JP4295232B2 - 電磁誘導加熱調理器用容器 - Google Patents

Description

本発明は、電磁誘導加熱調理器用容器に関し、とくに電磁誘導を利用して加熱する炊飯器用鍋や加熱調理器に用いられる容器本体に関するものである。

電磁誘導加熱炊飯器用鍋や加熱調理器用容器などの電磁誘導加熱調理器（以下、単に「誘導加熱器」ともいう）としては、図１に示すように、非磁性金属材料（合金を含む。以下、同じ）、例えば、アルミニウム板からなる容器本体１に対し、その外表面に、クラッド法で磁性金属材料からなる電磁誘導層２を形成し、その内表面には、食品のこげつき等を防止する目的でフッ素樹脂系のコーティング３が施されたものが知られている。

そして、この誘導加熱器は、容器本体１の外表面に形成した前記電磁誘導層２を構成する磁性金属材料が、主に鉄系の材料であることから、使用中に錆の発生や腐食により損傷を受けやすいという問題があった。そのため、従来、図２に示すように、前記電磁誘導層２の表面に、防食を目的としてアルミニウム等の犠牲防食皮膜４を形成することが一般的である。

また、特許文献１では、アルミニウム等からなる容器本体の外表面に、ろう材を介して炭素鋼系磁性材料を接合し、さらに、その表面に防食等を目的としてステンレス鋼等の層を形成する方法が提案している。また、特許文献２では、アルミニウム及びその合金、鋼等の熱伝導性の良好な金属の外表面に、フェライト系ステンレス鋼の層をクラッド法により接合し、電磁誘導特性に防食性を兼ね備えた皮膜を形成する方法が提案されている。

特開平３−１９８２８号公報 特開平９−２３６７８７号公報

現在、誘導加熱器に採用されている磁性材料としては、上述したように、鉄系のとくにフェライト系ステンレス鋼などが用いられている。また、その製法もクラッド法や溶接法が主体である。しかしながら、これらの手法により製作された誘導加熱器は、誘導加熱器として要求される品質特性および生産技術の点で多くの課題を残している。即ち、誘導加熱器、とくに電磁誘導加熱炊飯器用鍋に要求される特性としては、
ａ．特定周波数の高周波で短時間に効率よくご飯を炊きあげること、
ｂ．炊飯後は、省エネルギーによる保温とご飯の品質を維持すること、
が挙げられる。しかしながら、前記従来の手法で製造した炊飯器で所定の電磁特性を得るには、溶射皮膜の厚膜化が必要であり、過大な電力を要するため、炊飯の効率および保温性能が悪く、保温時の消費電力が高いと共に、ご飯の品質が低下してしまうという問題点があった。

そこで、本発明の目的は、短時間に必要で十分な調理、例えば、炊飯が低コストででき、しかも調理した食品の品質がいつまでも劣化せず、おいしくするのに好適な容器本体の構造を提案することにある。

上記目的の実現に向けた研究の中で、本発明は、誘導加熱器の容器外表面に形成する電磁誘導層からなる磁性膜の表皮抵抗およびインダクタンス値に注目して研究したところ、効率がよく、保温性能にも優れた電磁誘導層について開発することができた。そして、この開発技術は、誘導加熱器の使用環境に適合して防食性に優れると共に、製造コストの面でも有利なものである。すなわち、本発明は、容器本体が、非磁性金属からなる部材の外表面に、皮膜厚さが３００μｍ〜7００μｍ、表皮抵抗が1０００ｍΩ〜３５００ｍΩおよびインダクタンスが３０μＨ〜５０μＨの範囲内にある、磁性金属材料の溶射皮膜からなる電磁誘導層を設けたものからなる容器において、前記磁性金属材料として、Ｎｉを８０ｍａｓｓ％含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ-Ｎｉ系合金（Ａ）と、その合金（Ａ）にＣｒを１８ｍａｓｓ％添加してなるＦｅ-Ｎｉ-Ｃｒ系合金（Ｂ）とを５０ｍａｓｓ％ずつの比率で配合してなる合金を用いることを特徴とする電磁誘導加熱調理器用容器である。

本発明において、前記非磁性金属からなる部材の内表面には、チタン酸化物やクロム酸化物、アルミニウム酸化物またはそれらのそれらのいずれか1種以上を含む複合酸化物などのセラミック溶射皮膜からなる遠赤外線層を有することが好ましい。

以上述べたとおり、本発明に係る誘導加熱器は、容器本体の外表面に電磁特性および防食性に優れた金属の薄膜を溶射被覆する方法であるから、低コストで短時間に調理することができると共に、容器本体の内表面には、遠赤外線を放射するセラミック材料を溶射被覆しているため、炊飯米などの食品の品質に優れ、おいしい食品の調理を可能にすることができる。

以下、本発明に係る誘導加熱器の例として、電磁誘導加熱炊飯器用鍋を用いて説明するが、本発明は、この例にのみ限定されるものではない。
図３に示す鍋１は、非磁性材料、例えばアルミニウム板等で製作されたものである。この鍋１は、本体に付帯して設けられた電磁誘導コイルから発せられた磁力線の作用により、外表面を構成する磁性金属材料からなる電磁誘導層２に渦電流が発生するため、発熱し、このことにより、加熱炊飯を行うことができるようになっている。したがって、かかる磁性金属材料としては、電磁誘導によって発熱する金属もしくは合金を用いることが好ましく、この電磁誘導層２は、溶射法により鍋１の外表面に形成することが好ましい。
以下、本発明の誘導加熱器に用いて好適な磁性金属材料および皮膜被覆形成方法について詳細に説明する。

磁性金属材料からなる電磁誘導層は、従来から多くの誘導加熱器に形成されているが、本発明ではとくに、電磁特性として電磁誘導層の表皮抵抗及びインダクタンス値に注目し、これらの値が、誘導加熱調理器として好ましい皮膜構成とは、どのようなものかについて検討した。

その結果、非磁性金属からなる部材を、外表面から効率よく短時間で加熱するためには、電磁誘導層の表皮抵抗が1000mΩ〜3500mΩおよびインダクタンスが30μH〜50μHの範囲内にあることが好ましいことがわかった。その理由は、電磁誘導層の表皮抵抗が、1000mΩより小さいと、炊飯に必要で十分な渦電流が発生せず、発熱量が不足してしまうためである。また、溶射材料の調整および溶射条件を検討した結果、表皮抵抗は、溶射膜の厚みを増やしても約3500mΩが限界であった。
電磁誘導層のインダクタンスについては、30μHより小さいと、炊飯に必要な電力、すなわち誘導電流が得られず、一方、上限については、表皮抵抗と同様、溶射膜の厚みを増やしてもインダクタンスは50μHが限界であり、さらに50μHより大きくなると、大電流が流れて電源が切れる等の不具合が生じてしまう。

そこで、発明者らは、従来より採用されている鉄系材料を比較磁性材料とし、種々の磁性金属材料の表皮抵抗値およびインダクタンスについて試験を行った。その結果、磁性金属材料として以下の合金が好適であることがわかった。すなわち、合金Ａ：Ｎｉを約８０ｍａｓｓ％含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ-Ｎｉ系合金、および合金Ｂ：合金ＡとＣｒを約1８ｍａｓｓ％含有し、残部がＦｅであるＦｅ-Ｎｉ-Ｃｒ系合金とをそれぞれ約５０ｖｏｌ％の比率で配合したものを、造粒したのち、焼結し、その後粉砕して製造した合金からなる溶射材料である。

図７は、上記合金Ａ、合金Ｂおよび比較磁性材料について、これらの合金粉末を溶射して得られた溶射皮膜の膜厚と25MHzにおける表皮抵抗値の関係を示した図である。この図に示す結果から明らかなように、表皮抵抗値を目標の1000mΩ〜3500mΩとするためには、比較磁性材料では膜厚が400μm必要であるのに対し、合金Ａおよび合金Ｂでは、300μmの厚さでその目標値を達成することができた。

同様に、25MHzにおけるインダクタンス測定を実施した結果、図８に示すように、30μH〜50μHのインダクタンス値を得るためには、比較磁性材料では膜厚が400μm以上必要なのに対し、合金ＡおよびＢでは300μmの膜厚で目標値を達成できた。したがって、本発明において選択した合金を用いた場合には、従来よりも薄い（300μm〜400μm）電磁誘導層を用いることができるため、非磁性金属からなる部材を、外表面から効率よく短時間で加熱できると共に、製造コストを削減できることがわかった。

ここで、これらの合金、例えば合金Ａは、前記電磁誘導層２を構成する磁性材料となるものであり、パーマロイ合金の代表的なものである。通常、このパーマロイ合金は、溶製されたのち圧延等により板状に加工されている。このようにして製造加工されたパーマロイ合金は、非磁性のアルミニウム等からなる容器本体の外表面に、電磁誘導層２とするために溶接あるいはクラッド法によって合体されるが、このパーマロイ合金は硬質の材料であり、技術的に非常に困難であることから、高コストの要因ともなっている。

そこで、本発明では、これらの材料を溶製−加工法によることなく、粉末冶金技術を適用して製造することにした。即ち、これらの材料の粉末を、プロセスが簡便で品質を長期間にわたって維持することのできる溶射法によって、直接非磁性の容器本体の外表面に溶射することにより、この容器本体の外表面に任意の厚さで被覆形成することを提案するものである。

なお、容器本体、即ち誘導加熱器の外表面に、前記磁性金属材料粉末を溶射被覆する方法としては、一般的な溶射法を採用してもよいが、溶射皮膜の緻密性、密着性、平坦性及び生産性等を考慮して、高速ガス炎放射法を用いることが好適である。

なお、合金Ｂは、NiおよびCrを多量に含有していることから、炊飯環境でも優れた防食性を発揮し、また合金Ａは、従来の鋼鉄材料と比較してはるかに優れた防食性を有することから、本発明に係る合金材料ＡおよびＢは共に、耐食性に優れた合金材料および複合材料であり、優れた電磁特性と防食性を兼ね備えた材料であると言える。

次に、本発明においては、図３〜図６に示すように、食品、例えば炊飯米の品質およびおいしさを向上させるため、容器本体１の内表面に、遠赤外線を放射するセラミックを溶射してなる遠赤外線層を溶射法により被覆形成することが好ましい。図４は、容器本体１１の外表面に電磁誘導層２を形成した後、内表面に遠赤外線層５を溶射被覆した状態を示す図である。

この遠赤外線層５は、容器本体の内表面にチタン酸化物、クロム酸化物、アルミニウム酸化物およびそれらのいずれか１種以上を含む複合酸化物などのセラミックスを溶射して所定の厚みに被覆することにより形成する。これらのセラミックスは、遠赤外線放射セラミックスと呼ばれ、遠赤外線の効果により、お米を芯から均等に加熱維持することができると共に、セラミックスにある無数に小さな気孔にご飯の水分を適度に吸収し、乾燥を防ぎ、さらに臭いを吸着することにより、保温特性が向上し、保温による消費電力を削減できるとと共に、炊飯米の品質およびおいしさを維持することができるのである。

なお、誘導加熱器の内表面に、遠赤外線層を溶射被覆形成する方法としては、皮膜の緻密性、膜質の安定性および密着性などのため、プラズマ溶射法などを用いることが好適である。

上記のセラミックスのうち、チタン酸化物およびクロム酸化物の溶射皮膜および比較例として黒体を用いて各波長域、400℃における放射輝度を実験室的に測定した。その結果を図9に示す。これらの溶射皮膜の各波長域における放射輝度は、ほぼ黒体に近い値を示し、効率よく遠赤外線を放射することが確認された。

図５に示すように、アルミニウム製鍋１の外表面に、図７および図８に示す合金（Ａ）（Ｎｉ約８０ｍａｓｓ％−残部ＦｅよりなるＦｅ-Ｎｉ系合金）と、その合金（Ａ）とＣｒを約1８ｍａｓｓ％含有し、残部がＦｅからなるＦｅ-Ｎｉ-Ｃｒ系合金（Ｂ）とを５０ｖｏｌ％の比率で配合し、造粒した後、焼結し、粉砕して製造した溶射材料を、高速ガス炎溶射法により３００μｍの厚さに溶射し、電磁誘導層２を形成した。また、比較用としてアルミニウム製鍋の外表面に、従来より採用されている純鉄を同じく高速ガス炎溶射法により５００μｍの厚さに溶射し、皮膜形成した。なお、いずれの鍋にも、内表面には、ご飯の付着防止のためテフロン（デュポン株式会社登録商標）塗装３を実施した。

このようにして得られた鍋１を図５に示すように、保護枠６を介して電磁コイル７を用いて底外部より加熱し、炊飯した。なお、炊飯条件としては、炊飯量7kg、加水量10kg、白米7kgとした。その結果、蒸気センサー温度が100℃に到達するまでの時間は、従来鍋が445秒であったのに対し、本発明に係る鍋では415秒であり、約10%の時間短縮が図れた。また、溶射に要する費用は、従来鍋の膜厚が500μmであるのに対し、本発明に係る鍋では300μmと非常に薄くすることができることから、溶射による製造コストも大幅に削減できる等、本発明の有効性が確認された。

次に、炊飯米のおいしさを確認するため、以下の評価を実施した。
図６に示すように、アルミニウム製鍋１の外表面に実施例１と同様の合金を、高速ガス炎溶射法により３００μｍの厚さに溶射し、電磁誘導層２を形成した。さらに、鍋１の内表面には、遠赤外線層５として、チタン酸化物の粉末をプラズマ溶射法により約２００μｍの厚さに溶射被覆した。なお、ご飯の付着防止のため、遠赤外線層５の表面にテフロン塗装３を実施した。また、比較用としてアルミニウム製鍋の外表面に、従来より採用されている鋼鉄を高速ガス炎溶射法により５００μｍの厚さに溶射して皮膜形成し、鍋の内表面にはテフロン塗装を実施した。

このようにして得られた鍋１を、図６に示すように保護枠６を介して電磁コイル７を用いて底外部より加熱し、炊飯した。なお、炊飯条件としては、炊飯量7kg、加水量10kg、白米7kgとした。本発明に係る鍋で炊飯したご飯と、従来の鍋、すなわち内表面に遠赤外線層のない鍋で炊飯したご飯について、炊きあがったごはんのおいしさを評価するため、ご飯の硬さ、こし、粘り及び付着特性を比較した結果を、図10に示す。この結果、鍋の厚さおよび粘りを除き、他の評価項目については、本発明による鍋で炊飯したご飯の方が優れていることがわかった。

低コストで短時間に調理ができると共に、調理品の品質及びおいしさの改善を図ることのできる電磁誘導加熱炊飯器用鍋や加熱調理器用容器などの電磁誘導加熱調理器用容器を提供することができる。

従来の方法により製造された電磁誘導加熱調理器用容器を示す模式図である。 従来の方法により製造された電磁誘導加熱調理器用容器を示す模式図である。 本発明にかかる電磁誘導加熱炊飯器用鍋を示す模式図である。 本発明にかかる電磁誘導加熱調理器用容器を示す模式図である。 本発明にかかる電磁誘導加熱炊飯器用鍋を用いた実施例を示す模式図である。 本発明にかかる電磁誘導加熱炊飯器用鍋を用いた実施例を示す模式図である。 本発明にかかる電磁誘導加熱調理器用容器に用いる電磁誘導層の電磁特性：表皮抵抗を示す図である。 本発明にかかる電磁誘導加熱調理器用容器に用いる電磁誘導層の電磁特性：インダクタンスを示す図である。 本発明にかかる電磁誘導加熱調理器用容器に用いる遠赤外線放射セラミックスの遠赤外線放射特性を示す図である。 本発明にかかる電磁誘導加熱炊飯器で炊いたご飯の品質、およびおいしさを評価した図である。

符号の説明

１ 鍋本体
２ 電磁誘導層
３ フッ素樹脂系のコーティング
４ 犠牲防食皮膜
５ 遠赤外線層
６ 保護枠
７ 電磁コイル

Claims (2)

1. 容器本体が、非磁性金属からなる部材の外表面に、皮膜厚さが３００μｍ〜7００μｍ、表皮抵抗が1０００ｍΩ〜３５００ｍΩおよびインダクタンスが３０μＨ〜５０μＨの範囲内にある、磁性金属材料の溶射皮膜からなる電磁誘導層を設けたものからなる容器において、前記磁性金属材料として、Ｎｉを８０ｍａｓｓ％含有し、残部がＦｅよりなるＦｅ-Ｎｉ系合金（Ａ）と、その合金（Ａ）にＣｒを１８ｍａｓｓ％添加してなるＦｅ-Ｎｉ-Ｃｒ系合金（Ｂ）とを５０ｍａｓｓ％ずつの比率で配合してなる合金を用いることを特徴とする電磁誘導加熱調理器用容器。
2. 前記非磁性金属からなる部材は、その内表面に、チタン酸化物、クロム酸化物、アルミニウム酸化物またはそれらのいずれか1種以上を含む複合酸化物などのセラミック溶射皮膜からなる遠赤外線層を設けてなることを特徴とする請求項１に記載の電磁誘導加熱調理器用容器。

Images