WO2019026887A1

WO2019026887A1 - 発熱体の製造方法

Info

Publication number: WO2019026887A1
Application number: PCT/JP2018/028602
Authority: WO
Inventors: 大久保　博; 博文西尾; 東城　哲朗
Original assignee: 東洋炭素株式会社
Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2018-07-31
Publication date: 2019-02-07
Also published as: JP2019030362A; TW201910293A

Abstract

誘導加熱可能な発熱体を任意の形状に容易に製造し得る方法を提供する。　混練工程と、成形工程と、焼成工程とを行う。混練工程では、セラミック粒子と、ピッチと、炭素フィラーと、水とを混練することにより混練物を得る。成形工程では、混練物を成形し、成形体を得る。焼成工程では、成形体を焼成することにより発熱体を得る。

Description

発熱体の製造方法

　本発明は、発熱体の製造方法に関する。

　近年、誘導加熱（ＩＨ）を用いたＩＨ調理器の普及が進んでいる。ＩＨ調理器を用いて調理を行うためには、誘導加熱可能な調理器具を用いる必要がある。例えば、セラミック製の土鍋等の誘導加熱できない調理器具は、誘導加熱調理器具として用いることができない。

　例えば、特許文献１には、炭素材として鱗片状黒鉛を用い、ホットプレス焼成することにより、誘導加熱可能なセラミック発熱体を製造する方法が記載されている。

特開２００４－２９９９１３号公報

　特許文献１に記載された発明では、ホットプレス焼成が必須とされている。しかしながら、ホットプレス焼成では、例えば、底の深い鍋等の焼成が困難である。このため、特許文献１に記載の方法では、任意の形状の誘導加熱可能な発熱体を製造することが困難である。従って、誘導加熱可能な発熱体を任意の形状に容易に製造し得る方法が求められている。

　本発明の主な目的は、誘導加熱可能な発熱体を任意の形状に容易に製造し得る方法を提供することにある。

　本発明に係る発熱体の製造方法では、セラミック粒子と、ピッチと、炭素フィラーと、水とを混練することにより得られた混練物を成形して得た成形体を焼成することにより発熱体を得る。

　本発明に係る発熱体の製造方法では、混練する工程において、炭素フィラーに加え、ピッチを加えて混練する。このため、焼成する工程において、ホットプレス焼成等の加圧焼成をする必要がない。例えば、成形する工程で任意の形状に成形した後に非加圧焼成することにより、発熱体を得ることができる。従って、本発明に係る発熱体の製造方法によれば、誘導加熱可能であり、十分に高い強度を有する発熱体を任意の形状に容易に製造し得る。本発明に係る発熱体の製造方法において、非加圧焼成できる理由としては、以下の理由が考えられる。すなわち、ピッチを添加することにより、焼成する工程において、ピッチに含まれる炭素成分がバインダーとして機能し、炭素粒子の三次元マトリクスが形成され、その炭素粒子の三次元マトリクスにより高強度が担保されるため、ホットプレス焼成を行わずとも十分に高い強度を有する発熱体を製造し得るものと考えられる。

　本発明に係る発熱体の製造方法では、セラミック粒子が粘土鉱物を含むことが好ましい。

　本発明に係る発熱体の製造方法では、混練工程が、ピッチと、炭素フィラーとを混練した後に粉砕することにより粉砕粉を得る工程と、粉砕粉とセラミック粒子と水とを混練し、混練物を得る工程とを含むことが好ましい。

　本発明に係る発熱体の製造方法では、混練工程において、炭素フィラーの表面にピッチに含まれる炭素成分が付着するように混練を行うことが好ましい。

　本発明に係る発熱体の製造方法では、炭素フィラーとしてコークスを用いることが好ましい。

　本発明に係る発熱体の製造方法では、焼成工程において、成形体を非加圧焼成することが好ましい。

　本発明に係るＩＨ対応調理器具用部材の製造方法では、発熱体が調理器具であってもよい。

　本発明に係るＩＨ対応調理器具用部材の製造方法では、発熱体が調理器具用部材であってもよい。

　本発明によれば、誘導加熱可能な発熱体を任意の形状に容易に製造し得る方法を提供することができる。

図１は、第１の実施形態において製造されたＩＨ対応調理器具の模式的断面図である。図２は、第２の実施形態において製造されたＩＨ対応調理器具の模式的断面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態において製造されたＩＨ対応調理器具１の模式的断面図である。

　図１に示すＩＨ対応調理器具１は、具体的には、鍋である。本実施形態では、鍋（土鍋）であるＩＨ対応調理器具１の製造方法について説明する。

　なお、本発明において、「調理器具」には、鍋、炊飯ジャー用内釜、フライパン等に加え、皿、カップ、トレイ等の食器も含まれるものとする。

　本実施形態に係る発熱体の製造方法では、セラミック粒子と、ピッチと、炭素フィラーと、水とを混練することにより得られた混練物を成形して得た成形体を焼成することにより発熱体を得る。具体的には、本実施形態に係る発熱体の製造方法では、セラミック粒子と、ピッチと、炭素フィラーと、水とを混練することにより混練物を得る混練工程と、混練物を成形して成形体を得る成形工程と、成形体を焼成することにより発熱体を得る焼成工程とを行う。

　（混練工程）
　まず、セラミック粒子と、ピッチと、炭素フィラーと、水とを用意する。

　セラミック粒子として、粘土鉱物を用いることが好ましい。好ましく用いられる粘土粒子の具体例としては、例えば、パイロフィライト、滑石、モンモリロン石、ノントロン石、サポー石、バーミキュライト、雲母属鉱物、緑泥石属鉱物、カオリン鉱物、蛇紋石鉱物、芋子石、アロフェン、ヒシンゲライト等が挙げられる。

　また、セラミック粒子を構成しているセラミックスの種類は、特に限定されず、ＩＨ対応調理器具１の用途や使用態様に応じて適宜選択することができる。セラミック粒子は、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化鉄（II）ＦｅＯ、酸化鉄（III）Ｆｅ_２Ｏ_３、酸化マンガン（II）ＭｇＯ、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ナトリウム、酸化カリウム、５酸化リン、炭化カルシウム、硫化鉄等のうちの少なくとも１種のセラミックスを含んでいてもよい。

　ピッチとしては、例えば、石油ピッチや石炭ピッチ等が好ましく用いられる。

　炭素フィラーとしては、例えば、コークス、黒鉛（グラファイト）、カーボン、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン等が好ましく用いられる。なかでも、ＩＨ対応調理器具１の製造コストを低減する観点から、コークスを炭素フィラーとして用いることが好ましい。

　次に、セラミック粒子と、ピッチと、炭素フィラーと水とを混練することにより、混練物（グリーンブロック）を得る。

　混練方法は特に限定されないが、炭素フィラーの表面にピッチに含まれる炭素成分が付着するように混練することが好ましい。具体的には、以下のように混練を行うことが好ましい。すなわち、まず、ピッチと炭素フィラーとを混合した後に粉砕することにより粉砕粉を得る。次に、粉砕粉とセラミック粒子と水とを混合して混練物を得る。このように、炭素フィラーとセラミック粒子とを混合する前に、予め炭素フィラーとピッチとを混合しておくことにより、炭素フィラーの表面にピッチに含まれる炭素成分を好適に付着させることができる。

　混練工程において、セラミック粒子、ピッチ、炭素フィラー及び水の配合比は特に限定されず、製造するＩＨ対応調理器具に要求される特性等に応じて適宜設定することができる。

　炭素フィラーの配合量は、例えば、セラミック粒子を１００質量部としたときに、１６０重量部～２２０重量部であることが好ましく、１７０重量部～２１０重量部であることがより好ましく、１８０重量部～２００重量部であることがさらに好ましい。

　ピッチの配合量は、例えば、セラミック粒子を１００質量部としたときに、５１重量部～１１１重量部であることが好ましく、６１重量部～１０１重量部であることがより好ましく、７１重量部～９１重量部であることがさらに好ましい。

　水の配合量は、例えば、セラミック粒子を１００質量部としたときに、７７重量部～１３７重量部であることが好ましく、８７重量部～１２７重量部であることがより好ましく、９７重量部～１１７重量部であることがさらに好ましい。

　（成形工程）
　次に、混練物を成形し、成形体を得る。混練物の成形方法は、特に限定されない。例えば、プレス成形を行ってもよいし、ろくろを用いて成形してもよいし、手ごねにより成形してもよい。なかでも、炭素粒子が配向することを抑制する観点から、プレス成形を行わず、ろくろ成形や手ごね成形等、非加圧で成形し、非加圧焼成を行うことが好ましい。非加圧焼成を行うためには、混練物が粘土状であることが好ましい。この観点から、粘土鉱物粒子を含むセラミック粒子を用いることが好ましい。

　（焼成工程）
　次に、成形体を焼成することによりＩＨ対応調理器具１を得ることができる。

　成形体の焼成は、加圧しない焼成方法である非加圧焼成法により行うことが好ましい。

　成形体の焼成は、非酸化雰囲気下で行うことが好ましい。成形体の焼成は、複数回行ってもよい。例えば、１０００℃未満の低温で焼成した後に、１０００℃以上の高温でさらに焼成を行ってもよい。

　なお、焼成工程において成形体にクラックが生じたり、成形体が破損することを抑制するために、成形体の焼成を行う前に、成形体を乾燥させておくことが好ましい。

　以上説明したように、本実施形態では、混練工程において、炭素フィラーに加え、ピッチを加えて混練する。このため、焼成工程において、ホットプレス焼成等の加圧焼成を行わなくても成形体を好適に焼成することができる。従って、本実施形態に係る発熱体の製造方法によれば、誘導加熱可能な発熱体であるＩＨ対応調理器具１を、十分に高い強度で、任意の形状に容易に製造し得る。本実施形態の製造方法において、非加圧焼成できる理由としては、ピッチを添加することにより、焼成工程において、ピッチに含まれる炭素成分がバインダーとして機能し、炭素粒子の三次元マトリクスが形成され、その炭素粒子の三次元マトリクスにより高強度が担保されるため、ホットプレス焼成を行わずとも十分に高い強度を有するＩＨ対応調理器具１を製造し得るものと考えられる。

　高強度なＩＨ対応調理器具１を実現する観点からは、炭素フィラー１００質量部に対してピッチを２５重量部～７５重量部添加することが好ましく、３５重量部～６５重量部添加することがより好ましく、４５重量部～５５重量部添加することがさらに好ましい。ピッチの添加量を上記範囲とすることにより、焼成工程において炭素粒子の三次元マトリクスがより好適に形成されるためである。

　同様の観点から、セラミック粒子１００質量部に対して炭素フィラーを１６０重量部～２２０重量部添加することが好ましく、１７０重量部～２１０重量部添加することがより好ましく、１８０重量部～２００重量部添加することがさらに好ましい。

　なお、本発明においては、ＩＨ対応調理器具の第１の方向に沿った比抵抗をＲ１とし、第１の方向に対して垂直な第２の方向に沿った比抵抗をＲ２とし、第１及び第２の方向のそれぞれに対して垂直な第３の方向に沿った比抵抗をＲ３としたときに、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３のそれぞれが２００μΩ・ｍ以下である場合に「炭素粒子の三次元マトリクスを形成している」と判断する。比抵抗が低い炭素粒子が三次元的に結合していなければ、Ｒ１、Ｒ２及びＲ３の少なくとも一つが２００μΩ・ｍを超える高い比抵抗になるためである。

　以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。

　（第２の実施形態）
　図２は、第２の実施形態において製造するＩＨ対応調理器具２の模式的断面図である。

　本実施形態では、本発明に係る発熱体の製造方法の一例として、鍋であるＩＨ対応調理器具の製造方法について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。発熱体は、ＩＨ対応な（ＩＨにより発熱させることができる）発熱体である限りにおいて、特に限定されない。例えば、発熱体として、誘導加熱不能な調理器具本体に対して取り付けられるＩＨ対応調理器具用部材の製造方法にも本発明に係る発熱体の製造方法は好適である。

　本実施形態では、ＩＨに対応していない（誘導加熱不能な）調理器具本体２ａを備えるＩＨ対応調理器具２に用いる、ＩＨに対応したＩＨ対応調理器具用部材２ｂの製造方法について説明する。例えば、図２に示すように、本実施形態のＩＨ対応調理器具用部材２ｂは、ＩＨに対応していない調理器具本体２ａに対して取り付けられて使用される部材である。なお、調理器具本体２ａは、誘導加熱不能な部材である。調理器具本体２ａは、例えば、セラミック製の土鍋やフライパン、炊飯ジャー用内釜、プレート等であってもよい。

　ＩＨ対応調理器具用部材２ｂは、形状を除いて、第１の実施形態において説明したＩＨ対応調理器具１と実質的に同様の製造方法により製造することができる。このため、ＩＨ対応調理器具用部材２ｂの製造方法等に関しては、第１の実施形態において説明したＩＨ対応調理器具１の製造方法に対する記載及び効果等に関する記載を援用するものとする。

　上述の通り、混練工程において、炭素フィラーに加え、ピッチを加えて混練する。このため、第１の実施形態と同様に、任意の形状を有する高強度なＩＨ対応調理器具用部材２ｂを容易に製造し得る。

　以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

　（実施例１）
　まず、コークスを含む骨材にピッチを含むバインダーを加えて混練し、その後、粉砕して粉砕粉（平均粒子径：５０μｍ）を得た。次に、セラミック粒子を含む粘土（竹昇精工社製上耐熱土）５００ｇに対して、上記粉砕粉（平均粒子径：５０μｍ）１０００ｇと水とを混合した後、直径１６０ｍｍ、厚み約２０ｍｍの円板状のサンプルを成形した。次に、サンプルを１ヶ月間風乾した。乾燥させたサンプルを、詰め粉と共に、鉄製のサガー内に入れ、９００℃で１８６時間焼成した（一次焼成）。次に、一次焼成したサンプルを、前記同様の詰め粉と共に、鉄製のサガー内に入れ、１２００℃で２００時間焼成し（二次焼成）、サンプルを作製した。実施例１において作製したサンプルにおける炭素含有量は、６６．７５質量％であった。

　実施例１において作製したサンプルの板面方向に沿った第１の方向における比抵抗Ｒ１、サンプルの板面方向に沿っており、第１の方向に対して垂直な第２の方向における比抵抗Ｒ２及び第１及び第２の方向のそれぞれに対して垂直な第３の方向（厚み方向）における比抵抗Ｒ３は、全て１５０μΩ・ｍ～１６０μΩ・ｍの範囲内であった。このことから、本実施例において作成したサンプルでは、少なくとも一部の炭素粒子が三次元マトリクスを形成していることが分かる。

　＜加熱試験＞
　ＩＨヒーター（パナソニック株式会社製「ＰＨ－３３」）の上に、厚みが４ｍｍのスペーサを介して、作製したサンプルを配し、ＩＨヒーターを駆動させたところ、サンプルの中央部の温度が２５０℃まで上昇した。

１，２　ＩＨ対応調理器具
２ａ　　調理器具本体
２ｂ　　ＩＨ対応調理器具用部材

Claims

　セラミック粒子と、ピッチと、炭素フィラーと、水とを混練することにより得られた混練物を成形して得た成形体を焼成することにより発熱体を得る、発熱体の製造方法。
　前記セラミック粒子は粘土鉱物を含む、請求項１に記載の発熱体の製造方法。
　前記混練工程は、
　ピッチと、炭素フィラーとを混練した後に粉砕することにより粉砕粉を得る工程と、
　前記粉砕粉とセラミック粒子と水とを混練し、前記混練物を得る工程と、
　を含む、請求項１または２に記載の発熱体の製造方法。
　前記混練工程において、前記炭素フィラーの表面に前記ピッチに含まれる炭素成分が付着するように混練を行う、請求項１～３のいずれか一項に記載の発熱体の製造方法。
　前記炭素フィラーとしてコークスを用いる、請求項１～４のいずれか一項に記載の発熱体の製造方法。
　前記焼成工程において、前記成形体を非加圧焼成する、請求項５に記載の発熱体の製造方法。
　前記発熱体が調理器具である、請求項１～６のいずれか一項に記載の発熱体の製造方法。
　前記発熱体が調理器具用部材である、請求項１～６のいずれか一項に記載の発熱体の製造方法。