JP5017438B2 - 電磁波吸収発熱体および電子レンジ用の調理用器具 - Google Patents
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Description
この点を解決するために、別に電気ヒータを取付けたものがあるが、ヒーター自体の発熱速度が遅いために、調理が迅速にできないという問題が残っていた。
なお、磁気損失により発生する熱エネルギーPは、以下の式で表すことができる。
P=(1/2)・μ’’ωH2
但し、ω:角周波数(rad/s)、H:磁場の大きさ(A/m)である。
そこで、発明者らは、上記した種々の特性を有する発熱体を得るために、フェライトの特性に関して鋭意検討を実施した。その結果、MnZn系フェライトのうち所定の組成のものが上記した特性を有していることを突き止めた。
以上のような知見を得て、本発明を完成させた。
(1)電磁波を吸収する発熱体であって、該発熱体が、Fe酸化物(Fe2O3換算):53〜57mol%、Zn酸化物(ZnO換算):4〜11mol%およびNi酸化物(NiO換算):0.5〜4mol%を含み、残部がMn酸化物からなるMnZn系フェライトであることを特徴とする電磁波吸収発熱体。
前述したように、電磁波吸収体の発熱が停止する温度は、磁性体のキュリー温度にほぼ等しい。キュリー温度は、磁性体の磁性が失われる温度であるため、その温度では、磁性損失、すなわち電磁波の吸収がなくなって、もはや発熱せずに放熱のみとなる。しかし、放熱のみとなると、磁性体の温度が下がるために、磁性が復活し再び発熱する。
このようにして、MnZn系フェライトの発熱体は一定の温度域に保持される。
そこで、本発明では、発熱体であるMnZn系フェライトの各成分を、次に示す酸化物換算で以下の範囲に限定した。
本発明では、発熱体の停止温度を、調理に適した200〜300℃の範囲にする。Fe2O3の含有量が53mol%未満の場合、キュリー温度が下がり過ぎ、発熱体の停止温度を200℃以上にできない。一方、57mol%超の場合、キュリー温度が上がり過ぎ、発熱体の停止温度を300℃以下にできない。従って、Fe2O3の含有量は53〜57mol%の範囲とする。
キュリー温度は、Fe2O3の含有量に関係するのと同様にZnOの含有量にも関係する。ZnOの含有量が4mol%未満では、キュリー温度が上がり過ぎ、発熱体の停止温度を300℃以下にできない。一方、11mol%超では、キュリー温度が下がり過ぎ、発熱体の停止温度を200℃以上にできない。従って、ZnOの含有量は4〜11mol%の範囲とする。
前記したμ’’の値に関係するのが、NiOの含有量である。
NiOの含有量が0.5mol%に満たないと、2.45GHzの周波数帯域でのμ’’の値は、室温では大きいものの、発熱体の温度が高くなると小さくなり過ぎてしまう。そのため、発熱体の温度の立ち上がりは速いものの、その後遅くなってしまうので、結果的に発熱停止温度までの到達温度が長くなってしまう。一方、4mol%を超えると、2.45GHzの周波数帯域でのμ’’の値は、発熱体の温度が高い場合に大きくなるものの、室温では小さくなり過ぎてしまう。そのため、発熱体の温度の立ち上がりが遅くなり、結果的に発熱停止温度までの到達温度が長くなってしまう。従って、NiOの含有量は0.5〜4mol%の範囲とする。
本発明に用いる耐熱樹脂は、シリコーン樹脂、PPS(ポリフェニレンサルファイド)樹脂等が挙げられ、樹脂の添加量は、20〜50mass%程度とすることが好ましい。
まず、Fe2O3、ZnO、NiOおよびMn3O4など、Fe,Zn,NiおよびMnの各酸化物を出発原料とする。なお、本発明では、上記酸化物の化合形態に特段の制限はなく、従来公知の酸化物のいずれもが使用できる。
ついで、各原料を本発明に従う所定の組成となるように秤量し、混合器を用いて混合する。その後、大気中において800〜1200℃で仮焼する。仮焼後、平均粒度が1μm程度になるまで粉砕する。その後、得られた粉末に結合剤を入れ、造粒し、適当な金型で成形する。ついで、窒素雰囲気中、1300〜1400℃で本焼成して焼結したバルクを得る。さらに、粉末として使用する場合は、上記バルクを、粉砕機等で解砕して平均粒径を数μm程度の任意の粒径の粉末とすればよい。
ここに、上記したMnZn系フェライト粉末と耐熱樹脂との混合物を、単独で容器に成形しても、本発明に従う電子レンジの電磁波によって発熱する調理用器具とすることができる。
〔実施例1〕
組成を、次に示した酸化物換算(以下、単に組成という)で、Fe2O3:55.0mol%,ZnO:7.5mol%,NiO:2.5mol%およびMnO:35.0mol%とし、組織の平均粒径が約20μmのMnZn系フェライト粉と、シリコーン樹脂とを、フェライト粉:樹脂=75:25の質量比で混練し、40mm×40mm×1mmのシートを作製した。得られたシートを市販の電子レンジの中に置き、500Wの電磁波を10秒〜120秒間照射した時のシートの温度を赤外放射温度計で測定した。
上記した本発明のMnZn系フェライトを用いた場合の表面温度測定結果と比較材を用いた場合の表面温度測定結果とを図1に示す。
組成が、Fe2O3:55.0mol%,ZnO:7.5mol%,NiO:2.5mol%,MnO:35.0mol%で、150mm×150mm×10mmのタイル状の焼結体を作製した。このMnZn系フェライト焼結体を、図2に示す耐熱ガラス製の皿状容器の底部に合うように、120mmφ×7mm厚に加工し、熱硬化性樹脂で装着した。この皿状容器を市販の電子レンジの中に置き、800Wの電磁波を10秒〜300秒間照射した時の、測温として同図に図示した皿上面中央部の温度を赤外放射温度計で測定した。
本発明のMnZn系フェライトを用いた場合の表面温度測定結果と比較材を用いた場合の表面温度測定結果とを図3に示す。
組成が、Fe2O3:53.5mol%,ZnO:8.0mol%,NiO:2.0mol%,MnO:37.0mol%で、平均粒径が約15μmのMnZn系フェライト粉とシリコーン樹脂とを、フェライト粉:樹脂=70:30の重量比で混練した後、図4に示すステンレス製容器の外側に1mm厚で塗布した。この容器を市販の電子レンジの中に置き、600Wの電磁波を10秒〜180秒間照射した時の、同図に示した容器側面部の温度を赤外放射温度計で測定した。
本発明のMnZn系フェライトを用いた場合の表面温度測定結果と比較材を用いた場合の表面温度測定結果とを図5に示す。
表1に示す組成になるMnZn系フェライト粉とシリコーン樹脂とを、フェライト粉:樹脂=80:20の質量比で混練し、40mm×40mm×2mmのシートを作製した。得られたシートを市販の電子レンジの中に置き500Wの電磁波を照射して、シートの温度が赤外放射温度計で200℃となるまでの時間を測定した。また、シートの昇温が停止する温度、および停止までにかかった時間を併せて測定した。
本発明のMnZn系フェライトを用いた場合の表面温度測定結果と比較例の表面温度測定結果とを表1に併記する。
なお、表中の評価は、
○:昇温停止温度が目標温度の200〜300℃を満たし、かつ試料温度が200℃になる電磁波照射時間が40秒以内である
△:昇温停止温度は目標温度の200〜300℃を満たすが、試料温度が200℃になる電磁波照射時間が40秒を超える
×:昇温停止温度が200℃より低い、もしくは昇温が停止せず試料温度が上がり続ける、またはスパークが発生する
とした。
また、同表より、本発明のMnZn系フェライト発熱体は、そのいずれもが、昇温の停止する目標温度と実際に昇温の停止する温度との差がわずか10〜35℃程度の範囲内であることが分かる。
Claims (4)
- 電磁波を吸収する発熱体であって、該発熱体が、Fe酸化物(Fe2O3換算):53〜57mol%、Zn酸化物(ZnO換算):4〜11mol%およびNi酸化物(NiO換算):0.5〜4mol%を含み、残部がMn酸化物からなるMnZn系フェライトであることを特徴とする電磁波吸収発熱体。
- 前記MnZn系フェライトが、焼結体であることを特徴とする請求項1に記載の電磁波吸収発熱体。
- 前記発熱体が、前記MnZn系フェライトの他さらに樹脂を20〜50mass%の範囲で含有することを特徴とする請求項1または2に記載の電磁波吸収発熱体。
- 調理用器具の少なくとも一部に、請求項1〜3のいずれかに記載の電磁波吸収発熱体を備えることを特徴とする電子レンジ用の調理用器具。
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