JP6866511B2 - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、鍋からの赤外線を効率よく検出する赤外線センサを設けた誘導加熱調理器に関するものである。

特許文献１には、赤外線センサの視野を規制する円形の開口を設けた防磁板を備え、前記視野は赤外線センサ検出出力値を５０％となる視野角とした加熱調理器が示されている。

特許５６５３５４６号公報

特許文献１の技術を使用して、鍋底より放射される赤外線を透過させるトッププレートの材料を結晶化ガラスからホウケイ酸ガラスなど赤外領域の透過特性が悪い材料に変更した誘導加熱調理器とした場合、特許文献１の技術では、鍋底より放射される赤外線を検出する赤外線センサの視野の外側の全周が規制されるため、赤外線センサの赤外線の検出量が更に低下し、特に低い温度（１２０℃前後）の検知が出来なくなる課題がある。また防磁板がアルミ二ウムや銅などの熱伝導の良い非磁性金属で構成された状態では、加熱コイルの熱の影響と加熱コイルによる多少の温度上昇を受け、防磁板から放射される赤外線の影響で特に低い温度検知領域では誤差の発する課題がある。

本発明の誘導加熱調理器は、上記の課題を解決するためになされたもので、本体の上面に配置され、鍋を載置するトッププレートと、該トッププレートの下方に設けられ、内側コイルと外側コイルで構成される加熱コイルと、該加熱コイルを保持するとともに、前記加熱コイルの下方に放射状に配置されるフェライトを有したコイルベースと、該コイルベースの下方に配置して前記フェライトの間かつ前記内側コイルと前記外側コイルとの間から前記鍋底から放射される赤外線を検出する赤外線センサを有した赤外線センサユニットと、を備え、前記赤外線センサユニットは、前記赤外線センサの視野を絞る赤外線透過窓を有するとともに、前記赤外線センサユニット上面の中心からずれて配置された導光筒と、前記コイルベースを固定する固定部と、を有しており、前記導光筒から前記赤外線センサユニット端部までの距離が長い方向に前記固定部が設けられるとともに、その反対方向には前記固定部が設けられないものである。

本発明によれば、トッププレートの赤外線透過特性に影響される事無く、前記トッププレートを介して鍋底の温度を低い温度から正確に検出することができる。

本発明の誘導加熱調理器の外観斜視図。 図１のＡ-Ａ断面図。 本発明の誘導加熱調理器の温度検知と加熱制御システムの機能ブロック図。 同誘導加熱調理器の基板を平面状に配置した場合のトッププレートを外した本体上面図。 同誘導加熱調理器の加熱コイルユニットを説明する上面斜視図。 同加熱コイルユニットを説明する上面図。 同加熱コイルユニットを説明する底面斜視図。 同加熱コイルユニットを説明する底面図。 同加熱コイルユニットを説明する（ａ）フェライトなし部分の側断面図（図６Ｂ-Ｂ断面）、（ｂ）フェライトあり部分の側断面図（図６Ｃ-Ｃ断面）。 同誘導加熱調理器の同赤外線センサユニットを説明する上面斜視図。 同赤外線センサユニットを加熱コイルユニットに取り付けた側断面図。（図６Ｅ-Ｅ断面） 同赤外線センサユニットの詳細を示す図。（（ａ）図１０Ｆ-Ｆ断面、（ｂ）図１０Ｇ-Ｇ断面） 同赤外線センサユニットの上面概略図。（（ａ）上部材を外した内部（ｂ）防磁ケース（ｃ）導光筒と絞り部）

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１において、１は誘導加熱調理器の本体である。２は耐熱性の高い結晶化ガラスまたはホウケイ酸ガラスよりなるトッププレートで、本体１の上面を覆い水平に配置され、鉄等の磁性体又はアルミ等の非磁性体よりなる鍋５０１（図２）等を載置するものである。

このトッププレート２は、４μｍ以下の波長の赤外線を透過し、それより長い波長の赤外線をカットする光学特性を有する。３ａ〜３ｃはトッププレート２の下方に配置された３つの加熱部で、トッププレート２の上面に載置された鍋５０１を誘導加熱する加熱コイルユニット２００（図２）を有している。３１ａ〜３１ｃは鍋底から放射した赤外線をトッププレート２の下方に透過する赤外線透過領域である。尚、ここでは加熱部を３つとしたが、加熱部は１つまたは２つであっても良い。６は本体１の前面左部に設けられたグリル加熱部である。７ａ〜７ｃは本体１の上面側に設けられた操作部で、加熱部３ａ〜３ｃの加熱の設定、操作を行うものである。８ａ〜８ｃはトッププレート２の前面側上部に設けられ、操作部７ａ〜７ｃの設定状況や加熱部３ａ〜３ｃの通電の状態を表示する表示部である。５は排気口で、本体１の後部において上方に向けて開口しており、本体１内部を冷却した排熱を排出するものである。本実施例では、本体１後部に排気口５を配置している。

図２において、５７は吸気口で、本体１の後部に開口してシステムキッチン１００内部の空気を吸気し、本体１内部に冷却風を取り入れるものである。

４０１は冷却ファンで、本体１内に配置されて加熱コイル２０１（図３）等を冷却する。４０３、４０４は加熱コイル２０１に高周波電力を供給する高周波電力供給回路、４０５は操作部７などの入力により高周波電力供給回路での電力を制御する制御基板である。高周波電力供給回路４０３、４０４と制御基板４０５は基板ケース７４に収められている。

図２では、高周波電力供給回路４０３、４０４、制御基板４０５は、積み重ねた配置の例を示すが、図４に示す如く積み重ねずに本体１の全体にわたって平面状に広げて配置して、高周波電力供給回路４０３、４０４、制御基板４０５を備える右基板４２７ａと左基板４２７ｂの上側から基板ケース７４で覆ってもよい。

また、４０６は冷却ファン４０１により吸引し後述する赤外線センサユニット１７０へと送風される冷却風の流れを表す矢印である。尚、ここで表示している冷却風は、本実施例の冷却風の流れを分かりやすく簡略して表したもので、実際はダクトなどを用いて加熱コイルユニット２００のコイルベース２０３、赤外線センサセンサユニット１７０へと送風され、赤外線センサセンサユニット１７０の赤外線センサモジュール４０７（図３）と導光筒５０８が冷却される。

加熱コイルユニット２００はバネ２２０によりトッププレート２の下面に密着するように押付けて支持されて、加熱コイルユニット２００のギャップスペーサ２０２（図５）がトッププレート２と当接している。

図３は、温度検知と加熱制御システムの機能ブロック図である。図３において、５０１は被加熱物である鍋、５０２は赤外線センサモジュール４０７とサーミスタ２０５、２０６、２０８の出力に基づいて鍋５０１の温度を算出する温度検出回路、２６は赤外線センサモジュール４０７の出力に基づいて鍋５０１の放射率を算出する放射率算出回路、５０３は温度検出回路５０２が算出した温度を放射率算出回路２６の出力に基づいて補正し、補正した温度に応じて高周波電力供給回路４０３を制御し加熱コイル２０１に供給する電力を制御する制御回路である。

図４は加熱コイルユニット２００と赤外線センサユニット１７０の構成を説明するために、本体１の上部を覆うトッププレート２を外した図である。

ここでは、右加熱コイルユニット２００ａ、左加熱コイルユニット２００ｂの下から冷却ファン４０１の冷却風が供給される。中加熱コイルユニット２００ｃには風洞７４ｃの後方吐出口７４ｃ１より中加熱コイルユニット２００ｃの前下から冷却風が供給される。中加熱コイルユニット２００ｃには、赤外線センサユニット１７０を搭載しない場合もある。

図５から図９は加熱コイルユニット２００の説明図である。

加熱コイル２０１は、同心円状の同一平面上に設けられた内側コイル２０１ａと外側コイル２０１ｂで構成されて、内側コイル２０１ａの外端と外側コイル２０１ｂの内端が電気的に接続されている。内側コイル２０１ａと内側コイル２０１ａの外側に隙間２１０ａを設けて配置する外側コイル２０１ｂで構成する。

本実施例において、内側コイル２０１ａはコイル中心からの距離約１８〜３０mmに設けられているものとし、外側コイル２０１ｂはコイル中心からの距離約４９〜７４mmに設けられているものとする。

また、２０３は加熱コイル２０１を保持するコイルベースである。２０２はトッププレート２と加熱コイル２０１との間に隙間を設けるためのギャップスペーサである。ギャップスペーサ２０２はトッププレート２に当接して加熱コイル２０１とトッププレート２との間に隙間を設け、この隙間に加熱コイル２０１を冷却する冷却風を通すものである。

コイルベース２０３は、内周部２０３ｅと外周部２０３ｆ及び内周部２０３ｅから外周部２０３ｆに延びた放射状のリブ２０３ａで構成する。

リブ２０３ａは、コイルベース２０３の加熱コイル２０１の下側に放射状に設けられ、リブ２０３ａにはフェライト２０９が設けられている。図はリブ２０３ａにフェライト２０９がインサート成形によって保持されている状態を示す。リブ２０３ａに設けられたフェライト２０９は、フェライト底面２０９ｃを露出して冷却風を直接当たるようにして冷却を犠牲にすることなく保持されている。

フェライト２０９は、加熱コイル２０１の外周側に立上部２０９ｄを有し、外形は板状の扇形または三角形である。

フェライト２０９を扇形または三角形状とすることで、加熱コイル２０１の中心側にフェライト２０９の頂点２０９ａ側を配置することで、内側コイル２０１ａの内径２０１ｄを小さくすることが可能となり、内側コイル２０１ａの内径２０１ｄを小さくしても加熱効率を悪化させることはない。

また、フェライト２０９の頂点２０９ａを寄せ集めてなる直径２０９ｂを内側コイル２０１ａの巻始めの内径２０１ｄよりわずかに小さく設けている。コイルベース２０３の内周側２０３ａの位置にあるフェライト２０９の頂点２０９ａを寄せ集めてなる直径２０９ｂが小径とすることが可能となり、内側コイル２０１ａの巻始めの内径２０１ｄも小径とすることができる。

扇形または三角形状のフェライト２０９を用いた場合、長方形フェライトの場合と比べて、内側コイル２０１ａの下面から冷却風を当てることのできる円弧状底面部２０１ｆの面積がより大きくなり、効率良く内側コイル２０１ａの冷却ができる。

また、図５、図６に示すように、内側コイル２０１ａの径方向の内側コイル幅Ｄ１よりも隙間２１０ａの径方向の隙間幅Ｄ２を広く設けている。また内側コイル２０１ａの内径２０１ｄを小さくすることで、コイル巻数を減らすことなく、内側コイル２０１ａの外径２０１ｅも小さくすることができ、内側コイル２０１ａと外側コイル２０１ｂの隙間２１０ａをより広く確保でき、その間から冷却風が上方に抜けやすくなることで冷却効率を良くすることができる。

２１２はコイルベース２０３の外周を略３等分の位置に設けられ、コイルベース２０３を支える受け部である。夫々の受け部２１２には同心円上に設けられボス２１２ａと穴２１１が設けられている。ボス２１２ａは、バネ２２０（図２）のコイル内周側に嵌るものである。

２１０は、導光筒５０８を挿入する開口部で、内側コイル２０１ａと外側コイル２０１ｂとの間隙とコイルベース２０３の中心から放射状に配置したリブ２０３ａによって構成される。

２０５、２０６、２０８はトッププレート２の下面の温度を測定するサーミスタ（接触式温度センサ）である。

コイルベース２０３の外周部２０３ｆに加熱コイル２０１より発生する漏洩磁束を相殺する略環状の電磁シールド部材２６０を載置する。

図７、８に示す端子台Ｔは加熱コイル２０１と基板側との接続部で、フェライト２０９を備えたリブ２０３ａの間に配置して、コイルベース２０３の底面と同面とすることによって、加熱コイルユニット２００の薄形化を図っている。

図１０から図１３によって赤外線センサユニット１７０を説明する。図１０は赤外線センサユニット１７０を説明する上面斜視図、図１１は加熱コイルユニット２００に取り付けた赤外線センサユニット１７０の側断面図、図１２は、赤外線センサユニット１７０の詳細を説明する図、図１３は赤外線センサユニット１７０の上面概略図である。

上部材４０ｅは、上面に導光筒５０８を一体に成形している。導光筒５０８は、赤外線センサ１２の検出エリアを規定し、鍋底から放射される赤外線を後述する赤外線センサ１２に導くものである。

図６、図１１に示す加熱コイルユニット２００の開口部２１０に導光筒５０８を挿入して本体１の中に組まれるので、図６に示すように赤外線センサ１２は、コイル中心からの距離４５〜５５mmに設けられるものである。

導光筒５０８の詳細を説明する。導光筒５０８は、上面から見て略台形形状の筒で、同心円状に湾曲した１対の側面５０８ｄ、５０８ｅと、ハの字状に対となった側面５０８ｆで形成されている。

赤外線センサユニット１７０の詳細を説明する。

図１０、１３に示すように、赤外線センサユニット１７０は、樹脂ケース１６と、樹脂ケース１６の上方に設けられた窓部１４と、樹脂ケース１６の外殻を窓部１４を除くように開口する開口部１３ａを備えて覆う防磁ケース１３と、窓部１４に設けられた窓材１５と、樹脂ケース１６の内部に設けられた熱型赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２、プリント配線板２７を備えている。熱型赤外線検出回路１３１は赤外線センサ１２と、温度補償用赤外線センサ１２４を備えている。

樹脂ケース１６の窓部１４は窓材１５によって封鎖されているので、赤外線センサユニット１７０内部の熱型赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２には冷却風が直接当たることはない。すなわち、この構成により、冷却風が熱型赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２に与える影響を低減している。

次に、赤外線センサユニット１７０における信号検出を説明する。鍋５０１の底面から放射される赤外線は、放射赤外線視野範囲である経路３０（トッププレート２、導光筒５０８、窓材１５）を介して、熱型赤外線検出回路１３１に届く。

鍋５０１の底面から放射される赤外線は赤外線センサ１２で検出する。温度補償用赤外線センサ１２４には前記赤外線は届かないので、この温度補償用赤外線センサ１２４と赤外線センサ１２の出力を加えることで、周囲温度による赤外線センサ１２の外乱を除去して、精度を向上するものである。

また、反射率検出回路１３２が発光する赤外線は、経路２９の往路（窓材１５、導光筒５０８、トッププレート２）を介して鍋５０１に届き、鍋５０１で反射した赤外線は、経路２９の復路（トッププレート２、導光筒５０８、窓材１５）を介して反射率検出回路１３２に戻る。つまり、熱型赤外線検出回路１３１と反射率検出回路１３２ともに、トッププレート２、窓材１５の両方を経由した赤外線が届くものである。

また、上部材４０ｅと樹脂ケース１６を熱伝導率の低い樹脂で構成することによって、赤外線センサユニット１７０内部の温度が急激に変化するのを防止している。すなわち、この構成により、熱型赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２の温度が伝熱によって急変化するのを防止している。

さらに、窓材１５には、高温となったトッププレート２と導光筒５０８、加熱コイル２０１などから発せられる昇温効果の高い波長の赤外線（４μｍ以上）をカットする光学特性を持たせることによって、昇温効果の高い波長の赤外線が赤外線センサユニット４０７内部に進入するのを防止している。すなわち、この構成により、熱型赤外線検出回路１３１、反射率検出回路１３２の温度が昇温効果の高い波長の赤外線によって急変化するのを防止している。なお、本実施例では、トッププレート２の赤外線透過特性と窓材１５の赤外線透過特性を同一とした。

さらに、防磁ケース１３を非磁性体のアルミ製にすることによって、赤外線センサユニット１７０内部に侵入する電磁気的ノイズを低減し、防磁ケース１３が受ける輻射熱を放熱しやすい構成とした。この防磁ケース１３の上面は、赤外線センサ１２の視野角よりも大きく開口して、防磁ケース１３の開口部１３ａによって赤外線センサ１２に到達する赤外線を遮蔽することがないようにしている。防磁ケースは、磁気シールドのみの役割を果たしている。

こうする配置により、赤外線センサ１２に入る赤外線を上部の絞り部５０９で絞って、防磁ケース１３によっては赤外線を絞らず磁気シールドのみを最大限の効果を果たすように、開口部１３ａを設けている。

さらに、導光筒５０８は上方開口部５０８ａと下端開口部５０８ｂを有している。赤外線センサ１２の上方に位置する導光筒５０８の上方開口部５０８ａには赤外線の光量を制限する絞り部５０９を設けている。絞り部５０９により、赤外線センサ１２に入射する赤外線量を制限する。なお、導光筒５０８の上方開口部５０８ａは、内側コイル２０１ａと外側コイル２０１ｂの下方に位置する。赤外線センサ１２において、絞り部５０９で視野角を規制することで赤外線センサ１２が検出する視野範囲を赤外線透過窓５０９ａに制限する。これにより、赤外線透過窓５０９ａ以外のトッププレート２や加熱コイルユニット２００からの熱外乱を低減できる。

一方、本実施例構造は、導光筒５０８の上方開口部５０８ａに設けられた後述する絞り部５０９の位置は加熱コイル２０１の底面より下方に配置することで、絞り部５０９に加熱コイル２０１の熱を直接伝わらない構成としている。また、加熱コイル２０１の温度に熱せられた周囲の空気は上昇するので熱伝達の影響も軽減している。また、加熱コイル２０１の底面側を冷却する冷却風により絞り部５０９を直接に冷却が可能で、導光筒５０８の冷却も効率よく行われることで絞り部５０９の冷却の効率も良くなり、絞り部５０９の温度上昇を低く抑える事が可能となり絞り部５０９からの熱外乱の発生を抑える事ができる。また、前述した加熱コイル２０１からの熱伝導の影響を少なくするために導光筒５０８はコイルベース２０３とも独立した部品としている。但し絞り部５０９は、導光筒５０８を介して取付部材４０に一体成型で設けられ、この取付部材４０はコイルベース２０３に設けられたボスにネジで固定されているため、固定部４０ａとコイルベース２０３との接触を最小とするためボスに固定し、取付部材４０に設けた固定部４０ａは絞り部５０９より遠い位置に設け、絞り部５０９は導光筒５０８の上部先端の上方開口部５０８ａに設け、取付部材４０は熱伝導の悪い樹脂で成型されている。

前述した遠い位置とは、絞り部５０９側から見た取付部材４０は略四角形に成型し、絞り部５０９を角側に設け、残りの角側となる２〜３カ所にネジの固定部４０ａを設けている（図１０では前記固定部４０ａを３カ所設けている。）。すなわち、導光筒５０８から取付部材４０の端部までの距離が長い方向に固定部４０ａが設けられるとともに、その反対方向には固定部４０ａが設けられていない。これにより、固定部４０ａを介した導光筒５０８への熱伝導を抑制することができる。

また、本実施例ではトッププレート２に設けた赤外線透過窓５０９ａは加熱コイル２０１の円周方向に略楕円形状（長方形）としている。理由は、赤外線センサ１２の配置位置は加熱コイル２０１の内側コイル２０１ａと外側コイル２０１ｂとに分けた位置に設けている。そのため使用者にトッププレート２に設けた赤外線透過領域３１から加熱コイル２０１が見えると商品価値の低下になることから加熱コイル２０１の径方向に狭く円周方向に広く設けられているためである。

さらに、導光筒５０８に設けた絞り部５０９の赤外線透過窓５０９ａも前記赤外線透過窓５０９ａと略同じ形状としている。理由は内側コイル２０１ａの外周側と外側コイル２０１ｂの内周側に赤外線センサ１２の視野が入らないように加熱コイル２０１の径方向に対しては視野を絞り、加熱コイル２０１の円周方向には赤外線センサ１２の視野をほぼ１００％としている。また、トッププレート２に設けた赤外線透過領域３１から透過する赤外線を検出するためである。結果、導光筒５０８の上方開口部５０８ａは一方側は反射率検出回路１３２が発光する赤外線の経路２９を確保した開口部、他方側に赤外線センサ１２の視野を内側コイル２０１ａの外周側と外側コイル２０１ｂの内周側を絞るために前記開口部と連通した略楕円の赤外線透過窓５０９ａを設けた絞り部５０９を設けている。ここでは、ネジの固定部４０ａ側に反射率検出回路１３２が発光する赤外線の経路２９を確保して、導光筒５０８の上方開口部５０８ａを開口する事で、絞り部５０９へのネジ部からの熱伝導の熱抵抗を大きくしている。

導光筒５０８の役割として、前述したように固定部４０ａから絞り部５０９までの熱抵抗を大きくしながら絞り部５０９の冷却効率を良くしている。また、赤外線センサ１２と鍋底との距離の関係において、鍋底から放射される赤外線量をより多く赤外線センサ１２で検出できる位置としている。絞り部５０９を赤外線センサ１２に近づけると赤外線透過窓５０９ａは小さくなり検出できる赤外線量が少なくなり、鍋側に近づけると加熱コイル２０１の熱の影響を受けてしまう。

赤外線センサユニットを構成する取付部材４０は固定部４０ａと絞り部５０９とを一体に構成した事で赤外線センサ１２の視野を正確に規制している。

次に、本実施例の動作を説明する。

使用者がトッププレート２に鍋５０１を載置して、操作部７ｂを操作して加熱を開始すると、制御回路５０３が高周波電力供給回路４０３を制御して加熱コイル２０１に所定の電力を供給する。加熱コイル２０１に高周波電流が供給されると、加熱コイル２０１から誘導磁界が発せられ、鍋５０１に渦電流が発生し誘導加熱される。この誘導加熱によって鍋５０１の温度が上昇し鍋５０１内の調理物が調理される。また、同時に冷却ファン４０１にも電力が供給されて冷却風４０６を送風し、高周波電力供給回路４０３〜４０４と加熱コイルユニット２００、赤外線センサユニット１７０などを冷却する。排出時は、トッププレート２に当たってトッププレート２を冷却し、四方に分散して加熱コイル２０１とトッププレート２を冷却しながら、加熱コイル２０１とトッププレート２との隙間を通り、その後、排気口５から排出される。

加熱コイルユニット２００のコイルベース２０３に載置される加熱コイル２０１の内側コイル２０１ａにも下から冷却風４０６が当たって冷却される。内側コイルと外側コイル２０１ｂの隙間２１０ａからトッププレート２へ流れて、加熱コイル２０１が冷却される。

上記した本実施例によれば、トッププレートの赤外線透過特性に影響される事無く、前記トッププレートを介して鍋底の温度を低い温度から正確に検出することができる。

１ 本体
２ トッププレート
１２ 赤外線センサ
１７０赤外線センサユニット
２０１加熱コイル
２０１ａ内側コイル
２０１ｂ外側コイル
２０１ｄ内径
２０１ｅ外径
２０１ｆ円弧状底面部
２０３コイルベース
２０３ａリブ
２０３ｃ底面
２０３ｅ内周部
２０３ｆ外周部
２０３ｇ開口部
２０３ｈリブ先端
２６０電磁シールド部材
２０９フェライト
２０９ａ頂点
２０９ｂ直径
２０９ｃフェライト底面
２１０ａ隙間
４０１冷却ファン
５０１ 鍋
５０８ 導光筒
５０９ 絞り部
５０９ａ赤外線透過窓
Ｄ１ 内側コイル幅
Ｄ２ 隙間幅

Claims (3)

1. 本体の上面に配置され、鍋を載置する領域からの赤外線を透過する赤外線透過領域を備えたトッププレートと、
   前記トッププレートの下方に設けられた加熱コイルと
   絞り部を有し、前記赤外線透過領域を透過した赤外線が通過する導光筒と、
   前記導光筒の下方に設けられ、赤外線の一部をカットする光学特性を有する窓部と、
   前記窓部の下方に設けられた赤外線センサと、を備え、
   前記導光筒および前記絞り部は一体であり、樹脂で構成されている、誘導加熱調理器。
2. 請求項１に記載の誘導加熱調理器において、
   前記絞り部は、前記加熱コイルの底面より下方に位置する、誘導加熱調理器。
3. 請求項１または２に記載の誘導加熱調理器において、
   前記導光筒と接触する防磁部を備え、
   前記防磁部は金属製である、誘導加熱調理器。

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