JP2016157547A

JP2016157547A - 誘導加熱調理器

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Publication number: JP2016157547A
Application number: JP2015033496A
Authority: JP
Inventors: 伸明荒金; Nobuaki Arakane; 和田　直樹; Naoki Wada; 直樹和田; 松尾　良平; Ryohei Matsuo; 良平松尾; 博紀駒▲崎▼; Hiroki Komazaki
Original assignee: Hitachi Appliances Inc
Current assignee: Hitachi Appliances Inc
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: JP6506569B6; JP6506569B2

Abstract

【課題】非結晶化ガラス製トッププレートを備え、調理鍋の温度検出精度の高い誘導加熱調理器を提供する。
【解決手段】調理容器底面からの放射赤外線量を検出するサーモパイル２５と、サーモパイルを実装し、その出力信号を増幅する電子回路基板２６と、サーモパイルと電子回路基板を内部に設置し、上面にケース窓２９が開けられたプラスチック部材の赤外線センサケース２８と、ファンから供給される冷却風を上面に設けられた冷却風送出孔を通して誘導加熱コイルに供給する冷却風路と、を具備し、赤外線センサケースは、冷却風路の冷却風送出孔に配置されており、ファンから供給される冷却風がサーモパイルと電子回路基板に直接当たり熱ゆらぎを起こすのを防ぐため、冷却風が直接当たるのを防ぐ防風機能を有し、サーモパイルは、赤外線センサケースのケース窓を通過した調理容器底面からの赤外線で熱電対測温接点部が加熱されることで放射赤外線量を検出する。
【選択図】図２５

Description

本発明は、鍋温度検出手段としてサーモパイルを備えた誘導加熱調理器に関する。

従来の誘導加熱調理器は、ラジエントヒータと誘導加熱コイル（以下「加熱コイル」と略称）の２種類の加熱源を用いてトッププレートに載置された調理容器を加熱するものがある。ラジエントヒータはトッププレート自体も高温に加熱するため、トッププレートには耐熱温度の高い結晶化ガラスが採用する必要があった。

誘導加熱調理器の鍋温度検出方法として、鍋を載置するトッププレート裏に接触させたサーミスタ等の感温素子で鍋底の温度を間接的に検出するものがある（特許文献１）。

また、他の鍋温度検出方法として、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観測し温度を検出するものもある（特許文献２）。さらに赤外線センサを用いた鍋温度検出法では、異なる調理鍋の底面温度が同じでも、鍋の放射率が異なるとセンサの検出温度が異なるという問題が生じ、これを解決する技術もある（特許文献３）。

特開２００１−２８６４４９号公報特開２００４−９５３１３号公報特開平１１−２２５８８１号公報

特許文献１の鍋温度検出方法は、ガラスなどでできたトッププレートを介して鍋の温度を間接的に検出するため、検出温度と実際の鍋温度の差が大きいという問題があった。また、鍋底の温度とトッププレートの温度が一致すれば鍋底温度を正確に検出することができるが、鍋底の温度と検出温度が一致するまでのタイムラグが大きいため鍋底温度を正確に検出できないという追従性の問題もあった。また鍋底の中央が反っており鍋底とトッププレートの間に空気層がある場合には鍋底の温度がトッププレートに十分に伝わらず鍋底温度を正確に検出できないという問題もあった。このように、特許文献１の鍋温度検出方法を用いた場合には、鍋底温度を正確に検出できないため、適切かつ応答性の良い加熱制御が困難であった。

特許文献２の鍋温度検出方法は、トッププレート上の鍋底が放射する赤外線をトッププレート下の赤外線センサで受光し、受光した赤外線エネルギーに基づいて温度を検出する。ここで、ある温度の鍋底が放射する赤外線エネルギーは、鍋底の赤外線放射率に依存する。

加熱調理時の鍋底の温度範囲（約１００℃〜２５０℃）における放射エネルギー量（Ｗ／cm²）はプランクの分布則より、約１μｍ〜４０μｍの波長帯域にあり、そのピークは５μｍ〜８μｍにある。一方トッププレートに用いられるホウケイ酸ガラスは、０.４μｍ〜２.５μｍの波長の光を８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の光を２５％程度透過し、４μｍよりも長い波長、及び、０.４μｍよりも短い波長の光をほとんど透過しない。このため赤外線センサで受光する赤外線エネルギーは制限されて微弱となり、赤外線センサで電気信号に変換しても大きな増幅度の回路が必要でこの安定度、Ｓ／Ｎの改善が課題である。また赤外線センサに用いる光学フィルタとしては、トッププレートの温度の影響を受けずに鍋の温度を検出するためには狭波長帯の高価ものを必要とした。

特許文献３の技術は、赤外線発光および受光素子を用いて鍋底の反射率すなわちこれから導く放射率を計測し、これにより鍋底の相違により赤外線による温度検出が異なるのを補正するものである。鍋底の赤外線放射率は、鍋底の材質，色，加工状態（鍋底の塗装や鍋底の刻印，ヘアライン加工，リング加工，打ち込み加工等）に大きく依存する。また同じ鍋であっても鍋底に付着した調理油等の汚れによって放射率が異なってくる。すなわち、同じ温度，同じ材質の鍋底であっても、色，加工あるいは汚れ状態が異なると放射する赤外線エネルギーが異なるため赤外線センサで受光する赤外線エネルギーも異なり、異なる温度が検出されるという問題を解決するものである。しかし、従来技術では反射率を測定する手段を誘導加熱調理器へ組み込む具体的方法および組み込みに伴う誘導磁界の妨害への対応が開示されてない。また調理動作における鍋底の反射率測定タイミングや赤外線センサによる温度検出への補正適用方法の具体的開示もない。

従来の誘導加熱調理器では、結晶化ガラスをトッププレートに使用しているが、可視光領域の透過率が高く（透明度が高く）、かつ、安価な非結晶化ガラスをトッププレートに使用できれば、誘導加熱調理器としても、デザイン性をより高め、価格もより安価にできる。結晶化ガラスに比べて熱衝撃温度が低い非結晶化ガラスを誘導加熱調理器のトッププレートに採用するため、加熱源を誘導加熱コイルで構成することで解決する。

しかしながら、非結晶化ガラス製のトッププレートとして例えばホウケイ酸ガラスを使用した場合、赤外線を透過する光学特性の差異により、結晶化ガラスと比較して調理容器から生じた赤外線がトッププレートを透過する放射エネルギー量が低下することとなる。

赤外線センサは、調理容器からの赤外線放射エネルギーの他に、加熱コイルや加熱コイルを制御するインバータ基板などの排熱なども熱外乱となる赤外線放射エネルギーを受光している。トッププレートに非結晶化ガラスを採用すると、結晶化ガラスに比べて赤外線センサが受光する熱外乱の割合が増加することとなり、調理容器の温度を検出する測定精度が悪化するという課題がある。

本発明は、非結晶化ガラス製のトッププレートを採用した鍋温度検出手段において、検出する温度と実際の鍋温度の差を小さくすること、鍋底の温度と検出温度の追従性をよくすることを実現する誘導加熱調理器を提供することを目的とする。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、調理容器を上面に置くトッププレートと、前記トッププレートの下に設けた誘導加熱コイルと、前記誘導加熱コイルへの高周波供給電力を制御する電力制御回路と、前記調理容器底面からの放射赤外線量を検出するサーモパイルと、該サーモパイルを実装し、その出力信号を増幅する電子回路基板と、前記サーモパイルと前記電子回路基板を内部に設置し、上面にケース窓が開けられたプラスチック部材の赤外線センサケースと、外気を導入するファンと、該ファンから供給される冷却風を上面に設けられた冷却風送出孔を通して前記誘導加熱コイルに供給する冷却風路と、を具備し、前記赤外線センサケースは、前記冷却風路の前記冷却風送出孔に配置されており、前記ファンから供給される冷却風が前記サーモパイルと前記電子回路基板に直接当たり熱ゆらぎを起こすのを防ぐため、冷却風が直接当たるのを防ぐ防風機能を有し、前記サーモパイルは、前記赤外線センサケースの前記ケース窓を通過した前記調理容器底面からの赤外線で熱電対測温接点部が加熱されることで前記放射赤外線量を検出することにより達成される。

本発明によれば、非結晶化ガラス製トッププレートを備えた誘導加熱調理器において、安価な赤外線センサを用いて検出する温度と実際の鍋温度の差を小さくすることができる。また鍋底の温度と検出温度の追従性を良くすることもできる。

また、非結晶化ガラスは結晶化ガラスに比べて透明感があることから、トッププレートにホウケイ酸ガラスの非結晶化ガラスを用いることで、高級感のあるデザインを施すことができる。

ガラス厚４ｍｍのトッププレートに鋼球約５００ｇを落球させた試験を行った結果、結晶化ガラスは高さ約５０ｃｍからの落球で割れ、ホウケイ酸ガラスの場合は高さ約１３０ｃｍからの落球で割れを生じた。ホウケイ酸ガラスは、結晶化ガラスに外郭強度が高いことから、例えばトッププレートのガラス厚４ｍｍから３ｍｍなどの変更が可能となり、トッププレートの薄型が図れる。

トッププレートが薄くなるとガラスを透過する赤外線の透過率が増加することとなり、調理鍋からの赤外線エネルギーが鍋温度検出装置に入射する量が増加し、鍋温度の検出精度の向上効果が得られる。また、トッププレートの薄型化により、誘導加熱調理器の軽量化が図れ、輸送や流通の工程において省エネルギーとなり輸送費などのコスト低減効果が得られる。

本発明による誘導加熱調理器の構成を示す斜視図。本発明による誘導加熱調理器の構成を示す断面図。本発明による誘導加熱コイル周辺の詳細を示す断面図。本発明による鍋温度検出装置の配置を示す平面図。本発明による鍋温度検出装置を示す斜視図。本発明による鍋温度検出装置の断面図。本発明によるサーモパイルの詳細を示す断面図。本発明によるサーモパイルの詳細を示す平面図。本発明による反射型フォトインタラプタの示す図。本発明による誘導加熱調理器の制御ブロック図。プランクの分布則による分光放射エネルギーを示す図。トッププレートの光学特性を示す図。温度とサーモパイルの出力の関係を示す図。本発明によるサーモパイル温度検出回路の詳細を示す図。本発明による鍋底面温度とサーモパイル温度検出回路出力の関係を示す図。本発明による反射率検出回路の詳細を示す図。本発明による反射率検出回路の動作タイミングチャート。本発明による反射率検出回路の鍋有無による出力説明図。本発明による反射率検出回路の反射電圧と反射率の関係を示す図。本発明による各種鍋の鍋底温度と鍋温度検出回路出力の関係を示す図。本発明による各種鍋放射率と反射率の関係を示す図。本発明による誘導加熱調理のフローチャート。本発明による反射率検出のフローチャート。本発明による鍋温度検出のフローチャート。本発明による鍋温度検出装置の平面および断面図。本発明による各種鍋の鍋底温度２５０℃時の鍋温度検出電圧Ｖｔと反射電圧Ｖｒの関係を示す図。本発明による鍋温度検出のフローチャート。

本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は実施例１の誘導加熱調理器の本体１の斜視図であり、図２は図１中に一点鎖線ＡＡ′で示される部分に調理鍋６を載せたときの概略縦断面図である。以下では、誘導加熱が可能な鍋置き場所が２口、ラジエントヒータやハロゲンヒータ等のヒータ（加熱源）の放射熱で加熱可能な鍋置き場所が１口ある３口の誘導加熱調理器を例に挙げ説明を行うが、本発明の適用対象はこれに限らない。特にトッププレートを非結晶化ガラスのホウケイ酸ガラスとする場合は、誘導加熱が可能な鍋置き場所を３口設けた誘導加熱調理器であることが望ましい。これは、ラジエントヒータに比べ、誘導加熱による調理鍋６の加熱時の方がトッププレート２の最高温度を５００℃以下と低くするためである。調理鍋６は、誘導加熱に適した磁性体の鉄鍋であっても良いし、非磁性体のアルミ鍋，銅鍋であっても良い。

図１および図２に示すように、本体１の上面には、耐熱ガラス等の非磁性体によって形成されたトッププレート２が装着されている。トッププレート２は、少なくとも耐熱温度が３百数十度の耐熱塗料を用いて文字や略全面の塗装を裏面に施し、表面には鍋の滑り止めとなる印刷を施した非結晶化ガラスを基材とする耐熱ガラスである。本実施例で説明する非結晶化ガラスとは、石英ガラス、高ケイ酸ガラスとホウケイ酸ガラスが含まれ、特に本実施例では、ケイ素が略８０％、ホウ酸が１０〜１５％程度含まれ、熱衝撃温度３００℃以上かつ５００℃以下のホウケイ酸ガラスをいう。

また、トッププレート２の手前には、各口の加熱開始あるいは加熱コースを指示するスイッチ，各口の加熱状態（温度等）を表示する表示器が配置される操作表示部３が装着されている。

トッププレート２の上面には、その下に配置される誘導加熱コイル７あるいはラジエントヒータの最外半径におよそ一致する半径の円４が加熱可能な鍋置き場所を示すために印刷されている。またトッププレート２は普通可視光に対して透明であるため、上面にはフリットガラスに耐熱塗料を混入した耐熱耐久性の意匠印刷、下面には耐熱面塗装を施し、機器内部が見えないようにしてある。誘導加熱が可能な鍋置き場所２口の円４のほぼ中央には後述する鍋温度検出のため前述塗装がなされていない赤外線透過窓５が設けられている。この赤外線透過窓５は赤外光を透過させるためであり、この部分だけ赤外光に対しては透明な可視光カット部材（耐熱フィルムまたはガラス）を下面に装着しても良い。

トッププレート２の上面の各口（円４）に、調理鍋６を置き加熱調理を行う。図２に示すように、誘導加熱コイル７にインバータ回路８からの高周波電流を供給すると、誘導加熱コイル７が高周波磁界９（図中破線で示す）を発生し、この高周波磁界が鍋６と鎖交して、渦電流を発生し、そのジュール損により調理鍋６自身が誘導加熱され発熱する。従って、調理鍋６内の調理物は、調理鍋６自身の発熱によって加熱調理される。このとき、調理鍋６の下にあるトッププレート２も、発熱した調理鍋６から伝わる熱により高温になる。

図３に誘導加熱コイル周辺の断面を詳しく示す。図３に示すようにトッププレート２下面には誘導加熱コイル７が耐熱プラスチックで構成されるコイルベース１０内に渦巻き状に巻かれて配置される。誘導加熱コイル７の下側にはコイルベース部材内部に棒状のフェライト１１が放射状に配置されている。このフェライト１１は誘導加熱コイル７が発生する磁束をトッププレート２上の調理容器である調理鍋６に効率良く導くために配置される。コイルベース１０は本体１に固定されるコイルベース受け１２からバネ１３で押され、トッププレート２の下面に押し付けられる。

このコイルベース中心部は円筒状の空洞１４になっており、この空洞部の下部に円筒状の空洞１４から誘導加熱コイル７に冷却風を導くコイル冷却風路１５が本体１に固定されて配置される。コイル冷却風路１５上面には、先の円筒状の空洞１４下面円周に沿うコイル冷却風送出孔１６が開けられている。コイル冷却風送出孔１６の周囲にはグラスウール等のシール材１７が設けられ先の円筒状の空洞１４に接続される。この冷却風路１５中のコイル冷却風送出孔１６には鍋温度検出装置１８が配置される。鍋温度検出装置１８は誘導加熱された調理鍋６の底面温度をトッププレート２の赤外線透過窓５を透過する赤外線から検出する。

鍋温度検出装置１８の横には反射型フォトインタラプタ１９が配置される。反射型フォトインタラプタ１９はトッププレート２の赤外線透過窓５を通して鍋底面の反射率を検出して鍋温度検出装置１８の検出する温度を補正するものである。鍋温度検出装置１８および反射型フォトインタラプタ１９の詳細動作は後述する。

更に空洞１４のほぼ上面中央にはトッププレート２の下面に接するセラミックケース２０内にサーミスタ２１が配置される。

冷却風路１５には本体１に内蔵されるファン（図示せず）から外気が導入され、冷却風は鍋温度検出装置１８を冷却するとともにコイル冷却風送出孔１６から円筒状の空洞１４を上昇しトッププレート２に遮られ空洞１４上部から誘導加熱コイル７の方向に流れ誘導加熱コイル７を冷却する。

図４にトッププレート２を除いた図３の上面図を示す。誘導加熱コイル７および空洞１４とこの直下に設置される鍋温度検出装置１８，反射型フォトインタラプタ１９およびサーミスタ２１の水平面での位置関係を示す。図中に太い一点鎖線で赤外線透過窓５の位置を示している。

図５に鍋温度検出装置１８の詳細斜視図を示す。鍋温度検出装置１８は、赤外線検出センサであるサーモパイル２５を中心に構成される。サーモパイル２５はサーモパイルの出力信号を増幅する電子回路基板２６に実装され、このサーモパイル２５にはプラスチック部材で構成されるリフレクタ２７が装着されている。このサーモパイル２５と電子回路基板２６は、全体をプラスチック部材の赤外線センサケース２８内に密封される。この赤外線センサケース２８には赤外線を透過させるためにケース窓２９にはトッププレート２とほぼ同じ光学特性（但し図１２に示すように１μｍ以上の長波長側の光学特性はほぼ同じ）を持つガラスを薄くケース窓２９の形状に切り出したものを光学フィルタ３０として嵌め込んである。本実施例ではケース窓２９のガラスは非結晶化ガラスを用いて説明するが、特にこれに限らず結晶化ガラスを用いても良い。また、ケース窓２９は、可視光カットも目的とするためトッププレート２より可視光の透過率が悪い光学特性を用いることが望ましい。

この赤外線センサケース２８は、周りをアルミニウム等の透磁率がほぼ１の金属ケース３１で覆っている。当然、先のケース窓２９の所は開口されている。そしてこの金属ケース３１には接地線３２が接続され、３端子商用電源線の接地線が接続される本体１の金属部に接地される。

図６に図５中のＢ−Ｂ′線に沿った断面図を示す。リフレクタ２７の内面３３にはアルミ蒸着膜で鏡面を形成し、図中の一点鎖線に示すごとくケース窓２９，光学フィルタ３０を透過した赤外線をサーモパイル２５の後述する光学フィルタを通して赤外線吸収膜に集光する。

図７にサーモパイル２５の詳細を示す。サーモパイル２５は熱電対（サーモカップル）を多数縦列接続した（パイリング）したもので、ニッケルめっき鋼板等の金属キャン３５と金属ステム３６からなる金属ケース内にこれが内蔵されている。およそ３００μｍ厚のシリコン基材３８表面に電気的および熱的に絶縁するためシリコン酸化膜３９を形成し、この上にポリシリコン，アルミを順次パターン蒸着し図示しないポリシリコン蒸着膜４０，アルミ蒸着膜４１で熱電対を多数作成し、これを従属接続する。ポリシリコン，アルミ接合点（測温接点）のあるシリコン基材３８中央部には、黒体に近い酸化ルビジウム膜等の赤外線吸収膜４３を形成する。ポリシリコンおよびアルミ蒸着膜の一端は冷接点部４４であり、これはシリコン基材３８の周囲に配置する。シリコン基材３８の裏面を周囲（冷接点部）を残して２９９μｍまでエッチングし、測温接点部分のあるシリコン基材の厚みを１μｍに形成する。これは熱伝導の良好なシリコンを薄くすることで、測温接点部４２と冷接点部４４の熱伝導を少なくし測温接点部と冷接点部を熱的に絶縁するためである。

このシリコン基材３８を金属ケース内の金属ステム３６にボンド等で固定する。同時に金属ステム３６にはセラミック上に膜形成したＮＴＣサーミスタ４５を同様に配置する。これは金属ケース内にある熱電対の雰囲気温度を検出し、熱電対の熱起電力を補正するためである。詳細は後述する。金属ステム３６には絶縁シールされた４本の金属ピン４６が貫通配置されており、この金属ピンに先の熱電対の出力とＮＴＣサーミスタ４５がワイヤ接続される。ステム３６には、筒状の金属キャン３５が不活性ガス中で被せられ溶着される。この金属キャン３５の上面には***の窓４７が開けられ、ここに内側から光学フィルタ４８（ある波長域の光線を透過する部材）が装着されている。この***の垂直下に先の測温接点部４２（赤外線吸収膜４３の下にある）が位置するようにシリコン基材３８が固定される。

サーモパイル２５内の熱電対測温接点部４２（赤外線吸収膜４３の下にある）にはこの***の窓４７を通過した赤外線で加熱され、この加熱温度上昇は通過した赤外線エネルギーに比例し、熱電対の冷接点部４４と測温接点部４２の温度差に比例した電圧が熱電対出力の金属ピン４６に出力される。

図８は図７中Ｃ−Ｃ′で示す線での断面の平面図である。ポリシリコン蒸着膜４０，アルミ蒸着膜４１で作成された熱電対が見えるように、赤外線吸収膜４３を省略して示してある。

図９に図３で説明した反射型フォトインタラプタ１９の詳細を示す。反射型フォトインタラプタ１９は赤外線発光素子としての赤外線ＬＥＤ５０と赤外線受光素子としての赤外線フォトトランジスタ５１を同一プラスチック部材に並べてモールドしたものである。赤外線ＬＥＤの発光面上にはプラスチックでレンズが構成され細いビームで９３０ｎｍ付近の赤外光を上方に照射する。赤外線フォトトランジスタ５１の受光面上には可視光阻止のプラスチックでレンズが構成され、先の照射赤外光の物体（鍋底面）での反射赤外光を狭い視野角で受光し、その受光量に比例した電流を出力する。この反射型フォトインタラプタ１９は赤外線発光素子と受光素子の対で構成されるものでトッププレート２上に置かれた調理鍋６底面の反射率を計測するものである。

図１０に本実施例の誘導加熱調理器の制御ブロック図を示す。マイクロコンピュータ６０が誘導加熱調理器の動作を制御する。ここでは符号Ｒを付したブロックは図１の手前右にある誘導加熱口に関するブロックを表し、符合Ｌを付したブロックは図１の手前左にある誘導加熱口に関するブロックを表す。２つのインバータ回路８Ｒおよび８Ｌは誘導加熱コイル７Ｒ及び７Ｌに高周波電流を供給する。このインバータ回路８Ｒ，８Ｌの動作周波数及びコイルへの供給電力を調整するのが周波数制御回路６１Ｒ，６１Ｌ及び電力制御回路６２Ｒ，６２Ｌである。動作周波数を変化させるのは、鍋の金属種類によって高周波電流の周波数で誘導加熱効率が変化するためである。一般に鉄では２０ｋＨｚ、これより抵抗率の低い銅、アルミでは７０ｋＨｚ以上の周波数が用いられる。この周波数切り替えは図示しない鍋種類判別手段の判断に基づいてマイクロコンピュータ６０が周波数制御回路を制御して行う。

各インバータ回路８Ｒ，８Ｌには整流回路６３から直流電圧が供給される。この整流回路６３には電源スイッチ６４を介して３端子２００Ｖの商用電源６５が接続されている。商用電源の接地端子は本体１の金属部に接地線で接続される。ラジエントヒータ６６にはラジエントヒータ回路６７を介して商用電源６５が接続され、ラジエントヒータ回路６７がラジエントヒータ６６に供給する電力を制御する。

マイクロコンピュータ６０には、表示操作部の操作スイッチ６８，表示回路６９が接続され使用者の操作指示を受け付け、機器の動作状態表示を行う。またブザー７０が接続され使用者の操作ボタン押しあるいはエラー等の警告などを報知する。マイクロコンピュータ６０は使用者の指示に従い、周波数制御回路６１Ｒ，６１Ｌと電力制御回路６２Ｒ，６２Ｌ及びラジエントヒータ回路６７を制御して、トッププレート２上の調理鍋６を加熱する。

サーモパイル２５はサーモパイル温度検出回路７２に接続され出力が増幅され、マイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。フォトインタラプタ１９は反射率検出回路７３に接続され、マイクロコンピュータ６０のポート出力で発光素子の発光を制御され、調理鍋６で反射された赤外光は受光素子で受光され、その出力信号は増幅されマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。サーモパイル温度検出回路７２および反射率検出回路７３の動作の詳細は後述する。更にサーミスタ２１はサーミスタ温度検出回路７４に接続され、その出力もマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。

マイクロコンピュータ６０は反射率検出回路７３の出力から調理鍋６の赤外線反射率を知り、サーモパイル温度検出回路７２の出力を反射率で補正して調理鍋の温度を検出する。そして、電力制御回路６２を介して、調理鍋６の加熱を制御する。

以下本実施例の動作を説明する。

トッププレート２上に置かれた調理鍋６は誘導加熱により発熱する。この加熱により鍋６底面からは赤外線が放射される。この全放射エネルギーＥは鍋温度Ｔの４乗に比例したものである（Ｅ＝σＴ⁴；ステファン・ボルツマンの法則）。図１１にプランクの分布則から算出される黒体温度の分光放射エネルギーを示す。この分光放射エネルギーを全波長域で積分すれば、全放射エネルギーＥが求まり、これは温度（絶対温度）の４乗に比例する。これが前述のステファン・ボルツマンの法則であり、この係数σがステファン・ボルツマン係数である。分光放射エネルギーのピーク波長はウィーンの変移則から、調理温度１００〜３００℃で５μｍ〜８μｍである。

誘導加熱された鍋底は、黒体温度の全放射エネルギーＥに鍋底の放射率εを乗じた全放射エネルギーを温度に応じて放出する。すなわち黒体温度の全放射エネルギーＥと鍋底温度のそれ（Ｅ′＝εσＴ⁴）との比が放射率εである。

一方、非磁性体である非結晶化ガラス（トッププレート２）の光学特性を図１２に実線で示す。図１２に実線で示すように、非結晶化ガラスは、０.４μｍ〜２.５μｍの波長の光を８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の光を２５％程度透過し、４μｍよりも長い波長、及び、０.４μｍよりも短い波長の光をほとんど透過しない。この光学特性のため鍋から放射される赤外線放射エネルギー（図１１参照）の大部分（波長４μｍ以上の大部分）はトッププレート２を通過できない。通過できるのは鍋から放射される全赤外線放射エネルギーの１％程度である。

赤外線センサとしては周知のように、赤外線フォトダイオード，赤外線フォトトランジスタのような量子型とサーモパイル、焦電素子のような熱型とがある。量子型センサは量子効果で赤外線を検出するため狭い波長帯域で高い感度を持ち、熱型は広い波長帯域で低い感度を持つのが特徴である。量子型は半導体の種類で感度波長が決められ、シリコンのように安価に購入できるものは実用感度波長が可視光外（０.８μｍ）から１μｍ以下のため、検出温度の範囲が３００℃以上となる。一方熱型は量子型に比べ、可視光から２０μｍ以下の広い波長帯域で均一の低い感度を持つ（原理的には波長依存性を持たない。）。このため、センサへの赤外線受光面の前に光学フィルタを設け、検出温度範囲波長を狭めて外乱を防ぐ。

本実施例では、調理温度範囲が１００から２５０℃であるため、赤外線センサとして熱型であるサーモパイルを用いる。同じ熱型の焦電素子は微分型のセンサであるため、赤外線入射を断続する必要があり、普通機械的なチョッパ機構が使われる。このため、信頼性の点で誘導加熱調理器のような家電品に用いるのは不向きである。一方サーモパイルはこのような機構を必要とせず、また近年ＭＥＭＳ等の技術により半導体プロセスを用い構成する熱電対を微小化し多数堆積（パイリング）して感度を向上させたものが安価に供給されている。

近年多くの体温計に用いられるサーモパイルの光学フィルタとしては透過波長が１〜１５μｍのものが使われる。これはウィーンの変移則から人体の赤外線放射エネルギーのピーク波長が約１０μｍ（体温３６℃）であり、上記光学フィルタを用いるのが最適なためである。

この光学フィルタを有するサーモパイルを用いて、調理鍋の温度（２５〜３００℃）を非接触で計測するとサーモパイルの出力として図１３に一点鎖線で示す出力が得られる。これは前述のように調理鍋底面を黒体とみなして、これが放射する赤外線エネルギー（プランクの分布則に従う）がサーモパイルの感度で電圧に変換され所定の増幅をしたとして得たものである。このときサーモパイルの感度は波長１〜１５μｍである一定値とし、波長１〜１５μｍの赤外線は光学フィルタを一律に９０％透過してサーモパイルに入射すると仮定している。

さてこのサーモパイルを図３の構成で鍋温度検出に使用した場合には、鍋底面からの赤外線はトッププレート２を透過してサーモパイル２５に入射する。したがってトッププレート２の光学特性（図１２）で透過する各波長の赤外線は制限される。前述したように約４μｍ以上の赤外線はほとんど透過せず、サーモパイル２５に入射しない。上述と同様にこの場合の出力を計算すると図１３に実線で示すものとなる。出力は１桁程度低下するのが分かる。このためサーモパイル２５の出力を、従来の体温計等での使用される直流増幅器の増幅度（約１０００倍）に比べ１桁高い増幅度（約１００００倍）で直流増幅することが必要になる。このため本実施例の鍋温度検出装置１８は同一防風ケースである赤外線センサケース２８内部にサーモパイル２５とこの出力を増幅する回路基板（後述するサーモパイル温度検出回路７２）を設置し、温度変化に対して安定にサーモパイル２５の出力を直流増幅した後低い出力インピーダンスの信号電圧として後述するマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に出力している。更にこのケースを非磁性体である金属ケース３１で蔽うことで、誘導加熱コイル７の強磁界に対して防磁するとともに、他の回路特にインバータ回路からのパルス雑音に対してこの金属ケース３１を接地線３２で本体１の金属部に接地することで静電シールドをも施している。

図１４にサーモパイル温度検出回路７２の詳細を示す。サーモパイル２５の熱電対出力（熱起電力）（図中（＋），（−）記号間の電圧）はオペアンプ７２−１，７２−２で約１００００倍に増幅され出力端子７２−３に出力される。この電圧はマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。またサーモパイル内のＮＴＣサーミスタ４５は、回路電源電圧を抵抗７２−４，７２−５，７２−６で分圧された電圧源（抵抗７２−５の両端）に抵抗７２−７と直列接続された状態で接続され、この抵抗７２−７との接続点ａは熱電対出力端子（−）に接続されている。周知のようにＮＴＣサーミスタ４５は負の温度特性を持った抵抗素子であり温度上昇で抵抗値が低下する。このため、サーモパイル２５内の温度が上昇すると先の接続点ａの電圧は上昇する。熱電対出力（図中（＋），（−）記号間の電圧）は測温接点部４２（赤外線エネルギーで加熱される点）と冷接点部（熱電対出力端子）４４の温度差に比例する。このためサーモパイル２５の設置される雰囲気温度でサーモパイル２５の金属ケース内雰囲気（ＮＴＣサーミスタが内蔵される）温度が上昇すると熱電対出力は減少する。この減少を接続点ａの電圧上昇で補償する。すなわちＮＴＣサーミスタ４５はサーモパイル（熱電対）２５の出力が周囲温度で変化するのを防ぐために使用される。

調理中、誘導加熱コイル７に十数アンペアの高周波電流を流すためコイル自身が発熱する。また誘導加熱コイル７上のトッププレート２には誘導加熱された高温の調理鍋が載置されており、本体１内の誘導加熱コイル下部は調理中７０℃の高温になる。サーモパイル２５とサーモパイル温度検出回路７２からなる鍋温度検出装置１８は誘導加熱コイル７の中央下部に設置されるためこの高温雰囲気中に置かれることになる。前述のように、サーモパイル２５の出力が雰囲気温度で変化しないように、内蔵のＮＴＣサーミスタ４５を用いて温度補償をしているが、サーミスタの非線形性のため広い温度範囲で十分な温度補償を行うのは難しく、鍋温度検出装置１８はなるべく低温の一定温度雰囲気におくのが望ましい。このため本実施例では、外気が導入されるコイル冷却風路１５内に鍋温度検出装置１８を設置して、外気でサーモパイル２５とサーモパイル温度検出回路７２を冷却しこれらの温度上昇を防止している。またコイル冷却風路内の気流がサーモパイル２５の金属ケースおよび回路の半導体，抵抗等に直接当たり熱ゆらぎを起こすのを防ぐため、防風ケースである赤外線センサケース２８でこれを覆っている。またサーモパイル２５とサーモパイル温度検出回路７２は赤外線センサケース２８内の空気で空気断熱されることにもなる。つまり、赤外線センサケース２８は断熱ケースとしての機能も有する。さらにこの赤外線センサケース２８を非磁性体である金属ケース３１で覆い、磁気遮蔽することでサーモパイル２５の金属ケースが誘導加熱コイル７の発生する高磁界で誘導加熱され温度上昇しないようにしている。この結果、高温，高磁界の中でも安定に鍋底の温度検出を可能にしている。

さてトッププレート２は誘導加熱された調理鍋６から赤外線放射を吸収することおよび接触熱伝導とで加熱される。図１２に示したトッププレート２の光学特性から０.４μｍ〜２.５μｍの波長の光を８０％以上透過し、３〜４μｍの波長の光を２５％程度透過し、４μｍよりも長い波長、及び、０.４μｍよりも短い波長の光をほとんど透過しない。

放射エネルギーが物質表面に入射すると、その一部ρは反射され、一部αは吸収され、残りτは透過する。これらの量の間には、エネルギー保存則からρ＋α＋τ＝１が成立する。トッププレート２上に調理鍋６が置かれた状態では、調理鍋６の赤外線放射エネルギーのトッププレート２での反射はほとんどゼロとみなせるため、トッププレート２では吸収率α＋透過率τ＝１が成立していると見てよい。キルヒホフの法則より吸収率α＝放射率εであるため、トッププレート２は調理鍋６からの赤外線放射エネルギーのうち、０.４μｍ〜２.５μｍの波長では８０％以上透過し、残り２０％を吸収しこれを放射する。また３〜４μｍの波長では２５％程度透過し、残り７５％を吸収しこれを放射する。４μｍよりも長い波長、及び、０.４μｍよりも短い波長ではほとんど透過せず、すべてを吸収してこれを放射する。熱伝導で加熱された分も同様である。波長４μｍ以上では熱伝導加温の赤外線エネルギーはほとんどトッププレート２表面から放射される。

このため、サーモパイル２５を使用して、トッププレート２上の調理鍋６の温度を検出する場合にはトッププレート２自身の加熱が放射する赤外線が問題となる。特にトッププレート２自身の加熱が放射する波長４μｍ以上の赤外線が問題となる。例えばサーモパイル２５に付属する光学フィルタ４８の透過波長が１〜１５μｍであれば、トッププレート２が放射する４μｍよりも長い波長の赤外線によってサーモパイル２５の出力が大きく影響を受け、トッププレート２上の調理鍋底の温度を正確に検出できないことになる。トッププレート２を透過する鍋の放射赤外線エネルギーは１μｍ〜２.５μｍの約１.５μｍの帯域、これに対しトッププレート２自身が放射する赤外線エネルギーは４μｍ〜１５μｍの約１１μｍの帯域であり、同じ温度であればサーモパイル出力のうち、調理鍋６の温度による分の５倍がトッププレート２の温度によることになる。

本実施例では、上記を防止するためサーモパイル２５で構成される鍋温度検出装置１８の赤外線センサケース２８に、赤外線を透過させるためのケース窓２９を開け、
このケース窓２９にトッププレート２を構成する非結晶化ガラスを薄く切り出したものを光学フィルタ３０として嵌め込んである。そして、サーモパイル２５に入射する赤外線の内トッププレート２が放射する分を除去する。トッププレートが放射する波長２.５μｍ以上の部分はトッププレート２と同じ透過特性を持つ光学フィルタ３０の光学特性によってサーモパイル２５への入射が阻止される。

光学フィルタ３０をトッププレート以外の材料で作成しても良く、トッププレート２に比べて７００ｎｍ以下の透過率が低い光学特性とした可視光線カットの効果を付与するものを用いても良い。

更に、サーモパイル２５の光学フィルタ４８は、トッププレート２と光学フィルタ３１を透過した鍋からの赤外線を透過し、かつ波長１μｍ以下の透過率は、トッププレート２より透過率が低い光学特性である。これは、トッププレート２を透過した鍋からの赤外線はサーモパイルの赤外線吸収膜４３に入射し、可視光線が赤外線吸収膜４３に入射するのを防止する必要があるためである。これにより、可視光線によるサーモパイルの出力変化が低減し、鍋温度の検出誤差を低減できる。

更に、サーモパイル２５の光学フィルタ４８として波長４μｍ以上を透過させない４μｍショートパスフィルタを用いている。これは周囲温度で暖められる光学フィルタ３１自身および赤外線センサケース２９が放射する赤外線をも波長４μｍ以上は透過させないようにするためである。というのは先に述べたように鍋から放射される１〜２.５μｍの赤外線エネルギーはトッププレートで通過を制限されているため非常に微小であり、サーモパイル２５の出力増幅を大きくせざるを得ないため周囲温度での４μｍ以上の赤外線放射に敏感であり、徹底的に鍋底以外からの４μｍ以上の赤外線がサーモパイルの赤外線吸収膜４３に入射するのを防止する必要があるためである。

光学フィルタ３０自身および赤外線センサケース２８が７０℃であるとして、これが放射する赤外線によってサーモパイル２５が出力する電圧を計算すると図１３にＡで示すものになる。ここでサーモパイル２５の光学フィルタ４８としては１〜１５μｍの波長を９０％透過するものとした。この電圧は同図実線で示すトッププレート２上の鍋底が３００℃のときのサーモパイル２５が出力する電圧とほぼ同じである。つまり、光学フィルタ３１の通過帯域を４μｍ以下に制限しないと、鍋温度検出装置１８が７０℃以上の雰囲気ではトッププレート２上の鍋温度を検出できない。

以上の理由からも、本実施例では鍋温度検出装置１８をコイル上面冷却風路１５ａ内に設置している。

図１５（ａ）に黒体に近い状態の鍋底面を有するテンプラ鍋を図３の実施例で誘導加熱した場合の、鍋底面温度Ｔとサーモパイル温度検出回路７２出力端子７２−３の出力電圧Ｖの関係を示す。常温から１００℃まではほぼ０.５Ｖであり、１００℃を越えると温度のほぼ４乗に比例した電圧が出力される。０.５Ｖはサーモパイル温度検出回路７２の電源電圧（５Ｖ）を抵抗７２−４，７２−５，７２−６で分圧した電圧（図１４中ａ点で示す）０.５Ｖがオペアンプ７２−１，７２−２のバイアス電圧として与えてあるためである。１００℃を越えるとサーモパイル２５の出力電圧が大きくなり、オペアンプ７２−１，７２−２で約１００００倍に増幅されて０.５Ｖ以上の電圧として観測される。このバイアス電圧はサーモパイル温度検出回路７２の故障検出用に与えてある。出力端子７２−３の出力電圧値からこの０.５Ｖを引いた値（０.５Ｖからの電圧上昇値）が検出した鍋底面温度に比例したものである。図１５（ｂ）にこれを示す。マイクロコンピュータ６０はサーモパイル温度検出回路７２出力端子７２−３の出力電圧をＡＤ変換して読み込むが、この電圧から０.５Ｖを引いた値である鍋温度検出電圧Ｖｔ（＝Ｖ−０.５）をもとに鍋温度を得る。図１５（ｂ）の関係は予めマイクロコンピュータ６０のＲＯＭにテーブルデータとして記憶しておく。

図１６に反射率検出回路７３の詳細を示す。図１６において、５０は発光素子である赤外線ＬＥＤであり、例えばその発光波長は９３０ｎｍである。５１はフォトトランジスタであり、例えばピーク感度波長が８００ｎｍで赤外線ＬＥＤ５０の発光波長９３０ｎｍでもピーク感度の８０％の感度をもつものである。図１７に反射率検出回路７３の動作タイミングチャートを示す。フォトインタラプタ１９の発光素子である赤外線ＬＥＤ５０はトランジスタ７３−１で駆動される。この駆動はマイクロコンピュータ６０の出力ポートから駆動信号端子７３−２に入力される信号で制御される。図１７中（ａ）にこの信号を示す。デューティ５０％の矩形波信号を駆動信号端子７３−２に入力すると、赤外線ＬＥＤ５０は信号が５Ｖのとき発光し、０Ｖのときは消灯する間歇的投光を行う。この発光強度は赤外線ＬＥＤ５０に流す電流に比例し、この電流は抵抗７３−３の値で決められる。本実施例では抵抗値を固定して発光強度は一定である。この赤外発光が調理鍋底面で反射され、受光素子であるフォトトランジスタ５１で受光されると光電流により抵抗７３−４に電圧が発生する。この電圧を図１７中（ｂ）に示す。反射が大きく（受光量が多く）なれば電圧は比例して大きくなる。この信号電圧はコンデンサ７３−５で直流分がカットされ、交流信号（図１７中（ｃ）に示す）としてオペアンプ７３−６で構成される正転直流増幅器に入力される。ここで交流信号のプラス側成分のみが増幅される。図１７中（ｄ）にこれを示す。この増幅されたデューティ５０％の信号は充放電回路７３−７で直流の平均値電圧に変換され、出力端子７３−８から出力される。この出力はマイクロコンピュータ６０のＡＤ端子に入力される。

このように反射率検出回路７３は発光強度が一定のキャリア変調された赤外光を鍋底面に放射し、鍋で反射される赤外光を受光してその平均値電圧を反射電圧として得ることで反射率に相当する値を検出する。赤外発光をキャリア変調し、受光経路で直流成分をカットしているのは、自然光あるいは白熱電灯，蛍光灯などの照明機器に含まれる赤外光が鍋の反射率検出に影響するのを防止するためである。また、フォトトランジスタ５１の暗電流の影響も防止している。

フォトインタラプタ１９を図３に示すように配置するとトッププレート２上に調理鍋がない場合、赤外線ＬＥＤ５０の放射した赤外光は大部分がトッププレート２を透過するが、一部はトッププレート２で反射される。これはトッププレート２の透過率が波長９３０ｎｍで９０％であり、残り１０％の赤外光は反射されるためである。また、赤外線ＬＥＤの放射角度のため、トッププレート下面に到達せず経路途中にある物体で反射される赤外光もある。このため図１８に示すように反射率検出回路７３の出力は、トッププレート上に鍋がある場合（ａ）Ｖ１となり、鍋がない場合（ｂ）Ｖ２となる。正味の鍋での反射電圧ＶｒはＶｒ＝Ｖ１−Ｖ２となる。

図１９に反射率検出回路７３を図３に示すように配置して、トッププレート上に反射率が既知の金属板を配置したときの反射率検出回路７３の出力から得られる先の反射電圧Ｖｒと反射率の関係を示す。図中に近似線も示す。この関係を用いれば、反射率検出回路７３の出力電圧から反射率が得られる。そしてこの関係をテーブルデータにあるいは近似式の係数値をあらかじめマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに記憶しておく。

調理鍋のような金属物質ではキルヒホフの法則により温度Ｔの物質表面から放射される赤外線エネルギー（Ｅ＝εσＴ⁴）の放射率εと表面の反射率ρの間にはε＋ρ＝１の関係が成立する（透過率α＝０とする）。調理鍋では放射率の違いにより同じ鍋底温度でありながら、放射される赤外線エネルギーが異なる。このためサーモパイル出力すなわち鍋温度検出装置１８の出力が異なるという問題が生じる。そこで調理鍋の反射率を検出して放射率を求め鍋温度検出装置１８の出力を補正してから温度に換算する必要がある。これを行うために先に説明した反射率に相当する量である反射電圧Ｖｒを求め、これから反射率を得るのが反射率検出回路７３である。この反射率を１から引いて放射率を得る。

図２０にトッププレート２に置かれた数種の鍋について、鍋温度検出装置１８の出力（サーモパイル温度検出回路７２の出力Ｖ）から前述した０.５Ｖのオフセット電圧Ｖｏを引いた値Ｖｔ（鍋温度検出電圧）と鍋底面温度Ｔとの関係を示す。図中の各鍋底面の放射率は、（ａ）は０.９と黒体に近く、（ｂ）は０.５７、（ｃ）は０.４３、（ｄ）は０.２４である。図２０の上図に示すように放射率によって鍋温度検出装置１８の出力と鍋底温度の関係が異なることがわかる。（ａ）〜（ｄ）の電圧値を放射率で除算すると、図２０の下図に破線で示すものとなり、ほぼ１本の曲線に集約することができることが分かる。各出力Ｖｔは各鍋の全放射エネルギー（Ｅ′＝εσＴ⁴）に比例し、これを放射率で除算するのは、前述したように黒体の全放射エネルギー（Ｅ＝σＴ⁴）に換算することを意味する。そして各鍋の放射率が分かれば、各鍋の鍋温度を黒体の放射温度に還元できることを意味している。例えば図３実施例でトッププレート上に黒体を配置して、黒体温度Ｔと鍋温度検出装置１８の出力Ｖから０.５を引いた値である鍋温度検出電圧Ｖｔを求め、このＴとＶｔの関係（図１５（ｂ））を記録し、これをテーブルデータにあるいは近似式の係数値としてあらかじめマイクロコンピュータ６０のＲＯＭに記憶しておく。そして、鍋を誘導加熱しているとき、一定時間ごとに鍋温度検出装置１８の出力ＶをＡＤ変換して読み込み、鍋温度検出電圧Ｖｔ＝Ｖ−０.５の演算を施した後、反射率検出回路７３で反射率を前述したように得て、この反射率ρをもとにキルヒホフの法則（ρ＋ε＝１）から放射率εを得、鍋温度検出電圧Ｖｔをこれで除算した後、この値でテーブルデータを牽くあるいは近似式に代入して、鍋温度検出電圧Ｖｔから温度Ｔを求め、これを検出鍋温度とする。本実施例の鍋温度補正は以上に基づいて行う。

図２１に、各鍋において放射温度計を用いて計測した放射率と図３実施例で反射率検出回路７３を用いて得た反射率（図１９の関係の近似式を適用）の関係を示す。鍋によってキルヒホフの法則からはずれるものもあるが、放射率と反射率の間には強い相関がある。キルヒホフの法則から外れるのは反射率の検出において、鍋表面での散乱により反射赤外線の全てを受光していないためである。反射率を求める際には、赤外線ＬＥＤ５０の放射光がトッププレート２になるべく垂直に入射させ、鍋での反射光をなるべく垂直にフォトトランジスタ５１に導くのが望ましい。このため、フォトインタラプタ１９の受発光面の上に導光筒を配置するのが良い。また鍋温度検出装置１８のトッププレート２上位置での視野面とこの反射率検出発光のトッププレート２上での反射面は同一面であるのが望ましい。このため、図４に示すように鍋温度検出装置１８と反射型フォトインタラプタ１９を並べて配置するのが良い。

以下では、本実施例の動作について、手前右側の口に調理鍋６を置き、所定温度で所定時間調理鍋を加熱して調理を行う場合として説明する。図２２にこの動作のフローチャートを示す。図示していない電源を投入し、調理鍋６を置いた誘導加熱口の操作スイッチで所定の温度および調理時間を設定し（ステップＳ１）調理開始を指示すると（ステップＳ２）、マイクロコンピュータ６０はまず反射率検出回路７３を制御して載置された鍋の反射データ（反射率に相当）を取り込み反射率を検出する（ステップＳ３）。

図２３に反射率検出（ステップＳ３）の詳細なフローチャートを示す。マイクロコンピュータ６０は反射率検出回路７３の端子７３−２にポートから図１７（ａ）の赤外線ＬＥＤ駆動信号を出力する（ステップＳ３−１）。所定時間例えば２００ｍｓ出力した後（ステップＳ３−２）、端子７３−８に出力される電圧Ｖ２をＡＤ端子より読み込む（ステップＳ３−３）。そして赤外線ＬＥＤ駆動信号を停止する（ステップＳ３−４）。次に予め記憶されている鍋が置かれていない時の電圧Ｖ１を先の読み込んだ電圧Ｖ２から引き反射電圧Ｖｒを算出する（ステップＳ３−５）。そして予め記憶されている反射電圧と反射率の関係から反射率ρを得る（ステップＳ３−６）。

続いて対応する電力制御回路６２，周波数制御回路６１，インバータ回路８を制御して誘導加熱コイル７に電力を供給する（ステップＳ４）。誘導加熱コイル７に電力が供給されると、誘導加熱コイル７から誘導磁界が発せられ、トッププレート２上の調理鍋６が誘導加熱される。この誘導加熱によって調理鍋６の温度が上昇し、調理鍋６内の被加熱物の調理が開始される。マイクロコンピュータ６０は誘導加熱を開始すると、一定時毎に鍋温度検出装置１８の出力を読み込み、鍋温度を検出する（ステップＳ５）。ここで鍋温度検出動作を説明する。

図２４に鍋温度検出（ステップＳ５）の詳細なフローチャートを示す。マイクロコンピュータ６０は鍋温度検出装置１８（鍋温度検出回路７２）の出力電圧を読み込み（ステップＳ５Ａ−１）、この値から０.５Ｖを引きこれを鍋温度検出電圧Ｖｔとする（ステップＳ５Ａ−２）。そして、誘導加熱直前に検出した反射率から、放射率（＝１−反射率）を得て（ステップＳ５Ａ−３）、この鍋温度検出電圧Ｖｔを除算する（ステップＳ５Ａ−４）。除算後のＶｔを用い予め記憶してある図１５（ｂ）に示すＶｔとＴの関係であるデータテーブルを引いて（ステップＳ５Ａ−５）、温度Ｔに変換し鍋温度Ｔを出力する（ステップＳ５Ａ−６）。

なお放射率を算出する過程（ステップＳ５Ａ−３）と鍋温度検出電圧Ｖｔを放射率で除算する過程（ステップＳ５Ａ−４）の代わりに、予め倍率ａ＝１／放射率（ａ＝１／ε）の値（１以上の値になる）と反射率（あるいは反射電圧Ｖｒ）の関係をテーブルとして記憶し、反射率（あるいは反射電圧Ｖｒ）から前記テーブルで倍率ａを得て、鍋温度検出電圧Ｖｔに倍率を乗算したのち、ＶｔとＴの関係であるデータテーブルを引いて鍋温度Ｔを出力してもよい。こうすれば、マイクロコンピュータの処理時間を要する除算を使用しなくてすみ処理の高速化が図れる。

所定の温度に到達したら（ステップＳ６）、電力制御回路６２を制御して誘導加熱コイル７に供給する電流を所定量減少させる（ステップＳ７）。そして調理時間タイマーをスタートさせる（ステップＳ８）。一定時毎の鍋温度検出（ステップＳ９）を続けながら（ステップＳ１０）、誘導加熱コイル７に供給する電流を所定量増減させて（ステップＳ１１，Ｓ１２）、鍋温度を一定（Ｔｃ）に保つ。そして所定の調理時間が経過したら（ステップＳ１３）、調理終了をブザーで使用者に報知して、誘導加熱コイル７への電力投入を停止する（ステップＳ１４）。こうして、調理鍋６の被調理物は設定された温度および時間で調理される。

以上説明では反射率検出を誘導加熱直前に１度だけ行う例を示したがこれに限ることはない。通常の鍋では誘導加熱中（温度が高温になっても）反射率は変化しない。また赤外線発光ＬＥＤでは長時間連続発光において寿命の問題がある。また反射率検出回路７３が誘導加熱中の高磁場で妨害を受ける。本説明ではこれらの点を考慮して１調理につき誘導加熱直前の１回の反射率検出に限定した。当然、発光電流を低減して調理中に一定周期で反射率検出を行っても良い。特に薄手の鍋では高温による鍋底変形で反射率が変化することもある。さらに色塗装を底面に施した鍋では、高温で塗装が変性し反射率が変化することもある。この場合には加熱中でも定期的に反射率検出を行うのが望ましい。この場合当然磁場の影響を避けるために、後述する図２５実施例のように磁性体で反射型フォトインタラプタ１９および反射率検出回路７３を囲うのが望ましい。あるいは、反射率検出を行うタイミングで誘導加熱コイル７への電力供給を短時間停止しても良い。

また、調理中に鍋を別の鍋に交換する場合もある。この時反射率は当然変化する。この場合には今ある鍋を退かした時点で鍋温度検出装置１８の検出する電圧が急激に低下する。そして別温度の鍋を置いた時点で鍋温度検出装置１８の検出する電圧はこの鍋底面温度に対応する値に復帰する。この変化を捉え再度反射率の検出するのが望ましい。

鍋温度検出装置１８の他の実施例を図２５に示す。図５，図６，図９と同一符号は同一物を示す。本実施例は鍋温度検出装置１８の赤外線センサケース２８内にサーモパイル２５と反射型フォトインタラプタ１９を組み込んだものである。赤外線センサケース２８のケース窓２９に嵌めた光学フィルタ３０の一部を凸レンズとし、この下にサーモパイル２５を配置して、リフレクタ２７を省略している。また反射型フォトインタラプタ１９の発光，受光部を光学フィルタ３０の下面直下に配置している。これは赤外線発光が直上の光学フィルタ３０で反射され、受光されるのを防止するためである。

赤外線ＬＥＤ５０の赤外線発光は光学フィルタ３０を９０％以上透過するが、残り１０％は反射され、すぐ横のフォトトランジスタ５１で受光される。反射面との距離が短いとこのレベルは大きく、本来目的であるトッププレート２上にある鍋底面での反射光の受光に影響する。このため本実施例では、図示するように光学フィルタ３０と反射型フォトインタラプタ１９（赤外線ＬＥＤ５０およびフォトトランジスタ５１）の発光・受光面との距離を５００μｍ以内程度にまで接近させ、発光赤外線の反射がフォトトランジスタ５１で受光されないようにしている。理想的には光学フィルタ３０下面と反射型フォトインタラプタ１９の上面を接触させたほうが望ましいが、組み立て公差の点で難しい。

またトッププレート２の温度影響を避けるために、サーモパイル２５の光学フィルタ４８にトッププレート２の光学特性を持たせても良いのはあきらかである。つまり図７の光学フィルタ４８を図５実施例での光学フィルタ３０に置き換えることである。この場合、赤外線センサケース２８のケース窓２９に嵌めた光学フィルタ３０は簡略なホウケイ酸ガラスや石英ガラス等に置き換えればよい。石英ガラスは波長５μｍまでの赤外線を９０％透過する。

本実施例での鍋温度検出とその補正動作は前述した第１実施例と同様であるので説明を省略する。

前述した鍋温度補正の他の一実施例を説明する。これは前述のように反射率を求め、放射率に変換して演算処理する方法でなく、反射電圧Ｖｒによるグループ分けとテーブル引きのみで検出鍋温度を補正するものである。

図２６に、各種鍋での図３実施例での鍋底面温度Ｔが２００℃時の鍋温度検出電圧Ｖｔ（鍋温度検出装置１８の出力から０.５Ｖを引いた値）と反射電圧Ｖｒの関係を示す。このように反射電圧Ｖｒと鍋温度検出電圧Ｖｔの間には強い相関がある。そこで反射電圧Ｖｒで図示するように例えば４つのグループ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に鍋を分類する。そしてそのグループの中で代表的な鍋を一つ選びこの鍋温度検出電圧Ｖｔと鍋底面温度Ｔの関係をテーブルとして予め記憶する。例えば図２０の（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）を各グループの代表として鍋温度検出電圧Ｖｔと鍋底面温度Ｔの関係をテーブルとして予め記憶する。この場合４つのグループに対応して４つのテーブルを作成する。そして鍋温度検出電圧Ｖｔを得ながら、反射電圧Ｖｒでグループ分けし、そのグループの鍋温度検出電圧Ｖｔと温度Ｔのテーブルを切り替えて引き、温度Ｔを出力する。

図２７に上記方法による鍋温度検出フローチャートを示す。鍋温度検出装置１８の出力を読み込み（ステップＳ５Ｂ−１）、これからオフセットの０.５Ｖを引き鍋温度検出電圧Ｖｔを得る（ステップＳ５Ｂ−２）。そして反射電圧Ｖｒでグループのどこに入るかを判断し（ステップＳ５Ｂ−３）、そのグループの代表である鍋温度検出電圧Ｖｔと鍋底面温度Ｔの関係テーブルを引いて（ステップＳ５Ｂ−４）、温度Ｔを出力する（ステップＳ５Ｂ―５）。テーブルとしてオフセット電圧０.５Ｖを含んだ形すなわち図１５（ａ）に示すような鍋温度検出装置１８の出力電圧Ｖと鍋底温度Ｔの形で予め記憶しておけば、ステップＳ３−２の引き算処理をなくすことができる。本実施例によれば、より簡易に温度Ｔを補正して出力することができる。

以上で説明した本発明の非結晶化ガラス製トッププレートの加熱調理器によれば調理温度１５０から３００℃の広い温度範囲において、鍋の材質，鍋底の形状，汚れの強弱そしてトッププレート温度の影響を受けることなく、調理鍋６の温度を正確に捉えたものとなっている。このため、マイクロコンピュータ６０の誘導加熱コイル７に対する電力制御も、調理鍋６の温度変化に即応したものにすることができ、結果的に巧く調理を行うことができる。また、サーミスタのように温度検出遅れがないため空焚き等の急激な鍋温度上昇にも追随でき、これを検出して油発火等の恐れがあるときには誘導加熱を即停止することも可能になる。トッププレートの非結晶化ガラスであるホウケイ酸ガラスの熱衝撃温度は約３５０℃（結晶化ガラスの熱衝撃温度は約８００℃）であり、結晶化ガラスに比べて低い値となるが、本発明の鍋温度検出手段により鍋底最高温度上昇を３００℃付近で抑えることができるため、ホウケイ酸ガラスの損傷を防止できることとなり、安全な誘導加熱調理器を提供できる。

誘導加熱調理器の外郭となるトッププレートの強度は、電気用品安全法（電安法と呼称）の別表第八１（２）ケに記載されているように、質量２５０ｇで、ロックウェル硬度Ｒ１００の硬さに表面をポリアミド加工した半径１０ｍｍの球面を有するおもり（鋼球）を２０ｃｍの高さから落球させて、割れやひびの無いことを確認する必要がある。

ホウケイ酸ガラスの非結晶化ガラスは上記の電安法の外郭強度の基準を満たす。さらに、ガラス厚４ｍｍのトッププレートに鋼球約５００ｇを落球させた試験を行った結果、結晶化ガラスは高さ約５０ｃｍからの落球で割れ、ホウケイ酸ガラスの場合は高さ約１３０ｃｍからの落球で割れを生じた。ホウケイ酸ガラスは、結晶化ガラスに外郭強度が高いことから、例えばトッププレートのガラス厚４ｍｍから３ｍｍなどの変更が可能となり、トッププレートの薄型が図れる。

トッププレートが薄くなるとガラスを透過する赤外線の透過率が増加することとなり、調理鍋からの赤外線エネルギーが鍋温度検出装置に入射する量が増加し、鍋温度の検出精度の向上効果が得られる。

また、トッププレートの薄型化により、誘導加熱調理器の軽量化が図れ、輸送や流通の工程において省エネルギーとなり輸送費などのコスト低減効果が得られる。

１誘導加熱調理器本体
２トッププレート
３操作表示部
４調理鍋を置く位置を示す円表示
５赤外線透過窓
６調理鍋
７誘導加熱コイル
８インバータ回路
１０コイルベース
１４円筒状の空洞
１５コイル冷却風路
１６コイル冷却風送出孔
１８鍋温度検出装置
１９反射型フォトインタラプタ
２５サーモパイル
２６電子回路基板
２７リフレクタ
２８赤外線センサケース
２９ケース窓
３０光学フィルタ
３１金属ケース
３２接地線
３７金属ケース
３８シリコン基材
３９シリコン酸化膜
４０ポリシリコン蒸着膜
４１アルミ蒸着膜
４２測温接点部
４３赤外線吸収膜
４４冷接点部
４５ＮＴＣサーミスタ
４６金属ピン
４７窓
４８光学フィルタ
５０赤外線ＬＥＤ
５１赤外線フォトトランジスタ
６０マイクロコンピュータ
６１周波数制御回路
６２電力制御回路
６３整流回路
６４電源スイッチ
６８操作スイッチ
６９表示回路
７０ブザー
７２サーモパイル温度検出回路
７２−１，７２−２，７３−６オペアンプ
７３反射率検出回路
７３−５コンデンサ
７３−７充放電回路

Claims

調理容器を上面に置くホウケイ酸ガラス製のトッププレートと、
前記トッププレートの下に設けた誘導加熱コイルと、
前記誘導加熱コイルへの高周波供給電力を制御する電力制御回路と、
前記調理容器底面からの放射赤外線量を検出するサーモパイルと、
該サーモパイルを実装し、その出力信号を増幅する電子回路基板と、
前記サーモパイルと前記電子回路基板を内部に設置し、上面にケース窓が開けられたプラスチック部材の赤外線センサケースと、
外気を導入するファンと、
該ファンから供給される冷却風を上面に設けられた冷却風送出孔を通して前記誘導加熱コイルに供給する冷却風路と、を具備し、
前記赤外線センサケースは、前記冷却風路の前記冷却風送出孔に配置されており、前記ファンから供給される冷却風が前記サーモパイルと前記電子回路基板に直接当たり熱ゆらぎを起こすのを防ぐため、冷却風が直接当たるのを防ぐ防風機能を有し、
前記サーモパイルは、前記赤外線センサケースの前記ケース窓を通過した前記調理容器底面からの赤外線で熱電対測温接点部が加熱されることで前記放射赤外線量を検出することを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１に記載の誘導加熱調理器において、
前記赤外線センサケースは、前記赤外線センサケース内に滞留する空気で前記冷却風から前記サーモパイルおよび前記電子回路基板を空気断熱する断熱機能を有することを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１乃至２の誘導加熱調理器において、
前記トッププレートが非結晶化ガラスであることを特徴とする誘導加熱調理器。
請求項１乃至３に記載の誘導加熱調理器において、前記トッププレートは、ホウ酸が１０〜１５％含まれているホウケイ酸ガラスであることを特徴とする誘導加熱調理器。