JP2009224340A - 誘導加熱調理器 - Google Patents

Abstract

【課題】誘導加熱調理器においては、トッププレートに載せられた鍋の温度を精度良く検出することが課題である。
【解決手段】鍋を加熱する加熱コイル６と、加熱コイル６の上部で鍋を載置するトッププレート７と、トッププレート７の下面に置かれ鍋底面から放射される短波長の赤外線を検知するフォトダイオード２と、フォトダイオード２の出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段４と、温度算出手段４の出力に応じて加熱コイル６に供給する電力を制御する制御手段５とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、トッププレート上の鍋の温度を精度良く検出することができる誘導加熱調理器に関するものである。

従来の誘導加熱調理器は鍋を載置するトッププレートに接触させたサーミスタなどの感熱素子で鍋底の温度を検出している。また、鍋底から放射される赤外線をトッププレート越しに赤外線センサで検出して鍋底の温度を検知するものもある（例えば、特許文献１参照）。

また、トッププレートに接触させた感熱素子と赤外線センサを併用して鍋底の温度と温度変化勾配を検出しているものもある（例えば、特許文献２参照）。

図３は従来の赤外線センサ誘導加熱調理器の構成図である。本体２１に鍋８を加熱する加熱コイル６と、温度を検出する赤外線センサ２２とを設けている。本体２１上面に設けたトッププレート７は、２．５ミクロン以下の波長の赤外線は良く透過し、２．５〜４ミクロンの波長の赤外線は数１０％程度透過し、４ミクロンよりも長い波長の赤外線はほとんど通さない。したがって、鍋８から放射される赤外線の４ミクロン以下の波長成分は、トッププレート７を透過して、赤外線センサ２２が鍋底の温度を測定する。

特開平０３−１８４２９５号公報 特開平０３−２０８２８８号公報

図３に示した従来構成の誘導加熱調理器は、鍋８から放射される赤外線をトッププレート７を透過して検出している。一般的に調理時の鍋８の温度は、約３０℃〜２３０℃であり、この温度のピーク波長はステファン・ボルツマンの法則より６ミクロン〜１０ミクロンの波長である。トッププレート７が透過できる波長は４ミクロン以下の波長の赤外線であり、この４ミクロン以下の波長成分だけでは、鍋底からの赤外線放射エネルギーの１０％程度にしかならず、鍋底からの赤外線放射エネルギーの大部分はトッププレート７で吸収されてしまう。このため赤外線センサ２２に届く赤外線エネルギーは微弱であり、赤外線センサ２２で電気信号に変換してもＳ／Ｎ比が悪く、調理時の温度を測定するには、精度が良くない。

発明者らは、実際に赤外線センサとしてサーモパイルを用い、誘導加熱調理器に組み込み実験を繰り返してきた。サーモパイルは熱型の赤外線センサであるため受光した赤外線の昇温効果で受光面の温度が上がると微小な受光面に配置された複数の熱電対から電圧が発生し、これを増幅して対象物の温度を検知するものである。従って、サーモパイルを効果的に使うためには、昇温効果に優れた波長（５ミクロン以上）領域を持つ赤外線を当てる必要がある。

しかし、上述のようにトッププレートを最も良く通過してくる赤外線は２．５ミクロン以下の波長のものであり、サーモパイルの受光面の温度変化が現れ難い赤外線しか通ってこなかった。このため、サーモパイルの出力には１０万倍以上の大きな増幅度のアンプを
接続する必要があった。

また、サーモパイルは熱型のセンサであるため、センサ自身の温度を基準に受光面から得られた電圧から対象物の温度を算出する。このためセンサ自身の温度が安定していないと正確に対象物の温度を算出することができない。特に、誘導加熱調理器内部では調理を開始し始めるとすぐにセンサ周りの温度が上昇し始めるので安定して鍋底温度を測ることは極めて困難であった。このためサーモパイルをトッププレート７から離すために下方につけたり、円筒状にしたアルミや亜鉛の空洞部にサーモパイルを十分な熱結合が得られるように入れ、センサの熱容量を大きくして急激な温度変化が起き難くするような配慮が必要であった。

また、サーモパイルは検知する赤外線波長領域が幅広く、トッププレートから下面方向に放射される赤外線の波長は幅広く一番エネルギーの大きい５ミクロン以上の波長の赤外線が含まれており、鍋底からトッププレートを透過してくる赤外線よりもトッププレートから下面方向に放射される赤外線のエネルギーのほうがはるかに強い。この不具合を抑えるためトッププレートから下面方向に放射される赤外線の５ミクロンよりも長い波長の赤外線をカットするフィルタをサーモパイルの上に置くことも発明者らは試している。しかし、長波長カット用のフィルタからもこれ自身の温度による長波長の赤外線が放射されるため結局測定誤差の要因を増やすことになる。

一方、トッププレートに穴を開けその穴に長波長の赤外線を良く透過する赤外線透過材を埋め込むことも発明者らは試みている。この赤外線透過材には人工サファイアなどが適している。この人工サファイアは高価であるため、人工サファイアの使用量が少なくて済むよう大きな穴を開けることは避けてきた。サーモパイルの視野角は広く、ほぼ１８０°全域に受光感度があるためトッププレートに開ける穴径を小さくした場合、図４に示すようにとトッププレート７に開けた穴２３の端面Ａ−Ａ’から人工サファイア２３を透過してくる赤外線をもサーモパイルに入射しないように、ピンホール２４などを用いてサーモパイルの視野を絞る必要があった。しかし、ピンホールを用いて視野を絞るとサーモパイルの感度を落とすことになり結局大きな増幅度を持つアンプが必要になったりした。

本発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に置かれ鍋底面から放射される赤外線強度を検知するフォトダイオードと、このフォトダイオードの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段とを備え、フォトダイオードでトッププレートを透過してくる鍋底からの短波長の赤外線にだけ反応し、トッププレートから放射される大きなエネルギー量の長波長の赤外線には反応しないようにして、さらに、赤外線検知の原理が量子型であるため、熱型の原理で動作するサーモパイル等の赤外線センサにくらべサーモパイル等の赤外線センサ自身の温度を測定する必要も無く、また、周囲温度の変化にも影響を受け難いため、高精度に温度検知が行える誘導加熱調理器としているものである。

以上のように本発明によれば、フォトダイオードでトッププレートを透過してくる鍋底からの短波長の赤外線だけを検知し、トッププレートから放射される大きなエネルギー量の長波長の赤外線には影響を受けず、さらに、赤外線検知の原理が量子型であるため、熱型の原理で動作するサーモパイル等の赤外線センサにくらべサーモパイル等のように赤外線センサ自身の温度を測定する必要も無く、また、周囲温度の変化にも影響を受け難いため、高精度に温度検知が行える誘導加熱調理器を実現できるものである。

本発明の実施例１における誘導加熱調理器を示すブロック図 本発明の実施例１における先端部内径が細い鏡筒の場合の誘導加熱調理器を示すブロック図 従来における第１の誘導加熱調理器を示すブロック図 従来における第２の誘導加熱調理器を示すブロック図

請求項１に記載の発明は、鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に置かれ鍋底面から放射される赤外線強度を検知するフォトダイオードと、このフォトダイオードの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、光の透過を遮断する材料で含んで略筒状に形成される鏡筒とを備え、前記鏡筒は、前記フォトダイオードに入射する光を制限するべく配置し、かつ、前記フォトダイオードは、前記トッププレートを透過してくる鍋底からの赤外線に反応し、トッププレートから放射される大きなエネルギー量の長波長の赤外線には反応しないようにすることで鍋底からの赤外線を精度よく検知するべく、量子型の赤外線検知とした構成とし、フォトダイオードでトッププレートを透過してくる鍋底からの赤外線にだけを反応し、トッププレートから放射される大きなエネルギー量の長波長の赤外線には反応しないようにすることで鍋底からの赤外線だけを検知するようにし、さらに、赤外線検知の原理が量子型であるため、熱型の原理で動作するサーモパイル等の赤外線センサにくらべサーモパイル等の赤外線センサ自身の温度を測定して算出温度を補正する必要も無く、また、周囲温度の変化にも影響を受け難いため、高精度な鍋温度の測定が可能な誘導加熱調理器としているものである。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明においてフォトダイオードの視野を制限する鏡筒を配したことで高温になるトッププレートや加熱コイルからフォトダイオードを離して配置することを可能とした誘導加熱調理器としているものである。

請求項３に記載の発明は、鏡筒からフォトダイオードに対する熱の伝導を低減させる手段を備えた構造にすることで、さらに熱的に安定させて温度計測ができるようにした誘導加熱調理器としているものである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において鏡筒の内径はフォトダイオードの外形よりも大きくしたことで鏡筒がフォトダイオードに接することがなく、熱的に結合させない構造にすることができ熱的に安定させて温度計測ができるようにした誘導加熱調理器としているものである。

請求項５に記載した発明は、請求項２〜４に記載の発明において鏡筒の内部への空気の流入を防ぐパッキン構造をトッププレート下面と鏡筒上端との間に配したことで油煙などが鏡筒内部に入りフォトダイオードの受光窓を曇らせることが無いようにした誘導加熱調理器としているものである。

請求項６に記載した発明は、請求項４に記載の発明において鏡筒を樹脂製の筒とし、内面には鏡面メッキまたは、表面の光沢度が高いテープを貼りつけた構成としたことで簡単な構成の誘導加熱調理器としているものである。

請求項７に記載した発明は、請求項２〜６に記載の発明において鏡筒の外周に金属製円筒を配置し加熱コイルからの誘導磁界が鏡筒の内部に影響しないよう遮蔽する構成にした誘導加熱調理器としているものである。

請求項８に記載した発明は、請求項１〜７に記載の発明においてフォトダイオードの温度を検知する温度検知素子を配し、受光赤外線エネルギーが少ない時のフォトダイオードの暗電流の温度変化を補償する誘導加熱調理器としているものである。

請求項９に記載した発明は、請求項７または８に記載の発明において鏡筒と外側の金属製円筒との間に断熱層を設けることでフォトダイオードを熱的に安定させより高精度な温度測定ができる誘導加熱調理器としているものである。

請求項１０に記載した発明は、請求項２〜９に記載の発明において鏡筒の上端部の内径を鏡筒の下部の内径よりも細くすることで、油煙などが鏡筒内部に入り込み難くい誘導加熱調理器としているものである。

（実施例１）
以下、本発明の実施例１について説明する。図１は本実施例の構成を示すブロック図である。図１において１は本実施例の誘導加熱調理器の本体である。６は加熱コイル、７はトッププレート、８は鍋である。

２は鍋８の底面から放射されている赤外線の強さを検知するフォトダイオードであり、約１ミクロンから２．５ミクロンの波長の赤外線に対して感度が高く、その他の波長の赤外線に対しては感じないように設計されている。このフォトダイオードはもちろんＰＩＮフォトダイオードでも一向に差し支えない。２ａはフォトダイオード２を支えるプリント基板である。３は熱伝導率の低い樹脂でできた円筒状の鏡筒であり、筒の内面３ａは赤外線をよく反射するようにアルミメッキ加工されている。

また、鏡筒３の内径はフォトダイオード２に比べて大きくしている。これは鏡筒３の上端がトッププレート７に近いため、調理時は鏡筒３は高温になる。鏡筒３の内径をフォトダイオード２よりも大きくしておくことでフォトダイオード２が鏡筒３の温度の影響を受けにくくしている。

９はアルミでできた円筒であり、加熱コイル６から出されている高周波磁界が鏡筒３の内側に悪影響を与えないよう遮蔽するものである。１０は鏡筒３の上端とトッププレート７の下面との間に挟みこんでいるリング状のパッキンであり、油煙やゴミが鏡筒３の内部に入り込み、フォトダイオード２の受光窓につかないようにしている。この鏡筒３の上端部だけの内径を細くすることも油煙等の侵入を防ぐには有効である。図２はこの鏡筒３の上端部だけの内径を細くした場合の一実施例を示す構成図である。図２において図１と同じ構成物には同じ番号を付している。

さらに、図１において４は温度算出手段であり、フォトダイオード２の出力信号から鍋８の温度を算出する。制御手段５は温度算出手段４の出力に応じて加熱コイル６に供給する電力を制御する。

１１はサーミスタなどの温度検知素子であり、フォトダイオード２の温度を測定するためのものである。一般にフォトダイオードは受光していなくても暗電流というわずかな電流が流れてしまう。そして、この暗電流は温度が高くなると増大するという性質がある。鍋の温度が低く受光赤外線エネルギーが少ない時のフォトダイオード２にも同じく暗電流が発生するが、そのときのフォトダイオード２の温度によって暗電流の大きさは異なる。サーミスタ１１は絶対に必要なものではないが、フォトダイオード２の温度を検知し、鍋の温度が低いときに生じる暗電流の温度による変化を補償するために用いている。

次に動作について説明する。図示していない電源を投入し、操作スイッチで所定の温度を設定すると、制御手段５が加熱コイル６に約２０ｋＨｚの高周波電力を供給する。加熱コイル６に高周波電力が供給されると、加熱コイル６から誘導磁界が発せられ、トッププレート７上の鍋８に誘導電流が流れジュール熱によって鍋底が加熱される。

一般に物体の放射する赤外線エネルギーはその物体の絶対温度の４乗に比例するというステファン・ボルツマンの法則があり、温度が高くなればなるほど加速度的に大きなエネルギーを赤外線として放射する。フォトダイオード２は受光した赤外線のエネルギーに比例した電流を出力するもので、インジウムとガリウムと砒素などの化合物半導体を用いて製造されている。このため、鍋８の温度が上昇すると鍋底からの赤外線放射強度も強くなり、フォトダイオード２が受光する赤外線エネルギー量が増え、フォトダイオード２の出力電流も多くなる。温度算出手段４にはフォトダイオード２の信号電流を電圧に変換する電流電圧変換回路も組み込まれている。

また、温度算出手段４はフォトダイオード２の出力信号から鍋８の温度を算出し、制御手段５に送る。制御手段５は、この温度信号に応じて加熱コイル６に供給する高周波電力を制御して、所定の鍋温度になるように制御する。

トッププレート７は結晶化ガラスでできており、鍋から放射される赤外線のうち最もエネルギーの強い５ミクロン以上の波長の赤外線は透過しない。しかし、フォトダイオード２が敏感に検知できる２．５ミクロン以下の波長の赤外線は非常に良く透過する性質を持つ。

一方、トッププレート７は５ミクロン以上の長い波長の赤外線は透過しないが、この波長の赤外線を自身の温度に相当する強度で放射する。しかし、フォトダイオード２は２．５ミクロン以下の赤外線にしか敏感に反応しないためトッププレート７からの長波長の赤外線放射に邪魔されず高精度に鍋底からの２．５ミクロン以下の短波長の赤外線を検知することができる。

また、高温になるトッププレート７からフォトダイオード２を遠ざける必要があるが、加熱コイル６よりも下に配置すると今度は加熱コイル６からの赤外線を受けてしまう。鏡筒３を用いることで鏡筒３の上端から点線Ｂ、Ｂ’で示した視野角度で鍋８の底面を見るようにすることができ、加熱コイル６からの赤外線を受けないようにすることができる。

また、磁気遮蔽用のアルミでできた円筒９は、円筒内部への磁気の侵入を阻止する代わりに、加熱コイル６からの高周波磁界の影響で高周波電流が流れジュール熱によって発熱する。しかし、このアルミ製の円筒９と鏡筒３との間に空気層ができるように隙間を開けて配置することで空気断熱ができ、鏡筒３およびその内部のフォトダイオード２に円筒９の温度が影響を与えるということを防ぐことができる。

このように鍋底の温度をトッププレート７を介して測定しているが、２．５ミクロン以下の赤外線を検知できるフォトダイオードを用いることでトッププレートからの赤外線放射の影響を受けずにトッププレートを透過してきた鍋底からの赤外線を検知でき正確に鍋底温度を算出することが可能である。

また、鏡筒を用いることで鏡筒の上端から鍋底を見るようにすることができ、加熱コイルからの赤外線を受けないようにすることができる。

また、鏡筒とフォトダイオードを接しないように配置し空気で断熱することでフォトダ
イオードが鏡筒の温度の影響を受けにくくすることができる。

また、鏡筒の内径をフォトダイオードに比べて大きくすれば、フォトダイオードが鏡筒の温度の影響を受けにくくすることが容易にできる。

また、鏡筒の上端とトッププレートの下面との間にリング状のパッキンを挟むことで、油煙やゴミが鏡筒の内部に入り込みフォトダイオードの受光窓を曇らせることが無いようにできる。

また、鏡筒を熱伝導率の低い樹脂で構成し、円筒の内面をアルミメッキするか、円筒の内面にアルミ箔のテープを貼ることで、トッププレートの温度をフォトダイオードの近くにまで伝えにくい鏡筒を構成することができる。

また、鏡筒の外周に金属製円筒を配置し加熱コイルからの誘導磁界が鏡筒の内部に影響しないよう遮蔽する構成にすることでフォトダイオードが誘導磁界の影響を受けて出力信号に誤りを生じるというようなことを防ぐことができる。

また、フォトダイオードの温度を検知する温度検知素子をフォトダイオードの近傍に配置することで、鍋温度が低いため受光赤外線エネルギーが少ない時にフォトダイオードの暗電流の温度変化を補償することができる。

また、鏡筒の外側に配置した磁気遮蔽用の金属製円筒と鏡筒との間に断熱層を設けることでフォトダイオードを熱的に安定させ、より高精度な温度測定ができる。

また、鏡筒の上端部の内径を鏡筒の下部の内径よりも細くすることで、鏡筒がフォトダイオードに接することなく、熱的に結合させない構造にするとともに、油煙などが鏡筒内部に入り込み難くい構成を実現できる。

１ 本体
２ 赤外線センサ
２ａ プリント基板
３ 鏡筒
３ａ アルミメッキ
４ 温度算出手段
５ 制御手段
６ 加熱コイル
７ トッププレート
８ 鍋
９ 円筒
１０ パッキン
１１ 温度検知素子

Claims (10)

1. 鍋を加熱する加熱コイルと、前記加熱コイルの上部で鍋を載置するトッププレートと、前記トッププレート下面に置かれ鍋底面から放射される赤外線強度を検知するフォトダイオードと、このフォトダイオードの出力から鍋底面温度を算出する温度算出手段と、前記温度算出手段の出力に応じて前記加熱コイルに供給する電力を制御する制御手段と、光の透過を遮断する材料で含んで略筒状に形成される鏡筒とを備え、前記鏡筒は、前記フォトダイオードに入射する光を制限するべく配置し、かつ、前記フォトダイオードは、前記トッププレートを透過してくる鍋底からの赤外線に反応し、トッププレートから放射される大きなエネルギー量の長波長の赤外線には反応しないようにすることで鍋底からの赤外線を精度よく検知するべく、量子型の赤外線検知とした誘導加熱調理器。
2. 鏡筒は、フォトダイオードの視野を制限するべく配した請求項１に記載の誘導加熱調理器。
3. 鏡筒からフォトダイオードに対する熱の伝導を低減させる手段を備えた請求項２に記載の誘導加熱調理器。
4. 鏡筒の内径はフォトダイオードの外形よりも大きくした請求項３に記載の誘導加熱調理器。
5. 鏡筒の内部への空気の流入を防ぐパッキン構造をトッププレート下面と鏡筒上端との間に配した請求項２乃至４のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
6. 鏡筒は樹脂製の筒の内面に鏡面メッキまたは、表面の光沢度が高いテープを貼りつけた構成とした請求項４に記載の誘導加熱調理器。
7. 鏡筒の外周に金属製円筒を配置し加熱コイルからの誘導磁界が鏡筒の内部に入らないよう遮蔽する構成にした請求項２乃至６のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
8. フォトダイオードの温度を検知する温度検知素子を配した請求項１乃至７にのいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。
9. 鏡筒と外側の金属製円筒との間に断熱層を設けた請求項７または８に記載の誘導加熱調理器。
10. 鏡筒の上端部の内径を鏡筒の下部の内径よりも細くした請求項２乃至９のいずれか１項に記載の誘導加熱調理器。

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