JP5921283B2 - 温度測定装置及び加熱調理器 - Google Patents
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Description
かかるセンサデバイスは、板状のステムと当該ステムの前方側を覆う形態で前方側に蓋部を有する有蓋筒状のキャップとからなる筐体内に、光学フィルタをキャップの蓋部に設けられたフィルタ開口部に配置すると共に、受光素子をステムの前方側に載置して構成されている。
かかるセンサデバイスは、キャップの外周部よりも側方に突出したステムの外周部を、前方側にあるホルダと後方側にあるスペーサとの間に挟み込んだ状態で固定されており、キャップの蓋部の前面は、ホルダ等の部材に当接することなく、前方側に形成された開口部に露出されている状態で配置されている。
そこで、上記特許文献2に記載の温度測定装置では、光学フィルタを、受光素子へ受光させる特定波長域の赤外線を吸収しない材料からなる基材の表面に、当該特定波長域以外の波長域の赤外線を反射させる反射膜を設けている。このような構成の光学フィルタを利用すれば、光学フィルタ自身における赤外線吸収による温度上昇を抑制することができる。
即ち、センサデバイスの筐体における特にキャップの蓋部については、照射された赤外線を吸収することで温度上昇しやすい状態となっている。そして、その蓋部に設けられたフィルタ開口部に光学フィルタが配置されているので、蓋部の熱が光学フィルタに伝達されて光学フィルタの温度が上昇するという問題があった。
かかる蓋部の赤外線吸収による温度上昇を回避するべく、蓋部のフィルタ開口部以外の面積を縮小することが考えられるが、内部に配置する赤外線強度検出手段の寸法などの制限から、充分には面積を縮小することができないという問題があった。
板状のステムと、前記ステムの前方側を覆う形態で前方側に蓋部を有する有蓋筒状のキャップとからなる筐体内に、前記キャップの蓋部に設けられたフィルタ開口部に配置され特定波長域の赤外線を透過させる光学フィルタと、前記ステムの前方側に載置され前記光学フィルタを透過した赤外線を受光し当該受光した赤外線の強度を検出する受光素子とからなる赤外線強度検出手段を配置してなるセンサデバイスを備え、
加熱される被加熱物から放射され前記光学フィルタを透過した特定波長域の赤外線の強度を前記受光素子で検出することで当該被加熱物の温度を非接触状態で測定する温度測定装置であって、
その第1特徴構成は、
前記センサデバイスを本体部に固定し前方側に蓋部を有する有蓋筒状のセンサホルダをホルダ部材として備え、
前記センサホルダの蓋部の背面に前記キャップの蓋部の前面を当接させる状態で、前記センサホルダの内部に前記センサデバイスが収容されていると共に、前記センサホルダの蓋部に前記光学フィルタへの赤外線の入射を許容する開口部が形成され、
前記センサホルダに対して前記センサデバイスを前方に付勢する付勢手段が設けられ、
前記付勢手段が、前記センサホルダの後方側の開口部から、前記センサホルダに螺合する形態で当該センサホルダの内部に挿入される筒状の付勢用ホルダをホルダ部材として備えると共に、当該付勢用ホルダの前方側の端部が前記センサデバイスの後方側を前方に押し付ける状態で当該付勢用ホルダを固定するように構成されている点にある。
また、付勢用ホルダはセンサホルダの内部に挿入されることから、センサデバイスからセンサホルダに伝達された熱が付勢用ホルダに良好に伝達することになるので、センサデバイスに設けられた光学フィルタの温度上昇を一層抑制することができる。
従って、本発明により、光学フィルタの温度上昇を好適に抑制して、温度測定精度を向上させることができる。
さらに、本特徴構成によれば、付勢用ホルダをセンサホルダの後方側の開口から挿入して固定するという簡単な構造で、付勢用ホルダの前方側の端部がセンサデバイスの後方側を前方に押し付ける形態で、センサホルダに対してセンサデバイスを前方に付勢する付勢手段を実現することができる。
尚、本願において、センサデバイスの赤外線が入射される側を「前方側」と表現し、その逆側を「後方側」と表現する場合がある。また、ある部材において、前方側の面を「前面」と表現し、後方側の面を「背面」と表現する場合がある。
前記センサデバイスの筐体内において、互いに異なる波長域の赤外線の強度を検出する前記赤外線強度検出手段の複数が、前記赤外線の放射方向と交差する方向に並設されている点にある。
また、赤外線強度検出手段を複数配置した温度計測装置において、夫々の光学フィルタは、互いに異なる特定波長域の赤外線を透過させるものとなる。そして、夫々の光学フィルタに吸収される赤外線の波長域も異なることになるので、夫々の光学フィルタの赤外線吸収による発熱量も異なる。そこで、本発明の温度測定装置では、光学フィルタの熱がキャップの蓋部を介して積極的にセンサホルダに伝達されるので、夫々の光学フィルタの温度差ができるだけ小さくなるので、この温度差による温度精度の悪化を抑制することができる。
前記ステムの背面に前面を当接させて配置される板状のスペーサをホルダ部材として備え、
前記付勢手段が、前記スペーサを介して前記センサデバイスを前方に向けて付勢する点にある。
前記センサホルダの側方面から突出形成されたフランジ部が本体部に保持される形態で、前記センサホルダが前記本体部に固定され、
前記フランジ部が前記センサデバイスの配置位置よりも後方側に配置されている点にある。
更に、センサホルダのフランジ部が、センサデバイスの配置位置よりも後方側に配置されているので、センサホルダにおけるセンサデバイスを外囲する部分の側方面と本体部との間には隙間が形成されることになる。よって、本体部から当該側方面への直線的な熱伝導が抑制されるので、センサデバイスの温度上昇を一層良好に抑制することができる。
前記ホルダ部材の少なくとも一部が高熱伝導性材料で構成されている点にある。
天板の上側に位置する状態で載置支持される調理用容器を被加熱物として加熱する加熱手段を備えた加熱調理器であって、
その特徴構成は、本発明に係る温度測定装置を、前記加熱手段にて加熱される調理用容器の底部から放射される赤外線の強度を前記受光素子で検出して当該調理用容器の底部の温度を非接触状態で測定させる形態で備えた点にある。
即ち、調理用容器を被加熱物としてバーナなどの加熱手段により加熱する加熱調理器において、これまで説明した本発明に係る温度測定装置を備えることで、温度測定装置の光学フィルタの温度上昇が好適に抑制されて、調理用容器の温度測定精度を向上することができる。
従って、調理用容器の温度を正確に認識することができる上に、かかる高精度に測定された温度を利用して、調理用容器の温度を設定温度に維持するための加熱手段に対する加熱量の自動調整や、調理用容器の温度が過度に上昇したときの加熱手段に対する自動停止などの各種制御を正確に行うことができる。
図1に示すように、コンロは、円形の加熱用の開口部1aを有する平板状の天板1、開口部1aの上方に離間させて鍋等の調理用容器N(被加熱物の一例)を載置可能な五徳2、その五徳2上に載置される調理用容器Nを加熱する加熱手段としてのバーナ30、そのバーナ30の作動を制御する燃焼制御部3等を備えて構成されている。
温度測定装置40は、天板1の下方側に位置し且つ汁受皿8の中央部にセンサデバイス50を配置し、そのセンサデバイス50が、調理用容器Nから放射される赤外線における異なる2つの特定波長域夫々についての赤外線強度を検出する。そして、温度検出部61が、その検出される2つの特定波長域夫々についての赤外線強度の比に基づいて調理用容器Nの温度を検出する。
更に、センサデバイス50は、赤外線の波長範囲のうち、バーナ30の火炎Fからの放射強度が少ない範囲内に設定された波長域の赤外線強度を検出するものとして構成されている。
尚、この受光素子52a、52bは、実質的に、複数の熱電対を直列や並列に接続したサーモパイルとして構成されており、赤外線を吸収することで発生した熱エネルギを電気エネルギに変換して電気信号を出力する。また、この受光素子52a、52bの出力信号は、相対温度、即ちステム55(冷接点)とサーモパイル(温接点)との温度差に基づく値を示すものとなる。
そこで、受光素子52a、52bとは別に、ステム55の温度を検出するサーミスタ57(図3参照)が設けられており、このサーミスタ57からの出力と、受光素子52a、52bからの出力との夫々が、ステム55の背面側から突出して設けられている複数の端子54から、当該端子54に接続された信号ケーブル60を介して、温度検出部61に出力される。
そして、温度検出部61では、サーミスタ57からの出力によりステム55の温度の変化に対する受光素子52a、52bからの出力誤差をある程度補正して当該受光素子52a、52bが受光した赤外線強度を検出することができる。
また、この本体部41には、調理用容器Nから放射された赤外線をセンサデバイス50に案内する筒状の案内部41aが設けられ、この案内部41aの前方側の開口部には、光学フィルタ51a、51bの特定波長域を含む透過可能波長域の赤外線の通過を許容する光透過部材Tとしての窓部材42が架設されている。尚、この窓部材42は、1μm以上の波長域を透過させるシリコンを基材として構成されている。
光学フィルタ51a、51bの基材としては、窓部材42と同じシリコンが用いられており、この表面には、窓部材42を通過した赤外線のうち、特定波長域以外の赤外線を反射させる反射膜が設けられている。
そして、第1の光学フィルタ51aは、3.5μm以上且つ4.2μm以下の範囲の波長域における赤外線を特定波長域の赤外線として透過させると共にそれ以外の波長域の赤外線を反射するように構成され、一方、第2の光学フィルタ51bは、8.0μm以上且つ12.0μm以下の範囲の波長域における赤外線を特定波長の赤外線として透過させると共にそれ以外の波長域の赤外線を反射するように構成されている。
図5には、金属の表面に黒色塗装した標準的な調理用容器Nについて、常温(25℃)から300℃程度の範囲で加熱したときに、温度が変化したときの赤外線放射強度の分光スペクトルデータを示している。この図から明らかなように、バーナ30が燃焼しているときの温度、例えば、常温〜300℃程度において、1.5μm以上且つ数十μm以下の範囲内の波長域において赤外線が放射しており、例えば、3.5μm以上且つ15μm以下の範囲内において各種の赤外線センサにて検出可能な充分な放射強度を有している。
従って、2つの波長域を、赤外線の波長範囲のうち、バーナ30の火炎Fからの赤外線の放射が少ない範囲内に設定すると、火炎Fからの赤外線による影響が少ない状態で調理用容器Nから放射される赤外線の強度を精度よく検出することができる。
従って、放射率εが種々に異なる調理用容器N夫々の温度対赤外線強度比の関係を、共通の1つの温度対赤外線強度比の関係とすることができるのである。又、上述のように求めた図8に示す如き温度対赤外線強度比の関係が温度検出部61の記憶部(図示省略)に記憶されることになる。
有蓋円筒状のセンサホルダ45が、アルミニウムなどの高熱伝導性材料からなるホルダ部材として設けられており、このセンサホルダ45がセンサデバイス50を本体部41に固定する。
具体的には、センサホルダ45の蓋部45aの背面に、センサデバイス50を構成するキャップ56の蓋部56aの前面を当接させる状態で、センサホルダ45の内部にセンサデバイス50が収容されており、このセンサホルダ45の蓋部45aには、第1及び第2の光学フィルタ51a、51bの夫々に対する赤外線の入射を許容する2つの開口部45bが形成されている。
この付勢用ホルダ46は、外側面に形成された雄ネジ部46bを、センサホルダ45の内側面に形成された雌ネジ部45fに螺合させる形態で、センサホルダ45に固定されることで、付勢用ホルダ46の前方側の端部46aがセンサデバイス50の後方側を前方に押し付ける状態となる。
そして、このような付勢機構が設けられていることで、センサデバイス50を構成するキャップ56の蓋部56aの前面と、センサホルダ45の蓋部45aの背面との密着性が増すことになって、熱伝導を行う接触面積が大きくなる。よって、キャップ56の蓋部56aが赤外線吸収等により昇温した場合でも、その熱は積極的にセンサホルダ45の蓋部45a側に伝達されることになり、光学フィルタ51a、51bに伝達される熱量が少なくなるので、光学フィルタ51a、51bの温度上昇が好適に抑制されている。
しかも、スペーサ47の前面には、ステム55の背面及び側面を収容する凹部が形成されている。即ち、スペーサ47の前面の略全体がステム55の背面及び側面に当接する形態で、スペーサ47とステム55との接触面積が稼がれている。
つまり、スペーサ47の前面とステム55の背面との密着性が増し、センサデバイス50の熱を積極的にスペーサ47に伝達させて、光学フィルタ51a、51bの温度上昇が一層抑制されている。尚、ステム55の温度上昇が問題にならない程度である場合には、このスペーサ47を省略しても構わない。
また、スペーサ47には端子孔47aが穿設されており、この端子孔47aにセンサデバイス50の端子54がインシュレータなどで絶縁処理を施した上で挿入される。
つまり、本体部41が、本体部41からセンサホルダ45への熱伝導がフランジ部45dを介したものに制限されることになる。よって、本体部41が、バーナ30や調理用容器Nからの輻射や汁受皿8からの伝熱等により温度上昇した場合においても、それに起因するセンサホルダ45への熱伝導が抑制されている。
また、このフランジ部45dは、センサデバイス50の配置位置よりも後方側に配置されており、本体部41から、センサホルダ45におけるセンサデバイス50を外囲する部分の側方面45cへの直線的な熱伝導が抑制されている。
最後に、本発明のその他の実施形態について説明する。尚、以下に説明する各実施形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。
例えば、予め、放射率の異なる複数の調理用容器を用いて、調理用容器の温度を複数の温度に異ならせて、複数の温度夫々について、複数の波長域夫々についての赤外線強度を得て、そのように得た複数の波長域夫々についての赤外線強度を、複数の温度夫々に対応させた状態でマップデータにして記憶させておく。そして、マップデータから、赤外線強度検出手段にて検出される複数の波長域夫々についての赤外線強度の関係に一致する又は類似する赤外線強度の関係を求めると共に、その求めた赤外線強度の関係に対応する温度を求め、その求めた温度を調理用容器の温度とするように構成する。ちなみに、この場合は、複数の波長域としては、上記の各実施形態のように2つの波長域でも良いし、3つ以上の波長域でも良い。
又、波長域として1つの波長域を設定して、その波長域についての赤外線強度を複数の温度に対応させた状態でマップデータにて記憶させておき、このマップデータと波長域での赤外線強度の検出値とから調理用容器の温度を求める構成としてもよい。
3 :燃焼制御部
30 :バーナ(加熱手段)
40 :温度測定装置
41 :本体部
42 :窓部材
43 :固定用ボルト
45 :センサホルダ
45a :蓋部
46 :付勢用ホルダ(付勢手段)
47 :スペーサ
50 :センサデバイス
51a、51b:光学フィルタ
52a、52b:受光素子
53a、53b:赤外線強度検出手段
54 :端子
55 :ステム
56 :キャップ
56a :蓋部
56b :フィルタ開口部
57 :サーミスタ
60 :信号ケーブル
61 :温度検出部
N :調理用容器(被加熱物)
Claims (6)
- 板状のステムと、前記ステムの前方側を覆う形態で前方側に蓋部を有する有蓋筒状のキャップとからなる筐体内に、前記キャップの蓋部に設けられたフィルタ開口部に配置され特定波長域の赤外線を透過させる光学フィルタと、前記ステムの前方側に載置され前記光学フィルタを透過した赤外線を受光し当該受光した赤外線の強度を検出する受光素子とからなる赤外線強度検出手段を配置してなるセンサデバイスを備え、
加熱される被加熱物から放射され前記光学フィルタを透過した特定波長域の赤外線の強度を前記受光素子で検出することで当該被加熱物の温度を非接触状態で測定する温度測定装置であって、
前記センサデバイスを本体部に固定し前方側に蓋部を有する有蓋筒状のセンサホルダをホルダ部材として備え、
前記センサホルダの蓋部の背面に前記キャップの蓋部の前面を当接させる状態で、前記センサホルダの内部に前記センサデバイスが収容されていると共に、前記センサホルダの蓋部に前記光学フィルタへの赤外線の入射を許容する開口部が形成され、
前記センサホルダに対して前記センサデバイスを前方に付勢する付勢手段が設けられ、
前記付勢手段が、前記センサホルダの後方側の開口部から、前記センサホルダに螺合する形態で当該センサホルダの内部に挿入される筒状の付勢用ホルダをホルダ部材として備えると共に、当該付勢用ホルダの前方側の端部が前記センサデバイスの後方側を前方に押し付ける状態で当該付勢用ホルダを固定するように構成されている温度測定装置。 - 前記センサデバイスの筐体内において、互いに異なる波長域の赤外線の強度を検出する前記赤外線強度検出手段の複数が、前記赤外線の放射方向と交差する方向に並設されている請求項1に記載の温度測定装置。
- 前記ステムの背面に前面を当接させて配置される板状のスペーサをホルダ部材として備え、
前記付勢手段が、前記スペーサを介して前記センサデバイスを前方に向けて付勢する請求項1又は2に記載の温度測定装置。 - 前記センサホルダの側方面から突出形成されたフランジ部が本体部に保持される形態で、前記センサホルダが前記本体部に固定され、
前記フランジ部が前記センサデバイスの配置位置よりも後方側に配置されている請求項1〜3の何れか1項に記載の温度測定装置。 - 前記ホルダ部材の少なくとも一部が高熱伝導性材料で構成されている請求項1〜4の何れか1項に記載の温度測定装置。
- 天板の上側に位置する状態で載置支持される調理用容器を被加熱物として加熱する加熱手段を備えた加熱調理器であって、
請求項1〜5の何れか一項に記載の温度測定装置を、前記加熱手段にて加熱される調理用容器の底部から放射される赤外線の強度を前記受光素子で検出して当該調理用容器の底部の温度を非接触状態で測定させる形態で備えた加熱調理器。
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