JP5870243B2 - 加熱調理器 - Google Patents

Description

本発明は、底部に有した鍋加熱手段、特に誘導加熱方式の鍋加熱手段による加熱むらを低減して調理性能の向上を目的とした加熱調理器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炊飯器等の電磁誘導加熱するこの種の加熱調理器に用いられる鍋は、その基材がアルミニウム単体から形成されるか、アルミニウムとステンレスの張り合わせ材やアルミニウムとステンレスと銅の張り合わせ材等の複合材料を基材としているものが主流である。

これら金属製の炊飯器用鍋においては、通常調理物であるご飯が強く付着することを防止するために、その内面にフッ素樹脂コートが処理されており、ご飯に対する非粘着性を向上させている。

それらの鍋において、鍋の底面部に凹凸を設けて接触面積を増し、結合性をよくしたものがある（例えば、特許文献１参照）。これは、発熱部材の面積が増えて発熱面積が増大することにより電磁誘導加熱の加熱効率改善を望める点や、加工硬化による強度向上を得られる点でも利点がある。

特に、鍋に凹凸部を設ける技術を電磁誘導加熱式炊飯器に適切に適用することにより、加熱効率を向上できるとともに、加熱むらを抑制して炊きむらの少ない炊飯ができる電磁誘導加熱式炊飯器を提供することを目的としているものもある。

図７は、特許文献１に記載された従来の炊飯器のそれぞれ別態様の鍋底面の要部拡大断面図及び鍋の一部の拡大断面図で、（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ別の実施例を示している。鍋の部分断面図である図７に示すように、鍋の内面側と外面側との両方あるいは外面側のみに、複数の凹凸部が形成されている。

炊飯時、誘導加熱コイルへの通電により鍋の発熱層が発熱するとき、凹凸部により発熱層の表面積が大きくなっていることで、鍋の加熱が効率よく行われる。また、凹凸部があるために、発熱方向が鍋の内面に対して一方向だけでなくなることにより、速やかに発熱部から離れた鍋本体へ熱が伝達し、鍋本体全体の加熱むらが抑制される。

これにより、鍋の内面の加熱密度が低減し、加熱過多で鍋に接した部分のご飯が柔らかくなりすぎることが抑制される。また、鍋の底面部および側面下部の曲面状部に凹凸部があることにより、底面部のみの加熱が強くなりすぎることがないとともに、側面下部の加熱が弱くなることもなく、加熱むらが抑制される。

特開平９−１４０５６６号公報

しかしながら、前記従来の構成では、鍋の加熱むらを完全に防止することは困難であり誘導加熱コイルと対向した発熱部分が局所加熱されることに変わりは無い。

すなわち、凹凸部によって発熱面積が大きくなり急激な温度上昇は起こらないが、鍋の複合材料が同等であれば発熱部分以外への熱伝導は凹凸が有る場合と無い場合とで大きな相違は無いと考えられる。

よって、誘導加熱コイルと対向した発熱部分から主に沸騰が生じると考えられ、鍋内の加熱むらを低減することはできないという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、特に誘導加熱方式の鍋加熱手段による加熱むらを低減して調理性能の向上した加熱調理器を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の加熱調理器は、磁性金属を有する基材で形成され、上面に開口部を有し、側面から底面にかけて複数の凹凸部を形成し、それぞれが離間した円環状の第１の凹凸部と第２の凹凸部と第３の凹凸部を有する鍋と、前記鍋の外面側に設けられて前記鍋を誘導加熱する鍋加熱手段と、を備え、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部と前記第３の凹凸部に形成された前記複数の凹凸部は、前記鍋の内面側が凹形状に形成され、前記内面側に対向する前記外面側が凸形状に形成され、前記内面側と前記外面側との凹凸形状が対応した形状を有すると共に、前記鍋の前記内面側における前記複数の凹部の形状は山谷が連続する形状とし、前記鍋加熱手段は、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部と前記第３の凹凸部のそれぞれの間の前記複数の凹凸部が形成されていない前記外面側にのみに配されたものである。

これによって、調理時に鍋加熱手段と凹凸部が設けられていない部分との結合は変わらず、鍋加熱手段からの距離が離れた凹凸部が設けられている部分との結合が良化し、鍋の発熱自体が均一化されるようになるため、鍋の均一加熱が実現できる。

特に、鍋加熱手段が誘導加熱コイルで、鍋は磁性金属からなる基材で形成される場合、誘導加熱コイルの電磁界が、凹凸部が設けられていない部分との結合は変わらず、誘導加熱コイルからの距離が離れた凹凸部が設けられている部分との結合が良化し、鍋の発熱自体が均一化されるようになるため、鍋の素材による熱伝導に依存することなく鍋の均一加熱が実現できる。

誘導加熱コイルへの入力電力が同等であれば、誘導加熱コイルから距離が離れた凹凸部が設けられている部分における単位面積当たりの発熱量は増加し、反対に凹凸部が設けられていない部分における単位面積当たりの発熱量は減少する。よって、誘導加熱コイルから距離が離れた凹凸部が設けられている部分から被調理物への単位面積当たりの加熱量が増加し、凹凸部が設けられていない部分から被調理物への単位面積当たりの加熱量が減少することで、鍋全体として被調理物への単位面積当たりの加熱量が近似するものである。

従って、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、その均一な沸騰伝熱によって被調理物全体が均一に加熱され、鍋のどの部位の被調理物もばらつきなく調理が促進され、鍋全体の被調理物を美味しく調理する加熱調理器を提供することができる。

特に被調理物がご飯の場合は、理想的なご飯の炊き方とされる、かまど炊飯を電磁誘導
加熱式炊飯器で再現できるもので、かまど炊飯と同様に、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、その均一な沸騰伝熱によってご飯全体が均一に加熱され、鍋のどの部位のご飯もばらつきなく糊化が促進され、鍋全体のご飯を美味しく炊き上げる加熱調理器を提供することができる。

本発明の加熱調理器は、凹凸部が設けられている部分と設けられていない部分から被調理物への単位面積当たりの加熱量が近似し、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、その均一な沸騰伝熱によって被調理物全体が均一に加熱され、鍋のどの部位の被調理物もばらつきなく調理（特に被調理物がご飯の場合は糊化）が促進され、鍋全体の被調理物を美味しく調理することができる。

本発明の実施の形態１における炊飯器の断面図 本発明の実施の形態１における鍋の（ａ）は平面図（ｂ）は正面図 本発明の実施の形態１における鍋底面の要部拡大断面図 本発明の実施の形態１における別態様の鍋底面の要部拡大断面図 本発明の実施の形態１における別態様の鍋底面の要部拡大断面図 本発明の実施の形態１における鍋底面のフッ素樹脂コートの拡大斜視図 従来の炊飯器の（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ別態様の鍋底面の要部拡大断面図（ｅ）は鍋の一部の断面図

第１の発明は、磁性金属を有する基材で形成され、上面に開口部を有し、側面から底面にかけて複数の凹凸部を形成し、それぞれが離間した円環状の第１の凹凸部と第２の凹凸部と第３の凹凸部を有する鍋と、前記鍋の外面側に設けられて前記鍋を誘導加熱する鍋加熱手段と、を備え、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部と前記第３の凹凸部に形成された前記複数の凹凸部は、前記鍋の内面側が凹形状に形成され、前記内面側に対向する前記外面側が凸形状に形成され、前記内面側と前記外面側との凹凸形状が対応した形状を有すると共に、前記鍋の前記内面側における前記複数の凹部の形状は山谷が連続する形状とし、前記鍋加熱手段は、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部と前記第３の凹凸部のそれぞれの間の前記複数の凹凸部が形成されていない前記外面側にのみに配されたことにより、調理時に鍋加熱手段と凹凸部が設けられていない部分との結合は変わらず、鍋加熱手段からの距離が離れた凹凸部が設けられている部分との結合が良化し、鍋の発熱自体が均一化されるようになるため、鍋の均一加熱が実現できる。

特に、鍋加熱手段が誘導加熱コイルで、鍋は磁性金属からなる基材で形成される場合、誘導加熱コイルの電磁界が、凹凸部が設けられていない部分との結合は変わらず、誘導加熱コイルからの距離が離れた凹凸部が設けられている部分との結合が良化し、鍋の発熱自体が均一化されるようになるため、鍋の素材による熱伝導に依存することなく鍋の均一加熱が実現できる。

誘導加熱コイルへの入力電力が同等であれば、誘導加熱コイルから距離が離れた凹凸部が設けられている部分における単位面積当たりの発熱量は増加し、反対に凹凸部が設けられていない部分における単位面積当たりの発熱量は減少する。よって、誘導加熱コイルから距離が離れた凹凸部が設けられている部分から被調理物への単位面積当たりの加熱量が増加し、凹凸部が設けられていない部分から被調理物への単位面積当たりの加熱量が減少することで、鍋全体として被調理物への単位面積当たりの加熱量が近似するものである。

従って、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、そ
の均一な沸騰伝熱によって被調理物全体が均一に加熱され、鍋のどの部位の被調理物もばらつきなく調理が促進され、鍋全体の被調理物を美味しく調理する加熱調理器を提供することができる。

特に被調理物がご飯の場合は、理想的なご飯の炊き方とされる、かまど炊飯を電磁誘導加熱式炊飯器で再現できるもので、かまど炊飯と同様に、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、その均一な沸騰伝熱によってご飯全体が均一に加熱され、鍋のどの部位のご飯もばらつきなく糊化が促進され、鍋全体のご飯を美味しく炊き上げる加熱調理器を提供することができる。

第２の発明は、特に、第１の発明の前記複数の凹凸部は、前記鍋を成型する際に同時に形成されるようにしたことにより、あらかじめ基材に凹凸を形成しておく必要がなく生産性が向上するとともに、より確実に目的とする形状の凹凸を形成することができ凹部からの沸騰が促進されることで沸騰伝熱により被調理物に均一に熱を伝えることができる。

すなわち、鍋加熱手段から距離が離れた凹凸部が設けられている部分が、凹凸部が設けられていない部分よりも発熱量が少ない場合であっても、凹部が沸騰泡の泡切れを良くする効果を有しているために膜沸騰ではなく核沸騰を促進する。

よって、鍋全体の均一な沸騰伝熱によって被調理物全体が均一に加熱され、鍋のどの部位の被調理物もばらつきなく糊化が促進され、鍋全体の被調理物を美味しく調理する加熱調理器を提供することができる。

第３の発明は、特に、第１または第２の発明の前記複数の凹凸部は、前記鍋の前記側面の略中間から前記底面に至る任意の外周上を起点として、前記底面にかけて前記基材上に形成され、前記鍋加熱手段は誘導加熱コイルとすることにより、調理時に誘導加熱コイルの電磁界が、凹凸部が設けられていない部分との結合は変わらず、誘導加熱コイルからの距離が離れた凹凸部が設けられている部分との結合が良化し、鍋の発熱自体が均一化されるようになるため、鍋の素材による熱伝導に依存することなく鍋の均一加熱が実現できる。

誘導加熱コイルへの入力電力が同等であれば、誘導加熱コイルから距離が離れた凹凸部が設けられている部分における単位面積当たりの発熱量は増加し、反対に凹凸部が設けられていない部分における単位面積当たりの発熱量は減少する。よって、誘導加熱コイルから距離が離れた凹凸部が設けられている部分から被調理物への単位面積当たりの加熱量が増加し、凹凸部が設けられていない部分から被調理物への単位面積当たりの加熱量が減少することで、鍋全体として被調理物への単位面積当たりの加熱量が近似するものである。

従って、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、その均一な沸騰伝熱によって被調理物全体が均一に加熱され、鍋のどの部位の被調理物もばらつきなく調理が促進され、鍋全体の被調理物を美味しく調理する加熱調理器を提供することができる。

特に被調理物がご飯の場合は、理想的なご飯の炊き方とされる、かまど炊飯を電磁誘導加熱式炊飯器で再現できるもので、かまど炊飯と同様に、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、その均一な沸騰伝熱によってご飯全体が均一に加熱され、鍋のどの部位のご飯もばらつきなく糊化が促進され、鍋全体のご飯を美味しく炊き上げる加熱調理器を提供することができる。

第４の発明は、特に、第３の発明の前記基材内面にフッ素樹脂コートを形成し、前記基
材の前記凹部の最下部の前記フッ素樹脂コートに、添加材粒子として、少なくとも炭化珪素かダイヤモンドのいずれか一方を偏在させたことにより、凹部からの沸騰が促進されることで沸騰伝熱によりご飯に均一に熱を伝えることができる。

すなわち、フッ素樹脂は低熱伝導性の材質であるのに対し炭化珪素やダイヤモンドは極めて高い熱伝導性を有することから、炭化珪素やダイヤモンド粒子を添加材粒子として用いた場合は、炭化珪素やダイヤモンド粒子に鍋からの熱が伝わりやすいため、炭化珪素やダイヤモンドが偏在する凹部からの気泡の発生を誘発し易くなり、沸騰泡が鍋内のフッ素樹脂コート表面から万遍なく安定して発生するため、均一な沸騰伝熱により被調理物を均一加熱し、より食味を向上したおいしい被調理物を調理することが可能となる。

第５の発明は、特に、第４の発明の前記添加材粒子として、少なくとも炭化珪素かダイヤモンドのいずれか一方をマイクロカプセル化した粉体塗料を偏在させたことにより、マイクロカプセル化により添加材粒子がフッ素樹脂粉体に包み込まれた状態になっているため、フッ素樹脂粉体塗料の塗装時に両者が分離することがなく、微細孔において常に一定濃度の添加材粒子を含む均質な塗膜を得られることと、塗膜においても添加材粒子がフッ素樹脂に覆い包まれているために実使用時に添加材粒子の脱落を防止することができる。

第６の発明は、特に、第４または５の発明の前記凹凸部以外の前記フッ素樹脂コートの表層に複数の多角錘形状の微細孔を形成し、前記添加材粒子は、前記フッ素樹脂コート表層に偏在し、かつ前記微細孔の最下部に最も多く存在するようにしたことにより、高い耐摩耗性を有しながら、添加材粒子が偏在する微細孔からの気泡の発生を誘発し、沸騰泡が凹凸部以外のフッ素樹脂コート表面から万遍なく安定して発生するとともに凹部からは沸騰泡が生じるため、均一な沸騰伝熱により米を均一加熱することができ、鍋全体の被調理物を美味しく調理する加熱調理器を提供することができる。

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は、本発明の第１の実施の形態における炊飯器の断面図、図２は、本発明の第１の実施の形態における鍋の（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、図３は、本発明の第１の実施の形態における鍋底面の要部拡大断面図を示すものである。

図１において、炊飯器の本体１は着脱自在の鍋２を内装する。本体１には、その上面を覆う蓋３が開閉自在に設置されている。

本体１は、鍋２を誘導加熱する鍋加熱手段４ａおよび４ｂ（誘導加熱コイルである）、鍋２の温度を検知する鍋温度検知手段５、蒸気を発生する蒸気発生手段６及び制御手段７を有する。

蓋３は、蓋カバー８、蒸気発生手段６が発生した蒸気を鍋２の内部に供給するための蒸気経路９、加熱板１０、加熱板加熱手段１１、加熱板温度検知手段１２、蒸気筒１３及び蒸気過熱装置１４を有する。

加熱板１０は、蓋３の下面を構成する蓋カバー８に着脱可能に取り付けられる。蓋３を閉めた状態において、鍋２と加熱板１０との隙間は、加熱板１０に取り付けられたループ状のパッキン（第１のパッキン）１５で封止される。加熱板加熱手段１１は、蓋カバー８に取り付けられ、加熱板１０を誘導加熱する誘導加熱コイルである。加熱板温度検知手段１２は、加熱板１０の温度を検知する。蒸気筒１３は、鍋２内の不要な蒸気を排出する。

蒸気発生手段６は、水タンク１６と水タンク加熱手段１７とを有する。水タンク加熱手段１７は、水タンク１６を誘導加熱する誘導加熱コイルである。水タンク１６の外側に、水タンク１６の温度を検知する水タンク温度検知手段１８が圧接される。

蓋３を閉めた状態において、発生した蒸気を鍋２に供給する蒸気経路９が水タンク１６の上方に位置する。蒸気経路９と水タンク１６との間の隙間は、蒸気経路９に取り付けられているループ状のパッキン（第２のパッキン）１９で封止されている。蒸気過熱装置１４は、蓋３の内部部品を安全に配慮しながら避けるようにして、屈曲した部分と直線部分を組み合わせて内装されている。

蓋３を閉めた状態において水タンク１６と鍋２とは蒸気経路９を通じてのみ連通する。水タンク１６で発生した蒸気は、蒸気経路９を通って鍋２内に投入され、余分の蒸気は蒸気筒１３を通じて外部に排出される。蒸気経路９を加熱する加熱手段（例えば誘導加熱コイル）を更に設けても良い。

制御手段７は、回路基板（図示しない）に搭載されたマイクロコンピュータを有する。

制御手段７（マイクロコンピュータ）はソフトウエアにより、ユーザが操作パネル（図示しない）を介して入力する操作指令、鍋温度検知手段５、水タンク温度検知手段１８、加熱板温度検知手段１２および蒸気過熱装置温度検知手段（図示しない）から入力される信号に基づき、あらかじめマイクロコンピュータに記憶された炊飯プログラムにより、鍋２、加熱板１０、水タンク１６、蒸気過熱装置１４の加熱制御を行う。

制御手段７は、鍋加熱手段４ａ、４ｂ、水タンク加熱手段１７、加熱板加熱手段１１、蒸気過熱手段（図示しない）の加熱量を、各加熱手段の通電率及び／又は通電量によって制御する。

図３に示すように、鍋２は、厚さ０．５ｍｍのフェライト系ステンレス２０に厚さ１．０ｍｍのアルミニウム２１を接合したクラッド材を基材としたものであり、フェライト系ステンレス２０側が外面となるようにプレス加工して成型したものである。鍋２内面のアルミニウム２１表面には２層構成のフッ素樹脂コート２２を形成している。

図２に示すように、鍋２は、鍋高さにおける略中間位置〜略１／３前後の高さの曲率開始点から下側になるにつれて、曲率が大きくなりつつ最大値を取り最下部点に向けて曲率が小さくなる形状を有する。

最下部点は、鍋２をテーブル面などの平たん面上に置いたときに、テーブル面などに接する最外周上の点である。本実施の形態では、鍋２のフランジ部を含めた直径は２２０ｍｍ、フランジ部を含まない外径は１９５ｍｍ、鍋高さは１１８ｍｍ、曲率開始点の高さを５５ｍｍ、最下部点を含む底面外周の直径を１２０ｍｍとした。

底面部および曲面部には複数の凹凸部Ｘと凹凸部Ｙと凹凸部Ｚが形成されており、凹凸部は鍋２の基材内側が凹形状の場合には対向する鍋２の基材外側は凸形状とした。凹凸部は前記プレス加工の際に同時に形成される。

鍋２を本体１に装着した状態で、底面部および曲面部の凹凸部が設けられていない部分に誘導加熱コイルを設けた構成となっている。すなわち、凹凸部Ｘと凹凸部Ｙと凹凸部Ｚの間の凹凸部が設けられていない部分に、鍋加熱手段４ａと４ｂが配置されている。

以上のように構成された本発明の実施の形態の炊飯器の炊飯工程における動作を説明する。

ユーザが、炊飯を行う米とその米量に対応する水とを鍋２に入れ、本体１に内装する。水タンク１６に所定量の水を入れ、本体１に内装する。ユーザが炊飯開始スイッチ（図示しない）を操作すると炊飯工程が実施される。

炊飯工程は、時間順に前炊き、炊き上げ、沸騰維持、蒸らしに大分される。

前炊き工程において、第一の所定時間ｔ１（通常２０分前後）になるまで、鍋２の温度が米の吸水に適した第一の所定温度Ｔ１（通常５５℃前後）になるように鍋加熱手段４ａ、４ｂを制御し、鍋２を加熱して鍋２内の米と水とを加熱する。

前炊き工程は、糊化温度よりも低温の水に米を浸し、予め米に吸水させておくことで、以降の工程において、米の中心部まで十分に糊化させるための工程である。また、本工程は、米に含まれるアミラーゼにより澱粉を分解しグルコースを生成させる工程でもあり、ここで、飯の甘味を生み出すのである。

次に、前炊き工程終了後、炊き上げ工程に移行する。炊き上げ工程において、鍋２の温度が第二の所定温度Ｔ２（水の沸点（通常１００℃近傍））になるまで鍋加熱手段４ａ、４ｂによって鍋２を所定の熱量で加熱する。この時の鍋２の温度上昇速度によって、炊飯量を判定する。

本工程では、鍋温度検知手段５の検知温度により鍋加熱手段４を制御したが、別途、鍋の開口部を覆う蓋の温度を検知する蓋温度検知手段を設け、蓋温度検知手段の検知温度が所定温度に達するまで、鍋加熱手段４が鍋２を加熱することもできる。

引き続き、炊き上げ工程終了後、沸騰維持工程に移行する。沸騰維持工程において、鍋２に水が有る間は、鍋温度検知手段５の検知温度Ｔａが、第二の所定温度Ｔ２（水の沸点（通常１００℃近傍））で沸騰状態を維持するように鍋加熱手段４ａ、４ｂ及び加熱板加熱手段１１を制御し、鍋２内の米と水を加熱する。そして、沸騰維持工程が経過していくと、鍋２内の水が蒸発して、鍋２内に水がなくなると、鍋２の温度が上昇する。

鍋温度検知手段５の検知温度Ｔａが、第三の所定温度Ｔ３（水の沸点以上）に到達すると、鍋２内に水がなくなったと判断し工程の終了とする。この工程は、米澱粉を糊化させる工程であり、炊飯後の飯の糊化度は１００％近くに達するが、この工程終了時には糊化度は５０〜６０％程度となる。

最後に蒸らし工程に進む。蒸らし工程では、一定時間の間に複数回、炊飯量に応じた鍋加熱手段４及び加熱板加熱手段１１による加熱（追い炊き）と加熱の停止（休止）を繰り返す。蒸らし工程（追い炊き時と休止時）において、蒸気発生手段６から発生した蒸気を蒸気過熱装置１４で過熱し鍋２内へ過熱蒸気を供給する。

蒸らし工程は沸騰維持工程に引き続き、米澱粉の糊化させる工程であり、蒸らし工程の開始時には糊化度は５０〜６０％程度であったものが、蒸らし工程終了時、すなわち、炊飯終了時には、糊化度は１００％近くに達するのである。

炊き上げ工程から沸騰維持工程では、鍋加熱手段４ａ、４ｂへの連続通電により鍋２内の水は５０℃から１００℃まで急激に温度上昇する。この時、鍋内の水は初期の（１）未沸騰の自然対流から次第に（２）フッ素樹脂コート２２表面で発生した気泡が水面まで達
しない核沸騰状態となり、１００ ℃ に達する時点では（３）フッ素樹脂コート２２表面で発生した気泡が水面まで達する核沸騰が起こっている。

次に、自然対流と核沸騰について上記（１）〜（３）を具体例にして説明する。鍋加熱手段４ａと４ｂによるジュール発熱量Ｑを鍋２の発熱部表面積Ａで除したものを、鍋２の表面熱流束ｑ＝Ｑ／Ａとし、鍋２の表面温度Ｔから鍋２内の圧力における飽和温度Ｔｓａｔを差し引いたものを、過熱度ΔＴｓａｔ＝Ｔ−Ｔｓａｔとする。

（１）鍋２が鍋加熱手段４ａと４ｂにより加熱され、過熱度ΔＴｓａｔが小さいうちは、伝熱によりフッ素樹脂コート２２表面が発熱し、フッ素樹脂コート２２表面と接している鍋２内の水が局所的に加熱され、水中に密度差が生じる。この密度差に基づく局所的な浮力が発生し、鍋２内の水に流れが誘発される。このような局所的な密度の不均一によって鍋２内の水に未沸騰自然対流が起こる。この時の、水から米への伝熱は自然対流伝熱である。

（２）過熱度ΔＴｓａｔが大きくなるにつれて、フッ素樹脂コート２２表面に小さな気泡が生じては離脱する核沸騰が起こるようになる。初期の核沸騰では、気泡の含有している熱量が十分でないため、水面に向かって上昇するにつれて気泡の温度が水温に近づき、再凝縮の結果液化し、気泡は消滅する（気泡が水面には達しない核沸騰）。この時の、水から米への伝熱は自然対流伝熱と沸騰伝熱である。

（３）さらに、ジュール発熱量Ｑを増加していくと、気泡の発生点が密になり、頻繁に離脱するようになるとともに水面にまで気泡が達し、鍋２内の水全体が激しく撹拌される（核沸騰）。この時の、水から米への伝熱は沸騰伝熱である。

次に、実際に鍋２内で起こっている現象について以下に述べる。

（１）の状態では水から米への熱伝導は、自然対流伝熱が支配的であり、フッ素樹脂コート２２の表面状態の差による熱流束ｑに大きな差は認められない。

（２）の状態では水から米への熱伝導は、フッ素樹脂コート２２表面での気泡の生じ方によって自然対流伝熱が支配的となる場合と、沸騰伝熱が支配的となる場合に分かれる。

すなわち、前者はフッ素樹脂コート２２表面で気泡が大きく成長する場合であり、ジュール発熱量Ｑの大部分が気泡の成長に費やされるため、水から米への伝熱は、フッ素樹脂コート２２表面から鍋２内の水の伝熱と、気泡から水への伝熱であり、いずれも自然対流伝熱により米に熱が伝えられる。

一方、後者はフッ素樹脂コート２２表面で気泡が容易に離脱する場合であり、前述のように気泡は微細であり、この気泡が浮力で水面に向かって上昇するが、気泡の含有している熱量が十分でないため、上昇するにつれて気泡の温度が水温に近づき、再凝縮の結果、液化し、気泡は消滅する。

しかしながら、気泡は頻繁に水面に向かって上昇することで鍋２内の水に強制的な対流が生じ、沸騰伝熱と強制対流伝熱により米に熱が伝えられる。自然対流伝熱より強制対流伝熱の方が、熱媒体が均一攪拌されるため、米への均一な伝熱が実現できる。よって、フッ素樹脂コート２２表面を気泡が離脱し易い表面状態にすることで米の均一加熱が可能となる。

（３）の状態では、気泡が頻繁に離脱し水面まで達し、鍋２内の水全体が激しく撹拌さ
れる。

しかしながら、フッ素樹脂コート２２表面での気泡の生じ方によっては沸騰伝熱において米が均一加熱されるとは限らない。すなわち、フッ素樹脂コート２２表面で気泡が容易に離脱する場合には、気泡が大きく成長する場合と比較して、気泡と米との接触機会が多くなることで米への伝熱の機会が増える。よって、フッ素樹脂コート２２表面を気泡が離脱し易い表面状態にすることで米の均一加熱が可能となる。

以上のように、核沸騰においては、鍋２の表面を気泡が離脱し易い状態にすることで、気泡と米との接触機会が多くなることで米への伝熱の機会が増加し、米の均一加熱が可能となる。

次に気泡が離脱し易い表面状態について以下に述べる。

気泡の成長について、出口半径Ｒの円錐形の凹部の中に捕らえられている気泡が、成長していくにつれ、その気泡の曲率１／Ｒがどのように変化していくかについて説明する。

気泡の、加熱表面への接触角を９０°とすると、気泡の成長に伴う気泡の曲率は、気泡がちょうど出口のまわりに接し、かつ円錐の側面と９０°を保つ状態で最小値をとり、その後出口のまわりには接しているが、加熱表面と９０°の接触角を示す状態まで増加し続け（安定平衡状態）、最大値をとった後、接触位置が出口まわりから遠ざかっていくにつれて再び減少していく。

気泡の体積が増大するにつれて、曲率は低下し、不安定状態になり気泡離脱に向けて成長し続ける。

以上のように、加熱表面から気泡を容易に離脱させるためには、気泡をいかに不安定状態に置くかが重要となる。そのためには、加熱表面の材質や凹部の形状を最適化することが考えられるが、材質は前述のような理由により、フッ素樹脂を用いることが望ましいため、凹部の形状を最適化することにした。

凹部の形状は、図１、２に示すように隣どうしの気泡がお互いに圧力を及ぼし気泡の離脱を促進するために、山谷が連続する形状が望ましく、お手入れ性を考慮して半球状の形状とした。

また、鍋２の凹凸部は基材内側が凹形状の場合には対向する基材外側は凸形状とし、凹凸部Ｘと凹凸部Ｙと凹凸部Ｚの間の凹凸部が設けられていない部分に、鍋加熱手段４ａと４ｂが配置されている。

これにより、鍋加熱手段４ａと４ｂの電磁界が、凹凸部が設けられていない部分との結合は変わらず、鍋加熱手段４ａと４ｂからの距離が離れた凹凸部が設けられている部分との結合が良化し、鍋２の発熱自体が均一化されるようになるため、鍋２の素材による熱伝導に依存することなく鍋２の均一加熱が実現できる。

鍋加熱手段４ａと４ｂへの入力電力が同等であれば、鍋加熱手段４ａと４ｂから距離が離れた凹凸部Ｘと凹凸部Ｙと凹凸部Ｚにおける単位面積当たりの発熱量は増加し、反対に凹凸部が設けられていない部分における単位面積当たりの発熱量は減少する。

従って、鍋加熱手段４ａと４ｂから距離が離れた凹凸部Ｘと凹凸部Ｙと凹凸部Ｚからご飯への単位面積当たりの加熱量が増加し、凹凸部が設けられていない部分からご飯への単
位面積当たりの加熱量が減少することで、鍋２全体としてご飯への単位面積当たりの加熱量が近似するものである。

即ち、理想的なご飯の炊き方とされる、かまど炊飯を電磁誘導加熱式炊飯器で再現できるものである。かまど炊飯のように、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、その均一な沸騰伝熱によってご飯全体が均一に加熱され、鍋のどの部位のご飯もばらつきなく糊化が促進され、鍋全体のご飯を美味しく炊き上げる炊飯器を提供することができる。

図４は、本発明の第１の実施の形態における別態様の鍋底面の要部拡大断面図を示すものである。

図４に示すように、凹部の最下部のフッ素樹脂コート２２に、少なくとも炭化珪素かダイヤモンドのいずれか一方の添加材粒子Ａを偏在させた炊飯器とすることにより、凹部からの沸騰が促進されることで沸騰伝熱により、ご飯に均一に熱を伝えることができる。

フッ素樹脂は低熱伝導性の材質であるのに対し、炭化珪素やダイヤモンドは極めて高い熱伝導性を有することから、炭化珪素やダイヤモンド粒子を添加材粒子として用いた場合は、添加材粒子に鍋からの熱が伝わりやすいため、添加材が偏在する凹部からの気泡の発生を誘発し易くなり、沸騰泡が鍋内のフッ素樹脂コート２２表面から万遍なく安定して発生するため、均一な沸騰伝熱により米を均一加熱し、より食味を向上したおいしいご飯を炊くことが可能となる。

また、鍋２表面を上記仕様とすることで、接触部が鋭利なため、米研ぎなどの摩耗負荷に対して高い耐摩耗性を有し、フッ素樹脂コートの剥がれなどに対する耐久性を向上することができる。また、これに伴って米研ぎ回数を減らすことが可能となる。

なお、添加材粒子Ａを、少なくとも炭化珪素かダイヤモンドのいずれか一方をマイクロカプセル化した粉体塗料を偏在させることにより、マイクロカプセル化により添加材粒子Ａがフッ素樹脂粉体に包み込まれた状態になっているため、フッ素樹脂粉体塗料の塗装時に両者が分離することがなく、微細孔において常に一定濃度の添加材粒子を含む均質な塗膜を得られることと、塗膜においても添加材粒子がフッ素樹脂に覆い包まれているために実使用時に添加材粒子の脱落を防止することができる。

図５は、本発明の第１の実施の形態における別態様の鍋底面の要部拡大断面図、図６は、本発明の第１の実施の形態における鍋底面のフッ素樹脂コートの拡大斜視図を示すものである。

図５、６に示すように、凹凸部以外のフッ素樹脂コート２２の表層に複数の多角錘形状の微細孔Ｂを形成し、添加材粒子Ｃは、フッ素樹脂コート２２表層に偏在し、かつ微細孔Ｂの最下部に最も多く存在させる。

これにより、高い耐摩耗性を有しながら、添加材粒子Ｃが偏在する微細孔Ｂからの気泡の発生を誘発し、沸騰泡が凹凸部以外のフッ素樹脂コート２２表面から万遍なく安定して発生するとともに凹部からは沸騰泡が生じるため、均一な沸騰伝熱により米を均一加熱することができ、鍋全体のご飯を美味しく炊き上げることができる。

尚、前炊き工程及び炊き上げ工程において高温蒸気を鍋２内に供給すれば、鍋２内の温度を短時間で上げることができる。また、沸騰維持工程において高温蒸気を鍋２内に供給すれば、おねばに蒸気が当たるので、吹きこぼれを防止できる。

また、本実施の形態では、電磁誘導加熱式炊飯器でご飯を炊き上げる場合について記載しているが、鍋加熱手段はヒータでもよく、また被調理物がご飯以外の加熱調理器であってもよいことは言うまでもない。

以上のように、本発明にかかる加熱調理器は、鍋が均一に加熱されることによって鍋底付近全体から均一に沸騰が起こり、その均一な沸騰伝熱によって被調理物全体が均一に加熱され、鍋のどの部位の被調理物もばらつきなく美味しく調理することが可能となるので、種々の加熱調理器等の用途にも適用できる。

１ 本体
２ 鍋
３ 蓋
４、４ａ、４ｂ 鍋加熱手段
５ 鍋温度検知手段
６ 蒸気発生手段
７ 制御手段
８ 蓋カバー
９ 蒸気経路
１０ 加熱板
１１ 加熱板加熱手段
１２ 加熱板温度検知手段
１３ 蒸気筒
１４ 蒸気過熱装置
１５ パッキン（第１のパッキン）
１６ 水タンク
１７ 水タンク加熱手段
１８ 水タンク温度検知手段
１９ パッキン（第２のパッキン）
２０ フェライト系ステンレス
２１ アルミニウム
２２ フッ素樹脂コート
Ｘ、Ｙ、Ｚ 凹凸部
Ａ、Ｃ 添加材粒子
Ｂ 微細孔

Claims (6)

1. 磁性金属を有する基材で形成され、上面に開口部を有し、側面から底面にかけて複数の凹凸部を形成し、それぞれが離間した円環状の第１の凹凸部と第２の凹凸部と第３の凹凸部を有する鍋と、
   前記鍋の外面側に設けられて前記鍋を誘導加熱する鍋加熱手段と、を備え、
   前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部と前記第３の凹凸部に形成された前記複数の凹凸部は、前記鍋の内面側が凹形状に形成され、前記内面側に対向する前記外面側が凸形状に形成され、前記内面側と前記外面側との凹凸形状が対応した形状を有すると共に、前記鍋の前記内面側における前記複数の凹部の形状は山谷が連続する形状とし、
   前記鍋加熱手段は、前記第１の凹凸部と前記第２の凹凸部と前記第３の凹凸部のそれぞれの間の前記複数の凹凸部が形成されていない前記外面側にのみに配された加熱調理器。
2. 前記複数の凹凸部は、前記鍋を成型する際に同時に形成されるようにした請求項１に記載の加熱調理器。
3. 前記複数の凹凸部は、前記鍋の前記側面の略中間から前記底面に至る任意の外周上を起点として、前記底面にかけて前記基材上に形成され、前記鍋加熱手段は誘導加熱コイルである請求項１または２に記載の加熱調理器。
4. 前記基材内面にフッ素樹脂コートを形成し、前記基材の前記凹部の最下部の前記フッ素樹脂コートに、添加材粒子として、少なくとも炭化珪素かダイヤモンドのいずれか一方を偏在させた請求項３に記載の加熱調理器。
5. 前記添加材粒子として、少なくとも炭化珪素かダイヤモンドのいずれか一方をマイクロカプセル化した粉体塗料を偏在させた請求項４に記載の加熱調理器。
6. 前記凹凸部以外の前記フッ素樹脂コートの表層に複数の多角錘形状の微細孔を形成し、前記添加材粒子は、前記フッ素樹脂コート表層に偏在し、かつ前記微細孔の最下部に最も多く存在するようにした請求項４または５に記載の加熱調理器。
   

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