JP4301058B2 - 電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導加熱される電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋に関するものである。

従来、広く世間一般に市販されている調理鍋は、アルミニウム、ステンレス、チタン、鉄、あるいはこれらを組み合わせた複合材を基材として構成されているが、近年、清潔感や高級感を求める観点からステンレスを主体にしたものが主流を占めており、一部にチタンを主体とした調理鍋も見受けられる（例えば、特許文献１参照）。

また、良好な調理性能を得るために、調理鍋は厚板化、多層化する傾向が見られるが、調理鍋の基材を構成する上述の材料はいずれも金属材料であるため重く、特に、調理時の熱伝導の向上を目的にステンレスや鉄、アルミニウムなどが多層に張り合わされている鍋は重量が重くなる傾向が見られる。

さらに、従来、電磁誘導加熱機器上で使用する調理鍋においては、ステンレス単体を基
材としたもの、チタン合金を主体としたものの他、フェライト系ステンレス等の磁性金属を調理鍋基材の外側に配し、その内側にアルミニウムを積層する、あるいは、場合によってはさらにその内面にステンレスを積層しているものなどがあり、厚板化、多層化の傾向が一層顕著である（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２には、従来の電磁誘導加熱用調理鍋が示されているが、これは熱伝導率の大きい金属材と、この金属材の両面にこれよりも熱伝導率の小さい金属材を配した３層のクラッド材を用いた電磁誘導加熱用調理鍋である。

市販品の例として、電磁誘導加熱式炊飯器用の調理鍋の中には、外面は電磁誘導加熱を行うために、板厚０．５ｍｍの磁性ステンレス材で構成し、内側は良好な熱伝導を得るために板厚６．５ｍｍのアルミニウム材を組み合わせたものなどが見られるが、こうしたものは分厚く重い調理鍋となっている。
特許第２６３４７７１号公報 特開平１１−４０３３６号公報

上述のように、近年、清潔感や高級感を求める観点からステンレスを主体にした調理鍋が主流を占め、一部にチタンを主体としたものも市販されているが、ステンレス単体やチタン単体を基材としたものでは基材自体の熱伝導率が低いために熱回りが悪くなり、調理性能に悪影響を及ぼすことがあるので、良好な調理性能を得るために、熱伝導を効率的に行うべく、調理鍋は厚板化、多層化する傾向が見られる。

しかしながら、調理鍋の基材を構成する上述した材料はいずれも金属材料であるために重く、特に、調理時の熱伝導の向上を目的にステンレス、鉄、アルミニウム、チタンなどが多層に張り合わされている鍋は重量が重く、使い勝手が悪いものとなっていた。

さらに、電磁誘導加熱用の調理鍋においては、磁性金属とアルミニウム等の熱良導性金属を積層するものが一般的であり、厚板化、多層化の傾向が一層顕著となっているため重く、使い勝手の悪い鍋となっていた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、軽量で、なおかつ熱回りが良好で、加熱効率がよい電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋を提供することを目的としている。

本発明は上記目的を達成するために、基材をステンレスあるいはチタン合金で構成し、基材の外面全体もしくは外面の一部にグラファイト層を設けたものである。

これにより、比重が小さく軽量で、グラファイト層を高伝熱層とするとともに電磁誘導による発熱層とすることができて、熱回りが良好で、加熱効率がよい電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋を提供することができる。

本発明の調理鍋は、ステンレスまたはチタン合金を基材とし、基材の外面にグラファイト層を設けることにより、軽量であるために使い勝手がよく、なおかつ、熱伝導がよいために、基材およびグラファイト層で電磁誘導加熱により発生した熱が素早く調理鍋全体に伝わり、良好な調理結果を得ることができる。

第１の発明は、基材をステンレスあるいはチタン合金で構成し、前記基材の外面全体もしくは外面の一部に積層した複数のグラファイト層を設けたものであり、且つ、グラファイトは厚さ方向よりも面方向への熱伝達がより早く行われる高配向性の結晶性グラファイトであり、各層間は耐熱接着層により接着していることを特徴とし、電磁誘導加熱により基材およびグラファイト層で生じた熱がグラファイト層を通して素早く調理鍋全体に伝達されるため、熱回りが良好で加熱効率がよく、良好な調理性能が得られるとともに、軽量なグラファイトを用いているため、鍋の軽量化を図ることができる。

第２の発明は、上記第１の発明において、基材の外面に設ける積層した複数のグラファイト層は、総厚さを０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下としたものであり、良好な電磁誘導加熱と熱伝導を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１（ａ）は本発明の実施の形態１における電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋を備えた炊飯器の断面図、図１（ｂ）は同電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の要部拡大断面図、図１（ｃ）は同電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の要部拡大断面図を示すものである。

図１に示すように、炊飯器本体は、鍋（調理鍋）２を着脱自在に収納し、上面開口部を蓋５により開閉自在に覆い、蓋５の内側に調理鍋２に対向するように内蓋６を設けている。また、蓋５に蒸気口７を設けている。鍋２の底部に対向して電磁誘導加熱コイル３を設けるとともに、電磁誘導加熱コイル３の外方に防磁用のフェライト４を設けている。また、鍋２の底部に対向して鍋２の温度を検知する鍋底温度検知センサ８を設けている。制御基板９は、電磁誘導加熱コイル３に高周波電流を供給し、電磁誘導加熱により鍋２を加熱し炊飯するよう構成している。

上記構成において、鍋２内に米および水を適量加えた後、制御基板９を構成するマイクロコンピュータによるプログラム制御により、炊飯および保温工程を実行する。

ここで、鍋２の基材１０は厚さ１．０ｍｍのフェライト系ステンレスで構成し、鍋２の外面には厚さ０．１ｍｍのグラファイトシート１１を５枚積層したグラファイト層１６を貼り合わせており、各グラファイトシート１１間には約１０μｍ厚さのシリコーン樹脂層１２を介在させ、基材１０のフェライト系ステンレスとグラファイト層１６とはシリコーン系耐熱接着層１３により接着している。

ここで、厚さ０．１ｍｍのグラファイトシート１１は高分子フィルムの熱分解により作製される高配向性の結晶性のグラファイトであり、その比抵抗は１μΩ・ｍ、熱伝導率は面方向に約７００Ｗ／ｍ・ｋ、厚み方向に約１５Ｗ／ｍ・ｋとなっているため面方向への熱伝達が素早く行われる。

本実施の形態においては、鍋２はフェライト系ステンレスで構成した基材１０の外面にグラファイト層１６を積層した複合材料であり、ステンレスを基材としているにもかかわらず、高い熱伝導性を有するために、良好な調理結果を得ることができるとともに、軽量で使い勝手のよい調理鍋となっている。

ここで、本実施の形態と同形状を有する厚さ１．０ｍｍのフェライト系ステンレス製の調理鍋を比較例１として炊飯試験を実施した結果を（表１）に示す。

炊飯試験は、５合の米を通常に炊飯したものであるが、炊飯直後の食味試験においては比較例１では、部位によりご飯の火通りが大きく違い、炊飯器本体１の電磁誘導加熱コイル３の対向部直上付近のご飯は加熱が強すぎて鍋２表面への焦げ付きが生じている反面、電磁誘導加熱コイル３の対向部直上付近以外の部位においてはご飯への火通りが悪く、生煮え状態となっている所も見られたため、むらの大きな出来栄えとなった。

これは、ひとえにステンレスの熱伝導率の低さからくる現象であり、本実施の形態においては、熱拡散が素早く生じるためにむらの少ないご飯の出来栄えとなった。

本実施の形態で使用したグラファイトシート１１においては、透磁率は低いが、比抵抗は１μΩ・ｍと比較的高く、適度な導電性もあるために電磁誘導加熱が可能であり、基材１０を構成するステンレスとともに発熱層を形成しているため、高い発熱が得られ、良好な調理結果を得ることができた。

なお、本実施の形態においては、厚さ０．１ｍｍのグラファイトシート１１を５枚積層してグラファイト層１６を構成したが、積層数やグラファイトシート１１の厚さを変更することで熱伝導性や発熱特性を変更することが可能である。

一例として、本実施の形態の鍋２の底外面に積層する厚さ０．１ｍｍのグラファイトシート１１の積層枚数を変え、グラファイト層１６の総厚さを変更しつつ、発振周波数２３ｋＨｚの電磁誘導加熱調理器上で加熱実験を行うと、発生した電力は（表２）のように変化し、グラファイト層１６の厚さを変更することにより電磁誘導加熱特性を制御できることが判明した。

また、このとき、（表２）の沸騰までの加熱時間に示すように、２０℃の水５００ｍｌを１００℃とするのに要した時間も発生電力に応じて変化し、グラファイトシート１１の積層により発熱効率を向上できる。

（表２）より明らかなように、グラファイト層１６の総厚さが０．１ｍｍより薄いときは、発熱量が少なくなり、沸騰するまでの加熱時間が長くなり、グラファイト層１６の総厚さが０．５ｍｍより厚いときは、発熱量、沸騰するまでの加熱時間ともに総厚さが０．５ｍｍの時とほぼ同じであるので、グラファイト層１６の総厚さを０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とすることで、良好な電磁誘導加熱と熱伝導を実現することができる。

グラファイト層１６は電気伝導性を有するため、比抵抗や厚さを調整した上で、適当な周波数を選択すれば電磁誘導加熱も可能となり、電磁加熱調理器での使用が可能となる。

一般に、電磁誘導を行う調理鍋は金属材料であり、特に比透磁率の高い鉄やＳＵＳ４３０を代表とするフェライト系ステンレスなどの金属材料が電磁加熱調理用の調理鍋として広く用いられている。

これは、電磁誘導により調理鍋に発生する熱量Ｐが、調理鍋の比抵抗ρ、比透磁率μ、発振周波数ｆ、電磁誘導加熱コイル３の巻数Ｎ、電磁誘導加熱コイル３の電流値Ｉとしたき、
Ｐ＝（ρμｆ）１／２（ＮＩ）２
で表され、透磁率の高い材料が発熱に有利であるからである。

しかしながら、比透磁率が低い材料であっても、適度な導電性と比抵抗がある材料であれば、誘導加熱が可能になる上、調理器側で発振周波数や電磁誘導加熱コイルの巻数、電流値を選択すれば十分な発熱が得られる。

例えば、比透磁率が低く非磁性であるステンレスＳＵＳ３０４を基材とした調理鍋があるが、ＳＵＳ３０４は比抵抗が比較的高いために、電磁誘導加熱用の調理鍋として充分に実用的であり、実際にＳＵＳ３０４製の調理鍋を加熱可能な電磁誘導加熱調理器も市販されている。

上式において、発振周波数ｆ、電磁誘導加熱コイル３の巻数Ｎ、電磁誘導加熱コイル３の電流値Ｉはいずれも調理器側での変更可能因子であり、また、比抵抗ρと比透磁率μは調理鍋の基材材料由来の因子であり、調理鍋の材料を工夫することにより比透磁率が低い基材であっても、電磁誘導加熱が可能となるため、炭素材料を基材とした本発明の調理鍋においても、比抵抗ρ、比透磁率μ、発振周波数ｆ、電磁誘導加熱コイル３の巻数Ｎ、電磁誘導加熱コイル３の電流値Ｉを調節することによって電磁誘導加熱が可能となる。

以上のように、本実施の形態においては、基材１０をフェライト系ステンレスで構成し、基材１０の外面にグラファイト層１６を設けたので、電磁誘導加熱により基材１０およびグラファイト層１６で生じた熱がグラファイト層１６を通して素早く調理鍋全体に伝達されるため、熱回りが良好で加熱効率がよく、良好な調理性能が得られるとともに、軽量なグラファイトを用いているため、鍋の軽量化を図ることができる。

また、基材１０の外面に設けるグラファイト層１６は、総厚さを０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下としたので、良好な電磁誘導加熱と熱伝導を実現することができる。

なお、本実施の形態では、鍋２の外面全体にグラファイト層１６を設けたが、鍋２の底面や側面部のみにグラファイト層１６を設けて発熱量や熱伝導を制御するようにしてもよく、同様の作用、効果を得ることができる。

（実施の形態２）
図２は本発明の実施の形態２における電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の要部縦断面図で
ある。

図２に示すように、電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の基材１０は厚さ１．０ｍｍのフェライト系ステンレスで構成し、基材１０の外面には厚さ０．１ｍｍのグラファイトシートを５枚積層したグラファイト層１６を貼り合わせ、グラファイト層１６の外面に、耐熱樹脂コーティング１４を施している。

耐熱樹脂コーティング１４はアクリル／シリコーン系の塗料をスプレー塗装後、２００℃、２０分間焼成して得られた厚さ２０μｍの皮膜である。

耐熱樹脂コーティング１４にはシリコーンが添加されているため、非粘着性に優れているので、汚れが付着しにくい調理鍋とすることができる他、耐熱樹脂コーティング１４によりグラファイト層１６の傷付きを防止でき、耐久性の高い調理鍋とすることができる。

以上のように、本実施の形態においては、基材１０の外面に設けるグラファイト層１６は、外面に耐熱樹脂コーティング１４を施しているので、グラファイト層１６を外力から保護することができ、傷つきや摩耗を防止することができる。

なお、本実施の形態では、基材１０の外面に設けるグラファイト層１６の外面に耐熱樹脂コーティング１４を施しているが、耐熱樹脂フィルムをラミネートしてもよく、同様の作用、効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図３は本発明の実施の形態３における電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の要部縦断面図である。

図３に示すように、電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋は、基材１５を厚さ１．０ｍｍのチタン合金で構成してプレス成形し、基材１５の外面には厚さ０．１ｍｍのグラファイトシート１１を３枚積層したグラファイト層１６を上記実施の形態１と同様に貼り合わせており、各グラファイトシート１１間にはシリコーン樹脂層１２を介在させ、基材１５のチタン合金とグラファイト層１６とはシリコーン系耐熱接着層１３により接着している。

通常、チタン合金は非磁性体であり、比透磁率は低く、一般に電磁誘導加熱には不向きな材料であるが、上述のように比透磁率が低い材料であっても、適度な導電性と比抵抗があるものならば、電磁誘導加熱が可能となる。

本実施の形態では、常温加工が比較的容易なβ合金系チタンＳＳＡＴ−２０４１ＣＦ（住友金属工業株式会社製）を基材として用いたが、その標準的な組成はＴｉ−２１Ｖ−３．３Ａｌ−１．０Ｓｎ、比抵抗は１．５５μΩ・ｍであり、高い比抵抗を有するために電磁誘導加熱により十分な発熱が得られる。

ちなみに、純チタンでは比抵抗が０．５μΩ・ｍ前後であるので、電磁誘導加熱により十分な発熱を得ることは困難であり、良好な電磁誘導加熱を得るためには、チタン合金は概ね０．８μΩ・ｍ以上の比抵抗を有する必要があり、その例としては、６−４合金と称されるα−β合金であるＴｉ−６Ａｌ−４Ｖや１５−５−３−３合金と称されるβ合金であるＴｉ−１５Ｖ−５Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌ等のチタン合金が有効である。

以上のように、本実施の形態においては、チタン合金で構成した基材１５の外面に、グラファイトシート１１を積層したグラファイト層１６を貼り合わせて複合材料としているので、チタン合金で構成した基材１５とグラファイト層１６が誘導加熱の発熱層となり、
効率的な発熱が可能であるとともに、チタン合金で基材１５を構成しているにもかかわらず、高い熱伝導性を有するために、良好な調理結果を得ることができ、炊飯を行っても熱回りがよいためにむらのないご飯の仕上がりとなる上に、軽量で使い勝手のよい調理鍋とすることができる。

また、基材１５を構成するチタン合金は、常温での比抵抗を０．８μΩ・ｍ以上としたので、良好な電磁誘導加熱をすることができる。

以上のように、本発明にかかる電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋は、軽量であるために使い勝手がよく、なおかつ、熱伝導がよいために、基材およびグラファイト層で電磁誘導加熱により発生した熱が素早く調理鍋全体に伝わり、良好な調理結果を得ることができるので、電磁誘導加熱される電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋として有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１における電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋を備えた炊飯器の断面図（ｂ）同電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の要部拡大断面図（ｃ）同電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の要部拡大断面図 本発明の実施の形態２における電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の要部縦断面図 本発明の実施の形態３における電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋の要部縦断面図

１０ 基材
１６ グラファイト層

Claims (2)

1. 基材をステンレスあるいはチタン合金で構成し、前記基材の外面全体もしくは外面の一部に積層した複数のグラファイト層を設け、且つ、グラファイトは厚さ方向よりも面方向への熱伝達がより早く行われる高配向性の結晶性グラファイトであり、各層間は耐熱接着層により接着していることを特徴とした電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋。
2. 基材の外面に設ける積層した複数のグラファイト層は、総厚さを０．１ｍｍ以上、０．５ｍｍ以下とした請求項１記載の電磁誘導加熱式炊飯器用調理鍋。

Images