JP4999869B2 - 水位検知装置及び加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、水タンク内の水位を検出する水位検知装置及びこの水位検知装置を備えた加熱調理器に関する。

従来、タンク内の水位を検出する水位検知装置として、例えば「インクタンクのプリズム２０は液室に液体が存在しないときには外部から入射した光を外部へ反射するが、液室に液体が存在する場合は外部から入射した光を外部へ反射しない機能を有し、かつ、一辺４０ｍｍの正方形断面をもち厚さ１．７ｍｍの直方体の光学特性をＪＩＳ Ｋ７１３６に従った規格で測定したときに全光線透過率が８０％以上でありヘイズ値は７５％以上８５％以下であることと同等の光学特性を有する。」というものが提案されている。

従来の光センサの形態では、光センサの光線が透過もしくは反射するよう透明樹脂で形成された水タンクを有し、この内部の液体の有無を検知していた。このとき光線が水タンク周辺において乱反射し、本来発光素子が投光した光が届かない条件にも関わらず複雑な経路を辿って光線が受光素子へ誤って届き、受光素子が光を受けた時の信号を微弱でも出力してしまうという課題があり、検知性能を低下させる一つの要因となっていた。
経年劣化により光が届いている時の受光素子の出力信号値が低下し、徐々に光が届かない時の信号値に近づく時、光が届かない時の信号値が小さければ小さいほど長寿命で優れた水位検知装置であると言える。

本発明に関る水位検知装置は、液体の有無によって光の反射量及び透過量が変化する反射透過部を備えた水タンクのうち、前記反射透過部に向けて光を発光する発光手段、及び前記反射透過部を通して受光し、光量に応じた信号を生成して出力する受光手段を備えた水位検知手段と、前記水位検知手段からの信号に基づいて水タンクに貯留されている水の水位を判定する水位判定部と、前記水タンクを挟んで前記水位検知手段に対向した位置の水タンクの外面を所定の間隔を置いて少なくとも覆うタンクカバーと、を備え、前記タンクカバーにおいて前記水位検知手段に対する面を所定の傾斜角で底面から上方に行くに従って傾斜させたものである。

本発明によって、水位検知手段に到達する外乱光を防げると共に、発光手段の投光した光が反射して受光手段へ到達するのを防止し、従来の水位検知装置よりも検知性能を向上できる。

この発明の実施の形態１に係る加熱調理器の側面図である。 この発明の実施の形態１に係る水位検知装置のブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る水位検知装置の水タンクと水位検知手段の斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る水位検知装置の水位検知手段８の構造図である。 この発明の実施の形態２に係る加熱調理器本体における水位検知装置周辺の横断面図である。 この発明の実施の形態２に係る加熱調理器本体における水位検知装置周辺の横断面図である。 この発明の実施の形態２に係る加熱調理器本体における水位検知装置周辺の横断面図である。 この発明の実施の形態２に係る加熱調理器本体における水位検知装置周辺の横断面図である。 この発明の実施の形態２に係る加熱調理器本体における水位検知装置周辺の縦断面図である。 この発明の実施の形態２に係る加熱調理器本体における水位検知装置周辺の縦断面図である。

実施の形態１
図１は、本発明の実施の形態１に係る加熱調理器１００の内部構成を側面から見た状態を示す側面図である。
この加熱調理器１００は、被加熱物（米や水等）を入れた内鍋を誘導加熱コイル等の加熱手段で加熱することで被加熱物を炊きあげ、そのとき発生する蒸気を水槽で回収する。なお、図１を含めて以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。

加熱調理器１００は、上面が蓋体３に開閉自在に覆われ、炊飯釜２及び水タンク７を着脱自在に収納される本体１と、調理される被加熱物が入れられ、本体１の内部に着脱自在に収納される炊飯釜２と、本体１の後方上部に軸支されたヒンジ部（図示省略）を介して本体１の上面を開閉自在に覆う蓋体３と、蓋体３の内側に着脱自在に取り付けられ、炊飯釜２の上部開口部を開閉自在に覆う内蓋４と、炊飯釜２を加熱する誘導加熱コイル等の加熱体５と、所定量の水が貯留され、蒸気を冷却して復水することで蒸気を回収する水タンク７と、炊飯釜２と水タンク７とを連結し、蒸気を導通させる蒸気パイプ６とから構成されている。

本体１は、上面が開口形成されており、内部に炊飯釜２及び水タンク７の他に加熱体５も収納する。炊飯釜２は、上面が開口形成されており、この開口部が内蓋４で覆われることで内部が密閉状態になる。蓋体３は、ユーザにより開閉スイッチ等（図示省略）が操作されることで、本体１の上面を開閉自在に覆うものである。また、蓋体３には、蒸気パイプ６が着脱自在に装着されるようになっている。内蓋４は、調理時に炊飯釜２の上部開口部を閉塞し、炊飯釜２の内部を密閉するものである。加熱体５は、炊飯釜２の底面側に配設されており、通電制御されることで炊飯釜２を加熱して調理したり保温したりするものである。

蒸気パイプ６は、一端（紙面右側端部）が内蓋４の略中央部に、他端（紙面左側端部）が水タンク７の内部に挿入されている蒸気導入パイプ１３に接続され、炊飯釜２と水タンク７とを連結している。水タンク７は、内部に所定量の水が貯留され、蒸気パイプ６を介して流通した蒸気を冷却して回収する。この水タンク７は、炊飯釜２が収納されている位
置の脇に収納されるようになっている。また、水タンク７は、上面が開口形成されており、この開口部を着脱自在に覆うタンク蓋１２を有している。さらに、タンク蓋１２には、蒸気導入パイプ１３が貫通するように固定されている。

蒸気導入パイプ１３は、タンク蓋１２が水タンク７に装着された状態において、一端（上端）が蒸気パイプ６に着脱自在に接続され、他端（下端）が水タンク７内部下側に位置するようになっている。つまり、蓋体３が開けられたとき蒸気パイプ６が蒸気導入パイプ１３から離れ、蓋体３が閉じられたときに蒸気パイプ６が蒸気導入パイプ１３に接続されるようになっている。蒸気パイプ６及び蒸気導入パイプ１３は、炊飯時に発生した蒸気を水タンク７内に導く蒸気案内路として機能するものであり、水タンク７は、蒸気導入パイプ１３を介して流入した蒸気を水で結露させ、回収水９として貯留するものであり、これらで蒸気回収装置を構成している。

また、本体１内には、水タンク７の水位を判定するとともに加熱体５の通電制御を行う判定制御手段１１と、水タンク７内に貯留されている回収水９の水位を検知する水位検知手段（水位検知センサ）８とが設けられている。判定制御手段１１は、本体１の底面であって、加熱体５の下側に配置され、水位検知手段８から出力される信号に基づいて水位を判定し、その判定結果に基づいて加熱体５への通電を制御するものである。水位検知手段８は、水タンク７の側面に対向して設けられており、水タンク７の回収水９の水位が予め設定されている水位に達しているかどうかを検知するものである。この水位検知手段８は、３つの水位をそれぞれ検出するように発光素子及び受光素子の組が３組設けられており（詳細は後述する）、その出力信号を判定制御手段１１に出力し、判定制御手段１１は水位検知手段８の出力に基づいて回収水９の水位が或る設定された水位に達しているかどうかを判定する。このように水位検知手段８及び判定制御手段１１は本発明の水位検知装置２０を構成しており、その詳細を図２に基づいて説明する。

図２は水位検知装置２０の構成を示したブロック図である。 この水位検知装置２０においては、上記のように水位検知手段８及び判定制御手段１１から構成されている。水位検知手段８は、水タンク７を介して発光及び受光する発光手段２１及び受光手段２２を備えている（この両者の配置の詳細は図３等において詳細に説明する）。なお、本実施の形態１において、発光手段２１及び受光手段２２は、発光素子と受光素子の組が高さ方向に３組設けられている。
また、判定制御手段１１は、水位検知装置２０の構成として、受光手段２２の出力を増幅する増幅器２３と、増幅器２３の出力を信号処理する制御・信号処理回路２４とを備えている。この制御・信号処理回路２４は、本発明の水位判定手段に相当するものであり、例えばマイコン等によって構成される。 また、この水位検知手段８は、更に、制御・信号処理回路２４により演算結果を表示する表示機２５を備えている。表示機２５は、例えばランプや液晶ディスプレイから構成されており蓋体３のように水タンク７よりも上方に位置する部位に設置され、水タンク７を出し入れした際に水が零れるようなことがあってもその水がかからないようにしてある。

このような構成の水位検知装置２０において、制御・信号処理回路２４は、発光手段２１に対して発光指令信号を供給するとともに、受光手段２２に対して受光命令信号を出力する。これによって、発光手段２１は発光し、受光手段２２は水タンク７を介して受光する。発光手段２１及び受光手段２２が設置されている部位に対応する位置に水タンク７に
回収水がある場合とない場合とでは、受光手段２２の受光量は異なったものとなる（水がある場合には受光量小、水がない場合には受光量大）。受光手段２２の出力は、増幅器２３で増幅された後に制御・信号処理回路２４に供給される。制御・信号処理回路２４は、増幅器２３からの信号が所定の水位レベルに相当するものであるかどうかを判定し、例えばその水位に応じて炊飯を停止し、或いは回収水９の排水を促すメッセージを表示してユーザに報知する。この報知についてはブザー等を設けてそれを鳴動させるようにしてもよい。

次に、上記の水位検知装置２０の水位検知手段８の取付け構造について説明する。

図３は、水タンク７と水位検知手段８との関係を示した説明図であり（但し、同図においては本体１の筐体部分の図示は省略されている）、図４はその横断面図である。 水タンク７は、光を透過する材料（例えばポリスチレン等）から構成されており、その側面（水タンク７の長手方向の側面の本体１側の側面）の一部には凹部７１が形成されている。凹部７１は、水タンク７の高さ方向に沿って所定の深さとなるように構成されており（平面視で台形）、２つの屈曲部（入射面、出射面）７１ａ、７１ｂと、それを結ぶ伝達部７１ｃとを備えている。この凹部７１は本発明の反射透過部７２として機能する。なお、反射透過部７２は上記の形態に限定されるものではなく、例えば平面視で３角形状であってもよい。
水タンク７は、このように構成されており、水タンク７の外側の屈曲部７１ａに投光した際に、水タンク７の内側において水の有無による（水と空気の）屈折率の違いを利用して光が反射又は透過して光路が変化するよう形成されており、水がない場合には屈曲部７１ｂから反射光が得られる。この凹部７１の形状の一例として、タンク厚２．０ｍｍ、屈曲部角度４５度（内側）、１０度（外側）、伝達部距離２０ｍｍ、伝達部厚さ３．０ｍｍで構成する。

水タンク７の凹部７１に対向し、且つ測定水位に対応する位置に、水位検知手段８（８ａ〜８ｃ）が配置されている。水位検知手段８は、発光素子２１ａ〜２１ｃ及び受光素子２２ａ〜２２ｃの３組が基板３１（図４参照）に取り付けられており、各組を必要に応じて水位検知手段８ａ、８ｂ、８ｃと称する。

図４は水位検知手段８の取付け構造を示した図である。ここでは、水位検知手段８ａについて説明する。 水位検知手段８ａ（例えば発光素子２１ａ及び受光素子２２ａ）と水タンク７との間に介在する本体１の筐体１ａには、窓部材３３、３４が設けられている。この窓部材３３、３４は、例えば発光素子２１ａおよび受光素子２２ａの少なくとも水位検知に用いる光の波長帯域において光を８０％以上透過する。それ以外の波長、特に可視光域の波長帯域において光の透過率を２０％以下とした窓材を用いても良く、このような窓部材３３，３４を用いることにより、ユーザーから本体１内部に設置した水位検知手段８が見えず意匠性を高められる。

また、水位検知手段８と筐体１ａとの間には支持具３５が介在しており、この支持具３５は水位検知手段８を支持するとともに筐体１ａに取り付ける役割をしている。加えて、支持具３５には、発光素子及び受光素子を水位検知手段８に半田付けする際に、発光素子及び受光素子を精度よく所定の位置に導くもしくは矯正する役割もしている。
支持具３５には、発光素子２１ａ及び受光素子２２ａに対向する位置に開口部３６ａ、３７ａが形成されている。開口部３６ａ、３７ａの内壁や、窓部材３３、３４の周辺には、カーボンブラックなどの炭素材料からなる、光を吸収する部材や塗料を塗布する。以下の説明においては、塗料を塗布する例について説明し、それを光吸収塗膜５１と称するものとする。このように光吸収塗膜５１を開口部３６ａ、３７ａの内壁や、窓部材３３、３４の周辺に設けることにより、光路周辺の部材の検知のため以外の光が当たる箇所での反射光を抑制して迷光を低減し、誤検知を低減している。

次に、図４に基づいて水位検知手段８及び水タンク７における光の反射及び透過について説明する。
発光素子２１ａは制御・信号処理回路２４からの発光命令信号を受信すると発光し、それは支持具３３の開口部３６ａ及び窓部材３３を介して屈曲部７１ａに入射し、水タンク７内に回収水９がないときには、屈曲部７１ａの内面で反射して伝達部７１ｃを介して屈曲部７１ｂに到達し、屈曲部７１ｂの内面で反射して屈曲部７１ｂから外に出る。その屈曲部７１ｂからの反射光は、窓部材３４及び支持具３３の開口部３７ａを介して受光素子２２ａが受光し、増幅器２３を介して制御・信号処理回路２４に送信する。なお、水タンク７内に回収水９があるときには、発光素子２１ａからの赤外光は、屈曲部７１ａ、７１ｂで透過し、受光素子２２ａの受光量は少なく、それによって回収水９がそのレベルに達していることが把握される。

以上のように本実施の形態１においては、水位検知手段８を設ける際に、基板上に発光手段２１及び受光手段２２の位置ズレ及び屈曲を効率良く補正して設置ばらつきを抑制する事により、検知精度の高い水位検知装置を実現している。
また、本実施の形態１においては、上記の水位検知装置２０を加熱調理器１００に組み込んでおり、上記のように水タンク７の水位を精度良く検知することができ、このため、その水位に基づいた適切な制御が可能になっている。
実施の形態２

実施の形態１においては水位検知装置及びそれを備えた加熱炊飯器の基本的な構成と動作について記述した。本実施の形態２においては、前記のタンクカバーの構造、機能及び効果について記述する。

図５は前述水位検知手段２０、水タンク７及びタンクカバー１５を設置したときの加熱調理器本体の横断面図を示している。前述のように水タンク７内に水がない場合、発光手段２１から投光された光は水タンク内の所定の光路を通過し、受光手段２２へ到達して受光手段２２は受光した光の強さに応じた信号を出力する。前述のように水タンク７内に水がある場合、発光手段２１から投光された光は一旦水タンク内に入射するが、屈曲部７１bで反射せずに水で満たされたタンク内部へと進行する。従って受光手段２２には発光手段２１から投光された光の大部分は到達せず、受光素子２２aの出力する信号はゼロに近いが、完全にゼロにはならない。これは発光手段２１から投光された光が図中の点線矢印のような経路、すなわちタンクカバー内側において投光された光が反射され、受光してしまうことが主な原因である。

従ってこのタンクカバーで反射し、受光素子へ到達する光の強さを弱めることで、水タンク７内に水がある時とないときの受光手段２２の出力信号の差が大きくなり、優れた検知能力を有する水位検知装置２０が得られる。

図６に示すようにタンクカバー内側に、水位検知手段８に用いる光の波長帯において反射率の低い塗料を塗布して反射防止層を形成して、発光手段２１から投光された光を吸収して反射を抑制ことで検知性能の高い水位検知装置が得られる。
例えば近赤外波長領域の光学特性を利用した発光手段２１と受光手段２２を用いる場合、反射率の低い塗料の例として可視から近赤外に対して吸収波長を持つカーボンブラックを含む塗料などがある。

図１０は支持具３５の受光素子側の断面図を示している。支持具３５の円筒部は先端で支持具厚を薄くし、内側に薄くなり、支持具３５の円筒部は先端に向かうほど径が大きくなるよう設計されている。このような形状でない場合、入射すべき光が遮断されて検知精度が低下する。

図７に示すように、タンクカバー１５を形成する樹脂材料に、水位検知手段８に用いる光の波長帯において反射率の低い塗料を混ぜることで、タンクカバーそのものの反射率を下げて反射を抑制することで、検知性能の高い水位検知装置が得られる。
例えば前記のようにカーボンブラックを樹脂に混ぜ、タンクカバー１５を成形する事で、前記の効果が得られる。

前記のように反射率の低い材料としてカーボンブラックを用いることで前記効果が大きくえら得るが、カバー内側が黒色であり、意匠上望ましくない。従って前記のように水位検知手段に用いる光の波長帯が可視から近赤外の場合では、例えば白色よりも赤色の方が吸収率は高く、反射を抑えられるため、２色を比較した場合では、赤色のほうが前記の効果が強く得られる。このように意匠との兼ね合いを見ながら塗料を選定する。

タンクカバー１５の水位検知手段８に対向する面の面粗度を上げて表面を粗くすることでも同様の効果が得られる様子を図８に示した。水タンク７内に水がある場合、発光手段２１から投光された光線が所定の経路を通り、タンクカバー１５へ到達してタンクカバー面で反射する際、面が粗いためにタンクカバーにおいて乱反射され、受光素子へ到達する光の割合が低下し、光の強さが低減される。従って受光素子２２aから見たときの見かけ上のタンクカバー面の反射率が下がることで、前記の効果が得られ、検知性能の高い水位検知装置を提供できる。

図９は前述水位検知装置２０、水タンク７及びタンクカバー１５を設置したときの加熱調理器本体の縦断面図を示している。タンクカバー１５の内側の面が水位検知手段の光軸に対して９０度ではなく傾斜していることで、発光手段２１から投光された光がタンクカバーにおいて反射した光が上方もしくは下方へ向かう。図９はタンクカバー内側の面が上方に行くに従って水位検知手段８とは逆の方向に傾斜している例を示している。この場合タンクカバーで反射した光は水位検知装置２０の上方へ反射され、受光手段２２に到達する光を低減する。このようなタンクカバーを形成することで前述の効果が得られ、検知性能の高い水位検知装置を提供できる。

図１０は前述水位検知装置２０、水タンク７及びタンクカバー１５を設置したときの加熱調理器本体の縦断面図を示している。水タンク７のタンクカバー１５と接する面において、水位検知装置２０の光軸中の高さの位置の肉厚がある局率を持って薄くなり、平凹レンズの役割を果たす凹レンズ部１７を有する場合、発光手段２１から投光された光が凹レンズ部１７において拡散されてタンクカバーで反射されることにより、受光手段２２に到達する光が低減される。このようなタンクカバーを形成することで前述の効果が得られ、検知性能の高い水位検知装置を提供できる。

例えば水タンクが屈折率１．５９のポリメチルペンテンで形成され、発光素子２１aからタンク内側までの光路が４０ｍｍであるとき、凹レンズの曲率は２３．６ｍｍとなり、緩やかな曲率の凹レンズ形状が前記の最大の効果を持つ。

前記の凹レンズ部１７の平凹レンズ形状は、水タンク７の水平方向に広がることで円筒面平凹レンズとして機能するよう形成しても良い。

１本体、１a筐体、２炊飯釜、３蓋体、４、内蓋、５加熱体、６蒸気パイプ、７水タンク、８水位検知手段、９回収水、１１判定制御手段、１２タンク蓋、１３蒸気導入パイプ、２０水位検知装置、２１発光手段、２１a発光素子、２２受光手段、２２a受光素子、２３増幅器、２４制御・信号処理回路、２５表示機、２６電極部、３１基板、３３窓材、３４窓材、３５支持具、３６a開口部、３７a開口部、３８a支持具、３９a支持具、４０円筒部、４１凸部、４２凹部、４３誌治具、４４凸部、４５上蓋留め具、５１光吸収膜、５２膜、７１凹部、７１a屈曲部、７１b屈曲部、７１c伝達部、７２反射透過部。

Claims (5)

1. 液体の有無によって光の反射量及び透過量が変化する反射透過部を備えた水タンクのうち、前記反射透過部に向けて光を発光する発光手段、及び前記反射透過部を通して受光し、光量に応じた信号を生成して出力する受光手段を備えた水位検知手段と、
   前記水位検知手段からの信号に基づいて水タンクに貯留されている水の水位を判定する水位判定部と、
   前記水タンクを挟んで前記水位検知手段に対向した位置の水タンクの外面を所定の間隔を置いて少なくとも覆うタンクカバーと、を備え、
   前記タンクカバーにおいて前記水位検知手段に対する面を所定の傾斜角で底面から上方に行くに従って傾斜させたことを特徴とする水位検知装置。
2. 液体の有無によって光の反射量及び透過量が変化する反射透過部を備えた水タンクのうち、前記反射透過部に向けて光を発光する発光手段、及び前記反射透過部を通して受光し、光量に応じた信号を生成して出力する受光手段を備えた水位検知手段と、
   前記水位検知手段からの信号に基づいて水タンクに貯留されている水の水位を判定する水位判定部と、
   前記水タンクを挟んで前記水位検知手段に対向した位置の水タンクの外面を所定の間隔を置いて少なくとも覆うタンクカバーと、を備え、
   前記水タンクの前記水位検知手段と対する壁面および高さにおいて、前記タンクカバーに対する面の厚さを球面状に薄くしたことを特徴とする水位検知装置。
3. 液体の有無によって光の反射量及び透過量が変化する反射透過部を備えた水タンクのうち、前記反射透過部に向けて光を発光する発光手段、及び前記反射透過部を通して受光し、光量に応じた信号を生成して出力する受光手段を備えた水位検知手段と、
   前記水位検知手段からの信号に基づいて水タンクに貯留されている水の水位を判定する水位判定部と、
   前記水タンクを挟んで前記水位検知手段に対向した位置の水タンクの外面を所定の間隔を置いて少なくとも覆うタンクカバーと、を備え、
   前記水タンクの前記水位検知手段と対する壁面および高さにおいて、前記タンクカバーに対する面の厚さを高さ方向の断面において球面状に薄くし、水平方向では連続的に、すなわち円筒状に薄くしたことを特徴とする水位検知装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の水位検知装置を備えたことを特徴とする蒸気回収装置。
5. 請求項４に記載の蒸気回収装置を備えたことを特徴とする加熱調理器。

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