JP2020182745A - Heating cooker and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、加熱調理器に関し、詳しくは炭素材料を用いた加熱調理器に関する。 The present invention relates to a cooking device, and more particularly to a cooking device using a carbon material.
直接火の上にかけて使用する加熱調理器としては、鉄、アルミニウム、ホーロー等を用いたものや、土鍋等が使用されている。 As a cooking cooker that is used by directly putting it on a fire, one using iron, aluminum, enamel, etc., a clay pot, or the like is used.
しかしながら、鉄、ホーロー、土鍋は重量が重く、内部に多くの食品を入れるとさらに重くなってしまい、使い勝手性が十分でない。また、アルミニウムは軽量であるものの強度が低く、特に底面が変形しやすいという問題があった。 However, iron, enamel, and clay pots are heavy, and if many foods are put inside, they become even heavier, and the usability is not sufficient. Further, although aluminum is lightweight, it has a low strength, and there is a problem that the bottom surface is particularly easily deformed.
また、遠赤外線効果のある炭素材料を使用した加熱調理器も市販されている。しかしながら、炭素材料を使用した加熱調理器は大きな炭素塊から削りだして成形する必要があるため、加工が難しいという問題がある。また、衝撃によって割れやすいため厚みを大きくする必要があり、その分重くなってしまうという問題があった。 In addition, a cooking device using a carbon material having a far-infrared effect is also commercially available. However, a cooking device using a carbon material has a problem that it is difficult to process because it is necessary to carve out a large carbon block and mold it. In addition, since it is easily cracked by an impact, it is necessary to increase the thickness, which causes a problem that it becomes heavier.
このような中、特許文献１は、軽量で高強度な炭素繊維を用いた加熱調理器を提案している。
Under these circumstances,
特許文献１は、炭素繊維強化炭素複合材料を主成分、結合材樹脂を副成分とした混合物を型成形し、１２００〜２０００℃の焼成温度で結合材樹脂を残すように混合物を焼成して成形した加熱調理器具を開示している。
In
しかしながら、この技術では、２度の焼成を必要とするために製造コストや時間が大きくなるという問題があった。また、この技術では結合材樹脂を残すように焼成することが不可欠であるが、この残した結合材樹脂が使用（調理）時の加熱によって分解、揮発などして、食品や加熱調理器具の性能に悪影響を及ぼすおそれもある。 However, this technique has a problem that the manufacturing cost and time increase because it requires firing twice. In addition, in this technology, it is indispensable to bake so as to leave the binder resin, but the remaining binder resin decomposes and volatilizes due to heating during use (cooking), and the performance of foods and cooking utensils. May have an adverse effect on.
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、軽量で強度、熱伝導率が高く、しかも製造が容易な加熱調理器を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a cooking cooker that is lightweight, has high strength, has high thermal conductivity, and is easy to manufacture.
上記課題を解決するための加熱調理器にかかる本発明は、次のように構成されている。加熱対象物が収容される調理器本体を有し、少なくとも前記調理器本体の底部が加熱される加熱調理器において、前記調理器本体は、炭素質のみからなる基体を有し、前記基体は、加熱対象物が収容される形状に成型された、炭素繊維シートに炭素マトリクスが含浸された炭素繊維強化炭素複合材料を備える。 The present invention relating to a cooking device for solving the above problems is configured as follows. In a cooking cooker having a cooker body in which an object to be heated is housed and at least the bottom of the cooker body is heated, the cooker body has a substrate made of only carbon material, and the substrate is A carbon fiber reinforced carbon composite material in which a carbon fiber sheet is impregnated with a carbon matrix, which is molded into a shape for accommodating an object to be heated, is provided.
ここで基体とは、調理器本体のコア部分を意味し、調理器本体に取り付けられる取手や持ち手などはもちろん、調理器本体となすために必要な表面コートや塗装なども含まれない。そして、基体が炭素質のみからなるとは、炭素繊維シートにより構成される構造体の内部に、炭素以外の成分が存在していないことを意味する。このため、加熱調理器使用の際に基体が変質することがなく、安全に使用できる。 Here, the substrate means the core portion of the cooking utensil body, and does not include not only the handles and handles attached to the cooking utensil main body, but also the surface coating and coating necessary for forming the cooking utensil main body. The fact that the substrate is composed of only carbonaceous material means that no component other than carbon is present inside the structure composed of the carbon fiber sheet. Therefore, the substrate does not deteriorate when the cooker is used, and the substrate can be used safely.
また、炭素質のみで構成された調理器本体の基体は、従来使用されていた鉄に比べて軽量で且つ熱伝導率が高い。また、炭素繊維強化炭素複合材料は、削りだしの炭素材料などよりも強度が高く、厚みを薄くしても使用により変形したり割れたりすることがない。また、炭素材料は加熱によって遠赤外線が発生するため、食品を内側から温めることができるという効果も生じる。よって、軽量で熱伝導率の高い、使い勝手の良い加熱調理器が得られる。 Further, the base material of the cooker main body made of only carbonaceous material is lighter in weight and has higher thermal conductivity than the conventionally used iron. Further, the carbon fiber reinforced carbon composite material has higher strength than the machined carbon material and the like, and even if the thickness is reduced, the carbon fiber reinforced carbon composite material does not deform or crack due to use. In addition, since carbon materials generate far infrared rays when heated, there is also an effect that food can be warmed from the inside. Therefore, it is possible to obtain an easy-to-use cooking cooker that is lightweight and has high thermal conductivity.
炭素繊維シートとしては、炭素繊維を一方向に引き揃えたＵＤクロス、２次元織クロス（平織、綾織り、朱子織等）、３次元以上に組み合わせた多次元織等の炭素繊維織布や、炭素繊維不織布などを採用することができる。特に、曲線形状や複雑な形状に成形する必要がある場合、炭素繊維不織布を採用することが好ましい。これは、ＵＤクロス、２次元織クロス、多次元織では、可撓性を有する範囲が限定されるが、不織布はあらゆる方向に可撓性を有し成形性に優れるためである。更に、炭素繊維不織布の作製には短繊維を使用することができ、炭素繊維シートの作製工程が容易であるとともにコストも低減できる。 Examples of the carbon fiber sheet include UD cloth in which carbon fibers are aligned in one direction, two-dimensional woven cloth (plain weave, twill weave, red woven cloth, etc.), and carbon fiber woven fabric such as multidimensional woven fabric in which three or more dimensions are combined. A carbon fiber non-woven fabric or the like can be adopted. In particular, when it is necessary to mold into a curved shape or a complicated shape, it is preferable to use a carbon fiber non-woven fabric. This is because the UD cloth, the two-dimensional woven cloth, and the multidimensional woven fabric have a limited range of flexibility, but the non-woven fabric has flexibility in all directions and is excellent in moldability. Further, short fibers can be used for producing the carbon fiber non-woven fabric, and the process for producing the carbon fiber sheet is easy and the cost can be reduced.
本発明にかかる加熱調理器は、ガスコンロやＩＨ調理器などの熱源上において使用される各種調理鍋、フライパン、窯等に適用することができ、またＩＨヒーターやシーズヒーターと着脱可能に一体化された、ホットプレートや炊飯器などの内鍋やプレート等に適用できる。なお、内鍋の場合、調理器本体の側面も加熱される可能性がある。 The cooking cooker according to the present invention can be applied to various cooking pots, frying pans, kilns, etc. used on heat sources such as gas stoves and IH cookers, and is detachably integrated with IH heaters and sheathed heaters. It can also be applied to inner pots and plates such as hot plates and rice cookers. In the case of an inner pot, the side surface of the cooker body may also be heated.
炭素繊維シートを構成する炭素繊維としては、ポリアクリロニトリル系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維、異方性ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維などの公知の炭素繊維を用いることができるが、中でも強度の高いポリアクリロニトリル系炭素繊維を主成分（炭素繊維全質量の５０％以上）とすることが好ましい。ポリアクリロニトリル系炭素繊維は、炭素繊維全質量の７０％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましく、１００％であることが最も好ましい。 As the carbon fibers constituting the carbon fiber sheet, known carbon fibers such as polyacrylonitrile-based carbon fibers, isotropic pitch-based carbon fibers, anisotropic pitch-based carbon fibers, and rayon-based carbon fibers can be used. Above all, it is preferable to use high-strength polyacrylonitrile-based carbon fiber as the main component (50% or more of the total weight of the carbon fiber). The polyacrylonitrile-based carbon fiber is more preferably 70% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 100% of the total mass of the carbon fiber.
また、炭素マトリクスは合成樹脂の炭素化物からなることが好ましく、熱硬化性樹脂の炭素化物からなることがより好ましい。このような樹脂は炭素化前後において複雑に絡まり合った炭素繊維を結着保持するため、好ましい。 Further, the carbon matrix is preferably made of a carbonized product of a synthetic resin, and more preferably made of a carbonized product of a thermosetting resin. Such a resin is preferable because it binds and holds carbon fibers that are intricately entangled before and after carbonization.
基体はさらに、熱分解炭素及び／又は黒鉛粒子を含む構成とすることができる。基体に黒鉛粒子をさらに含ませると基体のかさ密度を大きくでき、熱伝導率や強度をさらに高めることができる。黒鉛粒子は天然黒鉛、人造黒鉛のいずれでもよいが、熱伝導率を高める観点からは天然黒鉛であることが好ましい。また、基体に熱分解炭素を含ませると、熱分解炭素がなめらかに基体をコートするので、加熱調理器としての使い勝手が良くなるとともに、その後の表面コートなどの工程が行い易くなる。 The substrate can be further configured to contain pyrolytic carbon and / or graphite particles. When the substrate further contains graphite particles, the bulk density of the substrate can be increased, and the thermal conductivity and strength can be further increased. The graphite particles may be either natural graphite or artificial graphite, but natural graphite is preferable from the viewpoint of increasing thermal conductivity. Further, when the substrate contains pyrolytic carbon, the pyrolytic carbon smoothly coats the substrate, which improves usability as a heating cooker and facilitates subsequent steps such as surface coating.
基体の表面にセラミックスコートを施すと、耐熱性が高まるため好ましい。また、基体の表面にフッ素樹脂コートを施すと、基体の撥水性が高まり、焦げ付きを防止できるため好ましい。このため、セラミックスコートは少なくとも基体の被加熱面側、フッ素樹脂コートは少なくとも基体の加熱対象物収容面側にそれぞれ設けることが好ましい。なお、これらのコート層は、基体の内部には設けられないものである。 It is preferable to apply a ceramic coating to the surface of the substrate because the heat resistance is increased. Further, it is preferable to apply a fluororesin coating to the surface of the substrate because the water repellency of the substrate is enhanced and scorching can be prevented. Therefore, it is preferable that the ceramic coating is provided at least on the surface to be heated of the substrate, and the fluororesin coating is preferably provided at least on the surface of the substrate that houses the object to be heated. It should be noted that these coat layers are not provided inside the substrate.
上記課題を解決するための加熱調理器の製造方法にかかる本発明は、次のように構成されている。
加熱対象物が収容される調理器本体を有し、少なくとも前記調理器本体の底部が加熱される加熱調理器の製造方法において、炭素繊維不織布に樹脂成分を添加してプリプレグとなすプリプレグ作製工程と、前記プリプレグを加熱対象物が収容される調理器本体の形状に成形する成形工程と、成形されたプリプレグを１０００〜２５００℃で熱処理して、前記樹脂成分を炭素化させて炭素繊維強化炭素複合材料からなる前記調理器本体の基体を得る炭素化工程と、を備える。
The present invention relating to a method for manufacturing a cooking device for solving the above problems is configured as follows.
In the manufacturing method of a heating cooker having a cooker main body in which a heating object is housed and at least the bottom of the cooker main body is heated, a prepreg manufacturing step of adding a resin component to a carbon fiber non-woven fabric to form a prepreg. , A molding step of molding the prepreg into the shape of the cooker body in which the object to be heated is housed, and a carbon fiber reinforced carbon composite by heat-treating the molded prepreg at 1000 to 2500 ° C. to carbonize the resin component. It comprises a carbonization step of obtaining a substrate of the cooker body made of a material.
このような製造方法により、上述した加熱調理器を製造できる。 By such a manufacturing method, the above-mentioned cooking cooker can be manufactured.
また、基体に黒鉛粉末を含ませる場合、プリプレグ作製工程において、炭素繊維不織布に樹脂成分とともに黒鉛粉末を添加することが好ましい。 When the graphite powder is contained in the substrate, it is preferable to add the graphite powder together with the resin component to the carbon fiber non-woven fabric in the prepreg production step.
プリプレグを炭素化する際、炭素以外の成分がガスとなって外部に脱離するが、この際に型崩れが起きるおそれがある。ここで、プリプレグを型で挟み込んだ状態で熱処理すると、このような型崩れを効果的に防止できる。炭素化工程でも使用できる型は、１０００〜２５００℃での熱処理に対する耐熱性を有する必要があり、且つ、熱膨張率が製造される基体のものと近い値であることも必要である。ここで、黒鉛は耐熱性に優れ、且つ炭素質の基体との熱膨張率が近い値であるため、上記の製造方法を採用すると、基体の型崩れを効果的に防止できる。 When carbonizing a prepreg, components other than carbon become a gas and desorb to the outside, but at this time, the shape may be lost. Here, if heat treatment is performed with the prepreg sandwiched between the molds, such shape loss can be effectively prevented. The mold that can be used in the carbonization step needs to have heat resistance to heat treatment at 1000 to 2500 ° C., and also needs to have a coefficient of thermal expansion close to that of the produced substrate. Here, since graphite has excellent heat resistance and has a coefficient of thermal expansion close to that of the carbonaceous substrate, the above-mentioned production method can be used to effectively prevent the substrate from losing its shape.
以上に説明したように、本発明によると、軽量で熱伝導率が高く、しかも製造が容易な加熱調理器を実現することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a cooking cooker that is lightweight, has high thermal conductivity, and is easy to manufacture.
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１（ａ）は実施の形態１にかかる加熱調理器の調理器本体の斜視図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ’線矢視切断部端面図である。
(Embodiment 1)
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 (a) is a perspective view of a cooker main body of the cooking cooker according to the first embodiment, and FIG. 1 (b) is an end view of a cut portion taken along the line AA'of FIG. 1 (a). ..
（調理器本体）
本発明に用いられる加熱調理器の調理器本体１は、図１（ａ）に示すように、加熱対象物が収容されるものであり、少なくともその底部が加熱されるように構成されている。この調理器本体１は、図１（ｂ）に示すように、加熱対象物が収容される形状に成型された基体２を有し、この基体２は炭素質のみからなる。この基体２は、炭素繊維シートに、炭素マトリクスが含浸された炭素繊維強化炭素複合材料を備えている。
(Cooker body)
As shown in FIG. 1A, the cooker
図１（ｂ）に示すように、基体２の下面（熱源側の面）にはセラミックスコート層３が設けられ、基体２の上面（加熱対象物を収容する面）にはフッ素樹脂コート層４が設けられている。セラミックスコート層３は、耐熱性を高める作用を有し、フッ素樹脂コート層４は、表面の撥水性を高めて焦げ付きを防止する作用を有する。セラミックスコートやフッ素樹脂コートは、公知の方法により行うことができる。なお、図示しないが、この調理器本体１に持ち手等が取り付けられたり、ＩＨヒーターやシーズヒーター等を備えた外側容器と着脱可能に一体化されたりして、加熱調理器となる。
As shown in FIG. 1 (b), the
次に、このような調理器本体の製造方法について説明する。 Next, a method of manufacturing such a cooker main body will be described.
（炭素繊維）
炭素繊維強化炭素複合材料（以下、Ｃ／Ｃ複合材と称することもある）の炭素繊維は、市販品を使用することができる。たとえば、ポリアクリロニトリル系炭素繊維（ＰＡＮ系炭素繊維）、異方性ピッチ系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等を使用することができる。なお、炭素繊維はリサイクル品を使用してもよい。これらの炭素繊維を単体で用いてもよく、２種以上の炭素繊維を混合して使用してもよいが、高い強度を得る観点からＰＡＮ系炭素繊維を含むことが好ましい。
(Carbon fiber)
As the carbon fiber of the carbon fiber reinforced carbon composite material (hereinafter, also referred to as C / C composite material), a commercially available product can be used. For example, polyacrylonitrile-based carbon fibers (PAN-based carbon fibers), anisotropic pitch-based carbon fibers, isotropic pitch-based carbon fibers, rayon-based carbon fibers, and the like can be used. Recycled carbon fibers may be used. These carbon fibers may be used alone or in combination of two or more types of carbon fibers, but it is preferable to contain PAN-based carbon fibers from the viewpoint of obtaining high strength.
炭素繊維の径は特に限定されず、市販品のサイズを用いればよい。市販品の炭素繊維の径はその種類によって異なるが、たとえば、ＰＡＮ系炭素繊維の場合、５〜８μｍのものを用いることができる。また、炭素繊維は、曲状のものであっても直線状のものであってもよい。これらの要件は、炭素繊維シートに求められる強度などから適宜決定すればよい。 The diameter of the carbon fiber is not particularly limited, and a commercially available size may be used. The diameter of commercially available carbon fibers varies depending on the type, but for example, in the case of PAN-based carbon fibers, those having a diameter of 5 to 8 μm can be used. Further, the carbon fiber may be curved or linear. These requirements may be appropriately determined from the strength required for the carbon fiber sheet and the like.
（炭素繊維シート）
炭素繊維シートとしては、炭素繊維の織布や不織布を使用でき、炭素繊維の織布としては炭素繊維を一方向に引き揃えたＵＤクロス、２次元織クロス（平織、綾織り、朱子織等）、３次元以上に組み合わせた多次元織などを採用することができる。なかでも、製作には短繊維を使用することができ、作製も容易でありコストも低減できるため、炭素繊維不織布が好ましい。また、炭素繊維不織布はあらゆる方向に可撓性を有するため、曲線形状や複雑な形状に成形することも容易となる。
(Carbon fiber sheet)
A carbon fiber woven fabric or non-woven fabric can be used as the carbon fiber sheet, and a UD cloth or two-dimensional woven cloth (plain weave, twill weave, red woven cloth, etc.) in which carbon fibers are aligned in one direction can be used as the carbon fiber woven fabric. It is possible to adopt a multidimensional weave that is combined in three or more dimensions. Among them, carbon fiber non-woven fabric is preferable because short fibers can be used for production, production is easy, and cost can be reduced. Further, since the carbon fiber nonwoven fabric has flexibility in all directions, it can be easily molded into a curved shape or a complicated shape.
ここで、炭素繊維不織布とは、炭素繊維を織らずにランダムに絡み合わせたシート状のもので、紙状やフェルト状とすることができる。このような炭素繊維不織布は、公知の方法で作製できる。例えば、チョップ状や綿状の炭素繊維に、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエステル樹脂などのバインダー短繊維を必要に応じて添加して加熱して不織布を得ることができる。また、チョップや綿状の炭素繊維にエポキシ樹脂などの接着剤を添加して水を用いてスラリー状にした後、抄紙する方法を採用してもよい。また、チョップや綿状の炭素繊維にニードルパンチを施す方法や、チョップ状や綿状の炭素繊維に必要に応じてバインダー短繊維を添加したものを空気の流れに乗せて均一分散させ、金網上に堆積させる方法であってもよい。バインダー成分は、その後の加熱によって炭素化又は消失するため、炭素以外の成分が基体に残ることはない。 Here, the carbon fiber non-woven fabric is a sheet-like material in which carbon fibers are randomly entwined without weaving, and can be in the form of paper or felt. Such a carbon fiber non-woven fabric can be produced by a known method. For example, a non-woven fabric can be obtained by adding binder short fibers such as polyethylene terephthalate (PET) resin and polyester resin to chop-shaped or cotton-shaped carbon fibers as necessary and heating them. Alternatively, a method may be adopted in which an adhesive such as an epoxy resin is added to chops or cotton-like carbon fibers to form a slurry using water, and then papermaking is performed. In addition, a method of needle punching chops or cotton-like carbon fibers, or a method of adding short binder fibers to chop-like or cotton-like carbon fibers as needed is placed on an air flow to uniformly disperse them on a wire net. It may be a method of depositing in. Since the binder component is carbonized or disappears by subsequent heating, no component other than carbon remains on the substrate.
（炭素マトリクス）
炭素マトリクスは炭素繊維シートに含浸された炭素成分である。炭素マトリクスは、好ましくは合成樹脂の炭素化物とし、より好ましくは熱硬化性樹脂の炭素化物とする。合成樹脂としては、ピッチ、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂は１種のみを用いてもよく、２種以上混合して用いてもよい。また、合成樹脂は熱処理によって炭素になる割合、すなわち炭素化収率が高いものを用いることが好ましい。
(Carbon matrix)
The carbon matrix is a carbon component impregnated in a carbon fiber sheet. The carbon matrix is preferably a carbonized product of a synthetic resin, and more preferably a carbonized product of a thermosetting resin. Examples of the synthetic resin include pitch, phenol resin, furan resin, polyimide resin, polyamide-imide resin and the like. Only one kind of these synthetic resins may be used, or two or more kinds thereof may be mixed and used. Further, it is preferable to use a synthetic resin having a high ratio of carbon by heat treatment, that is, a high carbonization yield.
（基体）
基体のかさ密度は、好ましくは０．５〜１．５ｇ／ｃｍ3とし、より好ましくは０．６〜１．３ｇ／ｃｍ3とし、さらに好ましくは０．７〜１．２ｇ／ｃｍ3とする。また、基体の厚みは、好ましくは、１〜１２ｍｍとし、より好ましくは、２〜８ｍｍとし、さらに好ましくは、２〜６ｍｍとする。また、基体の引張り強度は、好ましくは、１０〜１００ＭＰａとし、より好ましくは、２０〜１００ＭＰａとし、さらに好ましくは、４０〜１００ＭＰａとする。
(Hypokeimenon)
The bulk density of the substrate is preferably 0.5 to 1.5 g / cm 3 , more preferably 0.6 to 1.3 g / cm 3, and even more preferably 0.7 to 1.2 g / cm 3 . .. The thickness of the substrate is preferably 1 to 12 mm, more preferably 2 to 8 mm, and even more preferably 2 to 6 mm. The tensile strength of the substrate is preferably 10 to 100 MPa, more preferably 20 to 100 MPa, and even more preferably 40 to 100 MPa.
基体全質量に占める炭素繊維質量の割合は、好ましくは２５〜９０％とし、より好ましくは３５〜８０％とし、さらに好ましくは４０〜７０％とする。また、基体全質量に占める炭素マトリクス質量の割合は、好ましくは１０〜７５％とし、より好ましくは２０〜６５％とし、さらに好ましくは３０〜６０％とする。また、基体に黒鉛粒子を含ませることができるが、この場合、基体全質量に占める黒鉛粒子質量の割合は、好ましくは３〜４０％とし、より好ましくは５〜３０％とし、さらに好ましくは７〜２５％とする。また、基体に熱分解炭素を含ませる場合、基体全質量に占める熱分解炭素質量の割合は、好ましくは５〜６０％とし、より好ましくは７〜５０％とし、さらに好ましくは１０〜４０％とする。なお、基体に黒鉛粒子や熱分解炭素を含ませることによって、熱伝導性を高めたり、引張り強度などの機械的強度をより高めたりすることができる。 The ratio of the mass of carbon fibers to the total mass of the substrate is preferably 25 to 90%, more preferably 35 to 80%, and even more preferably 40 to 70%. The ratio of the carbon matrix mass to the total mass of the substrate is preferably 10 to 75%, more preferably 20 to 65%, and further preferably 30 to 60%. Further, the substrate can contain graphite particles, but in this case, the ratio of the graphite particle mass to the total mass of the substrate is preferably 3 to 40%, more preferably 5 to 30%, still more preferably 7. ~ 25%. When the substrate contains pyrolytic carbon, the ratio of the pyrolytic carbon mass to the total mass of the substrate is preferably 5 to 60%, more preferably 7 to 50%, and further preferably 10 to 40%. To do. By impregnating the substrate with graphite particles or pyrolytic carbon, it is possible to increase the thermal conductivity and the mechanical strength such as tensile strength.
（製造方法）
次に、本実施の形態にかかる調理器本体の基体の製造方法について説明する。
(Production method)
Next, a method for manufacturing the base of the cooker main body according to the present embodiment will be described.
（炭素繊維シートの準備）
炭素繊維シートとしては、市販のものを使用できる。炭素繊維フェルトを用いる場合、フェルトの厚みは、好ましくは３〜１００ｍｍ、より好ましくは５〜５０ｍｍ、さらに好ましくは５〜３０ｍｍとする。炭素繊維フェルトの目付は、好ましくは２００〜２０００ｇ／ｍ2、より好ましくは３００〜１３００ｇ／ｍ2、さらに好ましくは、４００〜１０００ｇ／ｍ2とする。
(Preparation of carbon fiber sheet)
As the carbon fiber sheet, a commercially available one can be used. When carbon fiber felt is used, the thickness of the felt is preferably 3 to 100 mm, more preferably 5 to 50 mm, still more preferably 5 to 30 mm. Basis weight of the carbon fiber felt is preferably 200 to 2000 g / m 2, more preferably 300~1300g / m 2, more preferably, a 400~1000g / m 2.
（プリプレグの作製）
樹脂成分として粉末状の合成樹脂を用いる場合、炭素繊維シートの表面に塗布や空隙に押し込んでプリプレグとなす方法を採用できる。液体状の合成樹脂あるいは溶媒に溶かした合成樹脂を用いる場合、炭素繊維シートに浸み込ませてプリプレグとなす方法を採用することができる。炭素化収率や作製の容易さの観点から、好ましくは、液状のレゾール型フェノール樹脂を用いる。溶媒に溶かした合成樹脂を用いる場合、炭素繊維シートに合成樹脂を含浸した後、必要に応じて１００℃前後の温度をかけて溶媒を揮発させて合成樹脂が流れ出さないように安定させてもよい。
(Making prepreg)
When a powdered synthetic resin is used as the resin component, a method of applying it to the surface of the carbon fiber sheet or pressing it into a void to form a prepreg can be adopted. When a liquid synthetic resin or a synthetic resin dissolved in a solvent is used, a method of impregnating the carbon fiber sheet into a prepreg can be adopted. From the viewpoint of carbonization yield and ease of production, a liquid resol type phenol resin is preferably used. When a synthetic resin dissolved in a solvent is used, even if the carbon fiber sheet is impregnated with the synthetic resin and then the solvent is volatilized by applying a temperature of about 100 ° C. as necessary to stabilize the synthetic resin so as not to flow out. Good.
また、基体のかさ密度を高めるために、合成樹脂とともに黒鉛粉末を炭素繊維シートに含ませてもよい。黒鉛粉末としては、熱伝導率の向上には鱗状の天然黒鉛が好ましいが、人造黒鉛であってもよい。黒鉛粉末の粒径は特に限定されず、市販されている範囲のものを使用でき、例えば、１０〜５００μｍ程度とすることができる。黒鉛粉末の添加量は適宜、必要に応じて決めることができる。合成樹脂１００質量部に対して、２０〜２００質量部とすると、プリプレグを作製しやすいため、好ましい。 Further, in order to increase the bulk density of the substrate, graphite powder may be contained in the carbon fiber sheet together with the synthetic resin. As the graphite powder, scale-like natural graphite is preferable for improving the thermal conductivity, but artificial graphite may also be used. The particle size of the graphite powder is not particularly limited, and commercially available graphite powder can be used, for example, about 10 to 500 μm. The amount of graphite powder added can be appropriately determined as needed. It is preferable that the amount is 20 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the synthetic resin because a prepreg can be easily produced.
（成形工程）
図２は、実施の形態１にかかる加熱調理器の製造に用いる型の斜視図である。プリプレグは、所望の形状となるように、上下の型１１・１２で挟んで加圧して成形する。このとき、プリプレグは１枚であってもよいが、所望の厚みにするために２枚以上を重ねてもよい。プリプレグを上下の型１１・１２に挟んだ状態で加圧して所望の厚みにする。なお、上下の型の材質は、特に限定されず鋼材、ステンレス、アルミニウムなどの金属、人造黒鉛、Ｃ／Ｃ複合材などの炭素材料などであってもよい。
(Molding process)
FIG. 2 is a perspective view of a mold used for manufacturing the cooking cooker according to the first embodiment. The prepreg is formed by sandwiching it between upper and
合成樹脂として熱硬化性樹脂を用いる場合、プリプレグを加圧とともに熱硬化温度以上に加熱し、熱硬化性樹脂を熱硬化させてもよい。加圧及び加熱の簡便な方法として市販のホットプレス機を用いて行うことができる。また、真空バックによる方法を採用してもよい。なお、加圧後に別途加熱を行ってもよく、加熱を行わなくともよい。例えば、レゾール型フェノール樹脂を用いる場合、１５０〜２３０℃程度に加熱する。 When a thermosetting resin is used as the synthetic resin, the prepreg may be heated to a temperature higher than the thermosetting temperature by pressurizing the prepreg to heat the thermosetting resin. As a simple method of pressurization and heating, a commercially available hot press machine can be used. Moreover, the method by vacuum back may be adopted. It should be noted that heating may be performed separately after pressurization, and heating may not be performed. For example, when a resol type phenol resin is used, it is heated to about 150 to 230 ° C.
（炭素化工程）
成型後のプリプレグを、不活性雰囲気で、１０００〜２５００℃で高温熱処理を行う。これにより合成樹脂が炭素化されて、炭素繊維強化炭素複合材料（Ｃ／Ｃ複合材）からなる基体が得られる。熱処理の温度は、より好ましくは１５００〜２５００℃、さらに好ましくは１８００〜２５００℃である。たとえばガスバーナーを使用する場合、ガスバーナーにおける青から青緑の明るい炎の表面では１８００℃程度ともいわれており、この温度以上に加熱することが好ましい。加熱時間は好ましくは１〜１８時間、より好ましくは２〜１５時間、さらに好ましくは３〜１０時間とする。
(Carbonization process)
The molded prepreg is heat-treated at a high temperature of 1000 to 2500 ° C. in an inert atmosphere. As a result, the synthetic resin is carbonized, and a substrate made of a carbon fiber reinforced carbon composite material (C / C composite material) is obtained. The temperature of the heat treatment is more preferably 1500 to 2500 ° C, still more preferably 1800 to 2500 ° C. For example, when a gas burner is used, it is said that the surface of a bright blue to blue-green flame in the gas burner is about 1800 ° C., and it is preferable to heat the gas burner above this temperature. The heating time is preferably 1 to 18 hours, more preferably 2 to 15 hours, and even more preferably 3 to 10 hours.
なお、炭素化工程は、成型後のプリプレグを型材から外して行ってもよく、上下の型に挟んだままでもよい。上下の型に挟んだままの場合には、上下の型が処理温度における耐熱性を有する必要があり、黒鉛からなる型を用いることが好ましい。 In the carbonization step, the prepreg after molding may be removed from the mold material, or may be sandwiched between the upper and lower molds. When sandwiched between the upper and lower molds, the upper and lower molds need to have heat resistance at the processing temperature, and it is preferable to use a mold made of graphite.
合成樹脂の含浸と炭素化は、１回のみ行う構成であってもよく、２回以上行う構成であってもよい。複数回の処理を行うことにより、マトリクスの量が増加して強度や熱伝導率を高くできる。１回のみの場合には、製造工程を低コスト化できる。なお、Ｃ／Ｃ複合材のかさ密度を上げる方法としては、この方法以外に、黒鉛粒子を含ませる量を増やす、熱分解炭素のコート量を増やす、成形工程での炭素繊維シートの圧縮率を高める、などがある。 The impregnation and carbonization of the synthetic resin may be performed only once, or may be performed twice or more. By performing the treatment a plurality of times, the amount of the matrix can be increased to increase the strength and thermal conductivity. In the case of only once, the cost of the manufacturing process can be reduced. In addition to this method, as a method for increasing the bulk density of the C / C composite material, the amount of graphite particles contained is increased, the amount of pyrolytic carbon coated is increased, and the compression ratio of the carbon fiber sheet in the molding process is increased. There are things like increasing.
炭素化工程が終了した後、基体に熱分解炭素を含浸及び／又は基体表面に熱分解炭素をコートしてもよい。熱分解炭素の含浸や表面コートは、公知の方法で実施すればよく、たとえばメタンやプロパンガスなどの炭化水素ガスを水素等のキャリアガス中で熱分解する方法を採用できる。 After the carbonization step is completed, the substrate may be impregnated with pyrolytic carbon and / or the surface of the substrate may be coated with pyrolytic carbon. The impregnation of the pyrolytic carbon and the surface coating may be carried out by a known method, and for example, a method of thermally decomposing a hydrocarbon gas such as methane or propane gas in a carrier gas such as hydrogen can be adopted.
このようにして得られる基体は、成形によって加熱調理器の調理器本体の形状、あるいはそれに近い形状になっているが、必要に応じてさらなる加工を行ってもよい。たとえば、基体表面に必要に応じて、セラミックス及び／又はフッ素樹脂コートを施すことができる。これらのコートは、公知の方法を採用できる。また、基体には、取手や持ち手などを取り付けもよい。 The substrate thus obtained has a shape of the cooker main body of the cooking cooker or a shape close to the shape by molding, but further processing may be performed if necessary. For example, the surface of the substrate can be coated with ceramics and / or fluororesin, if necessary. A known method can be adopted for these coats. Further, a handle, a handle, or the like may be attached to the substrate.
（実施例１）
長さが約６０ｍｍのＰＡＮ系炭素繊維チョップ（株式会社東レ製、繊維径７μｍ）を使用して、ニードルパンチ法によって略正方形の炭素繊維フェルトを作製した。この炭素繊維フェルトは、その一辺の長さが１０００ｍｍ、厚み５ｍｍ、目付５００ｇ／ｍ2であった。
(Example 1)
A substantially square carbon fiber felt was produced by a needle punching method using a PAN-based carbon fiber chop (manufactured by Toray Co., Ltd., fiber diameter 7 μm) having a length of about 60 mm. The carbon fiber felt had a side length of 1000 mm, a thickness of 5 mm, and a basis weight of 500 g / m 2 .
（プリプレグ作製工程）
この炭素繊維フェルトを、長さ約２１０ｍｍの略正方形に切断した。切断したフェルトをメチルアルコールで希釈したレゾール型フェノール樹脂（液体状）に浸漬することにより含浸し、プリプレグを作製した。このとき、炭素化後における基体全質量に占める炭素マトリックスの割合が、３３質量％になるように樹脂を含浸した。
(Prepreg manufacturing process)
This carbon fiber felt was cut into substantially squares having a length of about 210 mm. The cut felt was impregnated by immersing it in a resole-type phenol resin (liquid) diluted with methyl alcohol to prepare a prepreg. At this time, the resin was impregnated so that the ratio of the carbon matrix to the total mass of the substrate after carbonization was 33% by mass.
（成形工程）
略正方形に切断したプリプレグを２枚重ねて、図２に示すような人造黒鉛を素材とする一対の型に挟んだ。これをホットプレス機に配置し、プリプレグの厚みが約３ｍｍになるように加圧、加熱して、メチルアルコールを揮発させつつレゾール型フェノール樹脂を熱硬化させて、プリプレグを成形した。このとき、加熱温度は１５０℃であり、その温度で４０分間保持した。
(Molding process)
Two prepregs cut into substantially squares were stacked and sandwiched between a pair of molds made of artificial graphite as shown in FIG. This was placed in a hot press machine, pressurized and heated so that the thickness of the prepreg was about 3 mm, and the resole-type phenol resin was thermoset while volatilizing the methyl alcohol to form the prepreg. At this time, the heating temperature was 150 ° C., and the temperature was maintained for 40 minutes.
（炭素化工程）
この成形されたプリプレグを、黒鉛製の型に挟んだままの状態で、黒鉛ヒーター加熱方式による高温加熱炉に配置し、不活性ガス雰囲気中２０００℃で５時間保持して熱処理を行った。これによって、硬化後のレゾール型フェノール樹脂が炭素化される。これらの工程を経て、実施例１にかかる厚み約２ｍｍの調理器本体の基体を得た。この基体のかさ密度は０．７５ｇ／ｃｍ3であった。
(Carbonization process)
The formed prepreg was placed in a high-temperature heating furnace using a graphite heater heating method while being sandwiched between graphite molds, and held at 2000 ° C. for 5 hours in an inert gas atmosphere for heat treatment. As a result, the cured resole-type phenolic resin is carbonized. Through these steps, a substrate of a cooker body having a thickness of about 2 mm according to Example 1 was obtained. The bulk density of this substrate was 0.75 g / cm 3 .
（実施例２）
成形工程において、プリプレグを６枚重ね、プリプレグの厚みが約９ｍｍになるように加圧、加熱したこと以外は上記実施例１と同様にして、実施例２にかかる厚み約６ｍｍの調理器本体の基体を得た。この基体のかさ密度は０．７５ｇ／ｃｍ3であった。
(Example 2)
In the molding process, six prepregs were stacked, and the prepregs were pressurized and heated so as to have a thickness of about 9 mm. In the same manner as in Example 1 above, the cooker body having a thickness of about 6 mm according to Example 2 A substrate was obtained. The bulk density of this substrate was 0.75 g / cm 3 .
（引張り試験）
略正方形に切断したプリプレグを３枚重ねて、平板の黒鉛に挟んでプリプレグの厚みが約４．５ｍｍになるように加圧、加熱し、厚み３ｍｍの平板状の基体を得た。この基体のかさ密度は０．７５ｇ／ｃｍ3であった。なお、プリプレグの作製や炭素化等の条件は、上記実施例１と同様とした。
(Tension test)
Three prepregs cut into substantially squares were stacked, sandwiched between flat graphite plates, and pressurized and heated so that the thickness of the prepregs was about 4.5 mm to obtain a flat substrate having a thickness of 3 mm. The bulk density of this substrate was 0.75 g / cm 3 . The conditions for producing the prepreg and carbonization were the same as in Example 1 above.
上記の平板状の基体を用いて引張り試験を行った。引張り試験の方法は、ＪＩＳ Ｋ７１６１を参照して行った。まず、この基体を加工して、ダンベル形引張り試験片を５本得た。本試験片の幅の狭い平行部分の長さは８０ｍｍ、幅の狭い平行部分の幅は１０ｍｍ、厚み３ｍｍとした。 A tensile test was performed using the above-mentioned flat substrate. The method of the tensile test was performed with reference to JIS K7161. First, this substrate was processed to obtain five dumbbell-shaped tensile test pieces. The length of the narrow parallel portion of the test piece was 80 mm, the width of the narrow parallel portion was 10 mm, and the thickness was 3 mm.
市販の材料試験装置を用いて当該試験片が破断する荷重を求めた。破断した際の荷重を、破壊が生じる幅の狭い平行部分の面積（１０ｍｍ×３ｍｍ＝３０ｍｍ2）で除した値を引張り強度とみなした。５本の試験片の引張り強度の平均値は、５０ＭＰａであった。 The load at which the test piece was broken was determined using a commercially available material test device. The value obtained by dividing the load at the time of fracture by the area of the narrow parallel portion where fracture occurs (10 mm × 3 mm = 30 mm 2 ) was regarded as the tensile strength. The average tensile strength of the five test pieces was 50 MPa.
以上のことから、実施例１、２ともに、高強度で軽量な調理器本体の基体を得ることができた。 From the above, in both Examples 1 and 2, a high-strength and lightweight base of the cooker main body could be obtained.
上記の実施例では、平面視長方形状の調理器本体を作製したが、この形状に限定されることはなく、フライパン、中華鍋、寸胴鍋など、所望の形状の調理器本体を作製できる。 In the above embodiment, the cooker body having a rectangular shape in a plan view is produced, but the shape is not limited to this, and a cooker body having a desired shape such as a frying pan, a wok, and a pan can be produced.
本発明に係る加熱調理器は、軽量で熱伝導率が高く、遠赤外線による効果も得られる。よって、その産業上の意義は大きい。 The cooking cooker according to the present invention is lightweight, has high thermal conductivity, and can also obtain the effect of far infrared rays. Therefore, its industrial significance is great.
１ 調理器本体
２ 基体
３ セラミックコート層
４ フッ素樹脂コート層
１１ 上型
１２ 下型
1
Claims (7)
前記調理器本体は、炭素質のみからなる基体を有し、
前記基体は、加熱対象物が収容される形状に成型された、炭素繊維シートに炭素マトリクスが含浸された炭素繊維強化炭素複合材料を備える、
ことを特徴とする加熱調理器。 In a cooking cooker having a cooker body for accommodating an object to be heated and at least the bottom of the cooker body is heated.
The cooker body has a substrate made of only carbonaceous material.
The substrate comprises a carbon fiber reinforced carbon composite material in which a carbon fiber sheet is impregnated with a carbon matrix, which is molded into a shape that accommodates an object to be heated.
A cooking device characterized by that.
前記炭素マトリクスは合成樹脂の炭素化物からなる、
ことを特徴とする請求項１に記載の加熱調理器。 The carbon fiber sheet is made of a non-woven fabric containing polyacrylonitrile-based carbon fiber as a main component.
The carbon matrix is made of a carbonized product of a synthetic resin.
The cooking device according to claim 1, wherein the cooking device is characterized by the above.
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の加熱調理器。 The substrate further comprises pyrolytic carbon and / or graphite particles.
The cooking apparatus according to claim 1 or 2.
ことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の加熱調理器。 The surface of the substrate is coated with ceramics and / or fluororesin.
The cooking device according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooking device is characterized by the above.
炭素繊維不織布に樹脂成分を添加してプリプレグとなすプリプレグ作製工程と、
前記プリプレグを加熱対象物が収容される調理器本体の形状に成形する成形工程と、
成形されたプリプレグを１０００〜２５００℃で熱処理して、前記樹脂成分を炭素化させて炭素繊維強化炭素複合材料からなる前記調理器本体の基体を得る炭素化工程と、
を備えることを特徴とする加熱調理器の製造方法。 In a method for manufacturing a cooker having a cooker body in which an object to be heated is housed and at least the bottom of the cooker body is heated.
A prepreg manufacturing process in which a resin component is added to a carbon fiber non-woven fabric to form a prepreg,
The molding process of molding the prepreg into the shape of the cooker body in which the object to be heated is housed, and
A carbonization step of heat-treating the molded prepreg at 1000 to 2500 ° C. to carbonize the resin component to obtain a base of the cooker body made of a carbon fiber reinforced carbon composite material.
A method for manufacturing a cooking device, which comprises.
ことを特徴とする請求項５に記載の加熱調理器の製造方法。 The prepreg manufacturing step is a step of adding natural graphite powder together with the resin component to the carbon fiber non-woven fabric.
The method for manufacturing a cooking device according to claim 5, wherein the cooking device is manufactured.
前記炭素化工程は、前記黒鉛製の一対の型を用いて前記プリプレグを挟み込んだ状態で熱処理する工程である、
ことを特徴とする請求項５又は６に記載の加熱調理器の製造方法。 The molding step is a step of sandwiching and molding the prepreg using a pair of graphite molds.
The carbonization step is a step of heat-treating the prepreg while sandwiching the prepreg using the pair of graphite molds.
The method for manufacturing a cooking device according to claim 5 or 6, wherein the cooking device is manufactured.
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