JP4699870B2 - 電磁調理器用トッププレート - Google Patents

Description

本発明は、電磁調理器用トッププレート（以下「トッププレート」という）に関する。

電磁調理器にあっては、鉄鍋、フライパン等の容器をトッププレート上に置いた状態で、トッププレート内側のコイルに通電することで、コイルから磁力線を発生させて容器底部にうず電流を発生させる。うず電流は、容器底部で熱に変化し、容器を加熱する。

トッププレートは、容器を置く部分であり、熱が加わる部分であって、容器の落下や熱による破損を防止する必要があることから、従来、下記特許文献１に記載されているような、耐熱衝撃性があって、機械的強度が高く、熱膨張率の低い結晶化ガラスによって作製されている。このような結晶化ガラスでは、耐熱衝撃性、高機械的強度、低熱膨張率とするため、分子構造的に緻密になっている。

特開平６−３０２３７６号公報

しかし、上記従来のトッププレートでは、緻密な結晶化ガラスを用いているため、熱伝導性も高くなっており、容器で発生した熱がトッププレートに伝わりやすくなってしまう。容器の熱がトッププレートに伝わると、容器における熱効率が悪くなるばかりか、電磁調理器の内部や外枠が加熱されることがある。電磁調理器の内部が加熱される場合、内部に温度センサーが設置されていると、温度センサー作動によるコイルへの通電の停止が早期に或いは頻繁に行われる原因になるし、温度センサーが設置されていないと、コイル等の熱損につながり得る。又、電磁調理器の外枠が加熱される場合、外枠の材料によっては、溶融の可能性がある。

そこで、請求項１に記載の発明は、高機械的強度、耐熱衝撃性を確保しながら、熱伝導性の低いトッププレートを提供し、もって容器を扱うのに充分丈夫でありながら、熱効率が良く電磁調理器の他部位に熱の影響を与えにくいトッププレートを提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、嵩密度／真密度が０．６５以上０．８０以下の範囲内であり、熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の範囲内である多孔性セラミックスと、当該多孔性セラミックスの少なくとも表面及び裏面を覆うガラス質層とを含み、セラミックスの５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数から、裏面ガラス質層の５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数を差し引いた数値が、８×１０^−７／℃以上３０×１０^−７／℃以下であることを特徴とするものである。

請求項２に記載の発明は、上記目的に加えて、更に高機械的強度とし且つ汚れをより一層除去しやすくする目的を達成するため、上記発明において、ガラス質層が、多孔性セラミックスの全面を覆うことを特徴とするものである。

請求項３に記載の発明は、上記目的に加えて、加熱されても安定性の高いトッププレートを提供する目的を達成するため、上記発明において、多孔性セラミックスの５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数が、８×１０^−７／℃以上２５×１０^−７／℃以下であることを特徴とするものである。

請求項４に記載の発明は、上記目的に加えて、より一層高機械的強度とする目的を達成するため、上記発明において、表面ガラス質層の５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数から、裏面ガラス質層の５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数を差し引いた数値が、３×１０^−７／℃以上１５×１０^−７／℃以下であることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、所定の多孔性セラミックスと、当該多孔性セラミックスの少なくとも表面及び裏面を覆うガラス質層とを含んでおり、これらの熱膨張係数の差が所定範囲内となるようにしている。よって、トッププレートを、高機械的強度、耐熱衝撃性、低熱伝導性を兼ね備えたものとすることができ、容器を扱うのに充分丈夫でありながら、熱効率が良く電磁調理器の他部位に熱の影響を与えにくいものとすることができる、という効果を奏する。

請求項２に記載の発明によれば、ガラス質層が、多孔性セラミックスの表裏面に加えて側面をも覆うことで、上記効果に加えて、更に機械的強度を高くでき、又汚れが多孔性セラミックスに付着せずガラス質層に付着し除去が容易である、という効果を奏する。

請求項３に記載の発明によれば、多孔性セラミックスの５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数が、８×１０^−７／℃以上２５×１０^−７／℃以下であることで、上記効果に加えて、より一層優れた耐熱衝撃性を有するトッププレートを提供することができる、という効果を奏する。

請求項４に記載の発明によれば、表面ガラス質層の５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数から、裏面ガラス質層の５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数を差し引いた数値が、３×１０^−７／℃以上１５×１０^−７／℃以下であることで、上記効果に加えて、表面ガラス質層と裏面ガラス質層との熱膨張のバランスを良好なものとして、機械的強度の一層の向上を図ることができる、という効果を奏する。

以下、本発明の実施形態に係るトッププレートについて、適宜図面に基づいて説明する。

＜構成＞
図１は当該トッププレート１が用いられた電磁調理器２の説明図であって、電磁調理器２は、容器Ｙを載せるトッププレート１と、トッププレート１を上面とする箱状の外枠３と、外枠３の内部であってトッププレート１の下側に配置されたコイル４と、コイル４の電源６とを備えている。

トッププレート１は、図２にも示すように、板状のセラミックス１０と、この全面を覆うガラス質層１２とを有している。

セラミックス１０は、多数の空孔２０を一様に有する多孔性であり、空孔２０の存在によって、「嵩密度」／「真密度」＝０．６５〜０．８０［比率、単位なし］となっている。ここで、「嵩密度」＝「質量」／「空孔２０を含む体積」［ｇ／ｃｍ^３、グラム毎立法センチメートル］であり、「真密度」＝「質量」／「空孔２０を含まない体積」［ｇ／ｃｍ^３］である。又、セラミックス１０は、空孔２０がほぼ均一に存在し、空孔２０内の空気が断熱作用を呈することによって、熱伝導率を低められており、具体的には熱伝導率を０．７〜１．５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）、ワット毎メートルケルビン］とされている。更に、セラミックス１０は、熱膨張係数（５０〜５００℃［摂氏温度］）を、１５×１０^−７〜２５×１０^−７／℃とされている。

セラミックス１０として、コージェライトやスポジュメンといった耐熱衝撃性を有するものが好適に用いられるが、コージェライト系多孔性セラミックスの製造方法例を次に示す。原料としては、陶石、長石、粘土、滑石を用い、これらを順に３３ｗｔ％［重量パーセント］、３ｗｔ％、２２ｗｔ％、４２ｗｔ％の割合で粉砕混合する。次に、鋳込み成形（或いはプレス成形、動力成形等）により板状に成形する。続いて、成形体を、１２７０℃の酸化雰囲気炉で３時間焼成し、多孔性セラミックスとする。このとき、主結晶としてコージェライトが生成し、副結晶としてムライト、シリカ等が生成する。又、原料の比率等を調整したり、適宜アルミナ、石灰、炭酸マグネシウム、カオリン、ガラスフリット等の金属酸化物原料を使用したりすることで、嵩密度、真密度、熱伝導率、熱膨張係数等を変化させることができる。

又、ガラス質層１２は、セラミックス１０における容器Ｙ側の外面（表面）および４つの側面に配置された表面ガラス質層３０と、外枠３の内側の外面（裏面）に配置された裏面ガラス質層３２とに分けられる。

表層３０ないし裏層３２の製造方法例を次に示す。いずれも原料としては、ペタライト、珪石、酸化亜鉛、粘土を用い、表層３０ではこれらを順に７０ｗｔ％、１１ｗｔ％、４ｗｔ％、１５ｗｔ％の割合で粉砕混合し、裏層３２ではこれらを順に７３ｗｔ％、７ｗｔ％、５ｗｔ％、１５ｗｔ％の割合で粉砕混合する。次に、スプレー式（或いは流し掛け、ディッピング等）により、セラミックス１０における対応する面を、粉砕混合した原料で覆う。そして、セラミックス１０もろとも１１９０℃の酸化雰囲気炉で２時間焼成し、セラミックス１０に表層３０ないし裏層３２を生成させる。尚、原料の比率等を調整したり、適宜アルミナ、石灰、炭酸マグネシウム、カオリン、ガラスフリット等の金属酸化物原料を使用したりすることで、嵩密度、真密度、熱伝導率、熱膨張係数等を変化させることができる。

＜実施例＞
このようになるトッププレート１の実施例１〜５と、比較例１〜８との特徴を、図３に示す。

実施例１〜５は、いずれも、セラミックス１０の嵩密度Ａ／真密度Ｂの値につき、０．６５〜０．８０の範囲内であり、セラミックス１０の熱伝導率につき、０．７〜１．５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］の範囲内であり、セラミックス１０の熱膨張係数Ｃにつき、８×１０^−７〜２５×１０^−７［／℃］の範囲内となっている。熱膨張係数は、５０〜５００℃におけるものであり、以下同様である。又、実施例１〜５は、いずれも、セラミックス１０の熱膨張係数Ｃから、裏面ガラス質層３２の熱膨張係数Ｄを差し引いた数値（Ｃ−Ｄ）につき、８×１０^−７〜３０×１０^−７［／℃］の範囲内となっている。更に、実施例１〜５は、いずれも、表面ガラス質層３０の熱膨張係数Ｅから、裏面ガラス質層３２の熱膨張係数Ｄを差し引いた数値（Ｅ−Ｄ）につき、３×１０^−７〜１５×１０^−７［／℃］の範囲内となっている。

尚、実施例１〜３，５は、いずれも、セラミックス１０の熱膨張係数Ｃから、裏面ガラス質層３２の熱膨張係数Ｄを差し引いた数値（Ｃ−Ｄ）につき、１０×１０^−７〜１５×１０^−７［／℃］の範囲内となっている。又、実施例１〜４は、いずれも、セラミックス１０の熱膨張係数につき、１５×１０^−７〜５５×１０^−７［／℃］の範囲内となっている。更に、実施例１〜５において、セラミックス１０の寸法や、表面ガラス質層３０乃至は裏面ガラス質層３２の厚みは、同等とされている。

一方、比較例１は、板状の結晶化ガラスをトッププレートとしたものであって、現在広く用いられているものである。比較例２は、板状の多孔性セラミックスの全面をガラス質層で覆ったものであるが、セラミックスの嵩密度Ａ／真密度Ｂの値につき０．８０を越える０．８６としたものであり、熱伝導率につき１．５を越える１．８［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］となっているものであり、セラミックスの熱膨張係数から、裏ガラス質層３２の熱膨張係数を差し引いた数値につき８×１０^−７を下回る７×１０^−７［／℃］となっている。比較例３は、板状の多孔性セラミックスのみからなるトッププレートであって、ガラス質層は存在しないものである。

又、比較例４は、板状の多孔性セラミックスの全面をガラス質層で覆ったものであるが、セラミックスの熱膨張係数が８×１０^−７を下回る５×１０^−７［／℃］となっている。比較例５は、板状の多孔性セラミックスの全面をガラス質層で覆ったものであるが、セラミックスの熱膨張係数が２５×１０^−７を上回る３５×１０^−７［／℃］となっている。比較例６は、板状の多孔性セラミックスの全面をガラス質層で覆ったものであるが、セラミックスの熱膨張係数から裏ガラス質層３２の熱膨張係数を差し引いた数値につき８×１０^−７を下回る７×１０^−７［／℃］となっている。

更に、比較例７は、板状の多孔性セラミックスの全面をガラス質層で覆ったものであるが、セラミックス１０の熱膨張係数Ｃから、裏面ガラス質層３２の熱膨張係数Ｄを差し引いた数値（Ｃ−Ｄ）につき、８×１０^−７を下回る６×１０^−７［／℃］となっており、表面ガラス質層３０の熱膨張係数Ｅから、裏面ガラス質層３２の熱膨張係数Ｄを差し引いた数値（Ｅ−Ｄ）につき、３×１０^−７を下回る２×１０^−７［／℃］となっている。比較例８は、板状の多孔性セラミックスの全面をガラス質層で覆ったものであるが、セラミックス１０の熱膨張係数Ｃから、裏面ガラス質層３２の熱膨張係数Ｄを差し引いた数値（Ｃ−Ｄ）につき、３０×１０^−７を上回る３３×１０^−７［／℃］となっている。尚、比較例１〜８のトッププレートの寸法は、実施例１〜５と同等とされており、即ち実施例１〜５及び比較例１〜８のトッププレートの寸法は、互いに同等にされている。

これら実施例１〜５及び比較例１〜８のトッププレートについて、その性能を調べるため、以下の実験１〜２を行った。

即ち、実験１として、次に示すものを行った。まず、図１に示したような一般的な電磁調理器２に実施例１のトッププレート１を設置し、容器Ｙとしてステンレス製の平底鍋を置く。次に、この鍋に２０℃の水を張り、電磁調理器２の電源を入れてコイル４を作動状態にする。続いて、所定時間毎に、水温、トッププレート１の表面の温度、コイル４の温度を測定する。水温は水銀温度計を用いて測定し、他の温度は接触式熱電対を用いて測定する。そして、トッププレートを別のものに取り替えて、同様の手順を繰り返し、結果的に実施例１〜５及び比較例１〜８のトッププレートについて上記手順を行う。

又、実験２として、次に示すものを行った。まず、６０ｇの鋼球を、一般的な電磁調理器２に設置した実施例１のトッププレート１の中央部めがけて、高さ５ｃｍの地点から落下させる。トッププレート１が破損しなかった場合には、５ｃｍずつ高さを増して鋼球を落下させ、これを繰り返して破損した高さを測定する。そして以上の手順を、実施例１〜５及び比較例１〜８のトッププレートについて行う。

実験１の結果を図４（ａ）〜（ｃ）に示す。（ｃ）の水温について、実施例１〜５では比較例１〜２と比べて素早く上昇し、加熱開始１５分後には比較例１〜２では８９〜９２℃であるのに対して９８℃以上となっている。従って、実施例１〜５における鍋の加熱効率は、比較例１〜２と比べて良好なものとなっている。

しかも、（ａ）のトッププレートの内側にあるコイル４の温度について、加熱開始１５分後においても実施例１〜５では１９０〜２１０℃となっており、比較例１の２６０℃と比べかなり低い。従って、実施例１〜５においては、比較例１に比べて、トッププレート１が熱を内部に伝えにくいものとなっている。

尚、（ｂ）のトッププレートの表面温度について、実施例１〜５では加熱開始１５分後でも４１５〜４５５℃であるのに対し、比較例１では５１０℃となっている。従って、実施例１〜５においては、比較例１に比べて、トッププレート表面が熱くなりにくいものとなっている。又、実施例１〜５乃至は比較例１〜４，６，７において、加熱により破損することはなく、用いられる材料からいっても、全て耐熱衝撃性があるものとなっている。一方、比較例５においては、熱ひずみによる破損を生じ、耐熱衝撃性の点で劣っており、比較例８においては、シバリング（剥離、陶磁器のうわぐすり層の一部が素地より剥離する現象、素地の熱膨張係数がうわぐすりのそれより相当大きくてうわぐすり層に圧縮力が働くために起こる）を生じ、強度ないし外観の点で劣っている。

実験２の結果を図４（ｄ）に示す。実施例１〜５では、５５〜７５［ｃｍ］の高さからでないとトッププレートが破損しなかったのに対し、比較例２〜４，６，７では、２０〜３５［ｃｍ］の高さからの落下で破損してしまい、特に比較例３では２０ｃｍという極めて低い高さからの落下で破損してしまう。従って、実施例１〜５においては、比較例２〜４，６，７に比べて、強度が高いものとなっている。尚、実施例１〜５と比較例１とは、破損を生じる落下高さが同等であるので、実施例１〜５は比較例１と同等の強度を有していることになる。

実験１〜２の結果をまとめる。比較例１では、機械的強度は充分であるが、電磁調理器の内部に熱を伝えやすく、熱効率も劣る。比較例２では、電磁調理器の内部に熱を伝えにくいが、熱効率及び機械的強度が劣る。比較例３，４，６，７では、電磁調理器の内部に熱を伝えにくく、熱効率が良好であるが、機械的強度が劣る。比較例５では、耐熱衝撃性が劣る。比較例８では、強度ないし外観が劣る。

これに対し、実施例１〜５では、耐熱衝撃性、機械的強度を充分なものとしながら、熱効率が良く、電磁調理器２の内部に熱を伝えにくいものとなっている。このような高熱効率、防熱伝導性は、セラミックス１０が有する空孔２０内の空気が断熱作用を呈することに基づくものと考えられる。しかし、例えば比較例２のように空孔２０の割合が少ないと、断熱作用が弱くて高熱効率、防熱伝導性がさほどでもなくなり、同様な実験の繰り返しにより、嵩密度Ａ／真密度Ｂが０．８０を上回り、或いは熱伝導率が１．５［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］を上回ると効果的でなくなることが分かった。又、空孔２０の割合が多すぎると、ガラス質層１２を付与したとしても機械的強度が劣ることとなり、同様な実験の繰り返しにより、嵩密度Ａ／真密度Ｂが０．６５を下回り、或いは熱伝導率が０．７［Ｗ／（ｍ・Ｋ）］を下回ると機械的強度が充分でなくなることが分かった。

又、実施例１〜５では、機械的強度が比較例１の結晶化ガラスに匹敵する程になっていて、耐熱衝撃性、高機械的強度、高熱効率、防熱伝導性を兼ね備えたものとなっている。機械的強度が良好となる要因は、セラミックス１０にガラス質層１２を付与したことに加え、セラミックス１０の熱膨張係数を僅かに裏面ガラス質層３２の熱膨張係数より大きくすることで、セラミックス１０と裏面ガラス質層３２との結合状態を良好なものとすることにあると考えられる。又、裏面ガラス質層３２に注目する理由は、トッププレート１として衝撃が加わるのは殆ど表側からであり、表側からの衝撃を裏側の強度によって重点的に食い止める方が、全体としての耐衝撃性乃至は機械的強度の向上に結果的に役立つからであると考えられる。かといって、表側をセラミックス１０が露出した状態とすると、セラミックス１０が比較的に破損しやすいから、表側もガラス質層で覆う必要がある。

更に、セラミックス１０の熱膨張係数から裏面ガラス質層３２の熱膨張係数を差し引いた数値を１０×１０^−７〜３０×１０^−７［／℃］とすることで、耐熱衝撃性、高熱効率、防熱伝導性を具備しながら、機械的強度を更に良好なものとすることができることが分かった。尚、特に比較例６〜８との比較をし、或いは同様の実験を繰り返すことにより、機械的強度を高くするのに好ましい当該数値の範囲は、８×１０^−７［／℃］以上３０×１０^−７［／℃］以下であることが分かった。又、より一層好ましい当該数値の範囲は、１０×１０^−７［／℃］以上１５×１０^−７［／℃］以下であることが分かった。

加えて、特に比較例４，７との比較をし、或いは同様の実験を繰り返すことにより、セラミックス１０の熱膨張係数を、８×１０^−７［／℃］以上２５×１０^−７［／℃］以下とすると、トッププレート１の耐熱衝撃性乃至は機械的強度の面において有利であることが分かった。即ち、セラミックス１０の熱膨張係数を８×１０^−７［／℃］以上とすると、ガラス質層１２を付与することによる機械的強度及び耐熱衝撃性の向上効果が良好な状態で得られることが分かった。又、セラミックス１０の熱膨張係数が２５×１０^−７［／℃］以下とすると、セラミックス自体の耐熱衝撃性が充分に確保されることが分かった。尚、セラミックス１０の熱膨張係数を１５×１０^−７［／℃］以上とすると、機械的強度及び耐熱衝撃性の向上効果の点でより一層好ましいことが分かった。

又、特に実施例１，３と比較例７とを比較し、実施例４と比較例８とを比較し、或いは同様の実験を繰り返すことにより、表面ガラス質層３０の熱膨張係数から裏面ガラス質層３２の熱膨張係数を引いた数値を、３×１０^−７［／℃］以上１５×１０^−７［／℃］以下とすると、表面ガラス質層３０と裏面ガラス質層３２との熱膨張のバランスを良好なものとして、機械的強度の一層の向上を図れることが分かった。

＜変更例＞
以上説明した本発明に係るトッププレートの実施形態乃至は実施例の変更例を挙げる。ガラス質層を、表面と裏面とで分けずに、全面で共通のものとする。又、いずれかの側面乃至は全側面においてはガラス質層を付与しないようにする。中華鍋や炊飯釜といった丸底容器に対応するため、トッププレートを鉢状にする（中華鍋用につき図５（ａ）、炊飯器用につき図５（ｂ））。尚、図５（ｂ）において、炊飯器５２における炊飯器用トッププレート５１は、炊飯釜Ｚを載置可能な状態で器枠５４に支持されており、炊飯器用トッププレート５１の近傍には、コイル５６が複数配置されている。又、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記以外の様々な変更を施すことができる。

本発明のトッププレートを設置した電磁調理器の説明図である。 図１におけるトッププレートの断面説明図である。 実験１〜２に用いた実施例１〜５乃至は比較例１〜８に係るトッププレートの特徴を示す表である。 （ａ）〜（ｃ）は実験１の結果を示す表であり、（ｄ）は実験２の結果を示す表である。 （ａ）は中華鍋用トッププレートの断面説明図であり、（ｂ）は炊飯釜用トッププレート含む炊飯器の断面説明図である。

符号の説明

１、５１ トッププレート
２ 電磁調理器
１０ （多孔性）セラミックス
１２ ガラス質層
３２ 裏面ガラス質層
５２ 炊飯器

Claims (4)

1. 嵩密度／真密度が０．６５以上０．８０以下の範囲内であり、熱伝導率が０．７Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上１．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の範囲内である多孔性セラミックスと、
   当該多孔性セラミックスの少なくとも表面及び裏面を覆うガラス質層と
   を含み、
   セラミックスの５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数から、裏面ガラス質層の５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数を差し引いた数値が、８×１０^−７／℃以上３０×１０^−７／℃以下である
   ことを特徴とする電磁調理器用トッププレート。
2. ガラス質層が、多孔性セラミックスの全面を覆う
   ことを特徴とする請求項１に記載の電磁調理器用トッププレート。
3. 多孔性セラミックスの５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数が、８×１０^−７／℃以上２５×１０^−７／℃以下である
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電磁調理器用トッププレート。
4. 表面ガラス質層の５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数から、裏面ガラス質層の５０℃から５００℃までにおける熱膨張係数を差し引いた数値が、３×１０^−７／℃以上１５×１０^−７／℃以下である
   ことを特徴とする請求項１乃至は請求項３の何れかに記載の電磁調理器用トッププレート。

Images