JP2507097B2 - セルフクリ―ニング触媒体および加熱調理器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はオーブン，グリルといった加熱調理器で調理
する際に発生した汚れを加熱下で分解・除去する機能を
持つ触媒体と前記触媒体を施した加熱調理器に関するも
のである。

従来の技術 肉や魚等の調理を行った際に調理器庫内壁に付着する
汚れを加熱下で分解・除去する方法には大別して次の３
つがある。

第１は庫内壁にホーロー質の被膜を形成し、ホーロー
表面温度で約450℃以上になるように庫内温度を上げ熱
によってホーロー表面の汚れを分解するものである。

第２は無機金属のリン酸塩やケイ酸塩、あるいはホー
ローをバインダーとし、これにMn,Cu,Fe,Co,Ni等の遷移
金属酸化物やアルカリ土類酸化物を触媒として分散した
多孔質膜を庫内壁面に形成した場合である。

このような被膜は金属酸化物の触媒作用で油汚れを低
温で燃焼させ分解するものである。

第３は同じく無機金属のリン酸塩やケイ酸塩、あるい
はホーロー質をバインダーとし、金属酸化物粉末あるい
は貴金属粉末を分散させ塗料化したものを金属多孔体
に、前記金属多孔体の表面形状が残存する程度に薄く塗
布した触媒体と庫内壁面に形成した場合である。（例え
ば、特公昭59−40062号公報） 発明が解決しようとする課題 しかしながら上記従来の技術には次のような課題があ
る。ホーローでは温度が500℃以上になるとクラックが
発生し剥離する。このため鉄基材が腐食し調理器として
の使用に耐えなくなる。

またリン酸塩やケイ酸塩をバインダーとした多孔質膜
については油汚れを完全燃焼させるために油と触媒との
接触面積をふやし被膜中の酸素拡散をよくするため被膜
をできるだけ多孔質にしなければ浄化性能は得られな
い。しかし多孔質にすると硬度が低くなり剥離したり傷
ついたりし実用上問題がある。また焼け残ったタール成
分や灰分が多孔質の隙間に入り込んで沈着してしまい浄
化性能が徐々に低下する可能性がある。

また金属多孔体に塗料を塗布した場合も、酸化物ある
いは貴金属の粉末がバインダーで覆われて活性が落ちる
ため油汚れを完全燃焼させるためにできるだけ空隙率の
高い金属多孔体を用い酸素拡散を上げなければならな
い。

しかし、反面空隙率が高いと目詰まりや外観上も庫内
壁としての実用に適さない等の問題がでてくる。また金
属は一般に油との濡れ性も悪く、バインダーを用いて酸
化物を塗布する上記方法では400℃で２時間以上の焼き
きり時間が必要であり実用的でない。

上記のように従来技術ではいくつかの課題があるが、
本発明では空隙率の高い触媒体上に表面硬度の高い触媒
体を設けることにより、浄化性能を表面硬度の両方を兼
ね備えた触媒体を提供するものである。

課題を解決するための手段 上記課題を解決するために本発明では、触媒を担持し
たセラミック繊維から成る触媒体を、同じく触媒を担持
した金属繊維から成る多孔体で覆うことにより浄化性能
と触媒体表面の強度，外観，平滑さとを兼ね備えた触媒
体を形成し、この触媒体を調理器の庫内壁面に用いて、
調理中に発生し、庫内壁面に付着した油汚れを浄化する
ものである。

作用 上記構成による触媒体の作用について説明する。まず
本発明で用いるセラミック繊維から成る多孔体（以下セ
ラミック繊維多孔体と示す）はセラミックの微細繊維を
積層しており非常に高い空隙率を有するため触媒を担持
もしくは分散させると触媒と油との接触や酸素の供給が
十分に行なわれ触媒の持つ酸化活性が十分発揮できる。
しかし表面硬度が低く単独では実使用に適さない。また
同じく本発明で用いている金属繊維から成る多孔体（以
下金属繊維多孔体と示す）は金属繊維の材質としてAlも
しくはステンレスを用いているため、セラミック繊維と
比較して強度が非常に高い。また平均繊維径が数μレベ
ルと非常に細かい繊維が積層されているため空隙率も高
い。

しかし金属繊維多孔体はセラミック繊維多孔体と比べ
て油分との濡れ性が悪く油分を通過させやすい。

従って触媒を担持した金属繊維多孔体単独で用いる
と、通過した油分が調理器内壁と金属繊維多孔体との隙
間に入り込んで蓄積しタール化してしまう。

そこで、本発明ではセラミック繊維多孔体の上に金属
繊維多孔体を被覆し、通過した油分は油分との濡れ性の
よいセラミック繊維多孔体部で保持し酸化分解する方式
とした。

尚、一部金属繊維多孔体に付着した油分を酸化分解で
きるよう金属繊維多孔体にも触媒を担持した。

また酸化分解の反応の場であるセラミック繊維多孔体
は金属と比べて熱放出が少ないためヒータの熱を効率よ
く酸化分解に利用できる。

また本発明でセラミック繊維多孔体及び金属繊維多孔
体に含有させる酸化物としてはCe,Cu,Mn,Co,Ni,Feのう
ちから選択される少なくとも一種以上の希土類もしくは
遷移金属酸化物の酸化物を用いた。これらの酸化物は油
汚れ等のような炭化水素の酸化分解に対して高い活性を
示すため特に組成を限定するものではない。

但し、一実施例として本発明ではCe,Cu,Mnの複合酸化
物（以下この複合酸化物を表現上、CeCu_xMn_1-xO_y（０＜
ｘ＜1,y＞０）と示す。ただし、構造を示すものではな
い。）を用いた。前記複合酸化物は単一元素あるいは２
種元素の複合酸化物に比べ炭化水素の酸化に対して高い
活性を示す。これはCeとCu,Mnの３元素系酸化物におい
ては酸化物の表面における元素が多くの原子価をとるか
らであり（例えばMnは３価,4価、Cuは１価,2価など）、
つまりは単一あるいは２成分系では見られない異元素間
での原子価制御が行なわれ、反応に関してより適した表
面を作るからである。このことはXPSで認められる。

実施例 以下本発明について一実施例を用いて説明する。な
お、触媒については前記したように一例としてCeCu_xMn
_1-xO_y（０＜ｘ＜1,y＞０）を用いた。

まず触媒体の製法について説明する。

セラミック繊維多孔体としてはシリカ・アルミナ繊維
（SiO₂:Al₂O₃≒1:1,平均繊維径2.8μｍ、空隙率92％，
厚み1mm）を用いた。

金属繊維多孔体としては、オーステナイト系ステンレ
ス鋼の微細繊維を積層した厚み0.5mmのもの（空隙率65
〜80％）及びAl不織布をAlエキスパンドメタルでサンド
イッチした厚さ1mmのもの（空隙率50〜60％）を用い
た。

この他にもステンレスの微粉末を焼結した多孔材料を
用いることができる。アルミニウムやステンレスの繊維
の微粉末を用いて、真空下で加圧下、焼成すると、金属
が互いに拡散接合により接着し、多孔性焼結体が得られ
る。ステンレスの場合は高温が必要であるが、アルミニ
ウムの焼結は、数百度の低温で可能である。

触媒の担持方法について３通りの方法を、CeCu_xMn_1-x
O_y（０＜ｘ＜1,y＞０）を例に挙げて説明する。第１はC
e,Cu,Mnのいずれも硝酸塩を所定のモル比で混合し、水
溶液にしたものにNaOH,Na₂CO₃などのアルカリ水溶液を
加えCe,Cu,Mnを水和物の形で沈澱させる。次にこの沈澱
を中性になるまで水洗し、乾燥後450℃以上で焼成し得
られた酸化物を乳バチで粉砕し微粉化する。このように
して得られた酸化物の微粉末を直接セラミック繊維多孔
体及び金属繊維多孔体に分散させる方法である。

第２は同じくCe,Cu,Mnのいずれも硝酸塩を所定のモル
比で混合し、水溶液にしたものをスプレーガン（スプレ
ー条件の一例；デビルビス製スプレーガン，ノズル口径
1.4mmφ,Air圧1.5〜2kg/cm²）で塗布し450℃以上で30分
間程度焼成する方法である。

第３には同じくCe,Cu,Mnのいずれも硝酸塩を所定のモ
ル比で混合し、水溶液にしたものに直接セラミック繊維
多孔体及び金属繊維多孔体をディッピングして450℃以
上で30分程度焼成する方法がある。

第１図及び第２図に本発明の実施例である触媒体の概
念断面図を示す。

第１図及び第２図は前記した３つの触媒担持方法のう
ち第１番目に示したように酸化物の微粉末１を直接セラ
ミック繊維多孔体２及び金属繊維多孔体３に分散させ、
２層を支持物４で挟着したものである。また金属繊維多
孔体として第２図では金属綱の微細繊維を積層したも
の、第３図では金属繊維不織布をエキスパンドメタル５
でサンドイッチしたものを示した。

次にこのようにして作成した触媒体の油浄化性能につ
いて説明する。

セラミック繊維の重量に対して酸化物の微粉末（Ce:C
u:Mn＝1:0.3:0.7（650℃焼成））を5,10,25,50重量・％
分散させたもの、（それぞれA,B,C,D）、ステンレス綱
の微細繊維の積層板を金属塩水溶液中にディッピングし
焼成したもの（Ｅ）（酸化物担持量20重量・％）酸化物
微粉末20重量・％を分散させたAl不織布をAlエキスパン
ドメタルでサンドイッチしたもの（Ｆ），及びＤとE,D
とＦをＤを下にして重ねたものを用いて評価した。

評価方法はサラダ油を0.15g、0.01m²の試験片上に滴
下し、任意の温度保持したオーブン中に入れサラダ油が
焼ききれたものは○、焼ききれなかったものは×で評価
した。

結果を次表に示す。

表より本発明で用いた触媒ではセラミック繊維の重量
に対して25重量・％以上担持すれば300℃でサラダ油が
焼ききれることがわかる。また今回Ａ〜Ｄでは650℃焼
成の触媒を用いたが本発明の系の触媒ではより低温の45
0℃程度で焼成し非晶質の部分を多くしておいた方がよ
り活性が高いことがわかっており、触媒を低温焼成する
ことにより油汚れの焼き切り温度が更に低くなると推定
される。

E,FはCe,Cu,Mn系で450℃で焼成を行った。

総合的に判断して、セラミック繊維多孔体，金属繊維
多孔体共に300℃程度で油汚れを焼ききることができ
る。

しかし金属繊維単独では油との濡れ性が悪いためセラ
ミック繊維多孔体の場合より活性が落ちる。そこで金属
繊維とセラミック繊維を重ねて用いると（G,H），金属
繊維多孔体を通過した油はセラミック繊維内で分解し、
更に金属繊維上に付着した小量の油も分解するため油分
を完全に焼ききることができる。酸化触媒による油分の
分解プロセスは、酸化触媒により油分の炭化水素鎖が部
分酸化を受け、不安定な中間酸化生成物となって、ガス
状の低分子ガスへと分散される。さらにその低分子ガス
は、酸化触媒で水や炭酸ガスへと完全酸化される。この
反応は、いずれも発熱反応で反応の連鎖により酸化触媒
近傍では著しい温度上昇が発生し、これがさらに急激に
連鎖し、燃焼反応へと進行し、油分が完全に焼き切れる
と推定される。

次に本触媒体のもう１つの特徴である表面強度につい
て説明する。

上記したサラダ油の焼ききり性能の評価に用いたのと
同じ触媒体に、酢，しょう油，ケチャップ，マヨネー
ズ，ソース，カレー粉という６種の調味料をそれぞれ0.
15gずつ滴下し380℃で１時間加熱した。結果、G,Hは
酢，しょう油，ソースが跡形なく焼け、ケチャップは固
く黒い灰が、マヨネーズは白い灰が、カレー粉では黒い
灰が触媒体上に付着していた。しかし灰はふきん等でふ
きとるときれいにはがれた。強度の高い金属繊維多孔体
が上面にあるため表面強度は実用上問題ないと思われ
る。

次に実際に調理器の庫内壁面に上記触媒体を取り付け
た。第３図に断面図を示す。取り付けの方法は接着，上
記した触媒体の支持物と庫内壁面６との溶接などが可能
であるが今回は支持物を庫内壁面６にスポット溶接して
取り付けた。

第４図はここで組立てた調理器に用いた触媒体表面の
平面図である。調理室内の各面が第４図に示した外観を
しており、触媒体表面８と支持用の枠９とがあり、支持
用の枠９と第３図の調理室内壁６とガスポット溶接され
ている。

第５図は、ここで組立てた調理器の外観図で、調理室
ドアは除いている。

実際に油の出やすい鳥肉や魚７を調理し、調理終了後
に触媒体表面の汚れを観察したが油汚れはほとんど見ら
れなかった。

また金属繊維多孔体の表面は手触わりも外観もよく、
調理器の壁面材料として異和感がないと思われる。

発明の効果 以上説明したように本発明の触媒体は、多孔質である
ため油汚れの分解性能が非常に高く、調理器壁面に用い
れば300℃で数分レベルで調理中に発生し壁面に付着し
た油汚れを浄化することができる。

また金属繊維で表面の強度を上げているため、外観や
手触わりもよく、焼け残った灰分や付着物等は簡単にふ
き取ることができるため調理器庫内壁面をいつまでもき
れいな状態に保つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明の一実施例における
セルフクリーニング触媒体の概念断面図、第３図は同セ
ルフクリーニング触媒体を用いた調理器の断面図、第４
図は同セルフクリーニング触媒体の表面の平面図、第５
図は調理器の外観斜視図である。 １……酸化触媒、２……セラミック繊維から成る多孔
体、３……金属繊維から成る多孔体、４……支持物、５
……エキスパンドメタル、７……被調理物、８……触媒
体表面。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福田 明雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平２−169031（ＪＰ，Ａ)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸化触媒を含みSiO₂,Al₂O₃,ZrO₂のうちい
   ずれか少なくとも一種の酸化物を主成分とするセラミッ
   ク繊維からなる多孔体を内表面すなわち被浄化面側を酸
   化触媒を含む金属繊維からなる多孔体でさらに対向する
   面を支持物で挟着してなり、前記酸化触媒として、Ce,C
   u,Mn,Co,Ni,Feのうちから選択される少なくとも一種の
   希土類もしくは遷移金属酸化物を用いたセルフクリーニ
   ング触媒体。
2. 【請求項２】前記金属繊維からなる多孔体は、金属の微
   細繊維を積層したもの、あるいは板状の金属長繊維の少
   なくとも片面にエキスパンドメタルを設けて接合したも
   の、あるいは金属粉末からの焼結体を用いてなる特許請
   求項の範囲第（１）項記載のセルフクリーニング触媒
   体。
3. 【請求項３】酸化触媒を含みSiO₂,Al₂O₃,ZrO₂のうちい
   ずれか少なくとも一種の酸化物を主成分とするセラミッ
   ク繊維からなる多孔体を内表面すなわち被浄化面側を酸
   化触媒を含む金属繊維からなる多孔体でさらに対向する
   面を支持物で挟着してなり、前記酸化触媒として、Ce,C
   u,Mn,Co,Ni,Feのうちから選択される少なくとも一種の
   希土類もしくは遷移金属酸化物を用いたセルフクリーニ
   ング触媒体を調理室内壁に設けた加熱調理器。
4. 【請求項４】前記金属繊維からなる多孔体は、金属の微
   細繊維を積層したもの、あるいは板状の金属長繊維の少
   なくとも片面にエキスパンドメタルを設けて接合したも
   の、あるいは金属粉末からの焼結体を用いてなる特許請
   求の範囲第（３）項記載の加熱調理器。