JP4066199B2 - 調理具およびこの調理具を備えた電磁誘導加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、調理具およびこの調理具を備えた電磁誘導加熱調理器に関するものである。

電磁誘導加熱調理器は、インバータ回路から供給された高周波電流により高周波磁界が発生して励磁されることによって渦電流が誘起され、この渦電流と調理具の持つ抵抗によってジュール熱が発生して調理具の底面が発熱する。従来の調理具の基材である磁性金属材料に代えて炭素を主体とする焼結体を使用することによって調理具の熱伝導性能を高めたので、均一加熱を主体とする調理性能を向上させるとともに、鍋表面にフッ素樹脂コーティングを施して具材の固着を防止していた（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−７５２１１号公報（第６頁、図２）

特許文献１の電磁誘導加熱調理器は、調理具の基材に炭素を主体とする焼結体にフッ素樹脂などのコーティングを施して用いるものであるから、熱伝導性や励磁の容易性、耐腐食性などを勘案した複数種の金属を複素化したクラッド材を用いることなく、単一種の材料のみで構成することが可能になる。反面、使用する炭素材は均質で緻密な成形処理を施して調理具を製造することによって調理具の硬度を高めていた。このため、調理具の硬度を高めることになり、静的な力に対する強度は強くなるが、落下や衝突などの衝撃に対する強度はさほど強くならず、破損しやすいという問題があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、熱伝導性能の高い炭素を主体とする焼結体を使用し、しかも落下や衝突などの衝撃に対して破損しにくい調理具と、この調理具を用いた電磁誘導加熱調理器を得ることを目的とする。

本発明の調理具は、炭素の粉粒物を主体とする焼結体であって、気体を混入しながら液状の結合材と混練することによって細孔を含有させた基材から成る成形品であることを特徴とする。

調理具の基材に熱伝導性の高い炭素材質の焼結体を使用し、基材の内部に細孔を有する構造としたので、加熱時に調理具が短時間で均一に温度上昇することによる調理性能の向上を確保しながら、基材の内部に設けた細孔が基材の落下や衝突などの衝撃を受けた際に基材が変形する力を吸収、分散させるため、破損しにくくなる。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る電磁誘導加熱調理器の縦断面図、図２は図１に示す電磁誘導加熱調理器の調理鍋内側の一部を拡大した断面図、図３は図２に示す調理鍋の断面の一部を撮影した顕微鏡写真である。
図１及び図２に示すように、電磁誘導加熱調理器の本体１には、底中央部に孔部２ａを備えた調理鍋収納部２が内装固着され、調理鍋収納部２の外壁部には電磁誘導加熱用の加熱コイル３が設けられている。この加熱コイル３は、調理鍋収納部２の外底部に設けられた第１の加熱コイル３ａと、外底部からコーナー部にかけて設けられた第２の加熱コイル３ｂとによって構成され、各々のコイル３ａ，３ｂはスパイラル状に旋回されて直列に接続され、高周波電流が供給されるようになっている。

調理鍋収納部２の底中央部に形成した孔部２ａには温度センサ４が貫通して設けられており、圧縮バネ４ａにより下方から支持されている。調理鍋収納部２には調理鍋（調理具）５が着脱自在に収納されており、調理鍋５の底部には温度センサ４が圧着されている。
この調理鍋５は、炭素含有量が９０％以上の焼結体５ａを基材とし、この基材内部に、基材に対する空孔率が５％〜１５％であって、幅が２００μｍ程度の細孔５ｂを有している。
調理鍋５の内側表面、すなわち食品等を収容する側に位置する表面には、厚み約４０μｍの皮膜よりなるフッ素コーティング層５ｄが形成されており、これによって炭素焼結体５ａが調理時に剥がれることがないようにしてある。なお、フッ素コーティング層５ｄは、図３の顕微鏡写真に示すように、焼結体５ａの内側表面部に開口した幅約２００μｍの細孔５ｃを覆っている。以下に詳細な調理鍋の製造方法を記す。

炭素の高含有物であるコークスを１００μｍ以下に粉砕し、これを高温で溶融して生成した液状の結合材であるタールチップと混合する。この時、混連には高い剪断力を得て均一の混合が可能なバンバリーミキサーの如く、回転する２軸の押出スクリューと同様の混練装置を用いることが好ましい。また、コークスとタールチップの比率は２：１程度とし、高温での混練時に十分に粘調な液状を確保できることが肝要である。

次に、混練中に窒素ガスを吹き込むことによって気孔を形成する。このとき、見掛けの体積が１５〜２０％程度の増加を来すまで行い、その後、２０分程度の混練を継続して気孔の均一分散と微細化を達成する。この混練したカーボン材は円筒状の金型に封入した後、固化するまで冷却した後に取り出した後、１０００℃以上の高温、好ましくは３０００℃で焼成することによってコークスの微粉粒を焼結させる。焼成に際しては、円筒状の成型物が過度に変形しないように、また、酸素を遮断する目的で外周をコークスの微粉末で覆うようにして２℃／Ｈｒ程度の昇温および降温速度を確保して、内部に焼結時の収縮による応力を残存させないように配慮することが好ましい。

円筒状の成形品が含む微細な気孔は、内部に不活性ガスである窒素が封入されているので、高温で焼結する際に、気孔内壁の損傷によって発生する微細なクラックなどの衝撃強度を低下させる欠陥の発生を抑制することができる。その後、コークスやタールピッチが含む不純物を飛散させるとともに、微細な気孔を構成する隔壁を連通させることができるので、調理鍋が高温になり気孔内の空気が膨張した場合であっても、連通する他の気孔を介して、膨張した空気は確実に外に排出される。その結果、膨張した空気によって気孔内が高圧になることを防止でき、割れ難い調理鍋を得ることができる。

以上の工程を経て得た焼結体を切削加工によって任意形状の成型することができ、本実施の形態に係る調理鍋を確保した。

調理鍋５は、収納部２の上方に形成されたフランジ部の例えば３箇所には凸状の支持部６が形成され、この支持部６によって支持されている。調理鍋５は内蓋７によって覆われており、内蓋７の周縁部にはシール材である蓋パッキン８が配置され、この蓋パッキン８によって調理鍋５のフランジ部との間に密閉性が確保されている。内蓋７は係止材１０により連結された外蓋９によって覆われており、本体１に開閉自在に支持されている。内蓋７及び外蓋９にはこれらを貫通して蒸気口１１が設けられており、この蒸気口１１は調理鍋内弁１１ａと外弁１１ｂとによって構成されている。なお、外蓋９の一部には操作表示部１２が設けられている。

次に動作を説明する。まず、所定量の米を調理鍋５内に入れ、その後、米量に応じた水を入れる。次に、調理鍋５を調理鍋収納部２に収納し外蓋９を閉めると、内蓋７の蓋パッキン８が調理鍋５のフランジ部に圧接されて調理鍋５が密閉シールされる。そして操作表示部１２の炊飯工程スイッチをオンして、炊飯工程をスタートさせる。

第１、第２の加熱コイル３ａ、３ｂには、インバータ回路（図示せず）から高周波電流が供給されて高周波磁界が発生し、第１、第２の加熱コイル３ａ，３ｂと磁気結合した調理鍋５の加熱コイル３ａ，３ｂとの対向面が励磁され、調理鍋５の底面に渦電流が誘起される。この渦電流と調理鍋５の持つ抵抗によってジュール熱が発生し、調理鍋５の底面が発熱する。調理鍋５は、抵抗率ほぼ７．２×１０-7以上の高抵抗を有しているため、電磁誘導加熱が可能となる。炭素で構成された調理鍋５は、従来の複数種の金属を積層した電磁誘導加熱を可能とする調理鍋に比較して高い熱伝導特性を持つため、短時間に調理鍋５の温度が均一に上昇し、その結果、具材を均一かつ効率的に加熱する。なお、上記の説明では、加熱コイル３を第１のコイル３ａと第２のコイル３ｂに分割して設置した場合を示したが、外底面からコーナ部にかけて一括して設置してもよい。

本実施の形態１によれば、調理鍋５は炭素含有量が９９％以上の焼結体５ａによって構成され、基材内に細孔５ｂを有しているために落下や衝突などの衝撃を受けても基材が変形する力を吸収して衝撃が分散する。このため、調理鍋５に強い外力が加わっても、基材を均質で緻密に成形した場合に比べて破損しにくくなる。この場合、基材の空孔率が５％〜１５％の間で、破損に対する強度が特に強くなる。調理鍋にはフッ素コーティング層５ｄは、焼結体５ａの内側表面部に開口した細孔５ｃを覆っているため、調理鍋５の内側からの水分の漏れを防止する。
なお、上記の説明では、フッ素コーティング層５ｄを調理鍋５の内側表面に形成した場合を示したが、さらに外側表面に形成してもよく、この場合は調理鍋５の内外側表面を調理鍋の洗浄などの際に生じる摩耗などの挙動から保護する効果を得ることができる（本実施の形態２，３についても同様）。

本実施の形態に基づいて製造した調理鍋であるジャ−炊飯器の内釜を用いて、従来の磁性金属である鉄と高熱伝導性のアルミ、耐腐食性に優れるステンレスを積層したクラッド材から成る同形状の内釜との炊飯特性を比較した。同一入力と時間の関係を確保した条件で釜内部に同量の水を入れた状態で同一のジャー炊飯器を用いて炊飯条件で加温し、そのときの温度変化を観察した。その結果を図４に示す。

図４に示すように、１００℃までの昇温試験の結果、従来のクラッド材から成る同形状の内釜に対し、内部の貯水温度に明確な差異が観察された。本実施の形態による炭素剤を用いた内釜は、従来のクラッド材から成る同形状の内釜と比較して、コイル側表面で発生するジュール熱が釜の厚さ方向に伝導し易いことから、内釜内部に貯蔵した水を速やかに加温できることが確認された。

つまり、本実施の形態に基づく内釜を搭載したジャー炊飯器は、入力に対して釜の内面部分が敏感に反応して上昇し、より高い炊飯温度と安定した温度保持を確保していることが示唆された。

また、上記内釜の実用上の耐衝撃性について評価した。ガスを混入した状態で混練を行うことによって微細な気孔を備えた本実施の形態による内釜Ａと、単なる混連のみで炭素材を用いた同形状の内釜Ｂについて、側部に２００ｇの鋼球を落下させて耐えうる最大高さで表現する落球衝撃強さを求めた。その結果、内釜Ｂの密度が１．８８ｇ／ｍｌであるのに対して内釜Ａの密度が１．７４ｇ／ｍｌと軽量であるにもかかわらず、落球衝撃強さは内釜Ｂの４０ｃｍに対して内釜Ａは５５ｃｍと強いうえ、実用上に起こりうる他の食器の衝突などに耐えうることが分かった。

このように、本実施の形態であれば、実用上、十分な強度が確保され、破損し難い調理鍋が得られる。
なお、本発明に係る調理具は、本実施の形態で説明した調理鍋５に限定されることなく、例えば、フライパンや焼肉用プレートなどのように、調理に用いることが可能なあらゆる種類の器具が対象となる。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る電磁誘導加熱調理器の調理鍋内側の一部を拡大した断面図である。
本実施の形態２は、焼結体５ａの内側表面に開口した細孔５ｃにアルミニウム２０を充填したものである。
その他の構成については、実施の形態１に示した場合と実質的に同様なので、説明を省略する。

上記のように構成した電磁誘導加熱調理器の調理鍋５を製造するには、炭素の微粉体を押出成形し、炭素含有量が９０％以上となる焼結体５ａを形成する。この押出成形の際に、基材内部に、空孔率が５％〜１５％であって、幅が２００μｍ程度の細孔５ｂを生じるような圧力と温度設定を行う。こうして焼結体５ａが成形された後に、細孔５ｂよりも粒径が小さいアルミニウムの微粉体を焼結体５ａの内側表面部に開口した細孔５ｃに充填し、６６０℃以上の温度で加熱して溶融させる。こののち、調理鍋５の内側表面にフッ素のコーティング処理を施して、厚みが約４０μｍのフッ素コーティング層５ｄを形成する。

焼結体５ａを構成する炭素の焼成温度に対し、アルミニウムの微粉体はこれよりも融点が低いので、焼結体５ａの内側表面部に開口した細孔５ｃ内にはアルミニウムの微粉体が溶融して保持される。このため、フッ素コーティング層５ｄと焼結体５ａの間に空気層がなくなるうえ、調理鍋の表面にある焼結した炭素粉粒が剥離することに伴う見掛けの接着強度に比較して強固な接着強度を得ることができるため、調理時の調理鍋５の温度上昇や冷却に伴う空気層の膨張収縮の影響による剥離挙動からフッ素コーティング層５ｄが容易に剥離するのを防止することができる。
つまり、基材である炭素材表面に下地処理剤の耐熱性樹脂とフッ素樹脂の混合物、その上面にフッ素樹脂をコーティングして炭素材の付着を防止する場合、本実施の形態のアルミニウム溶融物で表面を処理したものであれば、前記処理を行わないもののテープ剥離試験が１〜５回で剥離するのに対して、２０回以上でも剥離を来すことがなく、強固な接着性を確保できる。

実施の形態３．
図６は本発明の実施の形態３に係る電磁誘導加熱調理器の調理鍋内側の一部を拡大した断面図である。
本実施の形態３は、細孔５ｃに充填する微粉体を焼結体５ａと同一の材料によって構成したもので、焼結体５ａの内側表面部に開口した細孔５ｃに炭素の微粉体を充填し、これを再度加熱焼成して、炭素の焼成体２１を構成したものである。
その他の構成については実施の形態１に示した場合と実質的に同様なので、説明を省略する。

上記のように構成した電磁誘導加熱調理器の調理鍋５を製造するには、炭素の微粉体を押出成形し、炭素含有量が９０％以上となる焼結体５ａを形成する。この押出成形の際に、基材内部に、空孔率が５％〜１５％であって、幅が２００μｍ程度の細孔５ｂを生じるような圧力と温度設定を行う。こうして焼結体５ａが成形された後に、細孔５ｂよりも粒径が小さい炭素の微粉体を焼結体５ａの内側表面部に開口した細孔５ｃに充填し、約３０００℃の温度で再度加熱焼成して、炭素の焼成体２１を形成する。こののち、調理鍋５の内側表面にフッ素のコーティング処理を施して、厚みが約４０μｍのフッ素コーティング層５ｄを形成する。

このため、フッ素コーティング層５ｄと焼結体５ａの間の空気層が減少するため、調理時の調理鍋５の温度上昇や冷却に伴う空気層の膨張収縮の影響がなくなり、フッ素コーティング層５ｄが細孔５ｃ部分から劣化するのを防止することができる。このように、調理鍋５は、内側表面まで炭素の焼成体で構成されるため、熱伝導性の高い調理鍋５を得ることができる。

調理鍋５の製造時に使用する炭素の微粉体は、焼結体５ａの内側表面を研磨して生成してもよく、この場合は、焼結体５ａが成形された後に、内側表面を研磨する工程、および余剰微粉体を除去する工程を加えることになる。

本発明の実施の形態１に係る電磁誘導加熱調理器の縦断面図である。 図１に示す電磁誘導加熱調理器の調理鍋の内側の一部を拡大した断面図である。 図２に示す調理鍋の断面の一部を撮影した顕微鏡写真である。 本実施の形態に係る調理鍋と従来の磁性金属からなる調理鍋との炊飯特性を比較した図である。 本発明の実施の形態２に係る電磁誘導加熱調理器の調理鍋の内側の一部を拡大した断面図である。 本発明の実施の形態３に係る電磁誘導加熱調理器の調理鍋内側の一部を拡大した断面図である。

符号の説明

５ 調理鍋、５ａ 焼結体、５ｂ 細孔、５ｃ 焼結体の内側表面部に開口した細孔、５ｄ フッ素コーティング層、２０ アルミニウム、２１ 炭素の焼成体。

Claims (6)

1. 炭素の粉粒物を主体とする焼結体であって、気体を混入しながら液状の結合材と混練することによって細孔を含有させた基材から成る成形品である調理具。
2. 基材の表面に開口した細孔内に該細孔よりも小径であって前記基材よりも融点の低い微粉体を充填して溶融又は焼成したことを特徴とする請求項１記載の調理具。
3. 基材の表面に開口した細孔内に該細孔よりも小径であって前記基材と同一の材料で構成した微粉体を充填して焼成したことを特徴とする請求項１記載の調理具。
4. 前記微粉体は、前記焼結体を研磨して生成されることを特徴とする請求項３記載の調理具。
5. 前記焼結体の表面にフッ素コーティングを施したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の調理具。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の調理具を備えたことを特徴とする電磁誘導加熱調理器。
   

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