(57)【要約】【課題】被調理物の沸騰強度を確実に検知することができる、水位検知装置を提供すること。【解決手段】被調理物４の入った加熱容器１を、加熱手段１１で加熱することで、被調理物の温度が上昇して、沸騰に至る。沸騰すると加熱容器１の底で発生した、沸騰泡１５が被調理物４を押すことで、被調理物４の水位が変動する。沸騰強度に比例した、水位の変動距離を、超音波センサ２０で検知することによって、沸騰強度を検知することができる。このとき、被調理物４の液面に対して、超音波センサ２０の超音波発信波７が垂直に到達するように、超音波センサ２０の位置をキャリブレーションするためのキャリブレーション手段３３を設けて、確実に沸騰強度の検知ができる水位検知装置３を提供する。【選択図】図２
2020060432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱手段によって加熱される被調理物を収納する加熱容器の上方に、前記被調理物の液面に対しての略水平面に対向するように、超音波を発信および受信する超音波センサと、
前記超音波センサの発信から、前記被調理物液面での反射波を受信するまでの所要時間を計測する計時手段と、
前記計時手段によって計測した前記所要時間から、前記超音波センサから前記被調理物の液面までの距離を演算する距離演算手段と、
を設けた水位検知装置であって、
前記超音波センサと前記被調理物の液面との距離の整数倍の距離に現れる、多重反射波信号を検知する多重反射波検知手段と、
前記多重反射波を検知できるようにセンサ面の設置方向をキャリブレーションするキャリブレーション手段を備える水位検知装置。
【請求項２】
前記キャリブレーション手段によって、多重反射波の受信ができていることを報知する報知手段をさらに設けた請求項１に記載の水位検知装置。
【請求項３】
前記キャリブレーション手段によって、多重反射波の受信ができるように、超音波センサの位置を制御することができる位置制御手段をさらに設けた請求項１または２に記載の水位検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は調理物の液面高さを検知することで、沸騰による液面の揺れ度合いを検知して、沸騰の強度を検知することが出来る水位検知装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
調理機器において、水位検知装置を使用した調理溶液を含む調理物の沸騰検知は、最適加熱や省エネの観点から、重要な機能である。この沸騰検知に関する従来の技術について、図１４、図１５をそれぞれ参照しながら以下に説明する。
【０００３】
図１４は、特許文献１に記載された従来の超音波センサを用いて沸騰検知を行う電気湯沸かし器を示す側断面略図である。特許文献１に記載された電気湯沸かし器は、図１４に示すように、超音波センサ２０が加熱容器である水タンク５０の底面に設けられている。水タンク５０の底面には、水タンク５０に収納された被調理物である水５３を加熱する誘導加熱手段１１が設けられている。超音波センサ２０から超音波の発信波５１を送信し、水タンク５０に収納された水面で反射して超音波の反射波５２として超音波センサ２０で受信する。誘導加熱手段１１によって水タンク５０に収納された水５３が加熱され、水５３の沸騰時に発生する沸騰泡によって超音波が乱反射する。超音波が乱反射することによって、超音波センサ２０が超音波の反射波５２を検出しなくなることで、水タンク５０に収納された水５３の沸騰状態を検知する。
【０００４】
図１５は、特許文献２に記載された従来の超音波センサを用いて沸騰検知を行う誘導加熱機器を示す側断面略図である。特許文献２に記載された誘導加熱機器は、図１５に示すように、超音波センサ２０が加熱容器である鍋５０を載置したトッププレート１２の下に設けられている。トッププレート１２の下には、鍋５０に収納された被調理物である溶液５３を加熱する誘導加熱手段１１が設けられている。超音波センサ２０から発信された超音波の発信波５１は、トッププレート１２、鍋５０を介して、溶液５３に伝わり、溶液５３の水面で反射した超音波の反射波５２が、今度は溶液５３から鍋５０、トッププレート１２を伝わって、超音波センサ２０に戻る。誘導加熱手段１１によって鍋５０に収納された溶液５３が加熱される。超音波の反射波５２が、溶液５３の温度に応じて溶液５３内に発生する泡に乱反射することによる、超音波の反射率を判定することで、沸騰を検知する。
【０００５】
これら従来技術によって、被調理物である溶液の沸騰を検知することができる調理機器が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平３−１１２５２１号公報
【特許文献２】特開２００５−５０７１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記従来の構成では、沸騰したか否かの２値が検出されるものであり、被調理物の沸騰状態を検知することはできなかった。また、特に、特許文献２に記載の従来の構成では、トッププレート１２は物性を固定して、製造上のバラつきを管理することができたとしても、載置される加熱容器である鍋５０は、ユーザによって違った性状のものが選ばれ、その載置状態も、誘導加熱手段１１との位置関係や、異物かみこみによる高
さの違いといった、バラつきを含み、超音波の反射波５２を、安定して受信するのは難しく、沸騰状態を細かく制御する、煮物などの火力制御に応用することが難しい、という課題があった。
【０００８】
これを解決するために、本出願人は、加熱容器内の、少なくとも調理溶液を含む被調理物の上方に配置した、超音波センサによって、超音波の伝搬媒質を空気として、被調理物の水位を検知することによって、被調理物の液面が、沸騰によって波立ったり、泡立ったりすることによって、上下に変動し、その変動距離が、沸騰の強さに比例することを利用して、液面の変動距離を検知することによって、加熱容器の性状や載置状態に左右されることなく、沸騰の強さを推定することができる公開されていない水位検知装置を提案している。
【０００９】
このとき、超音波センサの超音波発信波が、例えば、液面に対して垂直に到達できないように、超音波センサが設置されると、超音波反射波は、超音波センサに一部しか戻ることができなくなり、超音波センサの受信信号は弱くなり、水位の検知ができなくなるという課題があった。
【００１０】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、超音波発信波が液面に対して垂直に到達できるように、超音波センサを設置することができて、確実に被調理物の水位と、その変動を検知して、沸騰の強度を検知することができる水位検知装置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】
【００１１】
本発明の発明者らは、前記従来の課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、以下のことを見出した。
【００１２】
すなわち、超音波センサの超音波発信波が、液面に対して垂直に到達した場合には、その反射波は垂直に反射して、超音波反射波として超音波センサに戻る。
【００１３】
このとき、超音波センサの表面で、圧電素子を振動させて、反射波として受信されるとともに、一部は超音波センサの表面で反射されて、また、液面に対して垂直に到達して、反射波がまた超音波センサに戻る。これを繰り返すことで、超音波センサは、超音波発信波を発信してから、超音波反射波が最初に戻るまでの時間の、整数倍の時間毎に、いわゆる多重反射波として、複数の超音波反射波を受信する。
【００１４】
そしてこの知見によって本発明に想到した。
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の水位検知装置は、加熱容器内の被調理物上方に配置した超音波センサによって、所定の時間毎の被調理物の高さを検知して、その変動距離を検知して、沸騰強度を推定する。このとき、被調理物の液面と超音波センサの位置関係をキャリブレーションするために、多重反射波の有無や、反射波間の時間を計測するための多重反射波検知手段と、この多重反射波の情報を元に、超音波センサの位置をキャリブレーションするキャリブレーション手段と、キャリブレーション手段によるセンサの位置調整情報を報知するための報知手段および／または、超音波センサの位置を制御する位置制御手段を備える構成とした。
【００１６】
これによって、本発明の水位検知装置は、加熱容器の性状や、載置状態に左右されることなく、また水位検知装置が被調理物の液面反射を最も効率よく検知できるように、位置をキャリブレーションすることによって、被調理物の沸騰開始タイミングや、沸騰強度を確実に検知することができるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の水位検知装置は、被調理物の液面に垂直に超音波発信波が反射することで、被調理物の沸騰開始タイミングや、沸騰の強度をより確実に検知することができて、例えば、味噌汁や出汁の加熱といった、被調理物が激しく沸騰する前に火力を下げる調理や、弱い沸騰を維持するコトコト煮込みといった、実際の被調理物の沸騰の状態に応じて、加熱調理機が加熱手段の火力自動調整をすることで、よりおいしい煮込み調理を、簡単、便利に実施することができる。
【００１８】
また、さらに、被調理物の水位が連続して増加することを検知することで、ふきこぼれの予兆と判断して、加熱制御手段が加熱を止めることで、ふきこぼれを防止できるものである。
【００１９】
また、逆に、被調理物の水位が連続して減少することを検知することで、煮詰りの予兆と判断して、加熱制御手段が加熱を止めることで、煮詰りを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１における水位検知装置とそれを備えた加熱容器の側断面図
【図２】本発明の実施の形態１における水位検知装置及び加熱機器の構成を示すブロック構成図
【図３】本発明の実施の形態１における超音波センサの距離測定の原理を示す超音波受信波形図
【図４】本発明の実施の形態１における他の水位検知装置とそれを備えた加熱容器の側断面図
【図５】本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信された場合の超音波反射波の受信波形を示す波形図
【図６】本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波を発信できない状態に設置された水位検知装置の側断面図
【図７】本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直ではない状態で超音波発信波が発信された場合の超音波反射波の受信波形を示す波形図
【図８】本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置の側断面図
【図９】本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置が傾いて配置された加熱容器に設置されたときの水位検知装置の側断面図
【図１０】本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置の側断面図
【図１１】本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置が加熱容器に対して傾いて設置されたときの水位検知装置の側断面図
【図１２】本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置が傾いて配置された加熱容器に設置されたときの、水位検知装置の側断面図
【図１３】本発明の実施の形態１における水位検知装置の多重反射波形を示す波形図
【図１４】従来の沸騰検知を実施するための電気湯沸かし器の構成を示す側断面図
【図１５】従来の沸騰検知を実施するための誘導加熱装置の構成を示す側断面図
【発明を実施するための形態】
【００２１】
第１の発明は、加熱手段によって加熱される被調理物を収納する加熱容器の上方に、前
記被調理物の液面に対しての略水平面に対向するように、超音波を発信および受信する超音波センサと、
前記超音波センサの発信から、前記被調理物液面での反射波を受信するまでの所要時間を計測する計時手段と、
前記計時手段によって計測した前記所要時間から、前記超音波センサから前記被調理物の液面までの距離を演算する距離演算手段と、
を設けた水位検知装置であって、
前記超音波センサと前記被調理物の液面との距離の整数倍の距離に現れる、多重反射波信号を検知する多重反射波検知手段と、
前記多重反射波を検知できるようにセンサ面の設置方向をキャリブレーションするキャリブレーション手段を備える構成とした。
【００２２】
この構成により、前記被調理物の液面で、前記超音波センサの超音波発信波を垂直に反射させることができて、最も強く反射波を検知することとなる。これによって、確実に前記被調理物の水位や、水位変動を検知することができて、例えば、味噌汁や出汁の加熱といった、被調理物が激しく沸騰する前に火力を下げる調理など、実際の被調理物の沸騰の状態に応じて、加熱調理器が加熱手段の火力自動調整をすることで、煮込み、茹で、蒸しといった、鍋調理を、簡単、便利に、よりおいしく仕上げることができる、水位検知装置を提供することが可能である。
【００２３】
第２の発明は、特に、第１の発明において、前記キャリブレーション手段によって、多重反射波の受信ができていることを報知する報知手段をさらに設けた構成とした。
【００２４】
この構成によって、前記報知手段によってユーザに報知することができ、前記被調理物の液面で、前記超音波センサの超音波発信波を垂直に反射させることができて、最も強く反射波を検知することができる。これによって確実に前記被調理物の水位や、水位変動を検知することができて、例えば、味噌汁や出汁の加熱といった、被調理物が激しく沸騰する前に火力を下げる調理など、実際の被調理物の沸騰の状態に応じて、加熱調理器が加熱手段の火力自動調整をすることで、煮込み、茹で、蒸しといった、鍋調理を、簡単、便利に、よりおいしく仕上げることができる、水位検知装置を提供することが可能である。
【００２５】
第３の発明は、特に、第１または第２の発明において、前記キャリブレーション手段によって、多重反射波の受信ができるように、超音波センサの位置を制御することができる位置制御手段をさらに設けた構成とした。
【００２６】
この構成によって、前記被調理物の液面で、前記超音波センサの超音波発信波を垂直に反射させることができて、最も強く反射波を検知することができる。これによって確実に前記被調理物の水位や、水位変動を検知することができて、例えば、味噌汁や出汁の加熱といった、被調理物が激しく沸騰する前に火力を下げる調理など、実際の被調理物の沸騰の状態に応じて、加熱調理機が加熱手段の火力自動調整をすることで、煮込み、茹で、蒸しといった、鍋調理を、簡単、便利に、よりおいしく仕上げることができる、水位検知装置および調理機器を提供することが可能である。
【００２７】
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。
【００２８】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における水位検知装置とそれを備えた加熱容器の側断面図を示すものである。
【００２９】
図１において、誘導加熱可能な有底筒形状の加熱容器１には被調理物４を収納している。被調理物４は、調理溶液４ａ、調理具材４ｂで構成されている。加熱容器１の上部の上方には、被調理物４の略水平面に対向するように、超音波センサ２０を有する水位検知装置３が配置されている。超音波センサ２０を構成する超音波の発信・受信面が、被調理物４の液面に対して平行になるように構成されており、超音波センサ２０から発信された超音波発信波７が、被調理物４の液面に対して垂直に当たる構成となっている。
【００３０】
水位検知装置３は、超音波センサ２０を保持するセンサカバー部３ａと、超音波センサ２０の発信・送信信号をやり取りする信号線を収納する信号線収納部３ｂと、超音波センサ２０の制御機能や、加熱機器１０との通信を行う通信機能を有する回路（図示せず）や電源を収納する、回路・電源部３ｃによって構成される。
【００３１】
また、加熱容器１で発生する振動を低減し、蒸気や水の侵入を防ぐために、超音波センサ２０は、防振シール材１４を介して、センサカバー部３ａに保持されている。
【００３２】
ここで、水位検知装置３は、アドオン型で加熱容器１の形状によらず、後付けで取り付け可能とする構成としているが、この限りではなく、特に、図示はしないが、加熱容器１の蓋に配置した構成や、容器把手と一体に構成するなど、他の構成も考えられる。
【００３３】
また、図４は、本発明の実施の形態１における他の水位検知装置とそれを備えた加熱容器の側断面図である。図４において、超音波センサ２０を構成する超音波の発信・受信面が、被調理物４の液面に対して垂直となるように構成されており、超音波センサ２０から発信された超音波発信波７が、反射部３ｄによって被調理物４の液面に対して垂直に当たる方向に反射される構成となっている。反射部３ｄは、超音波センサ２０を保持するセンサカバー部３ａから延長されて設けられている。反射部３ｄは、被調理物４の液面に対する垂線との角度を所定の値として本実施の形態では、４５度に設定している。
【００３４】
これによって、図１に示す水位検知装置３を構成する超音波センサ２０の超音波の発信・受信面を、被調理物４の液面に対して平行に配置されて、超音波発信波７が直接被調理物４の液面に垂直に当たる場合に比べて、図４に示す水位検知装置３を構成する超音波センサ２０では、被調理物４を加熱することにより発生した蒸気が超音波センサ２０に結露した場合に、重力によって鉛直方向に流れ落ちやすくなり、結露の影響を小さくすることができる。
【００３５】
液面で反射した超音波反射波８は、超音波発信波７と同様に、反射部３ｄで反射して、超音波センサ２０の発信・受信面に垂直に戻る。
【００３６】
ここで、図５は、本発明の実施の形態１における、被調理物４の液面に対して垂直に超音波発信波が発信された場合の、超音波反射波の受信波形を示す波形図である。
【００３７】
図５の波形は、Ａ点で超音波発信波７を発信した場合の、超音波センサ受信信号６０を示し、超音波センサ２０を発信から受信に切り替えると、まず、発信時の残響である、発信の残響波形６０ａが現れる。
【００３８】
そして、超音波発信波７が被調理物４の液面に垂直に到達して、反射して超音波反射波８として、超音波センサ２０に戻り、受信される。すなわち、超音波センサ２０の圧電素子（図示せず）が、超音波反射波８によって振動を受けて、受信信号として電圧を出力する。これがＢ点の１次反射波形６０ｂである。
【００３９】
ここで１次反射波形６０ｂはＢ点でピークを検知しているように図示しているが、この
限りではなく、例えば、超音波受信信号の所定の閾値を超えたことを検知してもよい。
【００４０】
さらに、超音波センサ２０の発信・受信面で圧電素子を振動させた超音波反射波８の残りのエネルギーは、この発信・受信面で反射して、もう一度、被調理物４の液面に到達して反射し、超音波センサ２０の発信・受信面に到達する。これによって受信信号として出力されるのが、Ｃ点の２次反射波形６０ｃである。同様に、Ｄ点では３次反射波形６０ｄが出力される。
【００４１】
これらの反射波形は多重反射波形として、Ａ点で超音波を発信してから、Ｂ点で受信するまでにかかった時間ｔと同じ時間ｔ後にＣ点で、さらに時間ｔ後にＤ点で受信される。これは、超音波が通る経路の距離が同じであることから、計測される現象である。
【００４２】
ここで、図２は、本発明の実施の形態１における水位検知装置及び加熱機器の構成を示すブロック構成図である。
【００４３】
図２において、加熱容器１は加熱機器１０の加熱手段１１によって加熱されるように、加熱機器１０の上部に配置されたトッププレート１２上に載置されている。加熱手段１１は加熱制御手段２５によって火力などの制御が行われる。
【００４４】
加熱機器１０の加熱手段１１は加熱コイルで構成され、加熱制御手段２５はインバータ等（図示せず）により構成されている。
【００４５】
加熱制御手段２５を構成するインバータから加熱手段１１を構成する加熱コイルに高周波電流を供給すると、加熱コイルに高周波磁束が発生する。この高周波磁束が加熱コイルの上方に載置されている加熱容器１と交叉することにより、加熱容器１には高周波磁束の磁束密度に応じた渦電流が誘起される。加熱容器１は、この渦電流によるジュール熱により発熱し、加熱容器１に収納されている被調理物４が加熱される。
【００４６】
トッププレート１２の下方には、加熱手段１１と鍋底温度検知手段１３が配置されている。鍋底温度検知手段１３は、トッププレート１２を介して加熱容器１の底部の温度を検知する構成である。
【００４７】
そして、水位検知装置３は、加熱容器１に収納された被調理物４の液面に対して超音波発信波７を発信する発信手段２１と、被調理物４の液面で反射された超音波反射波８を受信する受信手段２２で構成される超音波センサ２０を有している。さらに、水位検知装置３は、超音波センサ２０の発信手段２１から超音波発信波７が発信されてから受信手段２２が超音波反射波８を受信するまでの所要時間を測定する計時手段２３と、計時手段２３によって計測した所要時間から、超音波センサ２０と被調理物４の液面との距離を演算する距離演算手段２４を有している。また、水位検知装置３は、距離演算手段２４によって演算される超音波センサ２０と被調理物４の液面との距離に基づく被調理物４の水位情報から、被調理物４の沸騰状態を検知する沸騰強度検知手段２６を有している。
【００４８】
また、水位検知装置３は、図５で説明した等時間間隔（もしくは等距離間隔）で反射波が検知される、多重反射波を検知するための多重反射波検知手段３２を有している。さらに、多重反射波検知手段３２の情報を使用して、超音波センサ２０の位置、方向をキャリブレーションするためのキャリブレーション手段３３と、キャリブレーション手段３３によるキャリブレーションの方法や、結果をユーザに報知するための報知手段３４と、キャリブレーション手段３３によって自動で超音波センサ２０の位置、方向を制御するための姿勢制御手段３５を有している。
【００４９】
さらに、水位検知装置３には水位検知装置側通信手段３０が設けられ、加熱機器１０には加熱機器側通信手段３１を設けられている。水位検知装置側通信手段３０と加熱機器側通信手段３１との間では無線もしくは有線による、一方向または双方向に水位検知装置３と加熱機器１０の夫々に関する情報伝達が可能となっている。伝達される情報は、例えば、距離演算手段２４によって演算される超音波センサ２０と調理溶液４ａの液面との距離に基づく調理溶液４ａの水位情報と、沸騰強度検知手段２６によって検知された調理溶液４ａの沸騰状態である。また、加熱機器１０には加熱機器側通信手段３１と接続された報知手段２７が設けられている。報知手段２７は、前述の伝達された情報をユーザに報知する。
【００５０】
ここで、以上の説明と図２では、計時手段２３、距離演算手段２４、沸騰強度検知手段２６は、水位検知装置３に含まれるように表現してあるが、上記の内一つ、もしくは複数の機能が加熱機器１０側に構成されていても良く、その場合には、通信手段により伝達される内容も、構成に合わせて変わってくる。
【００５１】
以上のように構成された水位検知装置、加熱容器および加熱機器について、以下にその動作、作用を説明する。
【００５２】
ここで、図３は、本発明の実施の形態１における超音波センサの距離測定の原理を示す超音波受信波形図である。
【００５３】
超音波センサ２０の発信手段２１から、被調理物４に向けて超音波を発信する際に、計時手段２３によって、発信時刻４３が記憶される。
【００５４】
発信された超音波発信波形４０は空気中を伝わり、被調理物４と空気の境界面（液面）で反射して、超音波センサ２０に戻って、受信手段２２によって反射波受信波形４１として受信される。このときの受信強度が、反射波判定閾値４２を超えた時点が、計時手段２３によって、反射波受信時刻４４として記憶される。
【００５５】
超音波センサ２０から発信された超音波発信波７が、被調理物４の水面に反射して、超音波センサ２０に戻ってくるまでの時間、すなわち、反射波受信時刻４４と発信時刻４３の差分を、計時手段２３によって、反射波応答時間４５として記憶する。
【００５６】
ここで、距離演算手段２４で、超音波センサ２０から、超音波の反射を起こした被調理物４の水面までの距離を、音速と反射波応答時間４５から演算して求める。
【００５７】
具体的には、超音波センサ２０と被調理物４の距離をＬ［ｍ］、音速をＣ［ｍ／ｓｅｃ］、反射波応答時間４５をｔ（ｓｅｃ）としたときに、距離Ｌ［ｍ］は、下記（数１）によって求めることができる。
Ｌ＝（Ｃ＊ｔ）／２［ｍ］  ・・・（数１）
【００５８】
音速Ｃは、媒質空気の温度（気温）θ［℃］のとき、下記（数２）で求めることができる。
Ｃ＝３３１．５＋０．６０７・θ［ｍ／ｓｅｃ］  ・・・（数２）
【００５９】
被調理物４がなく、加熱容器１が空の場合の、超音波センサ２０から加熱容器１の底までの距離は不変で、一定であるので、この一定距離から、前述の（数１）演算によって求めた距離Ｌを減算することで、被調理物４の高さを求め、水位として検知することができる。
【００６０】
さらに、この水位の変動が被調理物４の沸騰強度に応じて、変化することを沸騰強度検知手段２６で検知することで、被調理物４の沸騰強度を検知することができる。
【００６１】
ここで図６は、本発明の実施の形態１における被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波を発信できない状態に設置された水位検知装置を示す側断面図である。
【００６２】
図６では、水位検知装置３が、適正位置である図４の状態から角度θだけ傾いた姿勢で加熱容器１に設置された状態である。このとき、超音波センサ２０から発信された超音波発信波７は、被調理物４の液面に対して、入射角θで入射して、さらに反射角θで反射する。これによって、超音波反射波８は、超音波発信波７と同じ経路を通ることがなく、角度θが所定以上に大きくなると、超音波センサ２０に全く受信されない状態となる。角度θが所定よりも小さいと、一部の超音波反射波８が超音波センサ２０に到達するが、多重反射波は反射するごとに角度のズレが大きくなり、検知できない状態となる。
【００６３】
ここで図７は、本発明の実施の形態１における図６に示す被調理物の液面に対して垂直ではない状態で超音波発信波が発信された場合の超音波反射波の受信波形を示す波形図である。
【００６４】
図７の波形は、Ａ点で超音波発信波７を発信した場合の、超音波センサ受信信号６１を示し、超音波センサ２０を発信から受信に切り替えると、まず、発信時の残響である、発信の残響波形６１ａが現れる。反射波形としては、１次反射波形６１ｂのみが検知されている。
【００６５】
図７のＢ点に点線で示す、多重反射波が検知できる場合の１次反射波形６０ｂに比べて、多重反射波が検知できない場合の１次反射波形６１ｂは小さいものとなり、超音波反射波８のエネルギーの内、一部しか受信できていないことが分かる。
【００６６】
つまり、水位検知装置で水位や沸騰強度を確実に検知するために、超音波反射波８のエネルギーを効率よく受信するためには、被調理物４の液面に対して垂直に超音波反射波８を到達させる必要があり、被調理物４の液面に対して垂直に超音波反射波８を到達させると、多重反射波が検知される。
【００６７】
図８は、本発明の実施の形態１における、被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置の側断面図である。
【００６８】
水位検知装置３には、前後左右の重量バランスがつり合う位置に、バランス支点３ｅを設けて、水位検知装置３が被調理物４の液面と平行に保持されるように構成し、被調理物４の液面に対して垂直に超音波反射波８を到達させることができるものである。バランス支点３ｅは、例えば、円弧状の凹部で構成されている。
【００６９】
図９は、本発明の実施の形態１における、被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置が、傾いて配置された加熱容器に設置されたときの水位検知装置の側断面図である。
【００７０】
この図９に示すように傾いた面に設置された加熱機器１０または／および加熱容器１であっても、バランス支点３ｅによって、被調理物４の液面と水位検知装置３が平行に保たれている。換言すれば、被調理物４の液面に対して垂直に超音波反射波８を到達させる構成である。
【００７１】
以上の構成により、被調理物４の液面に対して垂直に超音波発信波７が発信されて、超
音波反射波８のエネルギーを効率よく超音波センサ２０で受信することができて、確実に水位検知や、沸騰強度検知をすることができる。
【００７２】
また、被調理物４の液面に対しての入射角θが大きくなると、多重反射波検知手段３２による多重反射波の検知ができなくなるので、そのことが、報知手段３４によってユーザに報知されて、対策を講じてもらうことができる。
【００７３】
図１０は、本発明の実施の形態１における、被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置の側断面図である。
【００７４】
水位検知装置３は、アクチュエータ（図示せず）などにより制御可能で、第１の軸２８を中心として回転させることができる、第１のジョイント３ｆと、第２の軸２９を中心として回転させることのできる、第２のジョイント３ｇを備える。
【００７５】
多重反射波検知手段３２によって多重反射波が検知できるように、第１のジョイント３ｆと第２のジョイント３ｇを動作させることで、水位検知装置３の姿勢を適切に制御することによって、被調理物４の液面に対して垂直に超音波発信波７が発信されて、超音波反射波８のエネルギーを効率よく超音波センサ２０で受信することができる。
【００７６】
図１１は、本発明の実施の形態１における、被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置が、加熱容器に対して傾いて設置されたときの水位検知装置の側断面図である。
【００７７】
このように、水位検知装置３が傾いて取り付けられたとしても、多重反射波検知手段３２が多重反射波を検知するように、ここでは第１のジョイント３ｆを制御することで、被調理物４の液面に対して垂直に超音波発信波７が発信されて、超音波反射波８のエネルギーを効率よく超音波センサ２０で受信することができる。
【００７８】
また図１２は本発明の実施の形態１における、被調理物の液面に対して垂直に超音波発信波が発信されるように構成した水位検知装置が、傾いて配置された加熱容器に設置されたときの水位検知装置の側断面図である。
【００７９】
このように、加熱機器１０および／または加熱容器１が、傾いて設置されている場合においても、多重反射波検知手段３２が多重反射波を検知するように、ここでは第１のジョイント３ｆを制御することで、被調理物４の液面に対して垂直に超音波発信波７が発信されて、超音波反射波８のエネルギーを効率よく超音波センサ２０で受信することができる。
【００８０】
水位検知装置３の姿勢を動かした場合に、水位の絶対値は変わってしまうために相対値となるが、水位の変動に関しては姿勢を動かさない場合と同様に検知ができる。ふきこぼれや、煮詰りの検知には、水位の時系列変化が必要であり、絶対値は必要ないため、機能上問題がない。
【００８１】
ここで、図１３は本発明の実施の形態１における水位検知装置の多重反射波形を示す波形図である。
【００８２】
図１３の波形は、Ａ点で超音波発信波７を発信した場合の、超音波センサ受信信号６２を示し、超音波センサ２０を発信から受信に切り替えると、まず、発信時の残響である、発信の残響波形６２ａが現れる。
【００８３】
また既に説明したように、Ａ点で超音波発信波７を発信してからＢ点で超音波反射波８を受信するまでにかかる時間ｔを計時手段２３で計測することで被調理物４の液面までの距離を知ることができる。しかしながら、超音波センサ２０の発信・受信面と、被調理物４の液面が近く、１次反射波形６２ｂと、発信時の残響である発信の残響波形６２ａと重なってしまった場合には、点ＡＢ間の時間を知ることができない。
【００８４】
この場合には、多重反射波が検知できている場合には、Ｎ次反射波形６２ｎの検知時刻Ｎと、Ｎ−１次反射波形６２ｍの検知時刻Ｎ−１の差分と、１次反射波形６２ｂの検知時刻Ｂと超音波発信時刻Ａの差分は同じ時間ｔであるので、ＮとＮ−１の時間差を計測することで、被調理物４の水位や、水位変動を検知することができ、水位の緩やかな変化として、ふきこぼれや煮詰まりの兆候を検知でき、水位の変動によって沸騰強度を検知することができる。
【００８５】
以上のように、本実施の形態の水位検知装置においては、多重反射波検知手段３２によって多重反射波が検知できるように、キャリブレーションして、水位検知装置３の姿勢を制御することによって、被調理物４の上方に配置した水位検知装置３で、被調理物４の水位を確実に検知することで、加熱容器１の性状や、加熱手段１１への載置状態に左右されることなく、被調理物４の沸騰強度を検知することができる。
【００８６】
また、所定の水位の変動距離になるように、加熱手段１１による加熱容器１への加熱を制御することによって、例えば、味噌汁や出汁の加熱といった、被調理物が激しく沸騰する前に火力を下げる調理や、弱い沸騰を維持するコトコト煮込みや、しゃぶしゃぶをするための強めの沸騰を維持するといった制御がかのうである。また沸騰強度が弱くなると、水位の変動距離が小さくなることを検知して、加熱手段１１による加熱容器１への加熱を大きくすることによって、沸騰状態への復帰を自動で行うといった、実際の被調理物の沸騰の状態に応じて、加熱調理機が加熱手段の火力自動調整をすることで、よりおいしい煮込み、茹で、蒸し調理を、簡単、便利に実施することができて、調理物をよりおいしく仕上げることができる、水位検知装置および調理機器を提供することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上のように、本発明にかかる水位検知装置は、沸騰の強度を検知することができるため、炊飯器や、マルチクッカー、ジャーポットといった、沸騰の状態を正確に検知することで、最適な加熱調理ができる、加熱調理器の用途に適用できる。
【符号の説明】
【００８８】
１  加熱容器
３  水位検知装置
３ａ  センサカバー部
３ｂ  信号線収納部
３ｃ  回路・電源部
３ｄ  反射部
３ｅ  バランス支点
３ｆ  第１のジョイント
４  被調理物
４ａ  調理溶液
４ｂ  調理具材
７  超音波発信波
８  超音波反射波
１０  加熱機器
１１  加熱手段
１２  トッププレート
１３  鍋底温度検知手段
１４  防振シール材
２０  超音波センサ
２１  発信手段
２２  受信手段
２３  計時手段
２４  距離演算手段
２５  加熱制御手段
２６  沸騰強度検知手段
２７、３４  報知手段
２８  第１の軸
２９  第２の軸
３０  水位検知装置側通信手段
３１  加熱機器側通信手段
３２  多重反射波検知手段
３３  キャリブレーション手段
３５  姿勢制御手段
４０  超音波発信波形
４１  反射波受信波形
４２  反射波判定閾値
４３  発信時刻
４４  反射波受信時刻
４５  反射波応答時間
５０  水タンク
５１  超音波発信波
５２  超音波反射波
６０、６１、６２  超音波センサ受信信号
６０ａ、６１ａ、６２ａ  発信の残響波形
６０ｂ、６１ｂ、６２ｂ  １次反射波形
６０ｃ  ２次反射波形
６０ｄ  ３次反射波形
６２ｎ  Ｎ次反射波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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