JPWO2012046267A1 - 加熱調理器 - Google Patents

Abstract

調理物の温度を検出することで、調理物に起因する発火や誤使用による発火を防止するとともに調理物の温度を制御することのできる、ラジエントヒータを備える加熱調理器を提供する。トッププレート１１の裏面に直接又は間接に接触してトッププレート１１の温度を測定する感温素子２と、一端側がヒータユニット２０に支持され、他端側で感温素子２をトッププレート１１に押し付けるばね部３５と、ヒータユニット２０をトッププレート１１に向けて押し付けるばね２７と、を備える。ばね部３５が感温素子２をトッププレート１１に押し付ける弾性力Ｎ１が、ばね２７がヒータユニット２０をトッププレート１１に向けて押し付ける弾性力Ｎ２よりも小さい。

Description

本発明は、家電用、業務用の加熱調理器に関し、ラジエントヒータを備え加熱温度を制御できる加熱調理器に関するものである。

一般に、加熱調理器は加熱源としてガスを使うものと電気を使うものに分かれている。
電気を使う加熱調理器は、誘導加熱によるものと（ＩＨ（Induction Heating）調理器）と、電気コンロ、ラジエントヒータに代表される輻射加熱によるものがある。
電気コンロやラジエントヒータはＩＨ調理器に比べ、製造コストが１／１０程度であり、鍋などの調理容器の材質を選ばないという特徴があるものの、調理物に対する安全装置（例えば、天ぷら油火災、焦げ付き防止、鍋なし調理防止）が無く、さらに調理コントロール（天ぷら、湯沸し）の機能を備えていない。
ＣＯ_２削減が叫ばれる中、化石燃料を使うガス調理器から電気を使う調理器への買い換えが進まないのも、安全装置・調理コントロール機能が完備されたＩＨ調理器具はガス器具に比べて高価であることと、安価である電気コンロやラジエントヒータは安全装置が不十分であるために天ぷらなどの揚げ物を調理できない、あるいは調理コントロールができないという不便さを伴うこと、が一因にある。

図１２に示すように、ＩＨ調理器２００は、ＩＨ加熱コイル２０１の温度検出のための温度センサ２０２に加えて、調理物の温度を検出するための複数個のキノコ状の温度センサ２０３を調理容器Ｐが載せられるガラス製のトッププレート２０４の裏面に貼付け、また、中央には赤外線センサ２０５を設置している。さらに、トッププレート２０４の裏面には振動センサ２０６を設置して、湯沸しの沸騰振動を検出する。このように、ＩＨ調理器２００は、複数種の検出手段の一つ又はこれらを組み合わせて機能させることにより、調理をする者の使用状況に敏感に対応することができる。

図１３に一般的なラジエントヒータを備える加熱調理器１００の構造を示している。
ヒータユニット２０は、加熱コイル２１の下方の一部が断熱材からなる基部２３に埋設して固定され、この基部２３の裏面を金属製のカバー２５が保護・保持している。基部２３の周縁にはスペーサ２４がトッププレート１１に向けて立ち上る。スペーサ２４は基部２３とトッププレート１１との間に所定の空隙を設けるために設けられる。スペーサ２４は、基部２３と一体的に形成されていてもよいし、別体として作製され基部２３に組み付けられてもよい。ヒータユニット２０は、その下面を支持するばね２７によりガラス製のトッププレート１１に対して押し付けられている。したがって、ヒータユニット２０はばね２７の伸縮に伴って昇降が可能である。これは、加熱コイル２１の温度上昇・降下に伴って基部２３、カバー２５及びトッププレート１１に生じる熱膨張・収縮による歪から、基部２３やトッププレート１１が破損するのを避けるためである。また、ばね２７は、鍋などの調理容器が落下した時にトッププレート１１の撓みを吸収する作用も果たす。
加熱調理器１００は、基部２３の上面にサーモスタット２９を備えている（例えば、特許文献１、特許文献２）。サーモスタット２９は、加熱コイル２１のパワーが強く、急速加熱ができるハイパワータイプの加熱調理器１００に設けられる。加熱コイル２１の出力を制御しないと、トッププレート１１の温度がガラスの耐熱温度を超えるおそれがあるからである。そこで、サーモスタット２９により加熱コイル２１の温度を制御することで、トッププレート１１の温度がガラスの耐熱温度を超えないようにしている。したがって、サーモスタット２９は、加熱コイル２１のパワーが低い加熱調理器１００には必要がない。

特開２００３−１０６５３７号公報（図３ ロッドレギュレータ１６０） 特開２００３−３０３６６３号公報（図１ センサ６１）

従来のハイパワータイプの加熱調理器１００は、サーモスタット２９を備える。しかしこれは、加熱コイル２１の温度がガラスの耐熱温度を超えないように、加熱コイル２１に通電する通電量を制御しているだけであり、調理中の調理物の温度を検出することはできない。したがって、従来の加熱調理器１００は、調理物に起因する発火や誤使用による発火を防止すること、さらに調理物の温度を制御すること、ができなかった。

本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、調理物の温度を検出することで、調理物に起因する発火や誤使用による発火を防止するとともに調理物の温度を制御することのできる、ラジエントヒータを備える加熱調理器を提供することを目的とする。

ラジエントヒータを備える加熱調理器において、調理物の温度を検出するためには、感温素子を設けることが想定される。しかし、これにはクリアすべきいくつかの問題点がある。
一番基本的な問題点は、トッププレートに対する感温素子の接触状態の維持の仕方である。
ラジエントヒータのヒータユニットは、まず加熱コイルをあらかじめ最終の形状に成型したものを型に仮固定し、型に基部を構成する断熱材の材料を流し込み圧縮成型し、最後に焼き固める工程を経て作製される。このために、ヒータユニットは寸法公差が大きい。なおかつ、断熱材からなる基部には加熱コイルの加熱に応じて膨張・収縮が起きる。トッププレートと基部（断熱材）の線膨張係数の相違によるトッププレートや基部の破損を避けるために、トッププレートと基部（スペーサ）の間に隙間があると、加熱コイルによって生じた熱が周囲に洩れる。そうすると、周囲に配置された制御機器や配線を壊すおそれがあるとともに、熱が浪費されることで調理物に必要な加熱が効率的に与えることができない。
トッププレートを基部に対して固定した場合には、ガラスの耐熱温度に達しなくても、前述したようにトッププレートが破損するおそれがある。そのために、トッププレートと基部（断熱材）の線膨張係数の違いに加えて、ヒータユニットの寸法公差が大きいことにより生ずる応力を緩和する必要がある。したがって、上述したように、ヒータユニットをトッププレートに対して弾性力による押し付ける構造を採用する必要がある。

一方で、感温素子の設置にも配慮が必要である。感温素子をトッププレート中に埋設して固定することが考えられる。しかしこの方法は、トッププレートと感温素子間の線膨張係数の相違による応力を何らかの方法で解消しなければならず、しかも、トッププレートの組み立て性やメンテナンス性で劣るため現実的ではない。
このため、ヒータユニット側に感温素子を配置し、トッププレートに対して感温素子を接触させることが好ましい。そして、トッププレートとヒータユニット（基部）との線膨張係数の相違、さらにはヒータユニットの公差を吸収するために、弾性力により感温素子を押し付けてトッププレートに接触させることが必要である。
しかもこの弾性力Ｎ１は、ヒータユニットをトッププレートに押し付ける弾性力Ｎ２より弱く設定する必要がある。そうしないと、トッププレートとヒータユニットが離間してしまうからである。

本発明におけるラジエントヒータが、加熱コイルと、断熱材からなり加熱コイルを支持する基部と、を備える場合、感温素子からの電気信号を伝える一対のリード線が、基部を貫通して基部の裏側に引き出されることが好ましい。
ラジエントヒータに使われるトッププレートの耐熱温度は、例えば６００℃程度のもの、８００℃程度のものがある。加熱コイルの発熱温度は当然これより高く、７００℃〜９００℃程度に至るものもある。このため、ラジエントヒータ内部の温度分布は、ヒータ線が一番高く、次にトッププレートの裏面、トッププレートの表面、調理容器、及び調理物の順に低くなる。
また、加熱調理器の平面方向の温度分布については、全体的に平均的な温度分布を得るためにヒータユニットの中央部に加熱コイルを配することがないので、中央部と外周部の温度はほぼ同じになっているが、トロイダル状に巻き回された加熱コイルの外周付近と内周付近が最も温度が高くなる。
他方、感温素子によりトッププレートの温度を検出できるのは、感温素子とトッププレートの接触点を中心にせいぜい３〜５ｃｍ程度の局部的な範囲に留まるので、大きな意味でトッププレートの平均温度を検出できるとは言い難い。このため、トッププレートの平面方向の中央部に感温素子を１個代表して設置する場合、巻き回された加熱コイルの中心から適当な半径上に感温素子を複数個設置する場合、これらを複合する場合などがある。
感温素子を中央部に配置する場合に、感温素子で検出した温度情報を信号として外部に伝える引き出し線を、トッププレートの裏面に沿って通線することが考えられる。しかし、前述したように、トッププレートの裏面は温度が高い領域であるから、リード線には必然的に耐熱温度が高いものが必要となる。また、この場合、リード線は巻き回された加熱コイルの半径以上の長さが必要となるので、耐熱材料を多く使用することによるコスト高と、リード線が長くなることに起因する線抵抗の影響がでてくる。また、ヒータの直径はヒータの消費電力に応じて数種類あり、直径に応じて線の長さを取り揃えなければならない。他方、トッププレートの裏面はガラスの耐熱温度を上げるためにディンプル加工によって凹凸が付けられたものもあり平面で構成されているとは限らない。
以上を考慮すると、感温素子をラジエントヒータ中央部に配置する際は、そのリード線は基部（断熱材）を貫通してその裏側に引き出されるように通線することが好ましい。この場合、リード線のほとんどの部分が基部の内部に配置されることになるので、耐熱性は低くてよい。また、基部を貫通する長さがあれば足りるので、コストを低減できるとともに、線抵抗の影響も少なくなる。また、この場合、リード線の形状・寸法などの仕様が統一し易い。
逆に、感温素子を円周上に複数個配置する場合は、加熱コイルを避けて絶縁して基部内を通線しなければならないので加工の手間が非常に多い。したがって、トッププレートの裏面を外周に向けて通線したほうが形状・寸法の統一、材料の消費、リード線の長さに起因する線抵抗への影響が少なくなる。

本発明の加熱調理器において、ラジエントヒータは、加熱コイルと、加熱コイルを支持する断熱材からなる基部と、を備える場合の第１弾性体は以下の構成とすることができる。すなわち、第１弾性体は金属製の一対のばね片により構成され、各々のばね片の一端側に固定されるセラミックス製の支持体上に感温素子が支持される。そして、この感温素子からの電気信号を伝える一対のリード線が、一対のばね片の各々に接続される。各々のばね片には、一体的に繋がるか又は接続されて繋がる金属製の一対の脚が、基部を貫通して基部の裏側に引き出される。ばね片をリード線として代用するものである。
第１弾性体を金属製のばねから構成する場合、析出硬化型Ｎｉ合金によりばねを作製するのが好ましい。析出硬化型Ｎｉ合金により構成されたばねは、調理に伴い加熱されても弾性力を維持できる。

本発明において、基部とトッププレートの間にサーモスタットが設けられる場合には、一対のリード線同士の間、又は、一対の脚の間にサーモスタットを配置することが好ましい。
前述したように、ハイパワータイプのラジエントヒータの場合に、トッププレートの温度上昇をトッププレートの耐熱温度以下に抑制するサーモスタットを基部とトッププレートの間に設けることがある。この場合には、このサーモスタットを、一対のリード線同士の間、又は、一対の脚の間にサーモスタットを配置することにより、サーモスタットと、リード線又は脚との干渉を回避することが好ましい。

本発明において、サーモスタットの移動を拘束する台座を備えることが好ましい。そしてこの台座は第１弾性体に固定することができる。この台座は、トッププレート上に鍋などの調理容器が落下して衝撃を受けた際に、サーモスタットが跳ね返ったり、触れ回ったりするのを防止する機能も果たす。

本発明において、感温素子の周囲に断熱材が配置されていることが好ましい。
サーモスタットによりヒータがＯＮ・ＯＦＦ制御されるときに、感温素子がその影響を受けトッププレート裏面の温度を正しく検出できなくなるおそれがある。そこで、加熱コイルからの熱影響を感温素子に極力伝えずにかつ、トッププレートを介して表側にある調理物の温度を計測するために、感温素子の周囲に断熱材が配置されていることが好ましい。

本発明において、感温素子は、耐熱材からなるケースの内部に収容されることが好ましい。
トッププレートに使われるガラスは鍋などの調理容器の落下による衝撃に対して、ある程度の落下回数や鍋の重量まではガラスが割れてはならない。なぜならガラスが割れることで調理者が怪我をする恐れがあるからである。ＪＩＳ（Japanese Industrial Standards：日本工業規格）にもこれに類する規格がある。
ヒータユニットは弾性体によりトッププレートに押し付けられているため、トッププレートに落下衝撃があると一旦下方に押し下げられるが、弾性体の反発によりヒータユニットがトッププレートに向けて跳ね返ってくる。
その際に、感温素子にも同様な動きが生じてトッププレートに衝突するのに加えて、さらに跳ね返ってきたヒータユニットとトッププレートとの間に挟まれることがある。この際の衝撃力が感温素子の耐久力を上回ると、感温素子が破壊されることになる。これを防止するには、感温素子を強度的に補強するためのケースに収納することが好ましい。

一般的な感温素子としては、熱電対、白金抵抗体、サーミスタが用いられる。
この中で熱電対は、温接点と冷接点を作るために一連の通線が必要であり本案のような通線は難しい、冷接点を別の温度センサで温度補償しなければならない、起電力が数ｍＶ程度であり高倍率・高精度の電圧増幅器が必要になる、など色々手間がかかる。
これに対して白金抵抗体及びサーミスタは温度信号を抵抗値として出力するため、通線上の問題は熱電対に比べればはるかに小さい。しかし、ラジエントヒータで使うにはマイナスの領域から６００℃程度の広い領域に感温特性が対応するものでなければならない。
特に、安全装置として使う場合には感温素子の断線やショートなどの故障検出をすることが必須であり、電圧コンパレータなどの手段で感温素子の抵抗値が有り得ない極低温や超高温を示した際には感温素子が故障していると判断する必要がある。
このように広範な温度領域に対応するために、白金抵抗体又はサーミスタの抵抗−温度係数を小さくする必要がある。そうすると、１℃あたりの抵抗変化量が少なくなるために電圧信号に置き換えた場合、高精度・高倍率の電圧増幅器を用いて電圧を増幅しＡＤコンバータに入力する必要があり、温度信号の処理には熱電対同様に手間が掛かる。
これに対して本発明の加熱調理器は、感温素子に温度検出電流を供給する通電回路と、感温素子が検出した温度情報をアナログ電圧信号として入力されるＡＤコンバータと、ＡＤコンバータで変換されたディジタル信号を温度に換算して制御動作を行うコントローラと、を備え、通電回路は、コントローラの指示に基づいて感温素子にパルス状の温度検出電流を供給するものであることが好ましい。

以上の通り本発明により安価であることを一つの特徴とする従来のラジエントヒータのトッププレート裏側に調理物の温度を間接的に検出する温度センサを設けることで安全機能と便利機能を加熱調理に加えることができ、電気式加熱調理器の普及に寄与するものである。

本発明の第１実施形態に係る加熱調理器の主要構成を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）は温度センサユニットの斜視図である。 第１実施形態の温度センサに用いられる感温センサ素子ユニットを示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は（ａ）の２ｂ−２ｂ矢視断面図（ただし、金属保護管４は除く）である。 第１実施形態の加熱調理器を用いて、天ぷら油を加熱したときの油温と感温素子の検出温度の関係を示すグラフである。 第１実施形態の変形例を示す断面図である。 第１実施形態のその他の変形例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態に係る実施の形態における加熱調理器の主要構成を示す断面図である。 第２実施形態に係るセラミックスケースの構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）の７ｂ−７ｂ矢視断面図である。 第２実施形態の変形例を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）は温度センサユニットの斜視図である。 図６の加熱調理器及び図８の加熱調理器を用い、（ａ）は天ぷら油を加熱したときの油温と感温素子の検出温度の関係を示すグラフ、（ｂ）は水を加熱したときの水温と感温素子の検出温度の関係を示すグラフである。 温度センサへの通電回路構成を示す図であり、（ａ）は低電流直流通電を行なう回路、（ｂ）は高電流パルス通電を行なう回路を示し、（ｃ）は（ｂ）の通電回路による電流印加パターンを示す図である。 （ａ）は図１０（ａ）の回路で通電を行なった場合のＩ−Ｖ特性、動作線を示すグラフであり、（ｂ）は図１０（ｂ）の回路で通電を行なった場合のＩ−Ｖ特性、動作線を示すグラフである。 従来のＩＨ加熱調理器の主要構成を示す断面図である。 従来のラジエントヒータを備えた加熱調理器の主要構成を示す断面図である。

以下、実施形態に基づいてこの発明を詳細に説明する。
＜第１実施形態＞
本実施形態による加熱調理器１０は、感温素子をトッププレートの平面方向の中央部に配置し、かつサーモスタットがないタイプの例を示す。
加熱調理器１０は温度センサユニット３０を除く構成が図１３で示した加熱調理器１００と同じである。すなわち、図１（ａ）には温度センサユニット３０近傍のみを示しているが、加熱調理器１０は、鍋などの調理容器Ｐを載せるトッププレート１１と、調理容器Ｐを加熱する加熱コイル２１と、加熱コイル２１を保持する耐熱絶縁材料から構成される基部２３と、基部２３をトッププレート１１に押し付けるばね２７と、を備えている。このばね２７が第２弾性体を構成する。平面形状が略円形の基部２３の外周縁にはトッププレート１１に向けて立ち上がるスペーサ２４を備えており、このスペーサ２４の先端がトッププレート１１の裏面に突き当てられる（図１３）。スペーサ２４を除く基部２３とトッププレート１１の間には空隙が設けられ、この空隙内に加熱コイル２１が露出している。

温度センサユニット３０は、支持フレーム３１と、温度センサ３７と、から構成される。
支持フレーム３１は、例えば高温強度に優れる析出硬化型のＮｉ基合金からなる板材を曲げ加工して一体的に作製されたものであり、固定部３３とばね部３５とから構成される。析出硬化型のＮｉ基合金としては、ＪＩＳ ＮＣＦ７５０，７５１，８０Ａなどを用いることができる。なお、ばね部３５が本発明の第１弾性体を構成する。
固定部３３は、互いに平行に対向して配置され、各々が基部２３に形成される貫通孔（図示なし）内に収容される一対の脚３３１，３３１と、脚３３１，３３１の下端から上方に向けた折り返し３３２，３３２と、から構成される。
ばね部３５は、互いに対向して配置され、各々が脚３３１，３３１の上端に接続されるＬ字状に屈曲する一対のばね本体３５１，３５１と、ばね本体３５１，３５１の上端同士をつなぐ接続片３５２と、から構成される。

温度センサ３７は、センサ本体３８と、センサ本体３８に電気的に接続される２本で一対のリード線３９から構成される。
温度センサ３７は、センサ本体３８が、温度センサユニット３０の接続片３５２の上面に配置される。リード線３９は、接続片３５２に形成された貫通孔（図示せず）を通って、接続片３５２よりも下方に引き出される。

温度センサユニット３０は、以下のようにしてヒータユニット２０に組み付けられる。
ヒータユニット２０の基部２３の平面方向の中央に設けられる突部２６には、固定部３３の脚３３１，３３１が通る一対の貫通孔（図示省略）が形成されている。温度センサユニット３０の脚３３１，３３１を突部２６の上方からこの貫通孔に挿入する。脚３３１，３３１は、基部２３の突部２６の厚さとほぼ等しい長さに設定されており、貫通孔を脚３３１，３３１の下端の折り返し３３２，３３２が通過すると、折り返し３３２，３３２が基部２３（カバー２５）の下面に係止され、また、脚３３１，３３１の上端に繋がるばね本体３５１，３５１の下端が基部２３の上面に係止されることで、脚３３１，３３１は基部２３に保持される。
この状態で、ばね部３５は基部２３とトッププレート１１の間の空隙内に配置され、ばね部３５の接続片３５２の上面に配置されるセンサ本体３８は、トッププレート１１の下面に接触する。ばね部３５のばね本体３５１，３５１は、自由状態よりも上下方向に圧縮されている。したがって、トッププレート１１とヒータユニット２０を互いに遠ざける向きに弾性力が働いている。この弾性力により、センサ本体３８をトッププレート１１の下面に押し付けられる。この弾性力Ｎ１は、基部２３をトッププレート１１に押し付けるばね２７の弾性力Ｎ２よりも小さく（Ｎ１＜Ｎ２）設定される。これが逆の関係（Ｎ１≧Ｎ２）になると、基部２３（スペーサ２４）がトッププレート１１から離れてしまう。

温度センサ３７のセンサ本体３８に接続されるリード線３９は、基部２３に形成された貫通孔（図示せず）を通って基部２３の裏側まで引き出され、制御部へ続く配線に接続される。貫通孔がリード線３９の径よりも大きく形成されているので、リード線３９は貫通孔を軸方向に移動可能である。

本実施形態に係る温度センサ３７は、６００〜８００℃の高温環境下においても検出温度の精度を安定して保つことができるものであり、以下の構成を備えていることが好ましい。
図２に示すように、温度センサ３７は、センサ素子ユニット１と、リード線３９の後方側の一部を除いてセンサ素子ユニット１を収容する金属保護管４とから構成される。センサ素子ユニット１と金属保護管４により、センサ本体３８を構成する。
センサ素子ユニット１は、温度によって電気抵抗が変化する感温素子２と、感温素子２に電極３を介して電気的に接続される一対のリード線３９と、感温素子２と電極３から所定範囲内のリード線３９とを封止する被覆材５とを備える。リード線３９は、被覆材５の封止端６から引出される。

感温素子２としては、サーミスタを用いることが好ましいが、温度によって電気抵抗が変化するものを広く適用できる。５００〜１０００℃の高温域で使用される場合、サーミスタとしては、例えば本発明者が先に特許文献２で開示したＹ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣａおよびＯを含み、Ｙ：Ｃｒ：Ｍｎ：Ｃａのモル比が７５〜８５：７〜１０：７〜１０：１〜５である金属酸化物を用いることが好ましい。この金属酸化物から構成される感温素子２は、１０００℃以上の高温まで温度測定が可能である。ただし、これはあくまで例示であり、他のサーミスタを用いることもできることは言うまでもない。

リード線３９としては、白金又は白金合金を用いることができる。白金合金としては、イリジウムを１〜２０ｗｔ％含有するものが高温耐久性の観点から好ましい。

被覆材５は、非晶質ガラス又は結晶化ガラスから構成される。それぞれを単独で用いることもできるが、所望の熱膨張係数を有するように非晶質ガラスと結晶化ガラスとを混合して用いることもできる。

このセンサ素子ユニット１は、セラミックからなる封止端密閉体７と、封止端密閉体７より後方において一対のリード線３９が貫通して収容されるリード線保護管８とを備える。封止端密閉体７とリード線保護管８とから、本発明の遮蔽体が構成される。
センサ素子ユニット１と金属保護管４の間に設けられる封止端密閉体７は、外形が円錐台形をなし、被覆材５の後端側を取り囲んで封止端６を密閉する。したがって、リード線３９間に導電性の組成物が付着することがない。封止端密閉体７は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等のセラミックからなる。

封止端密閉体７に続く円筒状のリード線保護管８は、一対のリード線３９が収容、保持される２つの保持孔８ｈが軸方向に貫通して形成される。保持孔８ｈ内において、リード線３９を除く隙間には、セラミックからなる充填材９が介在する。
リード線保護管８は、リード線３９を保護するために、温度センサ３７の使用時にリード線３９の温度が５００℃以上となる領域を収容できる長さを有していることが好ましい。
なお、リード線保護管８及び充填材９も、封止端密閉体７と同様にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等により構成される。
温度センサ３７は、予め一体に形成されたセンサ素子ユニット１を別途形成された金属保護管４に挿入、固定することにより製造される。このとき、封止端密閉体７とリード線保護管８とからなる遮蔽体の部分と金属保護管４の間には隙間を設けることにより、遮蔽体を金属保護管４内に遊嵌させる。

温度センサ３７は、リード線３９の後方側の一部を除いてセンサ素子ユニット１を収容する金属保護管４を備える。金属保護管４は、ステンレス合金、Ｎｉ基超合金、その他の耐熱合金から構成される。

金属保護管４は、感温素子２、リード線３９を保持することと、金属保護管４外部からの機械的応力からこれら収容物を保護するために設けられる。
金属保護管４はパイプ状の物であり、温度を計測する感温素子２を収納する一端（先端側）が閉塞（密閉）されており、他方の端（後端側）はリード線３９を引き出すために開放されている。

金属保護管４の先端側が密封されているのは、高温下における酸化・還元・硫化などの様々な雰囲気から感温素子２を収容する金属保護管４内の一定した環境を隔離するためである。
このような役目を果たす金属保護管４に感温素子２を収納し高温を計測する場合、高温になる金属保護管４の先端において金属保護管４の外周面と内周面の両方で酸化や還元に伴い金属の放出（蒸発）が起きる。特に金属保護管４の内周面は密閉された環境になるので、外周面に比べると金属蒸発量が多くなる。

一方、温度分布は後端に近いほどより低温になるので、金属保護管４の後端に近くなるにつれ金属蒸発量が少なくなる。このことは、一例としてクロムの付着量により説明することができる。

リード線３９から金属が蒸発すると被覆材５との間に隙間ができてしまい、感温素子２に通電した際には、高温マイグレーションの原因になる。
以上より、高温度下において金属が蒸発してリード線３９が細くなるのを抑制するとともに、リード線３９から蒸発した金属が他の場所に飛来するのを防止し、なおかつ、金属保護管４から飛来する金属とリード線３９から蒸発した金属とをリード線３９間に付着させない構造にすることが好ましい。さらに、リード線保護管８から露出されるリード線３９の温度が、金属が蒸発しないか、したとしても極微量に抑えられる例えば４００℃以下となるように温度センサ３７を構成することが好ましい。

図３は、本実施形態による加熱調理器１０を用いて加熱した天ぷら油の油温と温度センサ３７の検出温度の関係を示す。横軸は経過時間、縦軸は温度を示す。なお、調理容器Ｐを設けないで測定した温度センサ３７の検出温度も測定した。
図３は、油温と温度センサ３７の検出温度には一定の相関関係があることを示している。また、鍋が無い場合も油温を検出する特性と異なる特性カーブで温度センサ３７が温度検出する。つまり、本実施形態に係る加熱調理器１０（温度センサ３７）によりトッププレート１１の温度を検出することで、調理物の温度が間接的に検出できるようになる。したがって、発火を防止することができることはもちろん、調理容器Ｐをトッププレート１１に載せないといった誤使用による発火を防止するとともに、調理物の温度を制御することができる。
もし、調理物の温度検出ができない場合には、油温はラジエントヒータ線の加熱に応じて上昇し、油温３００℃を越えるあたりから白煙を出し始め３３０℃付近で発火する。

以上の加熱調理器１０は、センサ本体３８をトッププレート１１に押し付ける弾性力を板ばねにより得ているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図４に示すように、つるまきばね１３５の上端でセンサ本体１３８を支持する一方、つるまきばね１３５の下端を基部２３（突部２６）上で支持することで、温度センサ１３７を構成することができる。なお、つるまきばね１３５は自由状態よりも圧縮されている。一対のリード線１３９，１３９は基部２３を貫通して基部２３の裏側に引き出されている。
また、センサ本体３８をトッププレート１１に押し付ける弾性力を得るばねを、基部２３とトッププレート１１との間に設けているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図５に示すように、基部２３、フレーム２３３を貫通する支持バー２３６の上端にセンサ本体２３８を配置する。支持バー２３６にばね係止部材２３４を固定する。ばね係止部材２３４は基部２３とフレーム２３３の間に設けられる。そして、支持バー２３６の周囲であって、ばね係止部材２３４とフレーム２３３の間につるまきばね２３５を配置する。なお、つるまきばね２３５は自由状態よりも圧縮されている。
以上のように構成された温度センサ１３７、２３７によっても、温度センサ３７と同様の効果を奏することができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態は、図６に示すように、サーモスタット２９が基部２３上に設けられているハイパワータイプのラジエントヒータに適応されるものである。なお、第１実施形態と同じ構成要素には、図１、１３と同じ符号を付している。
第２実施形態に係る加熱調理器１１０も、第１実施形態に係る加熱調理器１０と同様に支持フレーム３１のばね部３５によりセンサ本体３８をトッププレート１１に押し付ける。
ただし、第１実施形態においてはセンサ本体３８がトッププレート１１に直接押し付けられていたが、この第２実施形態はセンサ本体３８がセラミックスケース４０の内部に収容されており、セラミックスケース４０を介してトッププレート１１の裏面に接触している。

セラミックスケース４０は、図７に示すように、セラミックス製のベース４１と、ベース４１に対向して配置されるセラミックス製のキャップ４２と、ベース４１とキャップ４２とを固定する金属製の封止管４５と、を備えている。ベース４１、キャップ４２は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化ケイ素（Ｓｉ_３Ｎ_４）等のセラミックからなる。
ベース４１はばね部３５に固定され支持フレーム３１に支持されている。そして、ばね部３５（支持フレーム３１）の上端部分がベース４１を貫通してキャップ４２に形成される収容室４３内に突出している。
収容室４３内には、センサ本体３８が収容されている。センサ本体３８は、図７（ｂ）に示すように、キャップ４２の天井内面に接触するように配置されている。キャップ４２の上面がトッププレート１１の裏面に接触するので、センサ本体３８は、キャップ４２の天井を介してトッププレート１１の裏面に接触する。センサ本体３８とベース４１との間には隙間が設けられている。キャップ４２の上面から衝撃が加えられた場合に、センサ本体３８がキャップ４２の天井とベース４１との間に挟まれて破損するのを防止するためである。
センサ本体３８に繋がるリード線３９は各々ばね部３５に電気的に接続されている。つまり、この実施形態はばね部３５がリード線の役割を担う。

キャップ４２の上面の外周部分には周方向に連なる段差４４が設けられており、封止管４５の上部係止リング４６はこの段差４４においてキャップ４２に係止されている。上部係止リング４６は、周方向に連なり、段差４４の全周に亘って係止されている。封止管４５の下部係止爪４７は、周方向の複数個所に設けられ、ベース４１の下面に係止される。
キャップ４２の段差４４よりも中心寄りの部分は、封止管４５の上部係止リング４６よりも上方、換言するとトッププレート１１に向けて突出している。これは以下の理由による。つまり、金属製の封止管４５は高温下で使用されると表面に酸化膜が形成される。この酸化膜は使用時間に伴って厚くなる。したがって、キャップ４２の上面と封止管４５の上面が面一で作製されていると、封止管４５の上部係止リング４６の上面（トッププレート１１と対向する面）に酸化膜が形成されると、キャップ４２の上面とトッププレート１１の裏面の接触が解かれてしまう。これを防止して、長期に亘るキャップ４２とトッププレート１１の接触を確保するために、キャップ４２の段差４４よりも中心寄りの部分は、封止管４５の上部係止リング４６よりも上方に向けて突出させている。

リード線の役割を果たす一対のばね本体３５１，３５１の間にサーモスタット２９が配置されており、ばね本体３５１，３５１に連なる脚３３１，３３１は基部２３の裏側まで引き出されている。脚３３１，３３１は、カバー２５をも貫通するが、両者は電気的な絶縁が施されている。図８の例も同様である。

本発明は、センサ本体３８の全体をセラミックスケース４０で覆うことに限定されず、図８に示すように、絶縁材からなる埋設部４８にセンサ本体３８の下方の一部を埋設した加熱調理器１２０にすることもできる。埋設部４８から露出するセンサ本体３８の上端がトッププレート１１に押し付けられる。埋設部４８に用いられる断熱材としては、例えばセラミックスファイバからなる不織布を用いることができる。
図８に示す例では、セラミックス製の台座４９を一対のばね本体３５１，３５１の間に設けている。台座４９は収容溝５０を備える。台座４９は突部２６から浮き上がらないように、台座４９自体を突部２６に固定するか、脚３３１を突部２６に対して又はカバー２５に対して固定する。サーモスタット２９はこの収容溝５０内にその一部が収容される。そうすることで、トッププレート１１上に鍋などの調理容器Ｐが落下して衝撃を受けたとしても、サーモスタット２９が基部２３から受ける力によりトッププレート１１に向けて跳ね返ったり、触れ回ったりするのを防止するとともに、支持フレーム３１（ばね部３５）と接触するのが防止される。
基部２３とトッププレート１１の間に位置するばね本体３５１，３５１を利用して台座４９を設けているが、図５に示すようにつるまきばね２３５が基部２３よりも下方に設けられる形態では台座４９を設けることによるサーモスタット２９の跳ね返り等の防止は困難である。
また、図８に示す例について、図６、図７に示すセラミックスケース４０でセンサ本体３８を収容することができるし、図６、図７に示す例について、図８に示すようにセンサ本体３８の上部を露出させることもできる。

図９（ａ）は、加熱調理器１１０（「断熱材無し」）と加熱調理器１２０（「断熱材有り」）の感温特性の違いを評価した結果を示す。図９（ａ）のグラフは、加熱された天ぷら油の油温と、各調理器の温度センサで検出した温度を示す。
図９（ａ）より、断熱材を設けることで、ヒータの通電をＯＮ・ＯＦＦすることによる感温素子への温度リップルの影響を低減でき、温度検出性能に優れることが確認された。

次に、図９（ｂ）は、湯沸しを行った場合の感温特性を示す。
図９（ｂ）において、実際に湯沸しを行った場合の検出温度の推移は、「温度センサ（湯沸し）」が付された曲線で示されている。また、沸かされた水の温度は、「水温」が付された曲線で示されている。
水の温度が上昇し沸騰状態になると「水温」は１００℃で一定の温度を示すようになる。このとき「温度センサ（湯沸し）」は少し遅れて一定の温度を示すようになる。したがって、一定の温度になったことで、水が１００℃で沸騰していることを検出できる。さらに沸騰を続け水がどんどん蒸発して鍋が空になってくると『空焚き』ポイントを過ぎて「温度センサ（湯沸し）」が検出する温度が急激に上昇を始めるので、鍋が空になったことを検出することもできる。例えば、煮物を調理中に煮物の水分が全て蒸発してしまい、焦げ付き始めても同様な温度上昇の挙動を観察できる。

また、図９（ｂ）には、鍋をトッププレート１１に載せないで加熱する場合（「温度センサ（鍋なし）」）、さらに、最初から空の鍋を加熱する場合（「温度センサ（水なし）」）、も合わせて掲載している。どちらも一気に５００℃を超える温度上昇が起きるので、これを検出することで誤使用を検出することができる。

以上のように、本発明によれば、沸騰検出に基づいて調理物を保温する便利機能、さらに焦げ付き検出や水無し検出などの便利機能と安全機能を兼備することができる。

図１０に、加熱調理器１２０において感温素子にサーミスタを用いた場合のパルス通電回路を示す。
図１１（ａ）には、本実施形態に係るサーミスタの２５℃、２００℃、４００℃、６００℃、８００℃の静止空気中でのＩ−Ｖ（電流−電圧）特性を示す。このＩ−Ｖ特性は、サーミスタに定電流を通電したときのサーミスタの端子電圧を、縦軸が電圧値、横軸が電流値の両対数グラフにプロットしたものである。
図１１（ａ）に示すように、ジュール熱で自己発熱しない間は、サーミスタに定電流を通電する電流値に応じて右斜め４５°に電圧値が上昇する。やがて徐々にジュール熱によりサーミスタが自己発熱を開始すると電圧値の上昇がにぶり、やがて電圧極大点を通過すると電圧値が下降に転じる。一般的にサーミスタはこのようなＩ−Ｖ特性を示す。
さらに、図１１（ａ）のグラフには、本実施の形態に係るサーミスタがその消費電力に応じて周囲温度から０．５℃、１℃、５℃、１０℃温度上昇する消費電力を表示する左斜め上がりのプロットを示す。例えば０．５℃上昇とは、周囲温度が２５℃であるにも拘わらずサーミスタの温度が２５．５℃になることを示し、周囲温度２５℃より０．５℃高い温度を検出することになる。
一般的に言われるサーミスタの熱放散定数（Ｗ／℃）とは、サーミスタがジュール熱により１℃自己発熱した時のことを言う。定数なので本来自己加熱温度は左斜め４５°上がりになるが、広い温度範囲で測定すると、静止空気中とはいえ実際の測定において熱の伝熱形態（伝導・対流・輻射）が微妙に変化するため、図１１（ａ）で示すような結果になることが多々ある。
さらに図１１（ａ）には、単体ではこのようなＩ−Ｖ特性を示すサーミスタを、図１０（ａ）に示す通電回路Ｃ１に接続し、増幅器Ａに入力される電圧値とサーミスタに流れる電流値をＩ−Ｖ特性図上にプロットしたサーミスタの動作線を示す。

サーミスタに通電する電流を制限する直列抵抗Ｒの抵抗値は、サーミスタのＩ−Ｖ特性で示される自己発熱量が許容誤差以下になるように適切に選ばれる。
この実施形態の場合、周囲温度２５℃〜２００℃の間で自己加熱温度が最大になるが、その値は０．５℃以下であることが図１１（ｂ）に示されている。
また、同時にＩ−Ｖ特性と動作線の交点は、図１０（ａ）で示した通電回路Ｃ１で温度測定した際に増幅器Ａに入力される電圧値を示す。例えば、周囲温度２５℃であれば、電圧値は３．８Ｖ、２００℃であれば０．８Ｖである。
図１１（ｂ）には図１１（ａ）で示したのと同じサーミスタの２５℃、２００℃、４００℃、６００℃、８００℃の静止空気中でのパルスＩ−Ｖ特性を示す。このパルスＩ−Ｖ特性は、サーミスタに通電する期間（ＯＮ）、通電しない期間（ＯＦＦ）から構成される通電周期を決めたパルス定電流を通電したとき、通電周期に応じてパルス状に発生するサーミスタの端子電圧を、縦軸がパルス電圧値、横軸がパルス電流値の両対数グラフにプロットしたものである。
ＯＮ期間中にも僅かずつサーミスタは自己発熱するので、通電時間が長いと大きく自己発熱してしまう。そこで、パルス通電することにより、通電をＯＦＦする期間を設けてサーミスタを冷却する。
ジュール熱で自己発熱しない間は、サーミスタにパルス定電流を通電する電流値に応じて右斜め４５°に電圧値が上昇すること、やがて徐々にジュール熱により自己発熱を開始するとパルス電圧値の上昇がにぶること、電圧極大点を通過するとパルス電圧値が下降に転じること、はパルス通電であっても同様に生じる。

さらに、図１１（ｂ）のグラフにも図１１（ａ）と同様にサーミスタがそのパルス通電による消費電力に応じて周囲温度から０．５℃、１℃、２℃、３℃温度上昇する消費電力を表示する左斜め上がりのプロットを示す。
図１１（ａ）と図１１（ｂ）を比較すると、パルスで通電したほうが同じ消費電力でも温度上昇が小さくなる。このため、パルスＩ−Ｖ特性の方が連続通電によるＩ−Ｖ特性と比較して電圧極大点がはるかに大きくなる。
さらに図１１（ｂ）には、単体ではこのようなパルスＩ−Ｖ特性を示すサーミスタを、図１０（ｂ）に示す通電回路Ｃ２に接続した時に、ＡＤコンバータＣＶに入力される電圧値とサーミスタに流れる電流値をＩ−Ｖ特性図上にプロットしたサーミスタの動作線を示す。

ここで、図１０（ｂ）の回路について説明する。
通電回路Ｃ２は、第１通電回路Ｃ２１及び第２通電回路Ｃ２２からなる２つの通電回路におけるトランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を、コントローラＣＴＲからの信号で切り替えられる。
第２通電回路Ｃ２２は高温側を測定するものであり、電流制限抵抗Ｒ２の抵抗値は、サーミスタのパルスＩ−Ｖ特性で示される自己発熱量が許容誤差以下になるように適切に選ばれる。本実施の形態の場合は、周囲温度４００℃で自己加熱温度が最大になるが、その値は１℃以下であることが図１１（ｂ）に示されている。
第１通電回路Ｃ２１は低温側を測定するものであり、電流制限抵抗Ｒ１の抵抗値は、図１０（ａ）に示される通電回路Ｃ１の制限抵抗Ｒと同じである。
次に図１０（ｃ）には図１０（ｂ）に示した通電回路において、トランジスタＴｒ１、Ｔｒ２を切り替えてサーミスタへ通電するタイミングを示す。
低温側のトランジスタＴｒ１がＯＦＦし、高温側のトランジスタＴｒ２がＯＮしている時間は、サーミスタ単体でパルスＩ−Ｖ測定する際に使ったパルス定電流の通電周期と同じである。
高温側のトランジスタＴｒ２がＯＦＦし、低温側のトランジスタＴｒ１がＯＮしている時間は、通電回路が図１０（ａ）で示したのと実質的に同じである。したがって、連続通電しても自己発熱は十分小さいので、高温側のパルス通電周期内で低温側の測定が完了すれば、パルス状に通電しても良いし、連続通電しても良い。図１０（ｃ）にはパルス通電した例が示されている。
通電回路Ｃ２が第１通電回路Ｃ２１及び第２通電回路Ｃ２２と２回路あるので、図１１（ｂ）には２本の動作線が示されており、各々の動作線とパルスＩ−Ｖ特性の交点が存在する。
図１０（ｃ）で示される周期で通電すると、１周期の間に高温側、低温側の２つの電圧信号が１回ずつＡＤコンバータＣＶに入力されコントローラＣＴＲにディジタル信号として送信される。
コントローラＣＴＲは、低温側の電圧値が０．２Ｖ未満ならば現在の温度は４００℃以上と判断し、次に入ってくる高温側の電圧値を計算して現在温度を算出する。
逆にコントローラＣＴＲは、低温側の電圧値が０．２Ｖ以上なら現在の温度は４００℃未満と判断してこの低温側の電圧値を計算して現在温度を算出する。
なお、ここでは低温領域及び高温領域に対応するように、第１通電回路Ｃ２１及び第２通電回路Ｃ２２と２組の通電回路を設けたが、例えば測定温度領域を低温領域、中温領域及び高温領域と３つに区分する場合には、３組の通電回路を設けることになる。つまり、本発明の通電回路は少なくとも２組備えていればよく、３組以上通電回路を設けることを許容する。
連続通電で高温領域まで測定するには、図１０（ａ）の通電回路Ｃ１であれば印加電圧５Ｖを例えば０．５Ｖに下げて自己発熱量を抑えるとともに、高精度な増幅器Ａを組み合わせることが必須である。
これに対して、高温領域の測定のみをパルス通電とし、自己発熱を抑えて測定できれば、高精度の増幅器は不要になり経済的に優れた制御回路を提供することができる。
もちろん低温領域から高温領域までパルス通電にて測定してもよい。

１…センサ素子ユニット、２…感温素子、３…電極、４…金属保護管、５…被覆材、６…封止端
７…封止端密閉体、８…リード線保護管、８ｈ…保持孔、９…充填材
１０，１１０，１２０…加熱調理器
１１…トッププレート
２０…ヒータユニット、２１…加熱コイル、２３…基部、２４…スペーサ、２５…カバー
２６…突部、２７…ばね、２９…サーモスタット
３０…温度センサユニット、３１…支持フレーム、３３…固定部、３５…ばね部、
３７，１３７，２３７…温度センサ、３８，１３８…センサ本体、３９…リード線
４０…セラミックスケース、４１…ベース、４２…キャップ、４３…収容室
４４…段差、４５…封止管、４８…埋設部、４９…台座
２３３…フレーム、２３４…ばね係止部材、２３６…支持バー
３３１…脚、３５１…ばね本体、３５２…接続片
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ２１，Ｃ２２…通電回路、ＣＴＲ…コントローラ、ＣＶ…ＡＤコンバータ
Ｔｒ１，Ｔｒ２…トランジスタ
Ｐ…調理容器

Claims (10)

1. 表面に調理容器を載せるトッププレートと、
   前記トッププレートと所定の間隔を隔てて配置されるラジエントヒータと、
   前記トッププレートと前記ラジエントヒータの間に設けられ、前記所定の間隔を規定するスペーサと、
   前記トッププレートの裏面に直接又は間接に接触して前記トッププレートの温度を測定する感温素子と、
   一端側が前記ラジエントヒータに支持され、他端側で前記感温素子を前記トッププレートに押し付ける第１弾性体と、
   前記ラジエントヒータを前記トッププレートに向けて押し付ける第２弾性体と、を備え、
   前記第１弾性体が前記感温素子を前記トッププレートに押し付ける弾性力Ｎ１が、
   前記第２弾性体が前記ラジエントヒータを前記トッププレートに向けて押し付ける弾性力Ｎ２よりも小さい、
   ことを特徴とする加熱調理器。
2. 前記ラジエントヒータは、
   加熱コイルと、断熱材からなる前記加熱コイルを支持する基部と、を備え、
   前記感温素子からの電気信号を伝える一対のリード線が、前記基部を貫通して前記基部の裏側に引き出される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱調理器。
3. 前記ラジエントヒータは、
   加熱コイルと、断熱材からなる前記加熱コイルを支持する基部と、を備え、
   前記第１弾性体は、金属製の一対のばね片により構成されており、
   各々の前記ばね片の一端側に固定されるセラミックス製の支持体上に支持される前記感温素子からの電気信号を伝える一対のリード線が、前記一対のばね片の各々に接続され、
   各々の前記ばね片に一体的に繋がるか又は接続されて繋がる金属製の一対の脚が、前記基部を貫通して前記基部の裏側に引き出される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の加熱調理器。
4. 前記基部と前記トッププレートの間に設けられるサーモスタットが、
   一対の前記リード線同士の間、又は、前記一対の脚の間に配置される、
   請求項２又は３に記載の加熱調理器。
5. 前記サーモスタットが前記トッププレートに向けた移動を拘束する台座を備え、
   前記台座は前記第１弾性体に固定される、
   請求項４に記載の加熱調理器。
6. 前記感温素子の周囲に断熱材が配置されている、
   請求項１〜５のいずれか一項に記載の加熱調理器。
7. 前記感温素子がサーミスタである、
   請求項１〜６のいずれか一項に記載の加熱調理器。
8. 前記弾性体が析出硬化型Ｎｉ合金製のばねからなる、
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の加熱調理器。
9. 前記感温素子は、耐熱材からなるケースの内部に収容される、
   請求項１〜８のいずれか一項に記載の加熱調理器。
10. 前記感温素子に温度検出電流を供給する通電回路と、
    前記感温素子が検出した温度情報をアナログ電圧信号として入力されるＡＤコンバータと、
    前記ＡＤコンバータで変換されたディジタル信号を温度に換算して制御動作を行うコントローラと、
    を備え、
    前記通電回路は、
    前記コントローラの指示に基づいて前記感温素子にパルス状の温度検出電流を供給する、
    請求項１〜９のいずれか一項に記載の加熱調理器。

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