温度センサ装置および誘導加熱調理器
【課題】測定対象物との間に波長毎に分光透過率の異なる部材が介在していても正確に温度を測定可能な温度センサ装置およびこれを備えた誘導加熱調理器を提供すること。
【解決手段】トッププレート２を通して被加熱物Ｎからの赤外線を受光する第１のセンサ部７Ａと、被加熱物からの赤外線を除いてトッププレートからの赤外線を受光する第２のセンサ部７Ｂと、これらセンサ部に接続された演算部Ｃ１とを備え、演算部が、トッププレートの分光透過率と被加熱物の分光放射輝度とから予め求めておいたトッププレートを通して被加熱物からの輻射エネルギー量の総和を記憶値として記憶しており、トッププレートからの輻射エネルギー量の総和を補償値とし、トッププレートを通して被加熱物からの輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、実測値と補償値との差分に相当する記憶値から被加熱物の温度を特定する機能を有している。
【解決手段】トッププレート２を通して被加熱物Ｎからの赤外線を受光する第１のセンサ部７Ａと、被加熱物からの赤外線を除いてトッププレートからの赤外線を受光する第２のセンサ部７Ｂと、これらセンサ部に接続された演算部Ｃ１とを備え、演算部が、トッププレートの分光透過率と被加熱物の分光放射輝度とから予め求めておいたトッププレートを通して被加熱物からの輻射エネルギー量の総和を記憶値として記憶しており、トッププレートからの輻射エネルギー量の総和を補償値とし、トッププレートを通して被加熱物からの輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、実測値と補償値との差分に相当する記憶値から被加熱物の温度を特定する機能を有している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度を測定する温度センサ装置と、これを備え、トッププレート上の鍋等の被加熱物を電磁誘導加熱（ＩＨ）で加熱すると共に鍋底温度を検出可能な誘導加熱調理器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トッププレート上の鍋等の被加熱物を電磁誘導加熱で加熱すると共に鍋底温度を検出可能な誘導加熱調理器として、例えば、特許文献１には、被加熱物を加熱する加熱コイルと、この加熱コイルの上部で被加熱物を載置する天板（トッププレート）と、この天板下面に配置され被加熱物から放射される赤外線を検出する赤外線検出手段と、この赤外線検出手段の出力から被加熱物温度を検出する第一の温度検出手段（ＰＩＮフォトダイオード）と、天板下面に配置され天板の温度を検出する第二の温度検出手段（サーミスタ）と、第一、第二の温度検出手段の出力に応じて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、第一の温度検出手段は、赤外線検出手段の出力を第二の温度検出手段の出力に応じて減算する出力減算手段と、この出力減算手段の出力を増幅する増幅手段とを有し、この増幅手段の出力に応じて制御手段は加熱コイルへの加熱出力を制御する誘導加熱調理器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４０７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、誘導加熱調理器などで使われるトッププレートは、分光透過率が波長毎に異なるため、トッププレート越しに吸収した測定対象物の輻射エネルギーについて、ステファン・ボルツマンの法則が成り立たない。そのため、測定対象物の輻射エネルギーからステファン・ボルツマンの法則に基づいて測定対象物の温度を測定する半導体受光素子（ＰＩＮフォトダイオード等）や赤外線センサのような非接触温度センサに関して正確な温度測定が困難であるという問題があった。また、この問題を解決するために、上記特許文献１に記載の技術のように、トッププレートに直接配置したサーミスタ等の接触式センサとＰＩＮフォトダイオードの非接触式センサとの２種類のセンサを併用する方法もあるが、異なる種類のセンサを用意しなければならないと共にＰＩＮフォトダイオードの非接触式センサを用いているために、高コストとなってしまう不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、測定対象物との間に波長毎に分光透過率の異なる部材が介在していても正確に温度を測定可能な温度センサ装置およびこれを備えた誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサ装置は、測定対象物との間に仕切り部材が配されている状態で、前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第１のセンサ部と、前記測定対象物から放射された赤外線を除いて前記仕切り部材から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第２のセンサ部と、前記第１のセンサ部と前記第２のセンサ部とに電気的に接続された演算部とを備え、該演算部が、前記仕切り部材の分光透過率と前記測定対象物の一定の温度範囲の分光放射輝度とから予め求めておいた前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射される前記一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和を記憶値として記憶しており、前記第２のセンサ部の電気特性の変化から前記仕切り部材から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を補償値として算出すると共に、前記第１のセンサ部の電気特性の変化から前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、前記実測値と前記補償値との差分に相当する前記記憶値から前記測定対象物の温度を特定する機能を有していることを特徴とする。
【０００７】
この温度センサ装置では、演算部が、実測値（仕切り部材を通して測定対象物から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和）と補償値（仕切り部材から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和）との差分に相当する記憶値（予め求めておいた仕切り部材を通して測定対象物から放射される一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和）から測定対象物の温度を特定する機能を有しているので、実測値から補償値を除いた実質的な測定対象物からの輻射エネルギー量と上記記憶値とを比較することで、仕切り部材越しの測定対象物の温度を正確に推定することができる。このように、センサ部と測定対象物との間に介在する仕切り部材の分光透過率と各温度における測定対象物の分光放射輝度とから、各温度における輻射エネルギー量を予め把握しておき、これを記憶した演算部が、第１のセンサ部と第２のセンサ部とによる実測輻射エネルギー量から測定対象物の温度を正確に算出することができる。
【０００８】
また、本発明の温度センサ装置は、前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサ装置では、第１のセンサ部および第２のセンサ部が、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜を備えているので、第１の感熱素子は赤外線が照射されて赤外線吸収した絶縁性フィルムの部分的な温度を測定するのに対し、第２の感熱素子は赤外線反射膜によって赤外線が反射されて赤外線吸収が大幅に抑制された絶縁性フィルムの部分的な温度を測定する。したがって、第１の感熱素子に対して赤外線の影響を抑制して高いリファレンスが得られる赤外線反射膜下の第２の感熱素子と、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルムと、によって、第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の温度センサ装置は、前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が、サーミスタ素子であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサ装置では、第１のセンサ部および第２のセンサ部が、サーミスタ素子であるので、フォトダイオードの赤外線センサに比べて、高温での特性劣化が少なく、高い耐熱性を有しており、高温のトッププレート等の仕切り部材に近接させて設置することが可能になる。また、センサ部がサーミスタ素子の一種類で構成されるため、ＰＩＮフォトダイオードの非接触式センサとサーミスタの接触式センサとの２種類を併用する必要が無く、部材コストを低減することができる。さらに、トッププレート等の仕切り部材に近接させて設置可能になるため、センサ部における赤外線の視界内に他のものが入り難くなり、外部からの赤外線による干渉を抑制することができるため、より正確な温度測定が可能になる。なお、センサ部を仕切り部材から遠く離して使用する場合、焦点を絞るレンズ等の光学機構が必要になるが、本発明の場合は、仕切り部材への近接設置が可能であるため、前記光学機構が不要になり、部品コストを低減することができる。
【００１０】
本発明の誘導加熱調理器は、被加熱物を載置するトッププレートと、該トッププレートの下部に設置され前記被加熱物を電磁誘導加熱により加熱する電磁コイルとを備えた誘導加熱調理器であって、上記本発明の温度センサ装置を備え、前記被加熱物が前記測定対象物であると共に、前記トッププレートが前記仕切り部材であり、前記トッププレートの下方に該トッププレートから離間して前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が設置されていることを特徴とする。
すなわち、この誘導加熱調理器では、上記本発明の温度センサ装置を備え、トッププレートの下方に該トッププレートから離間して第１のセンサ部および第２のセンサ部が設置されているので、分光透過率が波長毎に異なるトッププレートであってもトッププレート越しに鍋等の被加熱物の温度を高精度に測定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサ装置によれば、演算部が、上記実測値と上記補償値との差分に相当する上記記憶値から測定対象物の温度を特定する機能を有しているので、実測値から補償値を除いた実質的な測定対象物からの輻射エネルギー量と仕切り部材の分光透過率および分光放射輝度を考慮した上記記憶値とを比較することで、仕切り部材越しの測定対象物の温度を正確に推定することができる。
したがって、この赤外線センサを備えた誘導加熱調理器によれば、トッププレート越しに鍋等の被加熱物の温度を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る誘導加熱調理器の一実施形態を示す簡略的な断面図である。
【図２】本実施形態において、センサ部を示す斜視図である。
【図３】本実施形態において、筐体を外した状態のセンサ部を示す斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】本実施形態において、トッププレート越しに測定対象物の温度を測定する方法を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態において、トッププレートの分光透過率を示すグラフである。
【図７】本実施形態において、測定対象物の波長に対する分光放射輝度を示すグラフである。
【図８】本実施形態において、トッププレート越しの測定対象物の波長に対する分光放射輝度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る温度センサ装置およびこれを備えた誘導加熱調理器の一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１４】
本実施形態の誘導加熱調理器１は、図１に示すように、被加熱物（測定対象物）Ｎを載置するトッププレート（仕切り部材）２と、該トッププレート２の下部に設置され被加熱物Ｎを電磁誘導加熱により加熱する電磁コイル３とを備えた誘導加熱調理器であって、トッププレート２越しに被加熱物Ｎの温度を測定する温度センサ装置１０を備えている。
【００１５】
上記温度センサ装置１０は、被加熱物Ｎとの間にトッププレート２が配されている状態で、トッププレート２を通して被加熱物Ｎから放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第１のセンサ部７Ａと、被加熱物Ｎから放射された赤外線を除いてトッププレート２から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第２のセンサ部７Ｂと、第１のセンサ部７Ａと第２のセンサ部７Ｂとに電気的に接続された演算部Ｃ１とを備えている。
【００１６】
上記誘導加熱調理器１は、トッププレート２の下方に該トッププレート２から離間して設置された上記第１のセンサ部７Ａおよび上記第２のセンサ部７Ｂを有した温度センサ本体４と、トッププレート２の下面を覆うと共に一部が赤外線透過窓５ａとして開けられた赤外線遮蔽層５と、電磁コイル３および温度センサ本体４に電気的に接続され上記演算部Ｃ１を有する制御部Ｃと、これらが設置された本体ケース６と、を備えている。
【００１７】
上記被加熱物Ｎは、磁性体（鉄等）または非磁性体（アルミニウム等）で形成された鍋等である。
上記トッププレート２は、結晶化ガラス等で形成されて高い耐熱性を有しており、本体ケース６の上部に取り付けられている。
【００１８】
上記電磁コイル３は、トッププレート２の下方かつ本体ケース６内に円環形状または渦巻き形状に配置され、交流電流による電力が供給されると高周波磁界を発生させてトッププレート２上の被加熱物Ｎを誘導加熱するものである。
上記制御部Ｃは、電磁コイル３に電力を供給するインバータ電源（図示略）を備え、温度センサ装置１０で検出した被加熱物Ｎの温度に基づいて、電磁コイル３に供給する電力を制御する機能を有している。
【００１９】
上記温度センサ本体４は、赤外線透過窓５ａの直下に配されて赤外線透過窓５ａからの赤外線を検出する上記第１のセンサ部７Ａと、赤外線遮蔽層５の直下に配されて赤外線遮蔽層５からの赤外線を検出する上記第２のセンサ部７Ｂと、を備えている。すなわち、第２のセンサ部７Ｂは、被加熱物Ｎから放射される赤外線を除いたトッププレート２からの赤外線を受光するように設置されている。これら第１のセンサ部７Ａと第２のセンサ部７Ｂとは、同一の形状および構造を有するサーミスタボロメータ型温度センサである。
【００２０】
また、第２のセンサ部７Ｂと第１のセンサ部７Ａおよび赤外線透過窓５ａとの間には、赤外線遮蔽壁８が設置されている。
上記赤外線遮蔽壁８は、例えば赤外線遮蔽効果のあるポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の耐熱性樹脂で筒状に形成され、上端が赤外線透過窓５ａを囲むようにトッププレート２の下面に固定されている。
【００２１】
上記赤外線遮蔽層５は、例えばトッププレート２下面に貼り付けられたカーボンブラックを含む結晶化ガラスの吹付材などの赤外線遮蔽シートである。なお、この赤外線遮蔽層５は、赤外線遮蔽シート以外にも赤外線遮蔽効果のある塗料をトッププレート２の下面に塗って形成しても構わない。
上記赤外線透過窓５ａは、第１のセンサ部７Ａの直上に位置する部分のみ赤外線遮蔽層５に開口部を設けてトッププレート２を露出させて形成したものである。
【００２２】
また、赤外線遮蔽壁８の下端には、支持回路板９が固定され、該支持回路板９上に第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂが設置されている。さらに、赤外線遮蔽壁８の下端は、第１のセンサ部７Ａを囲んだ状態で支持回路板９に固定されており、赤外線遮蔽壁８内に入射された赤外線が外部に放射することを防いでいる。このように、赤外線遮蔽壁８によって温度センサ本体４がトッププレート２の下方に設置されている。なお、本実施形態では、温度センサ本体４がトッププレート２の中央部下方に設置されている。また、演算部Ｃ１は、図示しない内部配線および支持回路板９を介して第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂに電気的に接続されている。
【００２３】
上記第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂは、図２から図４に示すように、絶縁性フィルム１１と、該絶縁性フィルム１１の一方の面（下面）に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂと、絶縁性フィルム１１の一方の面に銅箔等でパターン形成され第１の感熱素子１２Ａに接続された導電性の第１の配線膜１３Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂに接続された導電性の第２の配線膜１３Ｂと、第１の感熱素子１２Ａに対向して絶縁性フィルム１１の他方の面（上面）に設けられた赤外線吸収膜１４と、第２の感熱素子１２Ｂに対向して絶縁性フィルム１１の他方の面に設けられた赤外線反射膜１５と、絶縁性フィルム１１の一方の面に固定されて該絶縁性フィルム１１を支持する筐体１６と、をそれぞれ備えている。
【００２４】
すなわち、上記赤外線吸収膜１４は、第１の感熱素子１２Ａの直上に配されていると共に、上記赤外線反射膜１５は、第２の感熱素子３Ｂの直上に配されている。上記絶縁性フィルム１１は、赤外線透過性フィルムで形成されている。なお、本実施形態では、絶縁性フィルム１１がポリイミド樹脂シートで形成されている。
【００２５】
上記第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂは、両端部に端子電極１２ａが形成されたチップサーミスタ（サーミスタ素子）である。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。なお、これら第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂは、各端子電極１２ａを配線膜１３Ａ，１３Ｂ上に接合させて絶縁性フィルム１１に実装されている。
【００２６】
上記赤外線吸収膜１４は、絶縁性フィルム１１よりも高い赤外線吸収率を有する材料で形成され、例えば、カーボンブラック等の赤外線吸収材料を含むフィルムや赤外線吸収性ガラス膜（二酸化珪素を７１％含有するホーケー酸ガラス膜など）で形成されている。すなわち、この赤外線吸収膜１４によって測定対象物からの輻射による赤外線を吸収する。そして、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜１４から絶縁性フィルム１１を介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子１２Ａの温度が変化するようになっている。この赤外線吸収膜１４は、第１の感熱素子１２Ａよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。
【００２７】
上記赤外線反射膜１５は、絶縁性フィルム１１よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成され、例えば、鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成されている。この赤外線反射膜１５は、第２の感熱素子１２Ｂよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。
【００２８】
上記筐体１６は、例えば樹脂製であり、絶縁性フィルム１１の熱を必要以上に放熱しないように絶縁性フィルム１１よりも熱伝導性の低い材料であることが好ましい。
この筐体１６には、第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂをそれぞれ個別に収納する第１の収納部１６ａ及び第２の収納部１６ｂが設けられている。これら第１の収納部１６ａ及び第２の収納部１６ｂは、第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂの位置にそれぞれ対応して形成された断面矩形状の孔部であり、内部に空気を密封した状態で開口部が絶縁性フィルム１１で閉塞されている。なお、第１の収納部１６ａ及び第２の収納部１６ｂの内部には、絶縁性フィルム１１よりも熱伝導率の低い発泡樹脂を封入させても構わない。
【００２９】
上記演算部Ｃ１では、第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂのそれぞれにおいて、第１の感熱素子１２Ａと第２の感熱素子１２Ｂとで検出された赤外線の差分（出力の差分）を演算処理し、第２の感熱素子１２Ｂをリファレンスとして第１の感熱素子１２Ａで検出された輻射エネルギー量（温度）を算出する機能を有している。
【００３０】
また、演算部Ｃ１は、被加熱物Ｎからの赤外線を検出した第１のセンサ部７Ａの出力と、トッププレート２からの赤外線を検出した第２のセンサ部７Ｂの出力とを演算処理して差分を求め、干渉成分を除いた被加熱物Ｎからの赤外線だけを算出し、これに基づいて被加熱物Ｎの温度（鍋底温度）を求める機能を有している。
【００３１】
具体的には、演算部Ｃ１は、トッププレート２の分光透過率と被加熱物Ｎの一定の温度範囲の分光放射輝度とから予め求めておいたトッププレート２を通して被加熱物Ｎから放射される前記一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和を記憶値として記憶部Ｍに記憶している。また、演算部Ｃ１は、第２のセンサ部７Ｂの電気特性の変化からトッププレート２から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を補償値として算出すると共に、第１のセンサ部７Ａの電気特性の変化からトッププレート２を通して被加熱物Ｎから放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、前記実測値と前記補償値との差分に相当する前記記憶値から被加熱物Ｎの温度を特定する機能を有している。
【００３２】
次に、上記温度センサ装置１０によるトッププレート２越しの被加熱物Ｎの温度を測定する方法について、図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
まず、温度の実測前における演算部Ｃ１の設定として、例えば図６に示すように、予めトッププレート２の分光透過率を０．１〜２５μｍの波長範囲で測定しておく（ステップＳ１）。次に、図７に示すように、被加熱物Ｎの一定の温度範囲における各温度（例えば、５０〜３００℃での０．１℃刻みの各温度）の分光放射輝度を測定しておく（ステップＳ２）。なお、図７では、例として８０℃、１００℃、２００℃における分光放射輝度を記載している。
【００３４】
次に、これらの測定結果から、上記各温度におけるトッププレート２越しの被加熱物Ｎの分光放射輝度をそれぞれ計算し（ステップＳ３）、さらにこの計算結果から上記各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和をそれぞれ計算する（ステップＳ４）。そして、この計算結果を記憶部Ｍの第１記憶領域にデータテーブルとして予め記憶させておく。
【００３５】
次に、温度の実測時において、トッププレート２上に被加熱物Ｎが載置されている状態で、第２のセンサ部７Ｂにより被加熱物Ｎから放射される赤外線を除いたトッププレート２からの赤外線を受光し、その出力に基づいて演算部Ｃ１がトッププレート２から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を補償値として算出し、その結果を記憶部Ｍの第２記憶領域に記憶する（ステップＳ５）。さらに、第１のセンサ部７Ａにより被加熱物Ｎから放射される赤外線をトッププレート２越しに受光し、その出力に基づいて演算部Ｃ１がトッププレート２を通して被加熱物Ｎから放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、その結果を記憶部Ｍの第３記憶領域に記憶する（ステップＳ６）。
【００３６】
次に、演算部Ｃ１は、第３記憶領域に記憶された実測値と第２記憶領域に記憶された補償値との差分を計算して実質的なトッププレート２越しの被加熱物Ｎの全波長の輻射エネルギー量の総和を算出する。例えば、図７の分光放射輝度に対応して、例として８０℃、１００℃、２００℃におけるトッププレート２越しの被加熱物Ｎの分光放射輝度を図８に示す。
そして、演算部Ｃ１は、この算出結果と第１記憶領域に記憶された記憶値のデータテーブルとを比較して、対応する記憶値から被加熱物Ｎの温度を推定する（ステップＳ７）。
【００３７】
上記温度算出方法における演算式を以下に示す。
ここでトッププレート２の通過波長特性（２．５〜１００μｍ）をＦｓｇ（λ）、トッププレート２の温度をＴｓｇ、黒体（鍋底）の温度をＴｂｂ、非接触温度センサである第１のセンサ部７Ａと第２のセンサ部７Ｂとの検出温度差をΔＴ、検知温度（吸収膜温度）をＴｄｅｔとする。
このときのプランクの法則は、以下の式となる。
【数１】
また、ステファン・ボルツマンの法則は、以下の式となる。
【数２】
さらに、トッププレート２を通過した放射エネルギーは、以下の式となる。
【数３】
また、トッププレート２からの放射エネルギーは、以下の式となる。
【数４】
これらから以下の関係式が得られる。
【数５】
上記関係式から黒体（鍋底）温度を演算して求めることができる。
【００３８】
このように本実施形態の温度センサ装置１０は、演算部Ｃ１が、実測値（仕切り部材を通して測定対象物から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和）と補償値（仕切り部材から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和）との差分に相当する記憶値（予め求めておいた仕切り部材を通して測定対象物から放射される一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和）から被加熱物Ｎの温度を特定する機能を有しているので、実測値から補償値を除いた実質的な被加熱物Ｎからの輻射エネルギー量と上記記憶値とを比較することで、トッププレート２越しの被加熱物Ｎの温度を正確に推定することができる。このように、センサ部と被加熱物Ｎとの間に介在するトッププレート２の分光透過率と各温度における分光放射輝度とから、各温度における輻射エネルギー量を予め把握しておき、これを記憶した演算部Ｃ１が、第１のセンサ部７Ａと第２のセンサ部７Ｂとによる実測輻射エネルギー量から被加熱物Ｎの温度を正確に算出することができる。
【００３９】
また、第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂが、第２の感熱素子１２Ｂに対向して絶縁性フィルム１１の他方の面に設けられた赤外線反射膜１５を備えているので、第１の感熱素子１２Ａは赤外線が照射されて赤外線吸収した絶縁性フィルム１１の部分的な温度を測定するのに対し、第２の感熱素子１２Ｂは赤外線反射膜１５によって赤外線が反射されて赤外線吸収が大幅に抑制された絶縁性フィルム１１の部分的な温度を測定する。したがって、第１の感熱素子１２Ａに対して赤外線の影響を抑制して高いリファレンスが得られる赤外線反射膜１５下の第２の感熱素子１２Ｂと、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム１１と、によって、第１の感熱素子１２Ａと第２の感熱素子１２Ｂとの良好な温度差分を得ることができる。
【００４０】
さらに、第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂが、サーミスタ素子であるので、フォトダイオードの赤外線センサに比べて、高温での特性劣化が少なく、高い耐熱性を有しており、高温のトッププレート２に近接させて設置することが可能になる。また、センサ部がサーミスタ素子の一種類で構成されるため、ＰＩＮフォトダイオードの非接触式センサとサーミスタの接触式センサとの２種類を併用する必要が無く、部材コストを低減することができる。さらに、トッププレート２に近接させて設置可能になるため、センサ部における赤外線の視界内に他のものが入り難くなり、外部からの赤外線による干渉を抑制することができるため、より正確な温度測定が可能になる。なお、センサ部をトッププレート２から遠く離して使用する場合、焦点を絞るレンズ等の光学機構が必要になるが、本実施形態の場合は、トッププレート２への近接設置が可能であるため、前記光学機構が不要になり、部品コストを低減することができる。
【００４１】
したがって、本実施形態の誘導加熱調理器１では、上記温度センサ装置１０を備え、トッププレート２の下方に該トッププレート２から離間して第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂが設置されているので、分光透過率が波長毎に異なるトッププレート２であってもトッププレート２越しに鍋等の被加熱物Ｎの温度を高精度に測定することができる。
【００４２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、チップサーミスタの第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタのサーミスタ素子が好ましいが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…誘導加熱調理器、２…トッププレート、３…電磁コイル、４…温度センサ本体、５…赤外線遮蔽層、５ａ…赤外線透過窓、７Ａ…第１のセンサ部、７Ｂ…第２のセンサ部、８…赤外線遮蔽壁、１０…温度センサ装置、１１…絶縁性フィルム、１２Ａ…第１の感熱素子、１２Ｂ…第２の感熱素子、１３Ａ…第１の配線膜、１３Ｂ…第２の配線膜、１５…赤外線反射膜、Ｃ１…演算部、Ｎ…被加熱物、Ｍ…記憶部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象物からの赤外線を検知して該測定対象物の温度を測定する温度センサ装置と、これを備え、トッププレート上の鍋等の被加熱物を電磁誘導加熱（ＩＨ）で加熱すると共に鍋底温度を検出可能な誘導加熱調理器とに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、トッププレート上の鍋等の被加熱物を電磁誘導加熱で加熱すると共に鍋底温度を検出可能な誘導加熱調理器として、例えば、特許文献１には、被加熱物を加熱する加熱コイルと、この加熱コイルの上部で被加熱物を載置する天板（トッププレート）と、この天板下面に配置され被加熱物から放射される赤外線を検出する赤外線検出手段と、この赤外線検出手段の出力から被加熱物温度を検出する第一の温度検出手段（ＰＩＮフォトダイオード）と、天板下面に配置され天板の温度を検出する第二の温度検出手段（サーミスタ）と、第一、第二の温度検出手段の出力に応じて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、第一の温度検出手段は、赤外線検出手段の出力を第二の温度検出手段の出力に応じて減算する出力減算手段と、この出力減算手段の出力を増幅する増幅手段とを有し、この増幅手段の出力に応じて制御手段は加熱コイルへの加熱出力を制御する誘導加熱調理器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−４０７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の技術には、以下の課題が残されている。
すなわち、誘導加熱調理器などで使われるトッププレートは、分光透過率が波長毎に異なるため、トッププレート越しに吸収した測定対象物の輻射エネルギーについて、ステファン・ボルツマンの法則が成り立たない。そのため、測定対象物の輻射エネルギーからステファン・ボルツマンの法則に基づいて測定対象物の温度を測定する半導体受光素子（ＰＩＮフォトダイオード等）や赤外線センサのような非接触温度センサに関して正確な温度測定が困難であるという問題があった。また、この問題を解決するために、上記特許文献１に記載の技術のように、トッププレートに直接配置したサーミスタ等の接触式センサとＰＩＮフォトダイオードの非接触式センサとの２種類のセンサを併用する方法もあるが、異なる種類のセンサを用意しなければならないと共にＰＩＮフォトダイオードの非接触式センサを用いているために、高コストとなってしまう不都合があった。
【０００５】
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、測定対象物との間に波長毎に分光透過率の異なる部材が介在していても正確に温度を測定可能な温度センサ装置およびこれを備えた誘導加熱調理器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために以下の構成を採用した。すなわち、本発明の温度センサ装置は、測定対象物との間に仕切り部材が配されている状態で、前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第１のセンサ部と、前記測定対象物から放射された赤外線を除いて前記仕切り部材から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第２のセンサ部と、前記第１のセンサ部と前記第２のセンサ部とに電気的に接続された演算部とを備え、該演算部が、前記仕切り部材の分光透過率と前記測定対象物の一定の温度範囲の分光放射輝度とから予め求めておいた前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射される前記一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和を記憶値として記憶しており、前記第２のセンサ部の電気特性の変化から前記仕切り部材から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を補償値として算出すると共に、前記第１のセンサ部の電気特性の変化から前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、前記実測値と前記補償値との差分に相当する前記記憶値から前記測定対象物の温度を特定する機能を有していることを特徴とする。
【０００７】
この温度センサ装置では、演算部が、実測値（仕切り部材を通して測定対象物から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和）と補償値（仕切り部材から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和）との差分に相当する記憶値（予め求めておいた仕切り部材を通して測定対象物から放射される一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和）から測定対象物の温度を特定する機能を有しているので、実測値から補償値を除いた実質的な測定対象物からの輻射エネルギー量と上記記憶値とを比較することで、仕切り部材越しの測定対象物の温度を正確に推定することができる。このように、センサ部と測定対象物との間に介在する仕切り部材の分光透過率と各温度における測定対象物の分光放射輝度とから、各温度における輻射エネルギー量を予め把握しておき、これを記憶した演算部が、第１のセンサ部と第２のセンサ部とによる実測輻射エネルギー量から測定対象物の温度を正確に算出することができる。
【０００８】
また、本発明の温度センサ装置は、前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が、絶縁性フィルムと、該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えていることを特徴とする。
すなわち、この温度センサ装置では、第１のセンサ部および第２のセンサ部が、第２の感熱素子に対向して絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜を備えているので、第１の感熱素子は赤外線が照射されて赤外線吸収した絶縁性フィルムの部分的な温度を測定するのに対し、第２の感熱素子は赤外線反射膜によって赤外線が反射されて赤外線吸収が大幅に抑制された絶縁性フィルムの部分的な温度を測定する。したがって、第１の感熱素子に対して赤外線の影響を抑制して高いリファレンスが得られる赤外線反射膜下の第２の感熱素子と、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルムと、によって、第１の感熱素子と第２の感熱素子との良好な温度差分を得ることができる。
【０００９】
また、本発明の温度センサ装置は、前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が、サーミスタ素子であることを特徴とする。
すなわち、この温度センサ装置では、第１のセンサ部および第２のセンサ部が、サーミスタ素子であるので、フォトダイオードの赤外線センサに比べて、高温での特性劣化が少なく、高い耐熱性を有しており、高温のトッププレート等の仕切り部材に近接させて設置することが可能になる。また、センサ部がサーミスタ素子の一種類で構成されるため、ＰＩＮフォトダイオードの非接触式センサとサーミスタの接触式センサとの２種類を併用する必要が無く、部材コストを低減することができる。さらに、トッププレート等の仕切り部材に近接させて設置可能になるため、センサ部における赤外線の視界内に他のものが入り難くなり、外部からの赤外線による干渉を抑制することができるため、より正確な温度測定が可能になる。なお、センサ部を仕切り部材から遠く離して使用する場合、焦点を絞るレンズ等の光学機構が必要になるが、本発明の場合は、仕切り部材への近接設置が可能であるため、前記光学機構が不要になり、部品コストを低減することができる。
【００１０】
本発明の誘導加熱調理器は、被加熱物を載置するトッププレートと、該トッププレートの下部に設置され前記被加熱物を電磁誘導加熱により加熱する電磁コイルとを備えた誘導加熱調理器であって、上記本発明の温度センサ装置を備え、前記被加熱物が前記測定対象物であると共に、前記トッププレートが前記仕切り部材であり、前記トッププレートの下方に該トッププレートから離間して前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が設置されていることを特徴とする。
すなわち、この誘導加熱調理器では、上記本発明の温度センサ装置を備え、トッププレートの下方に該トッププレートから離間して第１のセンサ部および第２のセンサ部が設置されているので、分光透過率が波長毎に異なるトッププレートであってもトッププレート越しに鍋等の被加熱物の温度を高精度に測定することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、以下の効果を奏する。
すなわち、本発明に係る温度センサ装置によれば、演算部が、上記実測値と上記補償値との差分に相当する上記記憶値から測定対象物の温度を特定する機能を有しているので、実測値から補償値を除いた実質的な測定対象物からの輻射エネルギー量と仕切り部材の分光透過率および分光放射輝度を考慮した上記記憶値とを比較することで、仕切り部材越しの測定対象物の温度を正確に推定することができる。
したがって、この赤外線センサを備えた誘導加熱調理器によれば、トッププレート越しに鍋等の被加熱物の温度を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係る誘導加熱調理器の一実施形態を示す簡略的な断面図である。
【図２】本実施形態において、センサ部を示す斜視図である。
【図３】本実施形態において、筐体を外した状態のセンサ部を示す斜視図である。
【図４】図２のＡ−Ａ線矢視断面図である。
【図５】本実施形態において、トッププレート越しに測定対象物の温度を測定する方法を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態において、トッププレートの分光透過率を示すグラフである。
【図７】本実施形態において、測定対象物の波長に対する分光放射輝度を示すグラフである。
【図８】本実施形態において、トッププレート越しの測定対象物の波長に対する分光放射輝度を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る温度センサ装置およびこれを備えた誘導加熱調理器の一実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能又は認識容易な大きさとするために縮尺を適宜変更している。
【００１４】
本実施形態の誘導加熱調理器１は、図１に示すように、被加熱物（測定対象物）Ｎを載置するトッププレート（仕切り部材）２と、該トッププレート２の下部に設置され被加熱物Ｎを電磁誘導加熱により加熱する電磁コイル３とを備えた誘導加熱調理器であって、トッププレート２越しに被加熱物Ｎの温度を測定する温度センサ装置１０を備えている。
【００１５】
上記温度センサ装置１０は、被加熱物Ｎとの間にトッププレート２が配されている状態で、トッププレート２を通して被加熱物Ｎから放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第１のセンサ部７Ａと、被加熱物Ｎから放射された赤外線を除いてトッププレート２から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第２のセンサ部７Ｂと、第１のセンサ部７Ａと第２のセンサ部７Ｂとに電気的に接続された演算部Ｃ１とを備えている。
【００１６】
上記誘導加熱調理器１は、トッププレート２の下方に該トッププレート２から離間して設置された上記第１のセンサ部７Ａおよび上記第２のセンサ部７Ｂを有した温度センサ本体４と、トッププレート２の下面を覆うと共に一部が赤外線透過窓５ａとして開けられた赤外線遮蔽層５と、電磁コイル３および温度センサ本体４に電気的に接続され上記演算部Ｃ１を有する制御部Ｃと、これらが設置された本体ケース６と、を備えている。
【００１７】
上記被加熱物Ｎは、磁性体（鉄等）または非磁性体（アルミニウム等）で形成された鍋等である。
上記トッププレート２は、結晶化ガラス等で形成されて高い耐熱性を有しており、本体ケース６の上部に取り付けられている。
【００１８】
上記電磁コイル３は、トッププレート２の下方かつ本体ケース６内に円環形状または渦巻き形状に配置され、交流電流による電力が供給されると高周波磁界を発生させてトッププレート２上の被加熱物Ｎを誘導加熱するものである。
上記制御部Ｃは、電磁コイル３に電力を供給するインバータ電源（図示略）を備え、温度センサ装置１０で検出した被加熱物Ｎの温度に基づいて、電磁コイル３に供給する電力を制御する機能を有している。
【００１９】
上記温度センサ本体４は、赤外線透過窓５ａの直下に配されて赤外線透過窓５ａからの赤外線を検出する上記第１のセンサ部７Ａと、赤外線遮蔽層５の直下に配されて赤外線遮蔽層５からの赤外線を検出する上記第２のセンサ部７Ｂと、を備えている。すなわち、第２のセンサ部７Ｂは、被加熱物Ｎから放射される赤外線を除いたトッププレート２からの赤外線を受光するように設置されている。これら第１のセンサ部７Ａと第２のセンサ部７Ｂとは、同一の形状および構造を有するサーミスタボロメータ型温度センサである。
【００２０】
また、第２のセンサ部７Ｂと第１のセンサ部７Ａおよび赤外線透過窓５ａとの間には、赤外線遮蔽壁８が設置されている。
上記赤外線遮蔽壁８は、例えば赤外線遮蔽効果のあるポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の耐熱性樹脂で筒状に形成され、上端が赤外線透過窓５ａを囲むようにトッププレート２の下面に固定されている。
【００２１】
上記赤外線遮蔽層５は、例えばトッププレート２下面に貼り付けられたカーボンブラックを含む結晶化ガラスの吹付材などの赤外線遮蔽シートである。なお、この赤外線遮蔽層５は、赤外線遮蔽シート以外にも赤外線遮蔽効果のある塗料をトッププレート２の下面に塗って形成しても構わない。
上記赤外線透過窓５ａは、第１のセンサ部７Ａの直上に位置する部分のみ赤外線遮蔽層５に開口部を設けてトッププレート２を露出させて形成したものである。
【００２２】
また、赤外線遮蔽壁８の下端には、支持回路板９が固定され、該支持回路板９上に第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂが設置されている。さらに、赤外線遮蔽壁８の下端は、第１のセンサ部７Ａを囲んだ状態で支持回路板９に固定されており、赤外線遮蔽壁８内に入射された赤外線が外部に放射することを防いでいる。このように、赤外線遮蔽壁８によって温度センサ本体４がトッププレート２の下方に設置されている。なお、本実施形態では、温度センサ本体４がトッププレート２の中央部下方に設置されている。また、演算部Ｃ１は、図示しない内部配線および支持回路板９を介して第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂに電気的に接続されている。
【００２３】
上記第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂは、図２から図４に示すように、絶縁性フィルム１１と、該絶縁性フィルム１１の一方の面（下面）に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂと、絶縁性フィルム１１の一方の面に銅箔等でパターン形成され第１の感熱素子１２Ａに接続された導電性の第１の配線膜１３Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂに接続された導電性の第２の配線膜１３Ｂと、第１の感熱素子１２Ａに対向して絶縁性フィルム１１の他方の面（上面）に設けられた赤外線吸収膜１４と、第２の感熱素子１２Ｂに対向して絶縁性フィルム１１の他方の面に設けられた赤外線反射膜１５と、絶縁性フィルム１１の一方の面に固定されて該絶縁性フィルム１１を支持する筐体１６と、をそれぞれ備えている。
【００２４】
すなわち、上記赤外線吸収膜１４は、第１の感熱素子１２Ａの直上に配されていると共に、上記赤外線反射膜１５は、第２の感熱素子３Ｂの直上に配されている。上記絶縁性フィルム１１は、赤外線透過性フィルムで形成されている。なお、本実施形態では、絶縁性フィルム１１がポリイミド樹脂シートで形成されている。
【００２５】
上記第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂは、両端部に端子電極１２ａが形成されたチップサーミスタ（サーミスタ素子）である。このサーミスタとしては、ＮＴＣ型、ＰＴＣ型、ＣＴＲ型等のサーミスタがあるが、本実施形態では、第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂとして、例えばＮＴＣ型サーミスタを採用している。このサーミスタは、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｃｕ系材料、Ｍｎ−Ｃｏ−Ｆｅ系材料等のサーミスタ材料で形成されている。なお、これら第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂは、各端子電極１２ａを配線膜１３Ａ，１３Ｂ上に接合させて絶縁性フィルム１１に実装されている。
【００２６】
上記赤外線吸収膜１４は、絶縁性フィルム１１よりも高い赤外線吸収率を有する材料で形成され、例えば、カーボンブラック等の赤外線吸収材料を含むフィルムや赤外線吸収性ガラス膜（二酸化珪素を７１％含有するホーケー酸ガラス膜など）で形成されている。すなわち、この赤外線吸収膜１４によって測定対象物からの輻射による赤外線を吸収する。そして、赤外線を吸収し発熱した赤外線吸収膜１４から絶縁性フィルム１１を介した熱伝導によって、直下の第１の感熱素子１２Ａの温度が変化するようになっている。この赤外線吸収膜１４は、第１の感熱素子１２Ａよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。
【００２７】
上記赤外線反射膜１５は、絶縁性フィルム１１よりも高い赤外線放射率を有する材料で形成され、例えば、鏡面のアルミニウム蒸着膜やアルミニウム箔等で形成されている。この赤外線反射膜１５は、第２の感熱素子１２Ｂよりも大きなサイズでこれを覆うように形成されている。
【００２８】
上記筐体１６は、例えば樹脂製であり、絶縁性フィルム１１の熱を必要以上に放熱しないように絶縁性フィルム１１よりも熱伝導性の低い材料であることが好ましい。
この筐体１６には、第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂをそれぞれ個別に収納する第１の収納部１６ａ及び第２の収納部１６ｂが設けられている。これら第１の収納部１６ａ及び第２の収納部１６ｂは、第１の感熱素子１２Ａ及び第２の感熱素子１２Ｂの位置にそれぞれ対応して形成された断面矩形状の孔部であり、内部に空気を密封した状態で開口部が絶縁性フィルム１１で閉塞されている。なお、第１の収納部１６ａ及び第２の収納部１６ｂの内部には、絶縁性フィルム１１よりも熱伝導率の低い発泡樹脂を封入させても構わない。
【００２９】
上記演算部Ｃ１では、第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂのそれぞれにおいて、第１の感熱素子１２Ａと第２の感熱素子１２Ｂとで検出された赤外線の差分（出力の差分）を演算処理し、第２の感熱素子１２Ｂをリファレンスとして第１の感熱素子１２Ａで検出された輻射エネルギー量（温度）を算出する機能を有している。
【００３０】
また、演算部Ｃ１は、被加熱物Ｎからの赤外線を検出した第１のセンサ部７Ａの出力と、トッププレート２からの赤外線を検出した第２のセンサ部７Ｂの出力とを演算処理して差分を求め、干渉成分を除いた被加熱物Ｎからの赤外線だけを算出し、これに基づいて被加熱物Ｎの温度（鍋底温度）を求める機能を有している。
【００３１】
具体的には、演算部Ｃ１は、トッププレート２の分光透過率と被加熱物Ｎの一定の温度範囲の分光放射輝度とから予め求めておいたトッププレート２を通して被加熱物Ｎから放射される前記一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和を記憶値として記憶部Ｍに記憶している。また、演算部Ｃ１は、第２のセンサ部７Ｂの電気特性の変化からトッププレート２から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を補償値として算出すると共に、第１のセンサ部７Ａの電気特性の変化からトッププレート２を通して被加熱物Ｎから放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、前記実測値と前記補償値との差分に相当する前記記憶値から被加熱物Ｎの温度を特定する機能を有している。
【００３２】
次に、上記温度センサ装置１０によるトッププレート２越しの被加熱物Ｎの温度を測定する方法について、図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００３３】
まず、温度の実測前における演算部Ｃ１の設定として、例えば図６に示すように、予めトッププレート２の分光透過率を０．１〜２５μｍの波長範囲で測定しておく（ステップＳ１）。次に、図７に示すように、被加熱物Ｎの一定の温度範囲における各温度（例えば、５０〜３００℃での０．１℃刻みの各温度）の分光放射輝度を測定しておく（ステップＳ２）。なお、図７では、例として８０℃、１００℃、２００℃における分光放射輝度を記載している。
【００３４】
次に、これらの測定結果から、上記各温度におけるトッププレート２越しの被加熱物Ｎの分光放射輝度をそれぞれ計算し（ステップＳ３）、さらにこの計算結果から上記各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和をそれぞれ計算する（ステップＳ４）。そして、この計算結果を記憶部Ｍの第１記憶領域にデータテーブルとして予め記憶させておく。
【００３５】
次に、温度の実測時において、トッププレート２上に被加熱物Ｎが載置されている状態で、第２のセンサ部７Ｂにより被加熱物Ｎから放射される赤外線を除いたトッププレート２からの赤外線を受光し、その出力に基づいて演算部Ｃ１がトッププレート２から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を補償値として算出し、その結果を記憶部Ｍの第２記憶領域に記憶する（ステップＳ５）。さらに、第１のセンサ部７Ａにより被加熱物Ｎから放射される赤外線をトッププレート２越しに受光し、その出力に基づいて演算部Ｃ１がトッププレート２を通して被加熱物Ｎから放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、その結果を記憶部Ｍの第３記憶領域に記憶する（ステップＳ６）。
【００３６】
次に、演算部Ｃ１は、第３記憶領域に記憶された実測値と第２記憶領域に記憶された補償値との差分を計算して実質的なトッププレート２越しの被加熱物Ｎの全波長の輻射エネルギー量の総和を算出する。例えば、図７の分光放射輝度に対応して、例として８０℃、１００℃、２００℃におけるトッププレート２越しの被加熱物Ｎの分光放射輝度を図８に示す。
そして、演算部Ｃ１は、この算出結果と第１記憶領域に記憶された記憶値のデータテーブルとを比較して、対応する記憶値から被加熱物Ｎの温度を推定する（ステップＳ７）。
【００３７】
上記温度算出方法における演算式を以下に示す。
ここでトッププレート２の通過波長特性（２．５〜１００μｍ）をＦｓｇ（λ）、トッププレート２の温度をＴｓｇ、黒体（鍋底）の温度をＴｂｂ、非接触温度センサである第１のセンサ部７Ａと第２のセンサ部７Ｂとの検出温度差をΔＴ、検知温度（吸収膜温度）をＴｄｅｔとする。
このときのプランクの法則は、以下の式となる。
【数１】
また、ステファン・ボルツマンの法則は、以下の式となる。
【数２】
さらに、トッププレート２を通過した放射エネルギーは、以下の式となる。
【数３】
また、トッププレート２からの放射エネルギーは、以下の式となる。
【数４】
これらから以下の関係式が得られる。
【数５】
上記関係式から黒体（鍋底）温度を演算して求めることができる。
【００３８】
このように本実施形態の温度センサ装置１０は、演算部Ｃ１が、実測値（仕切り部材を通して測定対象物から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和）と補償値（仕切り部材から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和）との差分に相当する記憶値（予め求めておいた仕切り部材を通して測定対象物から放射される一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和）から被加熱物Ｎの温度を特定する機能を有しているので、実測値から補償値を除いた実質的な被加熱物Ｎからの輻射エネルギー量と上記記憶値とを比較することで、トッププレート２越しの被加熱物Ｎの温度を正確に推定することができる。このように、センサ部と被加熱物Ｎとの間に介在するトッププレート２の分光透過率と各温度における分光放射輝度とから、各温度における輻射エネルギー量を予め把握しておき、これを記憶した演算部Ｃ１が、第１のセンサ部７Ａと第２のセンサ部７Ｂとによる実測輻射エネルギー量から被加熱物Ｎの温度を正確に算出することができる。
【００３９】
また、第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂが、第２の感熱素子１２Ｂに対向して絶縁性フィルム１１の他方の面に設けられた赤外線反射膜１５を備えているので、第１の感熱素子１２Ａは赤外線が照射されて赤外線吸収した絶縁性フィルム１１の部分的な温度を測定するのに対し、第２の感熱素子１２Ｂは赤外線反射膜１５によって赤外線が反射されて赤外線吸収が大幅に抑制された絶縁性フィルム１１の部分的な温度を測定する。したがって、第１の感熱素子１２Ａに対して赤外線の影響を抑制して高いリファレンスが得られる赤外線反射膜１５下の第２の感熱素子１２Ｂと、薄く熱伝導性の低い絶縁性フィルム１１と、によって、第１の感熱素子１２Ａと第２の感熱素子１２Ｂとの良好な温度差分を得ることができる。
【００４０】
さらに、第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂが、サーミスタ素子であるので、フォトダイオードの赤外線センサに比べて、高温での特性劣化が少なく、高い耐熱性を有しており、高温のトッププレート２に近接させて設置することが可能になる。また、センサ部がサーミスタ素子の一種類で構成されるため、ＰＩＮフォトダイオードの非接触式センサとサーミスタの接触式センサとの２種類を併用する必要が無く、部材コストを低減することができる。さらに、トッププレート２に近接させて設置可能になるため、センサ部における赤外線の視界内に他のものが入り難くなり、外部からの赤外線による干渉を抑制することができるため、より正確な温度測定が可能になる。なお、センサ部をトッププレート２から遠く離して使用する場合、焦点を絞るレンズ等の光学機構が必要になるが、本実施形態の場合は、トッププレート２への近接設置が可能であるため、前記光学機構が不要になり、部品コストを低減することができる。
【００４１】
したがって、本実施形態の誘導加熱調理器１では、上記温度センサ装置１０を備え、トッププレート２の下方に該トッププレート２から離間して第１のセンサ部７Ａおよび第２のセンサ部７Ｂが設置されているので、分光透過率が波長毎に異なるトッププレート２であってもトッププレート２越しに鍋等の被加熱物Ｎの温度を高精度に測定することができる。
【００４２】
なお、本発明の技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００４３】
例えば、上記実施形態では、チップサーミスタの第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しているが、薄膜サーミスタで形成された第１の感熱素子及び第２の感熱素子を採用しても構わない。
なお、感熱素子としては、上述したように薄膜サーミスタやチップサーミスタのサーミスタ素子が好ましいが、サーミスタ以外に焦電素子等も採用可能である。
【符号の説明】
【００４４】
１…誘導加熱調理器、２…トッププレート、３…電磁コイル、４…温度センサ本体、５…赤外線遮蔽層、５ａ…赤外線透過窓、７Ａ…第１のセンサ部、７Ｂ…第２のセンサ部、８…赤外線遮蔽壁、１０…温度センサ装置、１１…絶縁性フィルム、１２Ａ…第１の感熱素子、１２Ｂ…第２の感熱素子、１３Ａ…第１の配線膜、１３Ｂ…第２の配線膜、１５…赤外線反射膜、Ｃ１…演算部、Ｎ…被加熱物、Ｍ…記憶部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象物との間に仕切り部材が配されている状態で、前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第１のセンサ部と、前記測定対象物から放射された赤外線を除いて前記仕切り部材から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第２のセンサ部と、
前記第１のセンサ部と前記第２のセンサ部とに電気的に接続された演算部とを備え、
該演算部が、前記仕切り部材の分光透過率と前記測定対象物の一定の温度範囲の分光放射輝度とから予め求めておいた前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射される前記一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和を記憶値として記憶しており、
前記第２のセンサ部の電気特性の変化から前記仕切り部材から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を補償値として算出すると共に、前記第１のセンサ部の電気特性の変化から前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、前記実測値と前記補償値との差分に相当する前記記憶値から前記測定対象物の温度を特定する機能を有していることを特徴とする温度センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサ装置において、
前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が、絶縁性フィルムと、
該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、
前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、
前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えていることを特徴とする温度センサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の温度センサ装置において、
前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子が、サーミスタ素子であることを特徴とする温度センサ装置。
【請求項４】
被加熱物を載置するトッププレートと、該トッププレートの下部に設置され前記被加熱物を電磁誘導加熱により加熱する電磁コイルとを備えた誘導加熱調理器であって、
請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサ装置を備え、
前記被加熱物が前記測定対象物であると共に、前記トッププレートが前記仕切り部材であり、
前記トッププレートの下方に該トッププレートから離間して前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が設置されていることを特徴とする誘導加熱調理器。
【請求項１】
測定対象物との間に仕切り部材が配されている状態で、前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第１のセンサ部と、前記測定対象物から放射された赤外線を除いて前記仕切り部材から放射された赤外線を受光し電気特性が変化する第２のセンサ部と、
前記第１のセンサ部と前記第２のセンサ部とに電気的に接続された演算部とを備え、
該演算部が、前記仕切り部材の分光透過率と前記測定対象物の一定の温度範囲の分光放射輝度とから予め求めておいた前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射される前記一定の温度範囲の各温度における全波長の輻射エネルギー量の総和を記憶値として記憶しており、
前記第２のセンサ部の電気特性の変化から前記仕切り部材から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を補償値として算出すると共に、前記第１のセンサ部の電気特性の変化から前記仕切り部材を通して前記測定対象物から放射される全波長の輻射エネルギー量の総和を実測値として算出し、前記実測値と前記補償値との差分に相当する前記記憶値から前記測定対象物の温度を特定する機能を有していることを特徴とする温度センサ装置。
【請求項２】
請求項１に記載の温度センサ装置において、
前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が、絶縁性フィルムと、
該絶縁性フィルムの一方の面に互いに離間させて設けられた第１の感熱素子及び第２の感熱素子と、
前記絶縁性フィルムの一方の面に形成され前記第１の感熱素子に接続された導電性の第１の配線膜及び前記第２の感熱素子に接続された導電性の第２の配線膜と、
前記第２の感熱素子に対向して前記絶縁性フィルムの他方の面に設けられた赤外線反射膜と、を備えていることを特徴とする温度センサ装置。
【請求項３】
請求項２に記載の温度センサ装置において、
前記第１の感熱素子および前記第２の感熱素子が、サーミスタ素子であることを特徴とする温度センサ装置。
【請求項４】
被加熱物を載置するトッププレートと、該トッププレートの下部に設置され前記被加熱物を電磁誘導加熱により加熱する電磁コイルとを備えた誘導加熱調理器であって、
請求項１から３のいずれか一項に記載の温度センサ装置を備え、
前記被加熱物が前記測定対象物であると共に、前記トッププレートが前記仕切り部材であり、
前記トッププレートの下方に該トッププレートから離間して前記第１のセンサ部および前記第２のセンサ部が設置されていることを特徴とする誘導加熱調理器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７３０１５（Ｐ２０１２−１７３０１５Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２６６６（Ｐ２０１１−３２６６６）
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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