JP5239333B2 - 調理器 - Google Patents

Description

本発明は誘導加熱式炊飯器などの調理器に関するものである。

従来、鍋の温度を正しく検出するために、鍋から放射される赤外線を赤外線センサで検出するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特公平５−７５４０７号公報

しかしながら、前記従来の構成では、調理器の本体下部などから侵入してくる外乱光（例えば、太陽光、機器が発する遠赤外線）が偶発ノイズとして、鍋からの輻射熱に加算さ
れるため、検知精度がばらつくというということがあった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、外乱光による影響を抑制して鍋温度の検知ができるようにし、調理性能を大幅に向上させた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、本発明の調理器は、熱伝導層と発熱層とを有するクラッド材で形成され被調理物を入れる鍋と、前記鍋を加熱する加熱手段と、前記鍋の温度を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサが検出した温度に基づき前記加熱手段による前記鍋の加熱量および一連の調理工程を制御する制御手段と、を備え、前記赤外線センサに赤外線を放射する前記鍋の視野部は、前記発熱層のない前記熱伝導層と、前記熱伝導層の前記赤外線センサ側に外乱光を乱反射する微細な突起で形成された乱反射部を設けたものである。

これによって、外乱光の乱反射で、結果的に外乱光の影響が抑制され、鍋温度の検知が正確にでき、調理性能を大幅に向上させることができる。

本発明の調理器は、外乱光による影響を抑制して鍋温度の検知ができるようにし、調理性能を大幅に向上させることができる。

第１の発明は、熱伝導層と発熱層とを有するクラッド材で形成され被調理物を入れる鍋と、前記鍋を加熱する加熱手段と、前記鍋の温度を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサが検出した温度に基づき前記加熱手段による前記鍋の加熱量および一連の調理工程を制御する制御手段と、を備え、前記赤外線センサに赤外線を放射する前記鍋の視野部は、前記発熱層のない前記熱伝導層と、前記熱伝導層の前記赤外線センサ側に外乱光を乱反射する微細な突起で形成された乱反射部を設けたものである。これによって、外乱光を乱反射することで、外乱光の影響が抑制され、鍋温度の検知が正確にでき、調理性能を大幅に向上させることができる。

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における調理器として誘導加熱式炊飯器を例示している。

図１に示すように、誘導加熱式炊飯器は、アルミニウムなどの熱伝導率の良い材料からなる熱伝導層６０ａに、磁性金属材料からなるフェライト系ステンレス鋼板の発熱層６０ｂを圧接加工により張り合わせた、いわゆるクラッド材を型鍛造して鍋状に形成した鍋６０を備えている。また、この鍋６０を着脱自在に収納する上面が開口した本体６１と、この開口部を開閉自在に覆う蓋６２と、蓋６２の開閉状態を検知する蓋開閉検知手段６３と、鍋６０を収納する保護枠６４と、保護枠６４の外周囲に配置した加熱コイルよりなる加熱手段６５と、この加熱手段６５に高周波電流を流して鍋６０を電磁誘導作用により発熱させるインバータ６７を備えている。

そして、本体６１の下方部には鍋底から放射される赤外線量を検出して鍋６０底の温度を検知する赤外線センサ６８と、本体６１の前上方部には操作キーと表示素子を有する制御手段７０を配置している。本体６１下面にはインバータ６７内の発熱素子や、加熱手段
６５を冷却する外気を取り入れる冷却孔７１があけてある。制御手段７０上には炊飯工程を記憶させたマイクロコンピュータ（図示せず）を実装し、赤外線センサ６８が検知した鍋６０の底面温度と、操作キー入力に基づきインバータ６７へ制御出力を出力して、加熱手段６５による鍋６０の加熱量および一連の炊飯工程を制御する。

ここで、赤外線センサ６８に赤外線を放射する鍋６０中央底面の視野部６０ｃは、型鍛造前に発熱層となるステンレス鋼板の発熱層６０ｂを打ち抜き加工する、あるいは鍛造加工により形成されているものである。鍛造加工時にはエンボシング加工により、微少なくぼみや突起による乱反射部６０ｄ（詳細は図２に示す）を形成することにより、冷却孔７１や、本体６１下面を透過してくる外乱光を乱反射させて拡散し、赤外線センサ６８への影響を低減させている。

図２において、赤外線センサ６８は、防水機能を備えた光学フィルター６８ａと、鏡筒６８ｂと、赤外線検出素子を収納したセンサケース６８ｃと、取付足７２と、リード線７３で構成している。また、図には外乱光を乱反射させて拡散する視野部６０ｃにおける乱反射部６０ｄの断面形状の一例を示している。

なお、インバータ６７は、加熱手段６５に周波数２０〜３０ｋＨｚ程度あるいは５０ｋＨｚ以上の高周波電流を供給しており、例えば一石式のインバータ回路で良い。

以上のように構成された誘導加熱式炊飯器について、以下その動作、作用を説明する。

米とその米量に対応する水を鍋６０に入れ、本体６１内の保護枠６４に収納し、蓋６２を閉じる。操作部の炊飯キー（図示せず）を使用者が操作すると、制御手段７０上のマイクロコンピュータが、このキー入力を受け、炊飯工程の実行を開始する。マイクロコンピュータ内のＲＯＭには、浸水、炊き上げ、蒸らし、保温の各工程における鍋６０内部の水と米の調節温度の目標値と加熱時間が記憶されている。この温度目標値と加熱時間、および赤外線センサ６８の出力する鍋６０の視野部６０ｃの検知温度に基づき、加熱手段６５を駆動する。温度目標値より検知温度が低い時は、加熱手段６５へ高周波電流が供給されることにより高周波磁界が発生し、鍋６０の発熱層６０ｂを通過して、発熱層６０ｂに渦電流が流れる。この渦電流と発熱層６０ｂの表皮電気抵抗値によるジュール熱で、発熱層６０ｂが誘導加熱されて発熱し、その熱が熱伝導層６０ａを通して被調理物である米と水へ均一に伝導されることで、効率よく加熱調理される。

炊飯中の鍋６０の視野部６０ｃは乱反射部６０ｄを設けてあるため、外乱光の影響を受けにくく、その検知温度は、炊飯初期は内容物である米を含んだ水温に依存することになり、一般的には−５℃〜３０℃である。また、炊き上げ工程では約１３４℃〜１４５℃で炊飯終了を検知して加熱が停止されるので、その間の最高温度は約１５０℃である。保温工程では約７０℃〜７３℃に温度調節される。

従って、鍋６０底面の温度範囲は−５℃〜１５０℃となるため、その視野部６０ｃから放射される赤外線の波長はウィーンの変位則およびステファン・ボルツマン則より、約２μｍ以上の遠赤外線領域となる。本実施の形態においては、水薄膜の吸収波長帯域の影響を避けるため、約３．３μｍ〜７μｍの波長の赤外線のみを透過させる光学フィルター６８ａを装着している。ステファン・ボルツマンの法則によれば、この光学フィルター６８ａを透過した赤外線をセンサケース６８ｃに収納した赤外線検出素子で検出した赤外線エネルギー値も、鍋６０の視野部６０ｃ表面温度の４乗に比例する。よって、赤外線検出素子で検知した赤外線エネルギー値から、鍋６０の視野部６０ｃの表面温度を算出することが可能となる。

なお、水（厚膜）では約１．９μｍと約２．９μｍに−ＯＨ基の吸収が現れる。さらに、約７ミクロン以上では、水の分子が共振し選択的に強く吸収されるので、膜厚の厚い水滴が光学フィルター６８ａへ付着した場合、赤外線センサ６８へ届く前に、鍋６０の視野部６０ｃから放射される赤外線の殆どが吸収されてしまう。他方、視野部６０ｃへ付着した膜厚の厚い水滴は、その波長域での水の放射率が約０．９３と高いため、対流・伝導による遅延が生じるが、鍋６０の加熱が進むにつれて乾燥して消失するので影響は少ない。

以上のように、本実施の形態においては、赤外線センサ６８に赤外線を放射する鍋６０の視野部６０ｃは微細な突起を設けて、外乱光を拡散する乱反射部６０ｄとしているので、鍋６０内に入れた被調理物の温度変化を正確に検出することができる。すなわち、外乱光による影響を抑制して鍋温度の検知ができ、調理性能を大幅に向上させることができる。

炊飯器にあっては、鍋６０内の米と水の温度を制御手段７０により、約０℃〜１５０℃まで高精度に温度検知して、炊飯・保温することにより、炊飯性能および保温性能を大幅に向上させ、良食味のご飯を得ることができる。

なお、赤外線エネルギー値と鍋６０の視野部６０ｃの表面温度との相関を記述したテーブルデータを、マイクロコンピュータ内のＲＯＭに記憶させておき、このテーブルデータを参照する方法で、鍋６０の視野部６０ｃの表面温度を求めても良い。

また、赤外線検出素子は約３μｍ〜４．３μｍの帯域で感度を持つサーモパイルや、サーミスタ・ボロメータ（一対のサーミスタ素子の片方にのみ赤外線が受光される構成とした簡易型も含む）、焦電素子、あるいは、ＩｎＳｂ、ＨｇＣｄＴｅ、ＰｂＳなどの半導体化合物による光検出器が適している。

なお、鏡筒６８ｂは赤外線検出素子の視野を絞り込み、鍋６０の視野部６０ｃとの距離を確保するために用いているが、炊飯工程中の赤外線検出素子の温度が、その素子の耐熱温度以内であれば、敢えて使用する必要はない。

また、取付足７２は本体６１への固定機能以外に、冷却ファンの振動や、誘導加熱される鍋６０の振動、加熱手段６５の低周波のうなり振動が、赤外線検出素子へ伝達されないように防振する機能をも持たせている。

なお、加熱手段６５は保護枠６４に固定されていても、一体に埋め込まれていても良いものである。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における調理器として誘導加熱式炊飯器の要部を例示している。誘導加熱式炊飯器の全体構成については実施の形態１と同様であるので、相違点を中心に説明する。

図に示すように、本実施の形態における誘導加熱式炊飯器は、鍋６０の視野部６０ｃは型鍛造時にフレネルレンズ７６を形成している。フレネルレンズ７６は、屈折面が連続した球面ではなく、階段状に屈折角の異なったプリズムが同心円状に形成されているもので、赤外線光は、各屈折面で屈折され焦点に向かうため球面レンズと同様な効果を得ることができる。屈折面が非連続であることから、各面の角度は自由に設定できる。従って、球面収差などを補正して、明るい（Ｆ／¢＝０．６など）、効率のよい短焦点レンズとすることも可能である。このレンズの最大の特徴は、板状であることであり、２ｍｍ程度の薄さとすることが可能である。

この視野部６０ｃに形成したフレネルレンズ７６で放射面する赤外線を集光することにより、本体６１下部から侵入する太陽光や調理用の熱機器が発生する遠赤外線などの外乱光による影響を低減している。

以上のように、本実施の形態においては、赤外線を放射する鍋６０の視野部６０ｃは型鍛造によるフレネルレンズ７６を形成して、放射面で赤外線の放射方向を赤外線センサ６８の方向へ集束しているので、外乱光とのＳ／Ｎ比が向上し、鍋６０内に入れた被調理物の温度の温度変化を正確に検出することができる。従って、鍋６０内容物の温度を制御手段７０により、約０℃〜１５０℃まで高精度に温度検知して、加熱調理することにより、良食味のご飯を得ることができる。

なお、フレネルレンズ７６はメッキ加工、あるいは印刷加工により形成することも可能である。その場合、赤外線透過材、赤外線非透過材、赤外線放射材の何れかをメッキ、あるいは印刷加工することで、階段状に屈折角の異なったプリズムを構成すれば良い。

なお、その材料は２００℃超での使用に耐える材料なら良く、フッ素樹脂系材料やセラミック系材料がある。また、セラミックスのナノ多孔体構造およびセラミックス・ポリマー複合化構造などからなるマルチセラミックス膜新断熱材料を用いれば、コストはやや上がるが熱を伝える三要素（格子振動、対流、輻射）のいずれも抑えることができる。

なお、上記した各実施の形態１、２では、調理器として誘導加熱式炊飯器を例示したが、これに限られるものではなく、調理器全般に適用できるものである。

以上のように、本発明にかかる調理器は、外乱光による影響を抑制して鍋温度の検知ができるようにし、調理性能を大幅に向上させることができるので、誘導加熱式以外のヒーター式、ガス燃焼式、温風、高温蒸気式の炊飯器の用途にも適用できる。また、業務用炊飯器や炊飯器以外の調理器などの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における調理器として誘導加熱式炊飯器を示す断面図 同調理器の赤外線センサ周辺の要部を示す断面図 本発明の実施の形態２における調理器の赤外線センサ周辺の要部を示す断面図

６０ 鍋
６０ｃ 視野部
６０ｄ 乱反射部
６８ 赤外線センサ
７０ 制御手段
７６ フレネルレンズ

Claims (1)

1. 熱伝導層と発熱層とを有するクラッド材で形成され被調理物を入れる鍋と、
   前記鍋を加熱する加熱手段と、
   前記鍋の温度を検知する赤外線センサと、
   前記赤外線センサが検出した温度に基づき前記加熱手段による前記鍋の加熱量および一連の調理工程を制御する制御手段と、を備え、
   前記赤外線センサに赤外線を放射する前記鍋の視野部は、前記発熱層のない前記熱伝導層と、前記熱伝導層の前記赤外線センサ側に外乱光を乱反射する微細な突起で形成された乱反射部を設けた調理器。