JP4925912B2 - 電磁誘導加熱調理器の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、電磁誘導加熱が可能な炊飯器釜などの電磁誘導加熱調理器の製造方法に関するもので、更に詳しくはカーボン粉粒を主体とする圧縮成型品を無酸素状態で焼成処理することによって塗装が容易な電磁誘導加熱調理器の製造方法に関する。

電磁誘導加熱調理器であるコンロや炊飯器は、高周波磁場発生装置である誘導加熱コイルが発生する渦電流によって磁性体が発熱する電磁誘導加熱を利用するものである。電磁誘導加熱調理器は、調理器による食品の速やかで均一な加熱を向上するために、アルミニウムや銅などを積層したクラッド材を釜状に成形した成型品を調理器として用いていた。しかし、クラッド材は鍋や釜などに絞り加工することが困難である。さらに、内外面に施した食材の剥離性や使用時の耐摩耗性を良好とするための耐熱樹脂塗装との各積層界面が剥離するなどの不具合もあった。

このため、クラッド材と比較して電磁誘導加熱調理器に適度な導電性と誘電性と優れた熱伝導度とを有しているコークスなどの高炭素含有物粉粒を、無酸素状態で１０００〜３０００℃の加熱によって凝結させたカーボンの焼結体のブロック状成型物を切削して鍋や釜などの成型品を得た後、調理面である内面にフッ素樹脂が下塗り塗料を介して塗装されて成る誘導加熱調理器が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、２５０℃で加圧して棒柱状に成形した炭素圧縮体を切削加工した加工物にフッ素樹脂コートを施す手段が紹介されており、高温での調理器具として有効であることが述べられている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、これら成型品への塗装は、カーボンの凝結体が備える気孔に塗料を含浸させて発現するアンカー効果によって密着するものである。そのため使用するカーボン粒子が微細で結合材量が多い圧縮成型や射出成型の原料系の場合には、得られた成型品の焼成物の気孔が小さいために塗料が充分に含浸しないので、塗料の密着性が不十分なものとなる。

この課題の解決手段として、例えば、披着物表面の溶融状態下で原料供給して接合する手段が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

また、有機金属カップリング剤を用いて基材との接着性を改善する手段が提案されている（例えば、特許文献４参照）。

しかしながら、これら手段の適用には、誘電加熱を可能とする高温焼成して得たカーボン成形体を成す凝結体の表面に他の物質との接着性を促す官能基が一切存在しないため、充分な接着力を確保することが出来ない。

また、α−セルロースを主成分とする繊維を抄造してシート状にした後、これに高炭素含有樹脂を含浸したプリプレグを積層して熱圧プレスで得た成形体を８００℃以上の無酸素状態下で焼成処理を行うことによって、高い気孔率を備えた焼成加工体を得る手段が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
特開平０９−７５２１１号公報 特開平０９−７０３５２号公報 特開平０５−１１６１６９号公報 特表２０００−５０３９２２号公報 特開平０８−０５９３６０号公報

しかしながら、これら手段の適用には、過度な気孔の存在によって強度の低下を来しやすく、調理器具としての耐衝撃性や摩耗性を保持することが出来ないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、塗料の密着性に優れた電磁誘導加熱調理器の製造方法を提供することを目的とする。

この発明に係る電磁誘導加熱調理器の製造方法は、カーボン粉粒と高炭素含有物からなる結合材とを含む混合物を炭素含有率の低い熱可塑性樹脂のシートを載置した金型内に投入し、その後、金型を加温して熱可塑性樹脂が溶融した状態で加圧保持して結合材を固化して賦型し、得られた成形品を高温の無酸素条件下で炭化させる焼成処理を行うことを特徴とする。

成形体に含浸された溶融した熱可塑性樹脂である液状物質は、含浸して占有した容積部分が高温焼成時に分解または気散して消失するので、気孔が形成される。当該気孔が成形体に含浸して粒子間に滞留した液状物質が存在していた部分であることから、塗料は複雑で非直線状の気孔形状に容易に侵入するので、密着性に優れる塗膜が得易い。

実施の形態１．
図１は実施の形態１を示す図で、釜の製造方法を示す製造工程図である。
圧縮成形によって釜状の成型品を得る手段に関し、原料であるカーボン粉粒とノボラック型フェノール樹脂を結合材とした混合物を金型に充填して得られる電磁誘導加熱調理器（例えば、釜）の製造方法について、図１を用いて、以下に詳述する。

先ず、石油コークスを３０００℃の無酸素状態で焼成してグラファイト化した後、これを０．３ｍｍ以下に粉砕したカーボン粉粒とする。このカーボン粉粒と、常温で固体の熱硬化性の高炭素含有物であるフェノール樹脂をほぼ均一に分散させる。その後、これを押出機で混練して得た混合物を、更に１ｍｍ以下に粉砕して原料の混練物を作製する（Ｓ１０）。

次に、カーボン粉粒と未硬化の粉末状のフェノール樹脂との混練物を、金型に投入して圧縮成形する。

このとき、金型を約９０℃に調整しておき、低分子量ポリエステル（炭素含有率の低い熱可塑性樹脂の一例）で厚さが３００〜５００μｍのシートを金型に載置して密着させる（Ｓ１１）。

シートの上に混練物の厚さを整えて散布し、僅かな圧力を付与して金型を閉塞する（Ｓ１２）。

ここで用いる低分子量ポリエステルのシート材は、ポリヒドロキシブタン酸をメチルエステル化して分子量を１００００以下としたものである。これは分解しやすく、残留物が少ないのが特徴である。

次に金型温度を、低分子量ポリエステルの融点を超えて、フェノール樹脂の成型温度以下の約１４０℃に昇温する（Ｓ１３）。この温度ではフェノール樹脂が溶融しておらず、混練物が受ける僅かな加圧によってポリエステル溶融物が、比較的、疎な空隙内に侵入する状態を有する。

次に、約１４０℃の温度で数分間の維持後、金型に圧力を付与して加圧すると同時に、金型温度をフェノール樹脂の成型温度である約２００℃まで上昇させ、硬化させて賦型し成型品を得る（Ｓ１４）。

昇温過程で混練物を加圧することによってカーボン粉粒間の空隙は緻密化して、金型面近傍に含浸した低分子量ポリエステル溶融物が含浸の深さを増すことになる。型温の上昇に伴って、カーボン粉粒の表面にあるフェノール樹脂が粘度を低下して残りの空隙を埋めるように移動して硬化した状態で成型品を取り出す。

絶縁物であるフェノール樹脂は、カーボン粉粒の間隙にあるので、これを炭化して導電体とする必要がある。得られた成型品は、焼成温度がフェノールの分解を来すことなしに低分子量ポリエステルを分解するために、約３５０℃の空気雰囲気中で低温焼成を施した後、成型品をコークスで覆った状態で耐火煉瓦などからなる高温炉内に埋没させて、無酸素状態の１０００〜１２００℃で高温焼成をして焼成体を得る（Ｓ１５）。

無酸素状態の高温焼成では樹脂成分の分解が進行し、カーボン粉粒の間隙にある絶縁物のフェノール樹脂が、分解によって生じた残留物の殆どが黒鉛となり、電気伝導性を醸し出すことになる。一方、混練物の間隙にあった低分子量ポリエステルは先の低温焼成で酸化分解が進行して殆どが消失し、高温焼成で一層の分解が進んで、その殆どが飛散して消滅する。

以上の工程を経て得られた焼成体には、調理の際の具材のこびりつきや他の調理具との摩擦や摩耗による損傷を軽減することを狙いとした塗装を行う。主には、内面にフッ素樹脂、外面にシリコン樹脂の希薄液を複数回に分けてスプレーを用いて塗布する。塗布した樹脂液は低分子量ポリエステルが飛散して消滅したことにより生成した気孔に含浸し、その後の乾燥および硬化によって、強固に密着した塗膜を形成した電磁誘導加熱調理器を得ることができる。

上記塗膜は、その密着性評価としてＪＩＳ Ｋ ５４００に準拠した碁盤目テープ剥離試験を行い、全く剥離しない結果から、優れた密着性の確保を確認した。

なお、本実施の形態では、結合材として粉体状のノボラック型フェノール樹脂を用いたが、これに替えてレゾール型フェノール樹脂やタール、ピッチなどの炭素含有率の高い物質であれば、代替が可能である。これらは、高温での焼成時における分解生成物を飛散した後の炭素が十分に残存して、収縮や結合力の不足が生じる恐れが少ない。

実施の形態２．
図２は実施の形態２を示す図で、釜の製造方法を示す製造工程図である。

電磁誘導加熱調理器（例えば、釜）を製造する別の製造方法について、図２を用いて詳述する。グラファイト化したカーボン粉粒と結合材であるノボラック型フェノール樹脂の混合物を金型に充填して圧縮成形を行うことによっての釜状成型品を得たのち、この成型品を無酸素の１０００〜１２００℃の雰囲気で焼成処理をして、焼成体を得た。

カーボン粉粒は、０．３ｍｍ以下に粉砕後、フェノール樹脂と押出機で混練して混合物とし、更に１ｍｍ以下に粉砕して原料の混練物を作製する（Ｓ２０）。

次に、カーボン粉粒と未硬化のフェノール樹脂との混練物を、金型に投入して圧縮成形する。このとき、金型は約７０℃に調整しておき、分子量が１０００以下のポリビニルアルコールの約３０％水溶液を予め不織布（紙等）に塗布して２００μｍ程度の厚さの膜を形成する（Ｓ２１）。分解または飛散が容易な液体の一例が、分子量が１０００以下のポリビニルアルコールの約３０％水溶液である。

その膜の上に混練物を均一厚さになるよう整えて散布し、金型を僅かな圧力を付与して閉塞する（Ｓ２２）。

ここで用いたポリビニルアルコールの約３０％水溶液は分解しやすく、適度な粘度を備えているので、混練物の粒子間に適度な空隙を形成して保持される。

次に金型を、フェノール樹脂の成型温度である２００℃に昇温するが、加圧初期にはフェノール樹脂が溶融しておらず、疎な空隙内に侵入したポリビニルアルコール水溶液が空隙を形成して金型と接する部分で保持された状態を備える。

その後、金型温度の上昇につれてフェノール樹脂が溶融する１４０℃近傍で、所定の高い圧力を付与する（Ｓ２３）。

その後、成型温度を更に約２００℃まで上昇させ、硬化させて賦型し成型品を得る（Ｓ２４）。

昇温過程での混練物の加圧は、カーボン粉粒間の空隙を緻密化して、金型面近傍からフェノール樹脂の溶融物空隙を閉塞しながら硬化する。従って、金型面に塗布したポリビニルアルコール水溶液が含浸の深さを増すと共に、空隙を確保して内部に残留した状態で固化した成型品を得ることが出来る。

次に、得られた成型品には、絶縁物であるフェノール樹脂がカーボン粉粒の間隙にあるので、これを炭化する必要がある。得られた成型品は、焼成温度がフェノール樹脂の分解に至らずに、ポリビニルアルコールの分解が開始する約３５０℃の空気雰囲気中で低温焼成を施した後、成型品をコークスで覆った状態で耐火煉瓦などからなる高温炉内に埋没させて、無酸素状態の１０００〜１２００℃で高温焼成をすることによって焼成体を得る（Ｓ２５）。

無酸素状態での高温焼成では樹脂成分が分解し、カーボン粉粒の間隙にあって絶縁物のフェノール樹脂が分解によって生じた残留物の殆どが黒鉛となって、電気伝導性を醸し出すことになる。一方、混練物の間隙にあったポリビニルアルコールは先の低温焼成で酸化分解が進行しており、高温焼成で一層の分解が進んで、その殆どが飛散して消滅することになる。

以上の工程を経て得られた電磁誘導加熱調理器には、調理の際の具材のこびりつきや他の調理具との摩擦や摩耗による損傷軽減を狙いとした塗装を行う。主には、内面にフッ素樹脂、外面にシリコン樹脂の希薄液を複数回に分けてスプレーを用いて塗布する（Ｓ２６）。塗布した樹脂液は、低分子量ポリエステルが飛散して消滅したことにより生成した気孔に含浸し、その後の乾燥および硬化によって、強固に密着した塗膜を形成することになる。

上記塗膜は、その密着性評価としてＪＩＳ Ｋ ５４００に準拠した碁盤目テープ剥離試験を行い、全く、剥離しないことを結果から、優れた密着性の確保を確認した。

なお、本実施の形態では、結合材としてフェノール樹脂を用いたが、これに替えてタールピッチなどの炭素含有率の高い物質であれば、代替が可能である。これらは、高温での焼成時における分解生成物を飛散した後の炭素が十分に残存して、収縮や結合力の不足が生じる恐れが少ない。

実施の形態１を示す図で、釜の製造方法を示す製造工程図。 実施の形態２を示す図で、別の釜の製造方法を示す製造工程図。

Claims (5)

1. カーボン粉粒と炭素含有物からなる結合材とを含む混合物を熱可塑性樹脂のシートを載置した金型内に投入し、
   その後、前記金型を加温して前記熱可塑性樹脂が溶融した状態で加圧保持して結合材を固化して賦型し、
   得られた成形品を無酸素条件下で炭化させる焼成処理を行うことを特徴とする電磁誘導加熱調理器の製造方法。
2. 前記結合材の焼成処理が、酸素雰囲気で前記結合材の分解温度以下、前記熱可塑性樹脂の分解温度以上の低温焼成を経て行うことを特徴とする請求項１記載の電磁誘導加熱調理器の製造方法。
3. 前記結合材が、加温した金型温度よりも高い温度で溶融する粉末状であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁誘導加熱調理器の製造方法。
4. 前記混合物が、前記結合材を含有して粉末状態を成すことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の電磁誘導加熱調理器の製造方法。
5. 前記結合材が、前記熱可塑性樹脂が溶融し前記結合材に含浸した後に、硬化するように調整されたものを用いて成ることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電磁誘導加熱調理器の製造方法。

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