JP4161351B2 - 電磁誘導加熱用調理器及び電磁誘導加熱調理装置 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導加熱方式により加熱される電磁誘導加熱用調理器及びその鍋状調理器を有する電磁誘導加熱調理装置に関する。

従来の電磁誘導加熱用調理器として、非磁性金属で鍋状調理器の形状を構成し、その非磁性金属の外側に磁性金属からなる発熱層を溶射するというものがある。そしてこの溶射層の厚みで熱容量を調節している。さらに鍋状調理器を加熱する加熱コイルの下方に他の部分よりも強く加熱されるフェライトを配設し、この位置に合わせて鍋状調理器の底面に凸状のリブを放射状に設け、凸状のリブの裏面側には鍋状調理器の磁性金属からなる発熱層を他の部分よりも厚くする構成となっている。これによって、鍋の一部分を他の部分よりも高い温度にすることができ、生じた温度差による対流で、全体に均一な加熱を実現するものとしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−１６７１１４号公報（請求項１、図１）

前記従来例の構成において、鍋状調理器の一部分の熱容量を大きくするためには溶射層の厚みを変化させる必要がある。しかし、溶射という方法から、厚みや形の自由度が低い。さらに、凸状のリブを設ける位置についても、機体に配設される加熱コイルやフェライト、センサ等の位置との整合が必要であり、鍋状調理器の形状はそれを収容する機体による制約を受ける。

本発明は、上述のような課題を解決するもので、鍋状調理器の設計自由度が高く、また米のように糊化が始まると粘性が高くなる食材であっても、大きな対流を促進し、均一な加熱を実現すると共に、製造コストを抑えることができる電磁誘導加熱用調理器及び電磁誘導加熱調理装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る電磁誘導加熱用調理器は、電磁誘導加熱方式により加熱される鍋状調理器において、前記鍋状調理器がカーボンを主体とする粉粒物の焼結体により構成され、底部に厚さの厚い部分と薄い部分とを有し、前記厚い部分は、前記底部の内側に表面が平らな凸状部で形成され、前記凸状部は、設定されている前記鍋状調理器内に投入される被調理物の調理可能な最低量の高さより低く形成する構成としたものである。

本発明では、鍋状調理器がカーボンを主体とする粉粒物の焼結体により構成され、底部に厚さの厚い部分と薄い部分とを有する構成としたので、均一な加熱を行うための適正な位置に誘導加熱コイルを配設できない状況にあっても、例えば鍋底面の中央部分の温度を外周部よりも常に高温状態を維持することができ、食材の対流を十分に行うことができる。

以下、本発明に係る電磁誘導加熱用調理器の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。ここでは、一例として電気炊飯器の適用例を示すが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、電磁誘導加熱方式の調理用鍋にも利用できるものである。

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用調理器を有する電磁誘導加熱調理装置の構造を示す断面図である。
この電磁誘導加熱調理装置は、本体１と、本体１に内装固着された容器カバー２と、カーボン焼結体から形成され、容器カバー２に着脱自在に内装される鍋状調理器３とを備えている。そして、この鍋状調理器３は、底部に厚さの厚い部分と薄い部分とを有する。厚さの厚い部分は底面中央部に設けられており、内側に凸状に形成された凸部４となっている。本実施の形態では、凸部４は後述する加熱コイルと同心円状に形成されている。ここに、ｔは凸部４の厚さを示す。

容器カバー２にはその外壁部に電磁誘導加熱用の環状の加熱コイル５が設けられている。この加熱コイル５は、容器カバー２の外底部に設けられた第１加熱コイル５ａと、外底部コーナー部に設けられた第２加熱コイル５ｂとから構成されており、各々のコイルはスパイラル状に旋回され直列に接続され、高周波電流が供給されるようになっている。また、容器カバー２の底面中央部には孔が貫通して設けられ、その筒状部６内には圧縮バネ８により下方から支持された温度センサ７が収容され、温度センサ７の収納ケース上端面を鍋状調理器３の底面中央部に接触させて鍋状調理器３の温度を検出するようになっている。

カーボン焼結体からなる鍋状調理器３は、フランジ部が容器カバー２の上方フランジ部に例えば３箇所凸部で形成された支持部材９で支持され、容器カバー２との間に所定の間隙を介して保持される。さらに、本体１の上方開口部を開閉するための外蓋１０が本体１と図示しないヒンジによりヒンジ結合されており、外蓋１０内には鍋状調理器３の上方開口部を密閉するための内蓋１１が係止用突起１２で着脱自在に保持されている。そして、この内蓋１１の外周縁部に設けられた環状の溝部内にシール材である蓋パッキン１３が装着され、この蓋パッキン１３が鍋状調理器３のフランジ部に密接することにより鍋状調理器３を内蓋１１で密閉する構成となっている。
また、外蓋１０および内蓋１１を貫通して蒸気口部材１４が設けられている。蒸気口部材１４は内部が空洞に形成されており、鍋状調理器３内に対向する内側部分には蒸気逃がし弁１５が、外側部分には蒸気逃がし弁または蒸気口１６が設けられている。なお、図１において、１７は外蓋１０の一部に設けられた操作・表示部である。

図２は、この電磁誘導加熱調理装置の駆動回路を示すブロック図である。図２において、２０は商用周波数の交流電源、２１は加熱コイル５に高周波電流を供給するインバータ回路、２２はインバータ回路２１を駆動制御する制御部、２３は温度センサ７による鍋状調理器３の温度検出部である。また、１７は上記の操作・表示部である。この駆動回路はマイクロコンピュータにより構成されており、インバータ回路２１、制御部２２、温度検出部２３等の主要部は電磁誘導加熱調理装置の内部に組み込まれている。

ここで、図１、図２を参照して、この電磁誘導加熱調理装置の動作について説明する。
始めに所定量の米を鍋状調理器３内に入れた後、米量に応じた水を入れる。その後、鍋状調理器３を容器カバー２に載置し外蓋１０を閉めると、内蓋１１の蓋パッキン１３が鍋状調理器３のフランジ部に圧接されて鍋状調理器３が密閉シールされる。その後、操作・表示部１７にて炊飯工程スイッチをオンして炊飯工程がスタートする。

加熱コイル５ａ、５ｂには、インバータ回路２１から高周波電流が供給され、高周波磁界が発生し、加熱コイル５ａ、５ｂと磁気結合した鍋状調理器３の加熱コイル対向面が励磁され、鍋状調理器３の鍋底部に渦電流が誘起される。この渦電流と鍋状調理器５の持つ抵抗によりジュール熱を生じ、鍋底部が発熱して加熱が行われる。

この鍋状調理器３はカーボン焼結体により構成されている。カーボンは非磁性のため比透磁率が１であり、鍋への投入電力を上げるには、式（ａ）より抵抗率ρ（Ωｍ）を高くする必要がある。
Ｐ＝Ｎ²√（４π²×１０^-7）×√（ｆ×ρ×μ）×Ｉ² ・・・（ａ）

Ｐ：鍋投入電力、 Ｎ：加熱コイル巻き数、 ρ：固有抵抗
ｆ：周波数、 μ：透磁率、 Ｉ：コイル電流

抵抗率は、非磁性である１８−８ステンレスの抵抗率（７．２×１０^-7）以上を設定することにより炭素でも電磁誘導加熱が可能となる。そしてこの鍋状調理器３は、抵抗率７．２×１０^-7以上の高抵抗を有している。
カーボンで構成された鍋状調理器３は、クラッド材（例えば、Ａｌ：１．７ｍｍ、ＳＵＳ：０．５ｍｍ）の厚さ方向の熱伝導率（８７Ｗ／ｍＫ）に対して、約１．３倍（１１３Ｗ／ｍＫ）の高熱伝導特性を持つため、短時間に鍋状調理器３の温度が均一に上昇し、その結果、米に対して均一に効率よく加熱が行われる。

この鍋状調理器３は以下のようにして製作した。
まず、コークスの粉粒物を主体とするカーボン原料を３００℃の溶融状態にある石油タールピッチとともに混練して加圧しながら丸棒状態に押出し成形し、３０００℃の無酸素状態で焼結処理して９９．９％以上の純度で密度が１．７ｇ／ｃｍ³の凝結体とした。そしてこのカーボン材のブロックを、旋盤を用いた切削加工によって肉厚が底面中央部分で７．５ｍｍ、その他の部分で５ｍｍとなるように鍋状容器の形状に加工した。

ここで、鍋状調理器における磁力線１８と熱伝導の関係を図３に模式的に示す。例えば、図３（ａ）のように鍋状調理器の鍋底面がフラットである場合、鍋状調理器の材料内部における熱抵抗は均一なため、誘導電流によって得られた熱は、図３（ａ）の矢印で示すように鍋状調理器の底面に垂直な方向に伝わる。そのため、コイル直上の食材が最も加熱されやすいことになり、不均一な加熱状態となる。
一方、本実施の形態における鍋状調理器３では、図３（ｂ）に示すように、底面中央部の直下には加熱コイル５が配設されていないため、鍋状調理器３の底面中央部分は加熱されにくい。しかし、凸部４を備えた場合には、鍋状調理器３の内側表面（図中Ａ）における熱抵抗よりも、凸部４の熱抵抗が小さいため、誘導電流によって得られた熱は、図３（ｂ）のように凸部４の方向に伝わりやすい。その結果、凸部４は周囲よりも高温となり、得られた温度差によって対流が促進される。

電磁誘導加熱による浸透深さは、式（ｂ）で表される。

δ＝５．０３×√（ρ／（μ×ｆ）） ・・・（ｂ）
δ：浸透深さ、 ρ：固有抵抗、 μ：透磁率 ｆ：周波数

浸透深さは、周波数５０ｋＨｚの場合７．１ｍｍとなるため、渦電流による発熱を余すところなく利用するには、凸部４の適正厚さは、７ｍｍ以上必要である。一方、凸部４の厚さの上限は、鍋状調理器３を用いて最小炊飯量である１合を炊飯する場合の食材の深さ２８ｍｍがその上限となる。２８ｍｍを超える厚さを備えた場合、食材よりも鍋状調理器の凸部４が高くなり、食材と接しない部分が増えるため、効率が著しく低下するとともに、炊き上がり具合や食味もまずくなる。このように、凸部４の形状としては、最小炊飯量である１合の食材に埋没するような形状つまり高さｔを低くすることと、鍋状調理器３内の食材をしゃもじなどで取り出す際に引っかかりが無いような形状とすることが必要である。したがって、凸部４は、緩やかな傾斜面からなる凸形状、つまり底部に対し鋭角の斜面角度からなる傾斜部（図１の４ａ）を有するようにすることで、鍋状調理器３内の食材をしゃもじで取り出す際にはしゃもじは傾斜に沿って移動して引っかかることがなく、かつ最小炊飯量の食材に埋没するような高さｔの低い凸部４とすることができる。

また、環状の加熱コイル５では加熱コイル５を備えていない部分、鍋状調理器３の底面中央部を強く加熱することが、対流を促進し食材全体を均一に加熱することに有効であるため、凸部４を設ける部分は底面中央部分でかつ凸部４の少なくとも一部が加熱コイル５の直上つまり対向するようにするのが適している。
詳しくは、円状の凸部４の周縁部の一部が環状の加熱コイル５に対向するようにすることで、凸部４の周縁部全体から囲うように誘導電流によって得られる熱が伝わるため、一気に凸部４に熱が伝わり高温になり、効率良く凸部４に熱を伝えることができる。

本実施の形態における鍋状調理器３は、切削加工により成形するため厚さ分布をもたせることは容易であり、厚みや形状の自由度が大きいものである。そのため、鍋状調理器３は機体による制約を受けることなく任意の温度分布を得ることができる。本実施の形態では、底面中央部分の凸部４が側面や底面外周部分の厚さ５ｍｍに比較して緩やかに厚くなる構造とし、最も厚い中心部分で７．５ｍｍとなるように設計した。

さらに、切削加工された鍋状容器に液状の樹脂を含浸させたのち、調理面に相当する内面にフッ素樹脂を塗装することによって塗装面の接着性に優れる内部表面を形成した。具体的には、切削加工した鍋状容器の内面に、ＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）の水分散溶液にフッ素樹脂と同じＰＦＡ（テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体）の微粉末を２０ｖｏｌ％分散させて粘度が１５００ＣＰＳである高粘度の液状樹脂を約２０μｍの厚さでスプレーした後、１２０℃で１０分間の乾燥処理を行い、フッ素樹脂との接合に供するプライマー層を形成した。
このように、フッ素樹脂を鍋状調理器３の内面にコーティングすることにより、下地の塗装面との接着性が向上するとともに、食材との剥離性および洗浄性に優れた鍋状調理器を提供することができる。

その後、調理用食材の洗浄を容易にする最表面層を形成するため、フッ素樹脂であるＰＦＡの微粉末を吹き付けによって保持した後、３８０℃の雰囲気中に投入して外部面より加温する。外部面からの加熱は、微粉末の溶融が塗装面基材側から徐々に行われることによって内部に気泡が残留しないようにしたものであって、最表面までがほぼ均一に加温されて全体の溶融する時間が１０〜２０分間であることが好ましい。
以上のようにして製造した鍋状調理器３の断面図を図４に示す。

この鍋状調理器３を、電磁誘導加熱調理器具として水を入れた状態で加熱コイルからの誘導電流を受けて発熱させた。このとき、底面中央部分、底面外周部分、側面部分の温度を計測した結果を、図５に示す。その結果、底面中央部分の温度は開始直後から他の部分、特に側面部分と比較して明らかに温度が高いことが判る。また、しばらくすると底面中央部分、底面外周部分の温度が交差することから、互いの温度差によって対流が起きていることが判る。このため、鍋の内部に投入した水が加熱されるとともに、投入した調理用食材を撹拌して均一に加熱することを示唆する激しい対流が発生していることを確認した。

鍋状調理器３の底面は凸部４を設けることにより熱容量が大きくなるため、水が沸騰する際に同一箇所から連続して気泡が発生する。これは発泡点を核として発生する気泡である核沸騰箇所で発生した最初の気泡（蒸気）が底面を離れてもなお核沸騰箇所の温度低下が小さいため、核沸騰の条件が持続するためである。ここで、米を炊飯する場合の気泡の挙動について説明する。米と水が混在する状態で水の温度が上昇すると米が糊化し水の粘度が高くなる。粘度の高い水の中では核沸騰で発生した小さい気泡は単体では上昇できずに停滞してしまうが、同一箇所で気泡が連続して発生すると塊となって大きな浮力を生じるため、水および米を貫いて表面まで到達する。したがって、熱の伝わりにくい鍋状調理器３の中央部を蒸気が通りぬけて周囲に熱が伝わるため、中央部まで均一に温度上昇する。また、気泡の通り道が多数形成されることにより、米の間に空間が生じるため炊き上がり時の米飯の密着度合いが弱くなるため、食感の良い仕上りとなる。

実施の形態２．
実施の形態１では、鍋状調理器３の底面中央部分を凸部とする例で説明したが、例えばカニ穴を作りたい位置を凸部４とすることも有効である。そうすると、任意の位置にカニ穴を作ることができ、視覚的においしい炊き上がりの外観を得ることができる。これを実施の形態２として図６に示す。各凸部４の厚さは上述したように７ｍｍ以上２８ｍｍ以下である。

以上の実施の形態１、２では凸部の厚さを７．５ｍｍで説明したが、浸透深さが周囲の厚さよりも深い場合は、周囲の厚さよりも凸部の厚さを厚くすれば同等の効果が得られるので、７．５ｍｍに限られるものではない。同様に、周囲の厚さ、周波数も、上記の数値に限られるものではない。また、厚みを厚くする部分では、鍋状調理器の内外どちらを凸にしてもよいが、内側を凸にする方が好ましい。また、鍋状調理器の加工方法も特に限定されるものではない。

本発明の実施の形態１に係る電磁誘導加熱用調理器を有する電磁誘導加熱調理装置を示す断面図である。 この電磁誘導加熱調理装置の駆動回路を示す図である。 鍋状調理器の底面がフラットの場合（ａ）と凸部を有する場合（ｂ）の熱伝導特性図である。 実施の形態１における鍋状調理器の断面図である。 実施の形態１における鍋状調理器の温度上昇特性図である。 本発明の実施の形態２に係る鍋状調理器の外観を示す斜視図である。

符号の説明

１ 本体、２ 容器カバー、３ 鍋状調理器、４ 凸部、５ 加熱コイル、６ 筒状部、７ 温度センサ、８ 圧縮バネ、９ 支持部材、１０ 外蓋、１１ 内蓋、１２ 係止用突起、１３ 蓋パッキン、１４ 蒸気口部材、１５ 蒸気逃がし弁、１６ 蒸気逃がし弁または蒸気口、１７ 操作・表示部、１８ 磁力線、２０ 交流電源、２１ インバータ回路、２２ 制御部、２３ 温度検出部。

Claims (11)

1. 電磁誘導加熱方式により加熱される鍋状調理器において、前記鍋状調理器は、カーボンを主体とする粉粒物の焼結体により構成され、底部に厚さの厚い部分と薄い部分とを有し、前記厚い部分は、前記底部の内側に表面が平らな凸状部で形成され、前記凸状部は、設定されている前記鍋状調理器内に投入される被調理物の調理可能な最低量の高さより低く形成することを特徴とする電磁誘導加熱用調理器。
2. 電磁誘導加熱方式により加熱される鍋状調理器において、前記鍋状調理器は、カーボンを主体とする粉粒物の焼結体により構成され、底部に厚さの厚い部分と薄い部分とを有し、前記厚い部分は、前記底部の内側に複数の凸状部で形成され、前記複数の凸状部は、設定されている前記鍋状調理器内に投入される被調理物の調理可能な最低量の高さより低く形成することを特徴とする電磁誘導加熱用調理器。
3. 前記凸状部は、底部に対し鋭角の斜面角度からなる傾斜部を有することを特徴とする請求項１または２記載の電磁誘導加熱用調理器。
4. 前記凸状部の厚さは、７〜２８ｍｍとすることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電磁誘導加熱用調理器。
5. 前記底部は、前記凸状部以外の内面をフラットに形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載の電磁誘導加熱用調理器。
6. 前記底部の外側はフラットに形成したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載の電磁誘導加熱用調理器。
7. 前記鍋状調理器は、内面にフッ素樹脂をコーティングしたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか記載の電磁誘導加熱用調理器。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の電磁誘導加熱用調理器を備えたことを特徴とする電磁誘導加熱調理装置。
9. 前記電磁誘導加熱用調理器を発熱させる誘導加熱コイルを備え、前記電磁誘導加熱用調理器の底部に厚さの厚い部分と薄い部分とを有し、前記厚さの厚い部分は、少なくとも一部が前記誘導加熱コイルに対向するように設けることを特徴とする請求項８記載の電磁誘導加熱装置。
10. 前記凸状部は、環状の前記誘導加熱コイルと同心円状に形成したことを特徴とする請求項９記載の電磁誘導加熱装置。
11. 前記凸状部は、その周縁部が前記誘導加熱コイルに対向するように形成したことを特徴とする請求項１０記載の電磁誘導加熱装置。

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