の騒音が発生するため、コイル３をオフしているときもファン４１をまわし続けることは使用者に不快感を与える。
そこで、本実施の形態の誘導加熱調理器は、コイル３の発熱量を上げ、赤外線センサーの自己温度も高いときは、ファンモーター４２の回転数を大きくし、冷却風を強くするが、使用者の入力値が小さいとき及びオフされたときやセンサー自己温度が低いときは、ファンモーター４２の回転数を抑制する制御をすることで、静穏化するとともに省エネ効果を得る。

以上のように、いずれの実施の形態においても、コイル３、天板２、赤外線センサー７を密集した位置におき、冷却風を効率的に使うことが可能となり、センサー検知精度の向上と外乱要因の低下が抑制され、さらに部品点数の抑制と赤外線センサー７及びコイル３の周辺の寸法を抑制することが可能である。
最後に、赤外線センサー７は、サーモパイルに限定するものではなく、コイル３との相対的な位置を限定するものでもない。例えば、内コイル３２の内側に赤外線センサー７を配置するような構成であっても、本発明は適用可能である。

１ 本体、２ 天板、３ コイル、４ 冷却手段、６ サーミスター、７ 赤外線センサー、８ センサーケース、１１ 被加熱容器載置部、１２ 操作手段、１３ 表示手段、１４ 吸排気口、１５ グリル部、２１ 被加熱容器、２２ 被加熱物、３１ 外コイル、３２ 内コイル、３３ コイルベース、３４ａ 導風板、３４ｂ 導風板、４１ ファン、４２ ファンモーター、４３ 冷却風路、７１ 集光部、７９ センサー窓口、８１ 金属板、８２ 絶縁板、８４ 支持体、９１ 制御手段、９２ 記憶装置、９３ インバーター、９４ 温度算出手段。

Claims (13)

1. 被加熱容器が載置される天板と、
   前記天板の下方に配置され、前記被加熱容器を誘導加熱するコイルと、
   前記天板の下方に配置され、前記被加熱容器から放射される赤外線を検出する赤外線センサーと、
   前記赤外線センサーを収納するセンサーケースと、
   前記コイルに冷却風路を介して冷却風を送る冷却手段とを備え、
   前記赤外線センサーは、
   前記センサーケースから突出して配置された赤外線を集束させる集光部を有し、
   前記集光部を前記冷却風路に突出させ、
   前記冷却手段による冷却風は、前記コイル、前記センサーケース、及び前記赤外線センサーの前記集光部を冷却する
   ことを特徴する誘導加熱調理器。
2. 前記冷却風路は、
   前記天板と前記コイルの間、及び前記天板と前記センサーケースとの間に形成され、
   前記冷却手段は、
   前記冷却風を前記冷却風路に送風し、前記コイル及び前記天板を冷却した後に、前記センサーケース及び前記集光部を冷却する
   ことを特徴とする請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 前記コイルは、
   同心上配置された外コイル及び内コイルを備え、
   前記センサーケースは、
   平面視において前記外コイルと前記内コイルの間に配置され、
   前記冷却手段は、
   前記外コイルの上部を冷却した後に、前記センサーケース及び前記集光部を冷却し、更にその後、前記内コイルの上部を冷却する
   ことを特徴とする請求項２に記載の誘導加熱調理器。
4. 前記冷却風路は、
   前記センサーケースの下部、前記天板と前記センサーケースとの間及び前記天板と前記コイルの間に形成され、
   前記冷却手段は、
   前記冷却風を前記冷却風路に送風し、前記センサーケース及び前記集光部を冷却した後に、前記コイル及び前記天板を冷却する
   ことを特徴とする請求項１記載の誘導加熱調理器。
5. 前記センサーケースは、
   樹脂で構成される
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
6. 前記センサーケース上面の少なくとも一部を覆う金属板を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
7. 前記センサーケース上面の少なくとも一部を覆う絶縁板を備えた
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
8. 前記センサーケース上面の少なくとも一部を覆う金属板と、
   前記センサーケース上面の少なくとも一部を覆う絶縁板とを備えた
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
9. 前記絶縁板は、
   前記金属板の上に配置された
   ことを特徴とする請求項８記載の誘導加熱調理器。
10. 前記コイルを保持するコイルベースを備え、
    前記センサーケースは、
    前記金属板及び前記絶縁板の少なくともいずれか一つと、同一支持体によって前記コイルベースに固定されている
    ことを特徴とする請求項８又は９に記載の誘導加熱調理器。
11. 前記コイルの内側で前記センサーケースの設置側に設けられ、前記冷却風を誘導する導風板を備えた
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
12. 前記天板と前記センサーケースとの間に設けられ、前記冷却風を誘導する導風板を備えた
    ことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。
13. 前記コイル及び前記冷却手段の稼働を制御する制御手段と、
    前記赤外線センサーにより検出された赤外線量から温度を算出する温度算出手段とを備え、
    前記制御手段は、
    前記温度算出手段で算出された温度による前記コイルの加熱状況に応じて、前記冷却手段を制御する
    ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の誘導加熱調理器。

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