JP5153663B2

JP5153663B2 - 水位検知装置及び加熱調理器

Info

Publication number: JP5153663B2
Application number: JP2009007736A
Authority: JP
Inventors: 亮輔安部; 輝男中村; 宏安藤; 渉藤本
Original assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Home Appliance Co Ltd; Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-01-16
Filing date: 2009-01-16
Publication date: 2013-02-27
Anticipated expiration: 2029-01-16
Also published as: JP2010164470A

Description

本発明は、水タンク内の水位を検出する水位検知装置及びこの水位検知装置を備えた加熱調理器に関する。

従来、タンク内の水位を検出する水位検知装置として、例えば「インクタンクのプリズム２０は液室に液体が存在しないときには外部から入射した光を外部へ反射するが、液室に液体が存在する場合は外部から入射した光を外部へ反射しない機能を有し、かつ、一辺４０ｍｍの正方形断面をもち厚さ１．７ｍｍの直方体の光学特性をＪＩＳＫ７１３６に従った規格で測定したときに全光線透過率が８０％以上でありヘイズ値は７５％以上８５％以下であることと同等の光学特性を有する。」というものが提案されている。

従来の光センサの形態では、基板上に発光手段、受光素子が接するように実装する事で位置ズレを低減し、検知精度を確保していた。しかし光センサの対象付近に基板を設置できない場合、基板上から浮かせて、発光手段と受光素子との距離を可能な限り短くして実装する。発光手段及び受光素子を基板から浮かせて実装する場合、組み付けの際の位置決めが困難であり、誤って設計値からずれて取り付けられ、検知性能のバラツキが大きくなる。従って量産品において検知性能のばらつきを低減し、一定の検知精度を保つのが困難であるという課題があった。
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、水タンク７内の水位を検知するための光センサの工作精度が得られる水位検知装置およびそれを備えた加熱調理器を提供する事を目的とする。

本発明に関る水位検知装置は、液体の有無によって光の反射量および透過量が変化する反射透過部を備えた水タンクのうち、前記反射透過部に向けて光を発光する発光素子、及び前記反射透過部を通して受光し、光量に応じた信号を生成して出力する受光素子を備えた水位検知手段と、前記水位検知手段からの信号に基づいて水タンクに貯留されている水の水位を判定する水位判定部と、前記水位検知手段を前記水タンクの所定の位置に固定する支持具とを備え、前記発光素子及び前記受光素子は、電極部を介して基板から浮上した状態で基板に支持されており、前記支持具は、前記発光素子とその電極部の外周と、前記受光素子とその電極部の外周とをそれぞれ囲む円筒部を有しており、前記円筒部の内壁が前記発光素子又は前記受光素子の一部に当接して当該発光素子又は受光素子を支持し、前記受光素子の前記円筒部の内径は、前記基板に近い側に対して前記水タンクに近い側の方が大きく、当該内径の最大径は、前記受光素子の最大径よりも大きいものである。

本発明によって、水位検知手段基板の工作を容易にし、量産過程において不良が減少して市場において誤検知が抑制され、水位の検知精度を向上できる。

この発明の実施の形態１に係る加熱調理器の側面図である。この発明の実施の形態１に係る水位検知装置のブロック図である。この発明の実施の形態１に係る水タンクと水位検知手段の斜視図である。この発明の実施の形態１に係る水位検知手段の構造図である。この発明の実施の形態２に係る水位検知手段と支持具の構成図である。この発明の実施の形態３に係る支持具の発光手段側の断面図である。この発明の実施の形態３に係る支持具の発光手段側の断面図である。この発明の実施の形態３に係る支持具の発光手段側の断面図である。この発明の実施の形態３に係る支持具の発光手段側の断面図である。この発明の実施の形態４に係る支持具の受光素子側の断面図である。この発明の実施の形態４に係る支持具の受光素子側の断面図である。この発明の実施の形態４に係る支持具の受光素子側の断面図である。この発明の実施の形態４に係る支持具の受光素子側の断面図である。この発明の実施の形態４に係る支持具の受光素子側の断面図である。この発明の実施の形態５に係る支持具の受光素子側の断面図である。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る加熱調理器１００の内部構成を側面から見た状態を示す側面図である。
この加熱調理器１００は、被加熱物（米や水等）を入れた内鍋を誘導加熱コイル等の加熱手段で加熱することで被加熱物を炊きあげ、そのとき発生する蒸気を水槽で回収する。なお、図１を含めて以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

加熱調理器１００は、上面が蓋体３に開閉自在に覆われ、炊飯釜２及び水タンク７を着脱自在に収納される本体１と、調理される被加熱物が入れられ、本体１の内部に着脱自在に収納される炊飯釜２と、本体１の後方上部に軸支されたヒンジ部（図示省略）を介して本体１の上面を開閉自在に覆う蓋体３と、蓋体３の内側に着脱自在に取り付けられ、炊飯釜２の上部開口部を開閉自在に覆う内蓋４と、炊飯釜２を加熱する誘導加熱コイル等の加熱体５と、所定量の水が貯留され、蒸気を冷却して復水することで蒸気を回収する水タンク７と、炊飯釜２と水タンク７とを連結し、蒸気を導通させる蒸気パイプ６とから構成されている。

本体１は、上面が開口形成されており、内部に炊飯釜２及び水タンク７の他に加熱体５も収納する。炊飯釜２は、上面が開口形成されており、この開口部が内蓋４で覆われることで内部が密閉状態になる。蓋体３は、ユーザにより開閉スイッチ等（図示省略）が操作されることで、本体１の上面を開閉自在に覆うものである。また、蓋体３には、蒸気パイプ６が着脱自在に装着されるようになっている。内蓋４は、調理時に炊飯釜２の上部開口部を閉塞し、炊飯釜２の内部を密閉するものである。加熱体５は、炊飯釜２の底面側に配設されており、通電制御されることで炊飯釜２を加熱して調理したり保温したりするものである。

蒸気パイプ６は、一端（紙面右側端部）が内蓋４の略中央部に、他端（紙面左側端部）が水タンク７の内部に挿入されている蒸気導入パイプ１３に接続され、炊飯釜２と水タンク７とを連結している。水タンク７は、内部に所定量の水が貯留され、蒸気パイプ６を介して流通した蒸気を冷却して回収する。この水タンク７は、炊飯釜２が収納されている位
置の脇に収納されるようになっている。また、水タンク７は、上面が開口形成されており、この開口部を着脱自在に覆うタンク蓋１２を有している。さらに、タンク蓋１２には、蒸気導入パイプ１３が貫通するように固定されている。

蒸気導入パイプ１３は、タンク蓋１２が水タンク７に装着された状態において、一端（上端）が蒸気パイプ６に着脱自在に接続され、他端（下端）が水タンク７内部下側に位置するようになっている。つまり、蓋体３が開けられたとき蒸気パイプ６が蒸気導入パイプ１３から離れ、蓋体３が閉じられたときに蒸気パイプ６が蒸気導入パイプ１３に接続されるようになっている。蒸気パイプ６及び蒸気導入パイプ１３は、炊飯時に発生した蒸気を水タンク７内に導く蒸気案内路として機能するものであり、水タンク７は、蒸気導入パイプ１３を介して流入した蒸気を水で結露させ、回収水９として貯留するものであり、これらで蒸気回収装置を構成している。

また、本体１内には、水タンク７の水位を判定するとともに加熱体５の通電制御を行う判定制御手段１１と、水タンク７内に貯留されている回収水９の水位を検知する水位検知手段（水位検知センサ）８とが設けられている。判定制御手段１１は、本体１の底面であって、加熱体５の下側に配置され、水位検知手段８から出力される信号に基づいて水位を判定し、その判定結果に基づいて加熱体５への通電を制御するものである。水位検知手段８は、水タンク７の側面に対向して設けられており、水タンク７の回収水９の水位が予め設定されている水位に達しているかどうかを検知するものである。この水位検知手段８は、３つの水位をそれぞれ検出するように発光素子及び受光素子の組が３組設けられており（詳細は後述する）、その出力信号を判定制御手段１１に出力し、判定制御手段１１は水位検知手段８の出力に基づいて回収水９の水位が或る設定された水位に達しているかどうかを判定する。このように水位検知手段８及び判定制御手段１１は本発明の水位検知装置２０を構成しており、その詳細を図２に基づいて説明する。

図２は水位検知装置２０の構成を示したブロック図である。この水位検知装置２０においては、上記のように水位検知手段８及び判定制御手段１１から構成されている。水位検知手段８は、水タンク７を介して発光及び受光する発光手段２１及び受光手段２２を備えている（この両者の配置の詳細は図３等において詳細に説明する）。なお、本実施の形態１において、発光手段２１及び受光手段２２は、発光素子と受光素子の組が高さ方向に３組設けられている。
また、判定制御手段１１は、水位検知装置２０の構成として、受光手段２２の出力を増幅する増幅器２３と、増幅器２３の出力を信号処理する制御・信号処理回路２４とを備えている。この制御・信号処理回路２４は、本発明の水位判定手段に相当するものであり、例えばマイコン等によって構成される。また、この水位検知手段８は、更に、制御・信号処理回路２４により演算結果を表示する表示機２５を備えている。表示機２５は、例えばランプや液晶ディスプレイから構成されており蓋体３のように水タンク７よりも上方に位置する部位に設置され、水タンク７を出し入れした際に水が零れるようなことがあってもその水がかからないようにしてある。

このような構成の水位検知装置２０において、制御・信号処理回路２４は、発光手段２１に対して発光指令信号を供給するとともに、受光手段２２に対して受光命令信号を出力する。これによって、発光手段２１は発光し、受光手段２２は水タンク７を介して受光する。発光手段２１及び受光手段２２が設置されている部位に対応する位置に水タンク７に
回収水がある場合とない場合とでは、受光手段２２の受光量は異なったものとなる（水がある場合には受光量小、水がない場合には受光量大）。受光手段２２の出力は、増幅器２３で増幅された後に制御・信号処理回路２４に供給される。制御・信号処理回路２４は、増幅器２３からの信号が所定の水位レベルに相当するものであるかどうかを判定し、例えばその水位に応じて炊飯を停止し、或いは回収水９の排水を促すメッセージを表示してユーザに報知する。この報知についてはブザー等を設けてそれを鳴動させるようにしてもよい。

次に、上記の水位検知装置２０の水位検知手段８の取付け構造について説明する。

図３は、水タンク７と水位検知手段８との関係を示した説明図であり（但し、同図においては本体１の筐体部分の図示は省略されている）、図４はその横断面図である。水タンク７は、光を透過する材料（例えばポリスチレン等）から構成されており、その側面（水タンク７の長手方向の側面の本体１側の側面）の一部には凹部７１が形成されている。凹部７１は、水タンク７の高さ方向に沿って所定の深さとなるように構成されており（平面視で台形）、２つの屈曲部（入射面、出射面）７１ａ、７１ｂと、それを結ぶ伝達部７１ｃとを備えている。この凹部７１は本発明の反射透過部７２として機能する。なお、反射透過部７２は上記の形態に限定されるものではなく、例えば平面視で３角形状であってもよい。
水タンク７は、このように構成されており、水タンク７の外側の屈曲部７１ａに投光した際に、水タンク７の内側において水の有無による（水と空気の）屈折率の違いを利用して光が反射又は透過して光路が変化するよう形成されており、水がない場合には屈曲部７１ｂから反射光が得られる。この凹部７１の形状の一例として、タンク厚２．０ｍｍ、屈曲部角度４５度（内側）、１０度（外側）、伝達部距離２０ｍｍ、伝達部厚さ３．０ｍｍで構成する。

水タンク７の凹部７１に対向し、且つ測定水位に対応する位置に、水位検知手段８（８ａ〜８ｃ）が配置されている。水位検知手段８は、発光素子２１ａ〜２１ｃ及び受光素子２２ａ〜２２ｃの３組が基板３１（図４参照）に取り付けられており、各組を必要に応じて水位検知手段８ａ、８ｂ、８ｃと称する。

図４は水位検知手段８の取付け構造を示した図である。ここでは、水位検知手段８ａについて説明する。水位検知手段８ａ（例えば発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ）と水タンク７との間に介在する本体１の筐体１ａには、窓部材３３、３４が設けられている。この窓部材３３、３４は、例えば発光素子２１ａおよび受光素子２２ａの少なくとも水位検知に用いる光の波長帯域において光を８０％以上透過する。それ以外の波長、特に可視光域の波長帯域において光の透過率を２０％以下とした窓材を用いても良く、このような窓部材３３，３４を用いることにより、ユーザーから本体１内部に設置した水位検知手段８が見えず意匠性を高められる。

また、水位検知手段８と筐体１ａとの間には支持具３５が介在しており、この支持具３５は水位検知手段８を支持するとともに筐体１ａに取り付ける役割をしている。加えて、支持具３５には、発光素子及び受光素子を水位検知手段８に半田付けする際に、発光素子及び受光素子を精度よく所定の位置に導くもしくは矯正する役割もしている。
支持具３５には、発光素子２１ａ及び受光素子２２ａに対向する位置に開口部３６ａ、３７ａが形成されている。開口部３６ａ、３７ａの内壁や、窓部材３３、３４の周辺には、カーボンブラックなどの炭素材料からなる、光を吸収する部材や塗料を塗布する。以下の説明においては、塗料を塗布する例について説明し、それを光吸収塗膜５１と称するものとする。このように光吸収塗膜５１を開口部３６ａ、３７ａの内壁や、窓部材３３、３４の周辺に設けることにより、光路周辺の部材の検知のため以外の光が当たる箇所での反射光を抑制して迷光を低減し、誤検知を低減している。

次に、図４に基づいて水位検知手段８及び水タンク７における光の反射及び透過について説明する。
発光素子２１ａは制御・信号処理回路２４からの発光命令信号を受信すると発光し、それは支持具３３の開口部３６ａ及び窓部材３３を介して屈曲部７１ａに入射し、水タンク７内に回収水９がないときには、屈曲部７１ａの内面で反射して伝達部７１ｃを介して屈曲部７１ｂに到達し、屈曲部７１ｂの内面で反射して屈曲部７１ｂから外に出る。その屈曲部７１ｂからの反射光は、窓部材３４及び支持具３３の開口部３７ａを介して受光素子２２ａが受光し、増幅器２３を介して制御・信号処理回路２４に送信する。なお、水タンク７内に回収水９があるときには、発光素子２１ａからの赤外光は、屈曲部７１ａ、７１ｂで透過し、受光素子２２ａの受光量は少なく、それによって回収水９がそのレベルに達していることが把握される。

以上のように本実施の形態１においては、水位検知手段８を設ける際に、基板上に発光手段２１及び受光手段２２の位置ズレ及び屈曲を効率良く補正して設置ばらつきを抑制する事により、検知精度の高い水位検知装置を実現している。
また、本実施の形態１においては、上記の水位検知装置２０を加熱調理器１００に組み込んでおり、上記のように水タンク７の水位を精度良く検知することができ、このため、その水位に基づいた適切な制御が可能になっている。
実施の形態２

本実施の形態２においては、前述した水位検知手段８を筐体１aに固定するための支持具３５について、発光手段２１及び受光手段２２を所定の位置に矯正及び誘導するための形状について記述する。

図５は水位検知手段８と支持具３５の一例を示した構成図である。基板３１上に発光手段２１、受光手段２２および支持具３５が設置される。支持具３５において発光手段２１及び受光手段２２の光路に位置する部分が少なくとも一部開放された開口部３６aが形成されている。
この開口部の形状が発光素子側の開口部３６aと受光素子側の開口部３６aとで異なり、発光素子側の開口部３６aの最小径は少なくとも発光手段２１の最大径よりも小さく、受光素子側の開口部３６aの最大径は少なくとも受光手段２２の最小部の径よりも大きくなるよう形成されている。
発光手段側の開口部３６aの径を小さくする事により水位検知用の光線以外の放射光を遮光する事で誤検知を防ぐ事ができる。また、受光素子側の開口部３６あの径を大きくすることにより広く受光面を放射方向へ向けられるため、水位検知手段８を構成する光学系の位置ずれに対して尤度を持てる。
以上のように支持具３５の開口部３６aの径を発光手段側と受光素子側とで変える事により精度良く水位を検知できるようになる。
実施の形態３

図６は支持具３５の発光手段側の断面図を示している。支持具３５の円筒部は先端で支持具厚が厚く、内側に凸となり、発光手段２１から投光された光の一部を遮断するよう設計されている。この凸形状がない場合、図６のようにタンク表面などで反射した光を誤って受光し、誤検知する可能性がある。
前述の水タンク７の凹部の形状の例において水タンク７の外側（１０度としている部分）の寸法が５mmで、水位検知手段８が水タンク７から８mm離れた位置に設置した場合、発光手段２１から投光された光のうち３２度の光のみが水位検知に有効であり、それよりも放射角が大きい光は水位検知には無効であり、タンク表面で反射されることによる誤検知を引き起こす可能性がある。
以上の事は発光手段を用いる際に、レンズなどの光学系を追加する必要がなく、砲弾型LEDなどの汎用的な発光手段を用いる事ができ、安価に精度の高い水位検知手段を実現する上で有効である。

図７は支持具３５の発光手段側の断面図を示し、支持具３５の円筒部の内側は円錐の形状をなしており、支持具３５の先端に行くに従って径が小さくなるように設計されている。図８は支持具３５の円筒内部構造はリブを形成することで、支持具３５自体の成形精度が向上し、より発光素子２１の取付精度が向上する。図９に示したように発光手段２１を半田付けした基板３１に支持具３５を押し込んで設置するときに、工作途中で生じる発光手段２１の足の部分での屈曲を支持具の円錐形状に沿って挿入されることで屈曲が矯正され、設置ばらつきが小さくなる。
実施の形態４

図１０は支持具３５の受光素子側の断面図を示している。支持具３５の円筒部は先端で支持具厚を薄くし、内側に薄くなり、支持具３５の円筒部は先端に向かうほど径が大きくなるよう設計されている。このような形状でない場合、入射すべき光が遮断されて検知精度が低下する。

図１１は支持具３５の受光素子側の断面図を示している。支持具３５の内側はすり鉢状の形状をなしており、支持具３５の円筒部４０の奥に行くに従って径が小さくなるよう設計されており、すり鉢の奥の径が少なくとも受光手段２２の最大径よりも小さく、受光素子の電極部２６の径より大きくなるよう設計されている。基板上には支持具３５を設置した後受光手段２２を円筒部４０に挿入して設置する。
このような支持具３５を用いる事で受光手段２２を円筒部４０から挿入する際に、図１２のように受光素子の最大径となる位置で支持具３５の内側と接して挿入が確実に止まり、安定して基板上に半田付けすることができるため、設置ばらつきを低減する効果が得られる。

図１３のすり鉢状となった内側の傾斜角を変更する事により、受光手段２２と支持具３５の内側の接する高さを変えることができ、容易に発光手段と受光素子の光路長を変更する事ができる。光路長が短くなるほど受光感度が上げられ、部品を追加することなく受光感度の調整が可能となる。
例えば経年劣化などで水位検知手段の検知性能が低下した場合を考える。前述の実施の形態１の加熱調理器の水位検知手段８A、８B、８Cのどれか１つが特性劣化した場合、８Aで強い光及び強い光に応じた信号が検知できていれば８B、８Cの特性劣化による弱い光及び弱い光に応じた信号で誤検知は、論理回路から検知する事ができる。しかし、８A自身の特性劣化は、水タンク７内の水の有無と分離できず、検知する事ができない。従って少なくとも８Aの感度は８B、８Cよりも高くする必要がある。このような場合に、水位検知手段８Aの支持具３５の内側のすり鉢形状の傾斜角を８B、８Cの支持具の傾斜角よりも大きくして受光素子を前方に出して感度を上げるようにすれば良い。

前述の支持具３５の円筒部４０の内側形状は図１４に示すようにリブで形成しても良い。

図１５は支持具３５の受光素子側の断面図を示している。支持具３５の内側の、受光手段２２の電極部２６の高さに位置する形状が電極部２６の径とほぼ同じになるようにし、支持具３５に受光素子を挿入する際に電極部２６の屈曲を矯正し、基板上の所定の位置に誘導するよう設計したものである。
例えば、受光素子の電極部の径を０．４mmとした時に、支持具３５の受光素子側の径は０．８mmとすることで電極部２６の屈曲を矯正する効果が得られる。

従って前述の支持具形状を満たすよう、水位検知手段８の工作順序は基板３１上に発光手段２１を半田付けした後、支持具３５を設置して受光手段２２を開口部３６aから挿入し、基板に半田付けする。これにより実施の形態２に記載の支持具３５の開口部形状を実現し、かつ本実施の形態３に記載の発光手段２１及び受光手段２２の位置ずれの矯正及び誘導の役割を満たす事ができ、精度良く水位を検知出来る水位検知装置を提供する事ができる。

１本体、１a筐体、２炊飯釜、３蓋体、４、内蓋、５加熱体、６蒸気パイプ、７水タンク、８水位検知手段、９回収水、１１判定制御手段、１２タンク蓋、１３蒸気導入パイプ、２０水位検知装置、２１発光手段、２１a発光素子、２２受光手段、２２a受光素子、２３増幅器、２４制御・信号処理回路、２５表示機、２６電極部、３１基板、３３窓材、３４窓材、３５支持具、３６a開口部、３７a開口部、３８a支持具、３９a支持具、４０円筒部、４１凸部、４２凹部、４３誌治具、４４凸部、４５上蓋留め具、５１光吸収膜、５２膜、７１凹部、７１a屈曲部、７１b屈曲部、７１c伝達部、７２反射透過部。

Claims

液体の有無によって光の反射量及び透過量が変化する反射透過部を備えた水タンクのうち、前記反射透過部に向けて光を発光する発光素子、及び前記反射透過部を通して受光し、光量に応じた信号を生成して出力する受光素子を備えた水位検知手段と、前記水位検知手段からの信号に基づいて水タンクに貯留されている水の水位を判定する水位判定部と、前記水位検知手段を前記水タンクの所定の位置に固定する支持具とを備え、
前記発光素子及び前記受光素子は、電極部を介して基板から浮上した状態で基板に支持されており、
前記支持具は、前記発光素子とその電極部の外周と、前記受光素子とその電極部の外周とをそれぞれ囲む円筒部を有しており、
前記円筒部の内壁が前記発光素子又は前記受光素子の一部に当接して当該発光素子又は受光素子を支持し、
前記受光素子の前記円筒部の内径は、前記基板に近い側に対して前記水タンクに近い側の方が大きく、当該内径の最大径は、前記受光素子の最大径よりも大きい
ことを特徴とする水位検知装置。
前記支持具を設置するための筐体と前記水タンクを設置するための筐体とは同一で、この筐体を通して前記支持具と前記水タンクの位置が所定の位置に配置されることを特徴とする請求項１に記載の水位検知装置。
前記円筒部の内壁の先端部と根元部を結んだ角度が発光素子と受光素子とで異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水位検知装置。
前記発光素子の前記円筒部の内壁の一部は、
前記発光素子から投光される光の一部を遮断するように、径方向内側に突出している
ことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の水位検知装置。
前記発光素子の前記円筒部の内壁の一部は、
前記発光素子から投光される光の一部を遮断するように、径方向内側に階段状に突出している
ことを特徴とする請求項４に記載の水位検知装置。
前記発光素子の前記円筒部の内壁の一部は、
前記発光素子から投光される光の一部を遮断するように、当該発光素子から離れるほど径方向内側へ大きく突出している
ことを特徴とする請求項４に記載の水位検知装置。
前記受光素子の前記円筒部の内径は、段差を有して変化している
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の水位検知装置。
前記受光素子の前記円筒部の内壁の断面形状は、当該円筒部の内径が前記水タンクに近づくほど大きくなるように連続的に傾斜しており、前記円筒部の内壁の傾斜面が前記受光素子の一部に当接する
ことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の水位検知装置。
請求項１〜請求項８に記載の水位検知装置を備えたことを特徴とする蒸気回収装置。
請求項９に記載の蒸気回収装置を備えたことを特徴とする加熱調理器。