JP7085757B2 - 加熱調理器及びその製造方法 - Google Patents
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Description
加熱対象物が収容される調理器本体を有し、少なくとも前記調理器本体の底部分が加熱される加熱調理器の製造方法において、炭素繊維不織布に樹脂成分を添加してプリプレグとなすプリプレグ作製工程と、前記プリプレグを2枚以上重ねて積層し、この積層物を加熱対象物が収容される調理器本体の形状であって、底部と、当該底部よりも立ち上がった縁部とを有する形状で、且つ前記プリプレグ積層体の積層界面が前記縁部にのみ表れるようにシームレスで一体的に成形する成形工程と、成形されたプリプレグを1000~2500℃で熱処理して、前記樹脂成分を炭素化させて炭素繊維強化炭素複合材料からなる前記調理器本体の基体を得る炭素化工程と、を備える。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図1(a)は実施の形態1にかかる加熱調理器の調理器本体の斜視図であり、図1(b)は図1(a)のA-A’線矢視切断部端面図である。
本発明に用いられる加熱調理器の調理器本体1は、図1(a)に示すように、加熱対象物が収容されるものであり、少なくともその底部分が加熱されるように構成されている。この調理器本体1は、図1(b)に示すように、加熱対象物が収容される形状であって、底部と、前記底部よりも立ち上がった縁部とを有する形状にシームレスで一体的に成形された基体2を有し、この基体2は炭素質のみからなる。この基体2は、炭素繊維シートに、炭素マトリクスが含浸された炭素繊維強化炭素複合材料を備えている。
炭素繊維強化炭素複合材料(以下、C/C複合材と称することもある)の炭素繊維は、市販品を使用することができる。たとえば、ポリアクリロニトリル系炭素繊維(PAN系炭素繊維)、異方性ピッチ系炭素繊維、等方性ピッチ系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等を使用することができる。なお、炭素繊維はリサイクル品を使用してもよい。これらの炭素繊維を単体で用いてもよく、2種以上の炭素繊維を混合して使用してもよいが、高い強度を得る観点からPAN系炭素繊維を含むことが好ましい。
炭素繊維シートとしては、製作には短繊維を使用することができ、作製も容易でありコストも低減できるため、炭素繊維不織布が好ましい。また、炭素繊維不織布はあらゆる方向に可撓性を有するため、曲線形状や複雑な形状に成形することも容易となる。
炭素マトリクスは炭素繊維シートに含浸された炭素成分である。炭素マトリクスは、好ましくは合成樹脂の炭素化物とし、より好ましくは熱硬化性樹脂の炭素化物とする。合成樹脂としては、ピッチ、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂等が挙げられる。これらの合成樹脂は1種のみを用いてもよく、2種以上混合して用いてもよい。また、合成樹脂は熱処理によって炭素になる割合、すなわち炭素化収率が高いものを用いることが好ましい。
基体のかさ密度は、好ましくは0.5~1.5g/cm3とし、より好ましくは0.6~1.3g/cm3とし、さらに好ましくは0.7~1.2g/cm3とする。また、基体の厚みは、好ましくは、1~12mmとし、より好ましくは、2~8mmとし、さらに好ましくは、2~6mmとする。また、基体の引張り強度は、好ましくは、10~100MPaとし、より好ましくは、20~100MPaとし、さらに好ましくは、40~100MPaとする。
次に、本実施の形態にかかる調理器本体の基体の製造方法について説明する。
炭素繊維シートとしては、市販のものを使用できる。炭素繊維フェルトを用いる場合、フェルトの厚みは、好ましくは3~100mm、より好ましくは5~50mm、さらに好ましくは5~30mmとする。炭素繊維フェルトの目付は、好ましくは200~2000g/m2、より好ましくは300~1300g/m2、さらに好ましくは、400~1000g/m2とする。
樹脂成分として粉末状の合成樹脂を用いる場合、炭素繊維シートの表面に塗布や空隙に押し込んでプリプレグとなす方法を採用できる。液体状の合成樹脂あるいは溶媒に溶かした合成樹脂を用いる場合、炭素繊維シートに浸み込ませてプリプレグとなす方法を採用することができる。炭素化収率や作製の容易さの観点から、好ましくは、液状のレゾール型フェノール樹脂を用いる。溶媒に溶かした合成樹脂を用いる場合、炭素繊維シートに合成樹脂を含浸した後、必要に応じて100℃前後の温度をかけて溶媒を揮発させて合成樹脂が流れ出さないように安定させてもよい。
図2は、実施の形態1にかかる加熱調理器の製造に用いる型の斜視図である。プリプレグは、所望の形状となるように、上下の型11・12で挟んで加圧して成形する。このとき、所望の厚みにするために2枚以上を重ねる。プリプレグを上下の型11・12に挟んだ状態で加圧して所望の厚みにする。なお、上下の型の材質は、特に限定されず鋼材、ステンレス、アルミニウムなどの金属、人造黒鉛、C/C複合材などの炭素材料などであってもよい。
成形後のプリプレグを、不活性雰囲気で、1000~2500℃で高温熱処理を行う。これにより合成樹脂が炭素化されて、炭素繊維強化炭素複合材料(C/C複合材)からなる基体が得られる。熱処理の温度は、より好ましくは1500~2500℃、さらに好ましくは1800~2500℃である。たとえばガスバーナーを使用する場合、ガスバーナーにおける青から青緑の明るい炎の表面では1800℃程度ともいわれており、この温度以上に加熱することが好ましい。加熱時間は好ましくは1~18時間、より好ましくは2~15時間、さらに好ましくは3~10時間とする。
長さが約60mmのPAN系炭素繊維チョップ(株式会社東レ製、繊維径7μm)を使用して、ニードルパンチ法によって略正方形の炭素繊維フェルトを作製した。この炭素繊維フェルトは、その一辺の長さが1000mm、厚み5mm、目付500g/m2であった。
この炭素繊維フェルトを、長さ約210mmの略正方形に切断した。切断したフェルトをメチルアルコールで希釈したレゾール型フェノール樹脂(液体状)に浸漬することにより含浸し、プリプレグを作製した。このとき、炭素化後における基体全質量に占める炭素マトリックスの割合が、33質量%になるように樹脂を含浸した。
略正方形に切断したプリプレグを2枚重ねて、図2に示すような人造黒鉛を素材とする一対の型に挟んだ。これをホットプレス機に配置し、プリプレグの厚みが約3mmになるように加圧、加熱して、メチルアルコールを揮発させつつレゾール型フェノール樹脂を熱硬化させて、プリプレグを成形した。このとき、加熱温度は150℃であり、その温度で40分間保持した。
この成形されたプリプレグを、黒鉛製の型に挟んだままの状態で、黒鉛ヒーター加熱方式による高温加熱炉に配置し、不活性ガス雰囲気中2000℃で5時間保持して熱処理を行った。これによって、硬化後のレゾール型フェノール樹脂が炭素化される。これらの工程を経て、実施例1にかかる厚み約2mmの調理器本体の基体を得た。この基体のかさ密度は0.75g/cm3であった。
成形工程において、プリプレグを6枚重ね、プリプレグの厚みが約9mmになるように加圧、加熱したこと以外は上記実施例1と同様にして、実施例2にかかる厚み約6mmの調理器本体の基体を得た。この基体のかさ密度は0.75g/cm3であった。
略正方形に切断したプリプレグを3枚重ねて、平板の黒鉛に挟んでプリプレグの厚みが約4.5mmになるように加圧、加熱し、厚み3mmの平板状の基体を得た。この基体のかさ密度は0.75g/cm3であった。なお、プリプレグの作製や炭素化等の条件は、上記実施例1と同様とした。
2 基体
3 セラミックコート層
4 フッ素樹脂コート層
11 上型
12 下型
Claims (7)
- 加熱対象物が収容される調理器本体を有し、少なくとも前記調理器本体の底部分が加熱される加熱調理器において、
前記調理器本体は、炭素質のみからなる基体を有し、
前記基体は、加熱対象物が収容される形状であって、底部と、当該底部よりも立ち上がった縁部とを有する形状にシームレスで一体的に成形された、炭素繊維シートに炭素マトリクスが含浸された炭素繊維強化炭素複合材料を備え、
前記炭素繊維シートは、2枚以上の炭素繊維不織布を重ねた積層物からなり、その積層界面が前記基体の縁部にのみ表れるように2枚以上の前記炭素繊維不織布が積層されている、
ことを特徴とする加熱調理器。 - 前記炭素繊維不織布は、ポリアクリロニトリル系炭素繊維を主成分とし、
前記炭素マトリクスは合成樹脂の炭素化物からなる、
ことを特徴とする請求項1に記載の加熱調理器。 - 前記基体はさらに、熱分解炭素及び/又は黒鉛粒子を含む、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の加熱調理器。 - 前記基体の表面に、セラミックス及び/又はフッ素樹脂コートが施されている、
ことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の加熱調理器。 - 加熱対象物が収容される調理器本体を有し、少なくとも前記調理器本体の底部分が加熱される加熱調理器の製造方法において、
炭素繊維不織布に樹脂成分を添加してプリプレグとなすプリプレグ作製工程と、
前記プリプレグを2枚以上重ねて積層し、この積層物を加熱対象物が収容される調理器本体の形状であって、底部と、当該底部よりも立ち上がった縁部とを有する形状で、且つ前記プリプレグ積層体の積層界面が前記縁部にのみ表れるようにシームレスで一体的に成形する成形工程と、
成形されたプリプレグを1000~2500℃で熱処理して、前記樹脂成分を炭素化させて炭素繊維強化炭素複合材料からなる前記調理器本体の基体を得る炭素化工程と、
を備えることを特徴とする加熱調理器の製造方法。 - 前記プリプレグ作製工程において、前記炭素繊維不織布に前記樹脂成分とともに天然黒鉛粉末を添加する、
ことを特徴とする請求項5に記載の加熱調理器の製造方法。 - 前記成形工程は、黒鉛製の一対の型を用いて前記プリプレグの積層物を挟みこんで成形する工程であり、
前記炭素化工程は、前記黒鉛製の一対の型を用いて前記プリプレグの積層物を挟み込んだ状態で熱処理する工程である、
ことを特徴とする請求項5又は6に記載の加熱調理器の製造方法。
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