JP5735080B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、誘導加熱調理器に関し、特に赤外線センサで調理容器から放射される赤外線を検出し、その赤外線検出量に基づき調理容器の温度を求めて加熱調理の際の温度制御を行うものである。

誘導加熱調理器とは、調理容器を載置するトッププレートの下方に加熱コイルを配置し、加熱コイルに高周波電流を流して電磁誘導により調理容器内の被加熱物を加熱する調理器である。

従来の技術として、例えば「被加熱体の温度を赤外線センサにより検知する電磁調理器の、トッププレートとして用いられるガラスプレートにおいて、上記ガラスプレートは上記赤外線センサに対面する部分に赤外線透過性の赤外線透過部を有しており、ガラスプレートにおける上記赤外線透過部の他の部分は不透明層により被覆されていることを特徴とする電磁調理器用ガラスプレート」が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−２８４２３８号公報（請求項１、図１）

上記の特許文献１の電磁調理器用ガラスプレートでは、ガラスプレートに調理容器が載置されていないとき、窓部から加熱コイル等の内部が見えてしまうという、見栄えに関する問題点があった。

本発明は、上記のような課題を背景としてなされたものであり、調理容器が放射する赤外線を受光して温度検知を行う温度検知手段の検出精度を維持することが可能な誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明に係る誘導加熱調理器は、調理容器が載置されるとともに赤外線を透過させるトッププレートと、前記調理容器を誘導加熱するための加熱コイルと、前記トッププレートの下方に備えられ、前記調理容器から放射され前記トッププレートを通過した赤外線を受光する赤外線センサと、少なくとも前記赤外線センサの赤外線受光量により、前記調理容器の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段による検出温度に基づき前記加熱コイルへの供給電力を制御する制御手段と、前記赤外線センサの上部を除く前記トッププレートの裏面に備えられる遮光材とを有し、前記遮光材の赤外線屈折率を、前記トッププレートの赤外線屈折率よりも小さい範囲で、前記トッププレートの赤外線屈折率と略同一にするものである。

本発明においては、誘導加熱中の調理容器以外から発生する赤外線をカットすることにより、調理容器に対する温度検知の精度を維持することができる。

本発明の実施の形態１に係る誘導加熱調理器を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線透過領域を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線透過領域を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る赤外線透過領域を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る遮光領域の構成を示す図である。 屈折率ｎ_１の媒質Ｉと屈折率ｎ_２の媒質ＩＩとの境界部分を示した図である。 本発明の実施の形態２に係るｓ偏光及びｐ偏光のエネルギー反射率の入射角依存性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係るｐ偏光のエネルギー反射率の入射角依存性を示すグラフである。 本発明の実施の形態２に係るｓ偏光のエネルギー反射率の入射角依存性を示すグラフである。

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１０を示すブロック図である。
本実施の形態１に係る誘導加熱調理器１０は、被加熱物を入れて加熱調理する調理容器３を誘導加熱する加熱コイル４と、加熱コイル４に高周波電流を供給するインバータ９と、加熱コイル４の上部で調理容器３を載置するトッププレート２とを備える。

また、トッププレート２の下部には、調理容器３の底面から放射される赤外線を検出する赤外線センサ５と、トッププレート２の下面に接触し、調理容器３の底面温度を検知する接触式温度センサ６と、赤外線センサ５及び接触式温度センサ６により温度を導出する温度検出手段８ａと、温度検出手段８ａからの出力に応じてインバータ９を制御する制御手段８とが備えられている。制御手段８は、少なくともインバータ制御手段８ｂを有している。

さらに、トッププレート２の下面には、赤外線センサ５に調理容器３以外からの赤外線が入射しないように遮光材が設けられている。なお遮光材とは、少なくとも可視光の透過を抑制できる材料をいう。本実施の形態１では、遮光材として無機顔料又はガラス成分を含有する無機顔料が用いられる。

上記の無機顔料として、例えば以下のような物質が用いられる。
（１）主成分が、４５．０重量％のＣｒ_２Ｏ_３、１５．０重量％のＣｏ_３Ｏ_４、３０．０重量％のＺｎＯ、５．０重量％のＡｌ_２Ｏ_３及び５．０重量％のＳｉＯ_２よりなる緑顔料。
（２）クロムイェロ、弁柄、チタンホワイト、群青など。
（３）カーボンブラック。
（４）黒体塗料。

トッププレート２の下面全体には前述の遮光材が備えられ、遮光材が備えられた領域を遮光領域７ａとする。ただし部分的に、赤外線センサ５の上部に位置するトッププレート２の面上では、可視光は遮光するが赤外線は透過しやすくする構成としている。すなわち、赤外線センサ５の上部に位置するトッププレート２の面上では、遮光材を薄く塗布又は印刷したり、遮光材をドット状又は疎らに備える構成としている。このように、遮光材を備える量を減らした領域を、赤外線透過領域７ｂと呼ぶことにする。したがって遮光領域７ａは、赤外線透過領域７ｂの部分を除く、遮光材が備えられたトッププレート２の下面全体の領域であるといえる。

次に、動作について説明する。交流電源１により誘導加熱調理器１０に電源を投入し、操作スイッチで所定の温度に設定すると、制御手段８の制御によりインバータ９から加熱コイル４に電力が供給される。この加熱コイル４に電力が供給されると、加熱コイル４に誘導磁界が発生し、トッププレート２上の調理容器３が誘導加熱される。この誘導加熱によって調理容器３の温度が上昇し、調理容器３内の被加熱物が調理される。

ここで赤外線センサ５の動作について説明する。調理容器３の温度が上昇すると、その温度に応じた赤外線が調理容器３から放射される。赤外線センサ５は、例えば２．５μｍ以下の波長を検出することができるフォトダイオードやサーモパイル等で構成されており、トッププレート２を通過した赤外線がフォトダイオードやサーモパイルに入射される。また、赤外線センサ５に対して、調理容器３からの赤外線以外にも太陽光や照明などの外乱光が入射する可能性がある。このため前述の遮光材により、調理容器３以外から赤外線センサ５に入射する赤外線を遮断している。

これらの構成により、本実施の形態１では、調理容器３からの赤外線のみが赤外線センサ５に入射し、その赤外線量に合わせた電圧に変換され増幅される。この赤外線センサ５及び接触式温度センサ６からの情報により、温度検出手段８ａにおいて調理容器３の温度を正確に検知できる仕組みとなっている。これにより、インバータ制御手段８ｂがインバータ９を制御して調理容器３を所定の温度になるように正確に制御し、被加熱物を美味しく調理できる。

図２、図３及び図４は、本実施の形態１に係る赤外線透過領域７ｂについて説明する図である。図２の赤外線透過領域７ｂには、遮光領域７ａに備えられた遮光材よりも赤外線透過率の高いもの、又は遮光材と同じ材質であるが、層を薄くして赤外線透過率を高めたものが備えられている。

トッププレート２の下面に塗装される遮光材としては、無機顔料又はガラス成分を含有する無機顔料が挙げられる。遮光材は、トッププレート２上の遮光領域７ａに印刷又は接着して設けられ、赤外線透過領域７ｂに同じ材質の遮光材を備える場合はその使用量を少なくしている。なお図２において、赤外線透過領域７ｂは、赤外線センサ５の中心部に向かうにつれて、徐々に赤外線透過率が高まるように遮光材を備える構成としても良い。

図３の赤外線透過領域７ｂは、赤外線センサ５の上部に位置するトッププレート２の面上に、遮光領域７ａに備える遮光材よりも赤外線透過率の高いもの、又はその遮光材と同じ材質のものをドット状に印刷又は接着することで構成され、ドット状の遮光材の隙間からも赤外線や可視光を透過させるようにした。図４では、赤外線センサ５の中心部において遮光材のドットを疎らにして、中心部でさらに赤外線透過率を高めるようにした。

従来では、赤外線を透過しやすくした赤外線透過領域７ｂが無く、調理容器３が載置されていない状態では外側から加熱コイル４が見えてしまい、誘導加熱調理器１０の見栄えが悪くなるという問題点があった。そこで、上記のような赤外線透過領域７ｂを赤外線センサ５直上のトッププレート２に設けることで、加熱コイル４が外側から見えにくくなる。さらに、調理容器３が載置された場合、赤外線透過領域７ｂは調理容器３からの赤外線を透過するので、温度検知の精度が低くなることを防止できる。

なお本実施の形態１では、遮光領域７ａ及び赤外線透過領域７ｂをトッププレート２の裏面に施しているが、トッププレート２の表面に施しても同様の効果が得られる。また、遮光材のドットの形状は、図３又は図４に示す正方形に限られるものではなく、円や三角、ひし形、六角形等、任意な形状をとることができる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る遮光領域７の構成を示している。図５において、遮光領域７は遮光材をトッププレート２の下面に塗装することで形成されている。遮光材により、外光など調理容器３以外から入射する赤外線をカットする。しかしながら、調理容器３以外の赤外線は１００％カットされるわけではなく、数十％しかカットされない。

ここで、調理容器３以外の赤外線を効率良くカットするために、光学の知見を用いて、２つの物質の境界面における光の反射率について考える。トッププレート２に塗装された遮光材の、赤外線反射率（エネルギー反射率）を低くすれば、トッププレート２内部で赤外線が反射を繰り返す現象（図５の点線矢印を参照）を抑制できる。

図６は、屈折率ｎ_１の媒質Ｉと屈折率ｎ_２の媒質ＩＩとの境界部分を示した図である。２種類の材質が異なる物質の境界面において、赤外線反射率（エネルギー反射率）が屈折率の比 ｎ＝ｎ_２／ｎ_１ により、どのように変化するのかを考察する。
図６において、媒質Ｉ側から、入射光が入射角θ_１で媒質ＩＩとの境界面に入射されるとする。境界面では、入射光は反射角θ_１で媒質Ｉ側に反射されるものと、屈折角θ_２で媒質ＩＩの中を透過するものに分かれる。

上記の場合、屈折の法則（スネルの法則）が以下の関係式で成り立つ。すなわち、

一般に、物質の表面では、光の反射は入射角と偏光によって大きく変わる。図６において、入射光の偏光（電場ベクトルＥ）が矢印と二重黒丸で表示されている。二重黒丸で表示した部分では、物質境界面（反射面）に平行、すなわち入射面に垂直に偏光した光となっている。自然光は様々な偏光を含んでいるが、それらの偏光は全て入射面に平行な成分（ｐ偏光）と垂直な成分（ｓ偏光）に分けることができ、光のエネルギー反射率については、この２つの偏光について議論すれば足りる。

ｎ＝ｎ_２／ｎ_１とおいた場合、ｐ偏光及びｓ偏光の反射率は、一般的な光学の知見から以下の式で表される。なお以下の式では、スネルの法則の式（１）を用いて、屈折角θ_２のパラメータを消去している。
Ｅ／／入射面（ｐ偏光）の場合：

Ｅ⊥入射面（ｓ偏光）の場合：

上記の式（２）及び式（３）には、２つのパラメータｎ及びθ_１が存在する。２つのパラメータを同時に変化させると、３次元のグラフでしかエネルギー反射率をプロットできないため、ここでは２つの媒質の屈折率の比、すなわちｎの値を固定した場合における、入射角θ_１とエネルギー反射率の関係を議論することにする。

図７は、ｎ＝ｎ_２／ｎ_１の値を、ｎ＝１．５、ｎ＝１．３、ｎ＝１．１にそれぞれ設定した際の、式（２）すなわちｐ偏光のエネルギー反射率Ｒ_p、及び式（３）すなわちｓ偏光のエネルギー反射率Ｒ_sの、入射角θ_１依存性についてグラフにプロットしたものである。また、図８は図７におけるｐ偏光のエネルギー反射率Ｒ_pを、図９は図７におけるｓ偏光のエネルギー反射率Ｒ_sを別個に示したものである。

図７において、横軸は入射角θ_１であり、角度は弧度法（ラジアン）で示してある。弧度法とは、１８０°をπラジアンとして表記するものであるから、横軸は０°≦θ_１≦９０°の範囲を示すことになる。また縦軸は、入射光のエネルギー反射率Ｒを示している。これは、入射光が２つの物質の境界面で、どの程度反射されるかを示している。

ちなみに、エネルギー反射率Ｒが１の場合、全ての入射光が境界面で反射することになる。
図７において、例えば、ｎ＝１．５となる空気とガラスの関係の場合、入射角０°の入射光のエネルギー反射率はＲ_s＝Ｒ_p＝０．０４となり、これは４％の入射光がガラス表面で反射されることを意味している。

図７〜図９から読み取れる第１のポイントは、入射角が大きくなるにつれて、すなわち入射光が境界面にすれすれで入射した場合、エネルギー反射率は急激に増大するという点である。また第２のポイントは、２つの媒質の屈折率の比、すなわちｎの値が大きくなるほど、それぞれの入射角におけるｓ偏光及びｐ偏光のエネルギー反射率が高くなるという点である。

さらに第３のポイントとして、ｐ偏光のエネルギー反射率はｎの値に大きく依存しない、という点も重要である。ｎ＝１．５、ｎ＝１．３、ｎ＝１．１と変化させても、ｐ偏光のエネルギー反射率はほとんど変化しない。それに対しｓ偏光の場合には、ｎ＝１．５、ｎ＝１．３、ｎ＝１．１と変化させると、エネルギー反射率の変化に顕著な差が現れてくる。

ここで、ｓ偏光及びｐ偏光のエネルギー反射率の違いについて考察する。図７から分かるように、入射角θ_１が徐々に大きくなるにつれて、ｓ偏光の成分がｐ偏光の成分よりもエネルギー反射率が大きくなるということが見出せる。これは「物質の境界面で反射された光は、ｓ偏光の成分を多く持った光となる」ということを示している。そこで、式（３）で示したｓ偏光の反射率の式が、光の反射率を考える際には重要になってくる。

上記の反射率に関する考察を、本実施の形態２に適用させる。トッププレート２の下面には遮光材を塗装した遮光領域７を備えており、遮光材により外光などの調理容器３以外からの赤外線をカットする。しかしながら、１００％カットできるわけではなく、数十％しか赤外線をカットできない。

そこで上記の考察により、トッププレート２の赤外線屈折率をｎ_１、遮光材の赤外線屈折率をｎ_２とおいた場合、遮光材の赤外線屈折率ｎ_２をトッププレート２の赤外線屈折率ｎ_１と略同等とする（すなわち、ｎの値を１に近づける）ことで、遮光材でカットされない赤外線がトッププレート２の内部で反射されるのを抑制することができる。

つまり、トッププレート２と遮光材の赤外線屈折率が異なると、両者の境界面で赤外線の反射が発生し、赤外線は図５の点線矢印で示すようにトッププレート２内部で減衰しながら反射を繰り返すことになる。しかし、両者の屈折率を略同一の値とする（ｎの値を１に近づける）ことで、赤外線反射率を抑制することができ、調理容器３以外からの赤外線が、赤外線センサ５に到達して検出される割合は大きく減少する。

なお本実施の形態２では、両者の屈折率の差は１０％以内が望ましい、ということを実験的に見出すことができた。トッププレート２と屈折率の差が１０％以内になるものとしては、ガラス成分を含有する無機顔料が挙げられ、その無機顔料をトッププレート２の裏面に塗装する。この場合、調理容器３が発する赤外線以外の赤外線は、その大部分がそのまま遮光材を透過するので、赤外線センサ５への調理容器３以外の赤外線の影響を排除でき、調理容器３の温度を正しく検出することができる。

実施の形態３．
本実施の形態３は、実施の形態２で得られた知見、すなわちトッププレート２と遮光材の赤外線屈折率の差を１０％以内とするということを、実施の形態１に適用するというものである。前述の実施の形態１において、赤外線透過領域７ｂに塗装される遮光材の赤外線屈折率と、トッププレート２の赤外線屈折率との差を１０％以内とすることで、トッププレート２内部での赤外線反射率を抑制することができ、調理容器３からの赤外線透過量を増加させ、調理容器３以外からの赤外線が赤外線センサ５に到達して検出される割合を大きく減少させる効果が得られる。

１ 交流電源、２ トッププレート、３ 調理容器、４ 加熱コイル、５ 赤外線センサ、６ 接触式温度センサ、７ 遮光領域、７ａ 遮光領域、７ｂ 赤外線透過領域、８ 制御手段、８ａ 温度検出手段、８ｂ インバータ制御手段、９ インバータ、１０ 誘導加熱調理器、θ_１ 入射角、θ_２ 屈折角、ｎ_１ 屈折率、ｎ_２ 屈折率、ｎ 屈折率ｎ_１と屈折率ｎ_２の比。

Claims (2)

1. 調理容器が載置されるとともに赤外線を透過させるトッププレートと、
   前記調理容器を誘導加熱するための加熱コイルと、
   前記トッププレートの下方に備えられ、前記調理容器から放射され前記トッププレートを通過した赤外線を受光する赤外線センサと、
   少なくとも前記赤外線センサの赤外線受光量により、前記調理容器の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段による検出温度に基づき前記加熱コイルへの供給電力を制御する制御手段と、
   前記赤外線センサの上部を除く前記トッププレートの裏面に備えられる遮光材と
   を有し、
   前記遮光材の赤外線屈折率を、前記トッププレートの赤外線屈折率よりも小さい範囲で、前記トッププレートの赤外線屈折率と略同一にすること
   を特徴とする誘導加熱調理器。
2. 調理容器が載置されるとともに赤外線を透過させるトッププレートと、
   前記調理容器を誘導加熱するための加熱コイルと、
   前記トッププレートの下方に備えられ、前記調理容器から放射され前記トッププレートを通過した赤外線を受光する赤外線センサと、
   少なくとも前記赤外線センサの赤外線受光量により、前記調理容器の温度を検出する温度検出手段と、
   前記温度検出手段による検出温度に基づき前記加熱コイルへの供給電力を制御する制御手段と、
   前記赤外線センサの上部を除く前記トッププレートの裏面に備えられる遮光材と
   を有し、
   前記遮光材の赤外線屈折率は、前記トッププレートの赤外線屈折率よりも小さく、
   前記遮光材の赤外線屈折率と前記トッププレートの赤外線屈折率の差を１０％以内とすること
   を特徴とする誘導加熱調理器。

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