【手続補正書】
【提出日】平成17年1月28日(2005.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】      明細書
【発明の名称】  電磁誘導加熱装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】  被加熱物を入れる容器、この容器を電磁誘導するための電磁誘導コイル、この電磁誘導コイルに流れる高周波電流を供給するインバータ、およびこのインバータを制御する制御手段とを備えた電磁誘導加熱装置において、前記容器底面材料の音速と底面の大きさ・形状よりベッセル関数を用いて算出される容器固有の底面振動数または、その整数倍に合わせて設定した高周波電流の周波数に基づいてインバータ制御することを特徴とする電磁誘導加熱装置。
【請求項２】  前記算出された容器の固有振動の腹部分に電磁誘導コイルを配置することを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項３】  前記算出された容器の固有振動の正、逆どちらかの位相位置にのみ電磁誘導コイルを配置した請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項４】  前記算出された容器の固有振動の位相に対応して、電磁誘導コイルの巻線方向を合わせることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項５】  前記容器と電磁誘導コイルの間に強磁性材料、常磁性材料、反磁性材料、およびそれらの含有物質からなる中間材により、前記容器に伝わる磁界を歪めて容器に発生する振動を増幅させる電磁誘導加熱装置において、前記中間材を前記容器の固有振動の腹部分に設けることを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項６】  前記中間材を前記容器の固有振動の位相に応じて、正、逆どちらかの位相位置にのみ用いることを特徴とする請求項４項記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項７】  容器側面に円盤状の突起を設け、この突起部分に電磁誘導コイルを配置して、前記周波数に基づいてインバータ制御することを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱装置。
【請求項８】  振動の周波数を２０ｋＨｚ以上の超音波域としたことを特徴とする、請求項1〜７のいずれかに記載の電磁誘導加熱装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電磁誘導コイルにより磁界を発生させて容器の誘導損により容器を加熱して食品等を調理する電磁誘導加熱装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電磁誘導加熱装置の使用例としては、電磁調理器や炊飯器等が一般に知られており、図１４は例えば特開平６−２５３９７４号公報等により類推される従来の炊飯器の概略構成を示す断面図、図１５は炊飯の各過程における内釜の温度変化を示す図、図１６は炊飯各過程の電磁誘導コイルの動作を示すタイミングチャートである。
【０００３】
図において、１は米、２は水、１１は炊飯器本体、１２は炊飯器本体１１内に配置され、被加熱物を入れる容器である内釜、１３は内釜１２の底部下方および側部外周に間隔を有して配線された電磁誘導コイル、１４は内釜１２の温度を検出する内釜用温度センサ、１５は内釜１２の側部に電極が接触、または接着された超音波振動子、１６は誘導加熱コイル１３に電力を供給する第１インバータ、１７は超音波振動子１５に電力を供給する第２インバータで、超音波振動子１５とともに、超音波発生手段を構成する。１８は炊飯器本体１１の側部に設けられ、炊飯器の運転・停止その他の炊飯メニューをユーザーが選択し、操作する操作パネルである。
【０００４】
次に、動作について説明する。
まず、洗米し、内釜１２内に適量の米１と水２とを共に入れ、炊飯器本体１１にセットする。つぎに、操作パネル１８内の炊飯スイッチ（図示せず）を入れる。炊飯器は、予熱過程に入り、６０℃を越えない程度に誘導加熱コイル１３の通電量を制御しながら米１と水２を加温する（図１５の１）。この際、誘導加熱コイル１３の電流量と温度センサ１４の関係から、大まかに炊飯量を検知する。さらに、この時、第２インバータ１７より超音波振動子１５に超音波振動に必要な電力が供給され、超音波振動子１５自体が振動する。これにより内釜内の米１と水２が微振動し、米の吸水が促進される。
【０００５】
炊飯開始から約１５分後、自動的に炊飯過程に入り（図１５の２）、誘導加熱コイル１３の通電を継続し、釜内温度が１００℃に達すると水が沸騰すると同時に、沸騰状態を継続させるように誘導加熱コイル１３の通電を制御する。炊飯過程に入って約１５分経過後、蒸らし過程（図１５の３）となる。蒸らし過程では釜内温度を約１００℃に維持するように誘導加熱コイル１３の通電を制御する。蒸らし開始から約１５分後、蒸らし過程の終了したことを操作パネル１８の表示と終了報知音（図示せず）によりユーザーに知らせる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記ような従来の電磁誘導加熱装置では、内釜１２に超音波振動子１５が取り付けられているため、超音波振動子１５の先端部電極が腐食する可能性があるという問題点があり、また、内釜１２の洗浄、洗米等の作業において超音波振動子１５が邪魔になるため、不便であるという問題点があった。
【０００７】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、超音波振動子を使用せずに、内釜等の容器自身を騒音が出ないように超音波振動させることができ、容器内の米の吸水を促進させるようにしても容器の洗浄を容易に行うことができ、美味しい飯を炊飯できる電磁誘導加熱装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電磁誘導加熱装置においては、電磁誘導コイルに発生する磁界により内釜を加熱する電磁誘導加熱装置であって、容器底面材料の音速と底面の大きさ・形状よりベッセル関数を用いて算出した容器固有の底面振動数または、その整数倍に合わせて設定した高周波電流の周波数に基づいてインバータ制御するものである。
【０００９】
また、前記算出された容器の固有振動の腹部分に電磁誘導コイルを配置したものである。
【００１０】
さらに、前記算出された容器の固有振動の正、逆どちらかの位相位置にのみ電磁誘導コイルを配置したものである。
【００１１】
また、前記算出された容器の固有振動の位相に対応して、電磁誘導コイルの巻線方向を合わせたものである。
【００１２】
また、容器と電磁誘導コイルの間に強磁性材料、常磁性材料、反磁性材料、およびそれらの含有物質からなる中間材により、容器に伝わる磁界を歪めて容器に発生する振動を増幅させる電磁誘導加熱装置において、中間材を容器振動の腹部分に設けたものである。
【００１３】
また、前記中間材を前記容器の固有振動の位相に応じて、正、逆どちらかの位相位置にのみ用いるものである。
【００１４】
また、容器側面に円盤状の突起を設け、この突起部分に電磁誘導コイルを配置して、前記周波数に基づいてインバータ制御するものである。
【００１５】
また、振動の周波数を２０ｋＨｚ以上の超音波域としたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係わる電磁誘導加熱装置としての炊飯器を示す断面図、図２は内釜１１を炊飯器本体１０から外し、図１の上方向から見た平面図である。
図において、１は米、２は米１に吸収させる水、１１は炊飯器本体、１２は米１、水２を入れる炊飯容器の内釜、１３は内釜１２を加熱するための電磁誘導コイル、１４は内釜１２に接し、温度を検知するための内釜用温度センサ、２１は炊飯器本体１１に回動自在に設けられた蓋体、２２は蓋体２１に取り付けられた下蓋、２３は内釜１２上部の蓋部分の温度を検知する蓋用温度センサ、２４は電磁誘導コイル１３に高周波電流を供給するインバータである。２５は、操作パネル１８側に設けられた制御回路部で、内釜１２の底部に接触するように取り付けられた内釜用温度センサ１４と蓋用温度センサ２３とからの検出温度に基づいて炊飯状態を認識し、これに基づいてインバータ２４を制御する。
【００１７】
２６は例えば反磁性材の銅、銀、金、黒鉛、ビスマス何れかからなるリング状の磁束変調板で、内釜用温度センサ１４を中心として内釜１２と電磁誘導コイル１３との間に設けられたものである。電磁誘導コイル１３の周囲に発生する磁束を反磁性材の磁束変調板２６が乱すことによって、内釜１２底部の円盤部が振動し、円盤部の固有振動数と一致することによって増幅される。
【００１８】
電磁誘導コイル１３への高周波電流の周波数は、内釜１２底部の円盤部の振動から、以下のように設定されている。
２次元円盤釜底の縦波振動は、ベッセル関数Ｊｎ（ｉ,ｘ）を微分することによって求められる。モード数をｉ、固有値をｎ、無次元半径をｘとすると、ベッセル関数の1階微分値はつぎのようになる。
ｄｉ(x)＝・Ｊｎ（ｉ，ｘ）
ｘ＝ｎ・ｒ/ｒ0
無次元半径ｘをパラメータとして、振動速度ｄｉ（ｘ）を各モード数ｉについて計算する。
共鳴周波数は、加振点ｒ＝ｒｏで振動速度が最大になるところであり、振動速度の微分値が０となる無次元半径ｘより、固有値ｎｉが求められる。この時の固有値と共鳴周波数ｆ０の関係は
つぎのようである。
ｆ０＝ｎｉ・ｃ/２πｒ０
例えば、モード数０では、振動速度が０になる無次元半径位置ｘを求めると、
ｘ＝1.87、5.33…となる。共鳴周波数ｆ０は、以下のように計算で求められる。
（ここでは、内釜材の音速ｃを5330ｍ/ｓ、釜底半径を7ｃｍとした。）
ｆ０＝ｎｉ・ｃ/２πｒ０＝1.87×5330/（2π×0.07）＝23.5  ｋＨｚ
ｆ０＝ｎｉ・ｃ/２πｒ０＝5.33×5330/（2π×0.07）＝67.0  ｋＨｚ
この内釜は、23.5ｋＨｚで共振することがわかり、この場合の振動モードを図５に示す。
【００１９】
ここで、電磁誘導コイル１３の周波数を内釜１２の固有振動と無関係にした場合と上記計算結果に従い、固有振動数と一致させた場合、さらに振動の腹位置とコイル位置を一致させた場合の実験結果を述べる。電磁誘導コイル１３の直径を５ｃｍにして、内釜１２の振動数とは違う２２．０ｋＨｚの電流を流した場合の振動レベルは、-19.8ｄＢ（超音波音圧計（本多電子HUS-5）の出力を画像信号解析装置（RION  SA74）を用いて測定）、上記計算結果に合わせた２３．５ｋＨｚの電流を流した場合は-7.3ｄＢ（同）、さらに、電磁誘導コイル１３の直径を７ｃｍにして、図５で示す振動の腹位置に一致させた場合には+2.3ｄＢ（同）であった。
【００２０】
次に実施形態１に係わる炊飯器の動作を図３、図４を用いて説明する。図３は、炊飯各過程の温度を模式的に示した温度変化のグラフ、図４は誘導加熱コイル１３の動作のタイミングチャートである。まず、内釜１２に米と適量の水を入れ、炊飯ＳＷ（図示せず）を入れて炊飯を開始する。すると、誘導加熱コイル１３に電流が流れ、内釜１２には電磁誘導により、熱と機械的な力が発生する。まず、誘電損失による発熱で炊飯する過程を説明する。誘導加熱コイル１３からの磁界では、電流量６０℃を越えない程度に加熱し、約15分間の予熱（吸水促進）過程（図３の１）を経て、炊飯過程（図３の２）に入る。誘導加熱コイル１３への通電によって内釜１２が発熱し続け、内釜１２内がほぼ１００℃に達したことを内釜用温度センサ１４，蓋用温度センサ２３で検知すると、誘導加熱コイル１３の電力供給を制御し、適宜加熱量を調整しながら炊飯を継続する。この時、加熱量が多過ぎても内釜内の水が沸騰するため、この蒸発潜熱によって内釜内の温度は、１００℃を維持する。沸騰を継続した後、内釜１２の水がなくなったことを内釜用温度センサ１４を通して検知すると、インバータ２４の制御を停止し、蒸らし過程（図３の３）に入る。蒸らし過程では、内釜１２の温度を１００℃に保持するため、誘導加熱コイル１３への通電を断続的に約１５分間継続する。
【００２１】
図６は、誘導加熱コイル１３に流れる電流およびこの電流によって発生する磁界、内釜１２内の渦電流によって発生する力の向きと大きさを各部分で計算によって求め、表示したものである。磁束変調板２６は、予熱および炊飯過程において、誘導加熱コイル１３から発生する磁界を乱し、内釜１２に対し図のような加振力を局部的に発生する。内釜１２の振動は、その中の水２を介して、米１に伝わる。本実験例では、超音波音圧計による測定で、磁束変調板２６を用いることにより+5.1ｄＢ（なし条件+2.3ｄＢ）まで増強することができた。このような振動と共に炊飯した飯（図９の超音波振動ありの飯）と、そうでない通常法（-19.8ｄＢ）で炊飯した飯（図９の対象実験の飯）の硬さと粘りを測定した一例を図９に示す。超音波振動中で炊飯した飯の硬さは、対照飯より小さく（柔らかく）、粘りが大きいことから、美味しく炊飯できたものと考えられる。
【００２２】
つぎに、洗米せずに炊飯できる無洗米の吸水率向上の実験例を図７、８を用いて述べる。室温吸水の図７を用いて説明する。通常の米の含水率は、15％程度である（本測定では、１４．５％）。洗米時に約５％の吸水があるため、炊飯開始時の含水率は約２０％である。これに対し、無洗米は、含水率１５％で炊飯を開始するため、通常の米と同一の炊飯条件（温度、維持時間）では、吸水不足状態であり、硬い飯になる。図８の予熱吸水でも同様で、洗米しないことによる吸水不足は修復できていない状態である。これに、超音波吸水を行うことで、かなり改善する効果が見られた。なお、吸水時間を長く設定することで、この無洗米を含め、インディカ米、玄米等吸水しにくい米の美味しさ向上が図れることは周知の通りである。
【００２３】
以上のように、実施の形態１においては、内釜１２の材料の音速と底面の大きさ・形状よりベッセル関数を用いて算出された固有振動数底面振動数または、その整数倍に合わせて設定した高周波電流の周波数に基づいてインバータ制御し、振動の腹位置に合わせて電磁誘導コイル１３と磁束変調板２６を設けてあるため、従来技術のような超音波振動子１５が不要になり、このため、内釜１２の着脱が容易で内釜１２の洗浄や内釜１２での洗米が容易にでき、しかも、美味しい飯ができるという効果が得られる。
【００２４】
実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２に係わる電磁誘導加熱装置としての炊飯器の構成を模式的に示す断面図である。図において、１２は内釜、１３は電磁誘導コイル、１４は内釜用温度センサ、２８はコイルベース、３０は内釜１２底部の円盤振動の振幅を示したものである。
【００２５】
上記実施の形態１に記述した内釜１２の前記ベッセル関数による固有振動数の計算結果から、電磁誘導コイル１３の周波数を一致させ、その振動の腹部分に電磁誘導コイル１３を設けたため、電磁誘導コイル１３からの磁界による内釜１２の振動が共振周波数と合致し、容易に振動する構造となっている。
【００２６】
以上のように、実施の形態２においては、内釜１２の振動振幅に一致するよう電磁誘導コイル１３を配置しているため、内釜１２の振動が起こりやすい効果があり、内釜１２の着脱が容易で内釜１２の洗浄や内釜１２での洗米が容易にでき、しかも、美味しい飯ができるという効果が得られる。
【００２７】
実施の形態３．
図１１は、本発明の実施の形態３に係わる電磁誘導加熱装置としての炊飯器の構成を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態２と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。図において、３０は内釜１２底部の円盤振動の振幅を示したものであり、振幅の方向を＋と―で区別したものである。
【００２８】
上記実施の形態１に記述した前記ベッセル関数による内釜１２の固有振動数の計算結果から、電磁誘導コイル１３の周波数を一致させ、その振動の腹部分で、図に示すように振動の極性が一致するよう電磁誘導コイル１３ａを右巻き、１３ｂを左巻きとして配置している。１３ａの位置と１３ｂの位置では、常に振動の位相が逆となるため、電流の方向を逆にすることで、内釜１２に働くそれぞれの力は、常に逆位相位置で逆方向となるように働く。このため、１３ａ、１３ｂから受ける力が増幅し合い、より強い振動を得ることができる。
【００２９】
以上のように、実施の形態３においては、内釜１２の振動振幅の極性に一致するよう電磁誘導コイル１３を配置しているため、内釜１２の振動が起こりやすい効果があり、内釜１２の着脱が容易で内釜１２の洗浄や内釜１２での洗米が容易にでき、しかも、美味しい飯ができるという効果が得られる。
【００３０】
実施の形態４．
図１２は、本発明の実施の形態４に係わる電磁誘導加熱装置としての炊飯器の構成を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態２と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。図において、３０は内釜１２底部の円盤振動の振幅を示したものであり、振幅の方向を＋と―で区別したものである。２６は例えば強磁性材料（鉄、コバルト、ニッケル）、常磁性材料（たとえばアルミ、クロム、チタン）、反磁性材料（たとえば黒鉛、ビスマス、金、銀、銅）およびそれらの含有物質からなるリング状の中間材である磁束変調板で、内釜用温度センサを中心として内釜１２と電磁誘導コイル１３に流れる高周波電流に応じて発生する磁界を歪め、内釜１２の振動を増幅するように作用する。この振動は、電磁誘導コイル１３の周囲に発生する磁束を磁束変調板が乱すことによっておこるものである。
【００３１】
前記ベッセル関数による内釜１２の固有振動数の計算結果から、電磁誘導コイル１３の周波数を一致させ、その振動の腹部分で、図に示すように振動の極性が一致するよう磁束変調板２６を振動振幅が＋位置（２６ａ）または、―位置（２６ｂ）に設けたため、電磁誘導コイル１３からの磁界による内釜１２の振動が共振周波数と合致し、極性も一致するため容易に振動する構造となっている。
【００３２】
以上のように、実施の形態４においては、内釜１２の振動振幅の極性に一致するよう磁束変調板２６を配置しているため、内釜１２の振動が起こりやすい効果があり、内釜１２の着脱が容易で内釜１２の洗浄や内釜１２での洗米が容易にでき、しかも、美味しい飯ができるという効果が得られる。
【００３３】
実施の形態５．
図１３は、本発明の実施の形態５に係わる電磁誘導加熱装置としての炊飯器の構成を模式的に示す断面図である。なお、実施の形態２と同一または相当部分には同じ符号を付し説明を省略する。図において、１２１は内釜１２の側面に設けられた円形の突起部、１３１はこれに対応する加振用の電磁誘導コイルである。
【００３４】
上記実施の形態１に記述した前記ベッセル関数により、内釜１２の突起部１２１の半径から突起部分の固有振動数を計算により求め、対応する電磁誘導コイル１３１の周波数をこの周波数に一致させ、超音波振動を起こさせる構造となっている。
【００３５】
以上のように、実施の形態５においては、内釜１２の側面に超音波振動を起こさせる専用の電磁誘導コイル１３１を設けたため、通常の加熱のための電磁誘導コイルの周波数変更、変調板２６が不要となる効果があり、内釜１２の着脱が容易で内釜１２の洗浄や内釜１２での洗米が容易にでき、しかも、美味しい飯ができるという効果が得られる。
【００３６】
このように、本実施の形態では、内釜１２の固有振動数の整数倍と電磁誘導コイル１３の駆動周波数の整数倍（どちらも1を含む）が一致するよう調整されているため、小さな加振力でも大きな振動が発生させられるという効果がある。
なお、実施の形態１〜５は、炊飯器を示したが、内釜を容器として他の食品の電磁誘導加熱に使用してもよい。
【００３７】
【発明の効果】
この発明は、容器底面材料の音速と底面の大きさ形状よりベッセル関数を用いて算出される容器固有の底面振動数または、その整数倍に合わせて設定した高周波電流の周波数に基づいてインバータ制御するようにしたので、従来技術のような超音波振動子が不要になり、内釜の着脱が容易にでき、内釜を振動させて美味しく炊飯することができる効果がある。
【００３８】
また、前記算出された容器の固有振動の腹部分に電磁誘導コイルを配置するため、振動しやすい腹部分での加振ができ、効率良く振動させることができ、美味しく炊飯することができる効果がある。
【００３９】
さらに、前記算出された容器の固有振動の正、逆どちらかの位相位置にのみ電磁誘導コイルを配置したため、加振力が振動の腹に伝わり、しかも振動位相の違いによる打消し合いがなく、効率良く振動させることができ、美味しく炊飯することができる効果がある。
【００４０】
また、前記算出された容器の固有振動の位相に対応して、電磁誘導コイルの巻線方向を合わせているため、振動位相の違いによる打消し合いがなく、効率良く振動させることができ、美味しく炊飯することができる効果がある。
【００４１】
また、容器と電磁誘導コイルの間に容器に伝わる磁界を歪めて容器に発生する振動を増幅させる中間材を容器振動の腹部分に設けたため、振動しやすい腹部分での加振ができ、効率良く振動させることができ、美味しく炊飯することができる効果がある。
【００４２】
また、容器と電磁誘導コイルの間に設ける中間材を容器振動の腹部分の位相に応じて、正、逆どちらかの位相位置にのみ用いるため、効率良く振動させることができ、美味しく炊飯することができる効果がある。
【００４３】
また、容器側面に円盤状の突起を設け、この突起部分に電磁誘導コイルを配置して、前記周波数に基づいてインバータ制御するため、通常の加熱のための電磁誘導コイルの周波数変更、中間材が不要となる効果があり、美味しく炊飯することができる効果がある。
【００４４】
また、振動の周波数を２０ｋＨｚを超える超音波領域としたので、騒音発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係わる電磁誘導加熱装置の構成を示す断面図である。
【図２】  図１の蓋体および内釜を外した状態の平面図である。
【図３】  電磁誘導加熱装置の炊飯の各過程における内釜の温度変化を示す図である。
【図４】  電磁誘導加熱装置の炊飯各過程の電磁誘導コイルの動作を示すタイミングチャートである。
【図５】  内釜底部分の振動モード解析した一例である。
【図６】  内釜の各部分に発生する力の強さと方向を表示した図である。
【図７】  常温吸水した時の米の含水率の変化を示した図である。
【図８】  電磁誘導加熱装置による予熱吸水した時の米の含水率の変化を示した図である。
【図９】  振動と共に炊飯した飯と、通常法で炊飯した飯の硬さと粘りを測定した一例を示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態２に係わる電磁誘導加熱装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１１】  この発明の実施の形態３に係わる電磁誘導加熱装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１２】  この発明の実施の形態４に係わる電磁誘導加熱装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１３】  この発明の実施の形態５に係わる電磁誘導加熱装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１４】  従来例として引用した電磁誘導加熱装置を示す断面図である。
【図１５】  電磁誘導加熱装置の炊飯の各過程における内釜の温度変化を示す図である。
【図１６】  電磁誘導加熱装置の炊飯各過程の電磁誘導コイルの動作を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１米、  ２  水、  １１  炊飯器本体、  １２  内釜、  １３  誘導加熱コイル、  １２１〜１２４  発振コイル、  １４  内釜用温度センサ、  １５  超音波振動子、  １６  第１インバータ、  １７  第２インバータ、  １８  表示板および操作パネル、  ２６  磁束変調板。