JP2010110488A

JP2010110488A - 炊飯器

Info

Publication number: JP2010110488A
Application number: JP2008286090A
Authority: JP
Inventors: Shinsuke Sasaki; 晋介佐々木; Masanori Hirota; 正宣広田; Kuniyuki Nakanishi; 邦行中西
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-20

Abstract

【課題】自体の温度変動に起因する赤外線センサ特有の温度精度劣化を低減することで、温度検知精度を向上させ、炊飯性能を向上した炊飯器を提供することを目的とする。
【解決手段】炊飯器本体２に装備した鍋３を加熱する加熱手段６と、前記炊飯器本体を覆う蓋４と、前記鍋３から放射される赤外線を検知する赤外線センサ１０と、前記赤外線センサ１０により検知した前記鍋の温度情報に応じて前記加熱手段６の加熱量を制御する制御手段と、前記赤外線センサの周囲温度を調節する温度調節手段１２とを具備し、この温度調節装置によって所定温度に温度調節することで、センサ自体の温度変動を抑えて、過渡的、定常的な温度変化による赤外線センサの温度精度劣化を低減した。
【選択図】図１

Description

本発明は、赤外線により鍋等の温度を検知して炊飯制御を行うようにした炊飯器に関するものである。

従来、サーモパイル、サーミスタボロメータといった赤外線センサにおいては、温度測定対象と赤外線センサの温度差による受熱の原理を利用して、温度測定対象と赤外線センサの温度差分と、赤外線センサ自体の絶対温度を測定して温度測定を行なうものである。

赤外線センサ自体の温度が安定している場合には精度良く温度差分が計測でき、計測温度精度を保つことができる。

しかしながら赤外線センサ自体の温度が大きく変動する環境においては、図５に示すように、温度変動の過渡状態である５０１、５０２の領域において、センサ内部に温度差が発生することに起因する計測誤差を生じる。

また、センサ自体の温度は定常状態となり安定していても温度の絶対値が変化したそれぞれの状態である５０３，５０４，５０５の領域間においては計測誤差が生じる。

これはセンサの周囲温度を一定にして計測精度の調整がなされているため、そこから周囲温度が乖離すると精度が下がるためである。

これらは鍋等の被加熱物からの放射熱、対流熱などによってセンサ自体が熱せられるような炊飯器、調理機器などに使用する赤外線センサにおいては顕著に表れる。

上記の課題の一つである温度変動の過渡状態において、センサ内部にできる温度差を補正するための赤外線センサが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

図６は従来のセンサ内部にできる温度差を補正するサーモパイル型温度センサの構造を示し、このサーモパイル型温度センサにあっては、Ｓｉ基板によって形成された枠状のヒートシンク１０１の中央に空洞１０２が開口されており、空洞１０２の上面には熱絶縁薄膜１０３が形成されている。

この熱絶縁薄膜１０３は、Ｓｉ０２やＳｉＮなどによって形成されており、熱容量を小さくするため数ミクロンの厚みにしている。

ヒートシンク１０１及び熱絶縁薄膜１０３の片側半分領域においては、ヒートシンク１０１の上面と熱絶縁薄膜１０３の上面にかけて第１熱電材料１０４と第２熱電材料１０５が交互に配線されており、ヒートシンク１０１上面で第１及び第２熱電材料１０４，１０５を接合させて熱電対の冷接点１０６を設け、熱絶縁薄膜１０３上面で第１及び第２熱電材料１０４，１０５を接合させて熱電対の温接点１０７を設け、これによって熱電対が直列に接続された温度計測用のサーモパイル１０８を形成している。

また、温度計測用のサーモパイル１０８の両端には、それぞれ電極１０９が設けられている。

ヒートシンク１０１及び熱絶縁薄膜１０３の残り片側半分領域においては、ヒートシン
ク１０１の上面と熱絶縁薄膜１０３の上面にかけて第１熱電材料１０４と第２熱電材料１０５が交互に配線されており、ヒートシンク１０１上面で第１及び第２熱電材料１０４，１０５を接合させて熱電対の冷接点１１０を設け、熱絶縁薄膜１０３上面で第１及び第２熱電材料１０４，１０５を接合させて熱電対の温接点１１１を設け、これによって熱電対が直列に接続された温度補正用のサーモパイル１１２を形成している。

また、温度補正用のサーモパイル１１２の両端には、それぞれ電極１１３が設けられている。

こうしてヒートシンク１０１及び熱絶縁薄膜１０３の上に形成された温度計測用のサーモパイル１０８と温度補正用のサーモパイル１１２とは、それぞれ同じ第１熱電材料１０４と同じ第２熱電材料１０５により、同一線幅、同一線長の互いに対称なパターンに形成されている。

さらに、熱絶縁薄膜１０３上の温度計測用の温接点１０７が設けられた領域は、Ａｕ、Ｂｉ等の金属黒からなる赤外線吸収体１１４によって覆われている。

しかし、測定対象物から放出された赤外線が温接点１０７上に形成された赤外線吸収体１１４に吸収され、ヒートシンク１０１上に形成された冷接点１０６と温接点１０７に温度差が生じることで温度計測用のサーモパイル１０８の電極間に起電力が生じる。

また、温度補正用のサーモパイル１１２には赤外線吸収体１１４が形成されていないため、定常状態では赤外線が照射されても起電力は生じない。

しかし、周囲温度に急激な温度差が生じた場合、熱絶縁薄膜１０３とヒートシンク１０１に温度差が生じる。

この場合、温度計測用のサーモパイル１０８には赤外線吸収による起電力以外に熱絶縁薄膜１０３とヒートシンク１０１の温度差から起電力が生じるが、熱絶縁薄膜１０３とヒートシンク１０１の温度差による起電力は温度補正用のサーモパイル１１２にも等しく生じているから、温度計測用のサーモパイル１０８から得た温度と温度補正用のサーモパイル１１２から得た温度との差を求めることにより、熱絶縁薄膜１０３とヒートシンク１０１の温度差によらないで正確な温度差（温接点１０７と冷接点１０６の温度差）を求めることができる。

特に、両サーモパイル１０８，１１２を同じ熱電材料および構造にし、温度計測用のサーモパイル１０８の出力と温度補正用のサーモパイル１１２の出力の差をとることで、赤外線吸収による出力のみを得ることができる。
特開平１１−２５８０４０号公報

しかしながら、前記従来の構成では、図５に示すセンサ自体の温度変化のうち、急激にセンサ温度が変化する過渡状態５０１、５０２においては、精度を高めることが可能であるが、センサ自体の温度は定常状態となり安定していても温度の絶対値が変化したそれぞれの状態５０３、５０４、５０５の領域間においては温度測定精度の劣化を生じる。

これは赤外線センサの周囲温度を一定にして計測精度の調整がなされているためであり、そこから周囲温度が乖離すると精度が下がるという課題がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、赤外線センサの周囲温度を温度調節することにより赤外線センサ自体の温度を安定化して、過渡的、定常的な温度変化を起こさず、赤外線センサの温度検知精度を向上することによって炊飯性能を向上する炊飯器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の炊飯器は、赤外線センサの周囲温度を温度調節する構成としたものである。

これによって、赤外線センサが過渡的、定常的な温度変化を起こさず、よって赤外線センサの温度検知精度を高めて炊飯性能の向上が図れることとなる。

本発明の炊飯器は、赤外線センサの周囲温度を温度調節する構成としたものであり、これにより、赤外線センサの周囲温度を安定化して、赤外線センサが過渡的、定常的な温度変化を起こさず、よって赤外線センサ自体の温度変化に起因する温度精度劣化を低減することが可能となり、炊飯性能を向上することができるものである。

第１の発明は、炊飯器本体に装備した鍋を加熱する加熱手段と、前記炊飯器本体を覆う蓋と、前記鍋から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサにより検知した前記鍋の温度情報に応じて前記加熱手段の加熱量を制御する制御手段と、前記赤外線センサの周囲温度を調節する温度調節手段とを具備したもので、センサ自体の温度変化に起因する温度精度劣化を低減して、炊飯性能の向上が図れるものである。

第２の発明は、特に、第１の発明の温度調節手段を赤外線センサの周囲温度を所定温度に温度調節できる温度調節装置とすることで、常に所定温度に赤外線センサを温調し、センサ自体の温度変化に起因する温度精度劣化を低減することができる。

第３の発明は、特に、第１の発明の炊飯器の前記温度調節手段を送風用ファンとしたもので、放射熱等によって熱せられる赤外線センサをファンによって冷やして温度を安定化させることができる。

第４の発明は、特に、第１の発明の炊飯器の前記温度調節手段を赤外線センサと周囲とを熱的に遮断するカバーで構成したもので、放射熱等による赤外線センサの温度上昇を少なくして温度を安定化させた。

第５の発明は、特に、第４の発明のカバーは断熱材料を用いた構成とすることで、放射熱等による赤外線センサの温度上昇を断熱材料による断熱によって更に少なくして温度を安定化させるようにしたものである。

第６の発明は、特に、第４または第５の発明のカバーは赤外線反射材料を用いた構成とすることで、放射熱による赤外線センサの温度上昇をカバーの赤外線反射によって少なくして更に温度を安定化させることができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１において、本実施の形態の炊飯器は、非磁性材製の保護枠１を配置した略有底筒状
の炊飯器本体２と、前記保護枠１に収納され、磁性材の金属を含む鍋３と、炊飯器本体１の開口部を開閉する蓋４と、この蓋４の内側に着脱自在に取り付けられて、鍋３の開口部を密閉する略円盤状で、かつ磁性材の金属を含む内蓋５と、これら鍋３、及び内蓋５を誘導により発熱（加熱）する加熱手段６とを有している。

前記加熱手段６は、保護枠１の外側に装備されて鍋３の底面、側面と対応する加熱コイル６ａ，６ｂと、蓋４の内部において、磁性材製の蓋カバー７の上面に装備され、内蓋５と対応する加熱コイル６ｃとからなる。

図２に示すとおり、保護枠１の底壁中央には、板状の赤外線透過材８で閉じられた透孔９が形成され、その下方に設置された赤外線センサ１０を汚れ、水、異物から保護するようにしている。

そして、鍋３から放射された赤外線を赤外線透過材８を介して赤外線センサ１０の赤外線検知部１１で検知できるようにしてある。

赤外線センサ１０の近傍には温度調節装置１２を配置して、炊飯工程実施による鍋３、加熱手段６からの放射、対流などの伝熱で温度変化する赤外線センサ１０を所定温度に調節できるようにしている。

これによって、赤外線センサ１０が過渡的、定常的な温度変化を起こさないことによってそれ自体の温度変化に起因する温度精度劣化を低減することができる。

温度調節装置１２としては、ペルチェ素子、ヒータなどが考えられるが、目的を達するものであればこれに限るものではない。

そして、赤外線センサ１０は鍋３の底面外側の略中心部分に対向する位置に配置構成することで、炊飯量によって水位が変動する鍋側面よりも取得温度が安定して水温度の制御が容易となるものである。

また、以上の構成によって鍋３の測温を非接触で行なうために、部材の熱伝導率、熱容量に左右されることなく、素早く温度検知することが可能となる。

ここで、炊飯器本体２内には、各部、及び各装置を駆動制御して炊飯動作を行う制御手段１３が設置されている。

この制御手段１３は、例えば蓋４に設けられた入力操作部１４を介して行った使用者の指示に応じて各部及び各装置の駆動制御を行う。

すなわち、制御手段１３は、加熱手段６を制御する加熱制御手段１３ａ、赤外線センサ１０によって鍋３の温度を制御する鍋温度制御手段１３ｂ、内蓋温度センサ１５によって内蓋５の温度を制御する内蓋温度制御手段１３ｃによって構成される。

前記蓋４はヒンジ軸１６を介して炊飯器本体２に回動自在に取り付けられており、閉蓋状態をロックしている尾錠（図示せず）を開放することでスプリング１７の作用で自動的に開くように設定されている。勿論、安全を配慮して開蓋動作にブレーキを付与する制動手段が設けられていることは今更述べるまでもないことであろう。

前記蓋４の略中央部には蒸気筒１８が設けられている。

内蓋５には鍋３内の蒸気を蒸気筒１８の蒸気排出口１９を介して外部へ排出するために、例えば０．５ｃｍ^２の蒸気口２０が形成されている。

内蓋５の外周部には、鍋３を密閉するためにゴムなどの弾性体で構成された内蓋パッキン２１が取り付けられている。

前記蒸気筒１７の内部には球状で、しかも移動自在の磁石２２が存在している。この磁石２１は蓋４を開いたときや、炊飯中に水や米中のデンプンが水中に溶け出し粘度の高い水となったおねばが蒸気筒１８内を通過したときにヒンジ軸１６側に移動し、これを磁力センサ２３で検知することができるよう構成されている。

蓋４の外表面に配置した入力操作部１４は、炊飯のメニュー、時間などの各種情報を表示したり、炊飯の開始、取り消し、予約などの実行を行うためのもので、操作ボタンの操作等により炊飯器本体２に内蔵された制御手段に内蔵された炊飯プログラムが実行され、加熱手段６を炊飯プログラムの進行に合わせて動作、停止させて炊飯を実施する。

以上のように構成された炊飯器について、以下その動作、作用について説明する。

まず、鍋３内に所定の米と水をセットし、入力操作部１４を操作して炊飯メニューを選択し、炊飯開始ボタンを押下することで、炊飯工程が開始される。

炊飯工程は、水を一定温度に保って米に水を吸収させる浸せき工程、鍋３を加熱手段６により一気に加熱し、その内部の水を沸騰状態にする炊き上げ工程、鍋３内の水がほとんどなくなった状態で加熱を抑える蒸らし工程からなり、これらの工程の間に米の糊化を進めて炊飯する。

制御手段は赤外線センサ１０により検知した鍋３の温度に応じて最適に加熱手段６を制御し、あらかじめ決められた炊飯プログラムに従って炊飯を行う。

炊飯プログラムは米の種類などによって複数のコースが準備されている。この蒸らし工程が終了すると炊飯が終了し、自動的に保温工程へと移行し、炊き上がったご飯の温度が低下しないようにして、使用者がいつでも温かいご飯を得られる。

炊飯プログラム実行による動作の詳細を以下に説明する。

炊飯が開始されると、まず米に水を吸収させる浸せき工程が始まる。制御手段は、加熱手段６により鍋３を加熱し、その温度を赤外線センサ１０によって検知して、米の糊化が始まらない温度（約６０℃未満）に調整して米の吸水を促進する。

米は糊化が始まらない範囲で最も高い温度とし、さらにその温度を一定時間（例えば３０分〜２時間）継続すると吸水率が向上しやすい。

一方、炊飯時間はできるだけ短時間でおいしいご飯が炊き上がることが求められることが多いため、短時間で鍋３を糊化が始まらない温度にまで上昇させている。

しかし、従来のサーミスタなどの接触式温度センサを用いると、部材の熱容量、熱伝導率に大きく影響を受けて温度追従性が悪くなるため、センサが米の糊化が始まらない温度を検知したときには実際の鍋３の温度はそれ以上に昇温されている場合がある。これによって鍋３に接触している米は糊化が始まってしまう。

本実施の形態においては、浸せき工程において鍋３を６０℃まで加熱することによる鍋３、加熱手段６からの放射、対流などの伝熱で温度変化する赤外線センサ１０を温度調節装置１２によって所定温度に調節することで、赤外線センサ１０が過渡的、定常的な温度変化を起こさない。

これにより、赤外線センサ１０自体の温度変化に起因する温度精度劣化を低減することができるために、鍋３を米の糊化が始まらない温度に精度よく加熱することが可能となる。

また、加熱手段６による加熱を停止した場合にも従来のサーミスタなどの接触式温度センサでは、鍋３の温度が下がり始めてもセンサ部材の熱容量によって一定時間（例えば数十秒〜１分）温度低下せず温度追従性が悪い。

一方で本形態の形態では赤外線センサ１０による非接触での温度検知を行なうことで鍋３の昇温、冷却に関わらずに良好な温度追従性を得ることができる。

そのため、一定温度（例えば６０℃）に鍋３の温度を維持する場合でも、鍋３が一定温度になったことを即座に検知して加熱停止し、鍋１０２の温度が一定温度以下に下がったことを即座に検知して加熱を再開するため、非常に緊密に小刻みを行うことができ、より均一な鍋３の加熱が可能となり、引いては鍋３内部の調理物の温度もより均一にすることができる。

炊き上げ工程では、米に水と熱を加えて糊化を進行させる。制御手段は、加熱手段６を動作させて鍋３を急速に加熱し、その内部の水を沸騰状態とする。

水が徐々になくなってくると、鍋３の温度は被加熱部から１００℃を超えて上昇し続け、約１３０℃を検知することで水がなくなったと判断し、加熱手段６による加熱を停止する。

この場合にも本発明の形態においては温度追従性が良く、更に赤外線センサ１０が温度変化を起こさないように温度調節装置１２を動作させることで赤外線センサ１０を所定温度に保ち、温度精度を保つことができるために、水がなくなったと判断する温度（ここでは約１３０℃）を精度良く検知することができ、安全のための温度マージンを小さく設定することができ、より多くの熱を米に与えるように加熱手段６を制御することが可能である。

蒸らし工程では、鍋３内にはほとんど水は残留しておらず、米に付着した余分な水分を蒸散させながら、鍋３内を高温状態（約１００℃の状態）に維持して糊化をさらに進展させる。

この際、制御手段は、内蓋温度センサ１５で鍋３の上部空間の温度を検知しながら、内蓋加熱コイル６ｃを動作させて、米に対して熱を与え続け、糊化の進展を促進させる。

以上の構成により、本実施の形態の炊飯器は赤外線センサ１０による非接触温度検知によって温度追従性を向上し、更に赤外線センサ１０が温度変化を起こさないように温度調節装置１２を動作させることで、赤外線センサ１０を所定温度に保ち、センサ自体の温度変化に起因する温度精度劣化を低減して、鍋１０の温度制御を精度良く行ない、炊飯性能を向上した炊飯器を提供することが可能となる。

（実施の形態２）
図３は実施の形態２を示し、先に述べた図２の構成と同作用を行うものには同一符号を付し、具体的な説明は実施の形態１のものを援用する。

図３において、赤外線センサ１０を送風により冷却できるように送風用ファン２４を配置したものである。

これによって、炊飯工程実施による鍋３、加熱手段６からの放射、対流などの伝熱で温度上昇する赤外線センサ１０の温度を送風冷却することによって温度変化を少なくし、その過渡的、定常的な温度変化を少なくすることができる。

ここで送風ファン２４は制御手段等のパワーデバイスの冷却用ファンとて共用することも考えられるものである。

（実施の形態３）
図４は実施の形態３を示し、先に述べた図２の構成と同作用を行うものには同一符号を付し、具体的な説明は実施の形態１のものを援用する。

図４においては、赤外線センサ１０が放射、対流等の伝熱によって温度上昇しないようにカバー２５で覆ったものである。

この際、カバー２５には孔２６を形成しておき、赤外線センサ１０の視野を阻害しないように配慮してある。

このカバー２５によって炊飯工程実施による鍋３、加熱手段６からの放射、対流などの伝熱による赤外線センサ１０の温度上昇を抑え、その過渡的、定常的な温度変化を少なくすることによって自体の温度変化に起因する温度精度劣化を低減することができる。

ここでカバー２５は熱容量が大きい材料や断熱材料を使用することで構成すると伝熱の影響を小さくすることが可能で、また赤外線反射材料を使用することによって放射熱の影響を更に抑えることが可能となる。

以上の構成により、本実施の形態の炊飯器は赤外線センサ１０による非接触温度検知によって温度追従性を向上し、更に赤外線センサ１０が温度変化を起こしにくいように、熱容量の大きい材料や、断熱材料、赤外線反射材料を使用したカバー２５で赤外線センサ１０を覆うことで、その温度変化を小さく抑えて、センサ自体の温度変化に起因する温度精度劣化を低減して、鍋３の温度制御を精度良く行ない、炊飯性能を向上した炊飯器を提供することが可能となる。

以上のように、本発明にかかる炊飯器はセンサ自体の温度変動に起因する赤外線センサ特有の温度精度劣化要因を低減するもので、赤外線センサによって加熱を制御する他の調理機器の用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１における炊飯器側面の断面図同炊飯器の要部断面図本発明の実施の形態２における炊飯器の要部断面図本発明の実施の形態３における炊飯器の要部断面図従来の赤外線センサの自体の温度変化を示す説明図従来の赤外線センサを示す上面図

符号の説明

２炊飯器本体
３鍋
４蓋
６加熱手段
１０赤外線センサ
１２温度調節装置
２４送風ファン
２５カバー

Claims

炊飯器本体に装備した鍋を加熱する加熱手段と、前記炊飯器本体を覆う蓋と、前記鍋から放射される赤外線を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサにより検知した前記鍋の温度情報に応じて前記加熱手段の加熱量を制御する制御手段と、前記赤外線センサの周囲温度を調節する温度調節手段とを具備した炊飯器。
温度調節手段は、前記赤外線センサの周囲温度を所定温度に調節できる温度調節装置である請求項１記載の炊飯器。
温度調節手段は、送風用ファンである請求項１または２記載の炊飯器。
温度調節手段は、赤外線センサと周囲とを熱的に遮断するカバーである請求項１記載の炊飯器。
カバーを断熱材料で形成した請求項４記載の炊飯器。
カバーを赤外線反射材料で形成した請求項４または５記載の炊飯器。