(57)【要約】【課題】食品の加熱に最適な200度程度の温度まで急速に上昇し、200〜300度程度の所定の温度を超えたら昇温が停止するマイクロ波吸収発熱体用のMgCu系フェライト粉を提供する。【解決手段】鉄：FeO換算で46〜51 mol％および銅：CuＯ換算で２〜15 mol％を含み、残部はマグネシウム酸化物および不可避的不純物からなるMgCuフェライト粉であって、該MgCuフェライト粉の平均粒子サイズを３〜500μm の範囲に制限する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄：Fe2O3換算で46〜51 mol％および
銅：CuO換算で２〜15 mol％
を含み、残部はマグネシウム酸化物および不可避的不純物からなるMgCuフェライト粉であって、該MgCuフェライト粉の平均粒子サイズが３〜500μm であることを特徴とするマイクロ波吸収発熱体用MgCu系フェライト粉。
【請求項２】
鉄：Fe2O3換算で46〜51 mol％、
銅：CuO換算で２〜15 mol％および
亜鉛：ZnO換算で27 mol％以下（但し、ゼロは含まない）
を含み、残部はマグネシウム酸化物および不可避的不純物からなるMgCuZnフェライト粉であって、該MgCuZnフェライト粉の平均粒子サイズが３〜500μm であることを特徴とする マイクロ波吸収発熱体用MgCu系フェライト粉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子レンジ用調理皿などに用いられる特殊セラミック材料に関するものであり、特に2.45GHzのマイクロ波を吸収して優れた発熱性能を示し、しかも所定の温度で昇温を停止する性能もそなえるマイクロ波吸収発熱体用MgCu系フェライトに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子レンジは、2.45GHzのマイクロ波を食品に照射し、食品中の水分子がマイクロ波を吸収して振動する現象を利用して食品を加熱する調理機器である。ここで、マイクロ波を吸収できるのは水分子に限定されるものではなく、誘電損失の高い材料であれば、食品と同様にマイクロ波を吸収して温度が上昇することが知られている。
【０００３】
近年、電子レンジ用調理皿として、特殊セラミック材料が2.45GHzのマイク波を吸収して発熱する性質を利用した製品が提案されている（例えば、（有）東彼セラミックス製「ドリームキッチン」など）。
【０００４】
ここに、上記したような電子レンジ用の加熱調理器具は、電子レンジの放射するマイクロ波を食材に照射して調理するのではなく、マイクロ波で調理器具本体を発熱させ、その熱で食材を加熱して調理するものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した電子レンジ用の加熱調理器具は、セラミックスで作られているが、かかるセラミックスは、加熱に伴って温度が上がり続けるため、調理時間が長すぎると食品が焦げたり、取り出しの際に火傷をするおそれがあるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記の現状に鑑み開発されたもので、所定温度までの発熱性能に優れるのはいうまでもなく、所定温度に達したのちの昇温停止性能にも優れたマイクロ波吸収発熱体用MgCu系フェライトを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
さて、発明者らは、上記の問題を解決できるセラミックスとして、従来から高周波ノイズ対策用電波吸収体として広く利用されているソフトフェライトの利用に想い至った。
【０００８】
そこで、一般的なソフトフェライトの例として、高周波ノイズ対策に用いられるNiZnフェライト（Fe2O3：NiO：ZnO：CuO＝49：44：５：２mol％）、高周波トランス材として用 いられる  MnZnフェライト（Fe2O3：MnO：ZnO＝53：35：12mo1％）、調理用であることを考慮して無害なMgOを主組成とするMgZnフェライト（Fe2O3：MgO：ZnO＝49：37：14mol％）の３種を用いて、マイクロ波照射実験を行った。各種組成のフェライト粉を作製して、40×40×５mm、30ｇの板状成形体を作製し、市販の電子レンジの中に置いて、500Wのマイクロ波を10〜60秒間照射した時の成形体表面の温度を幅射温度計で測定した。
【０００９】
得られた結果を図１に示す。
同図に示したとおり、全てのフェライトにおいて、マイクロ波照射によって温度が上昇することが確認された。特にNiZnフェライトおよびMgZnフェライトはMnZnフェライトに比べて昇温速度が速く、優れた発熱性能を有することが判明した。
【００１０】
しかしながら、これらのフェライト材料は、マイクロ波照射と共に温度が上昇し続けるため、電子レンジ用調理皿として使用した際に、加熱時間を適切に設定しないと温度が上がり過ぎて、食品が焦げてしまう可能性がある。また、調理皿が高温になり過ぎると、周囲の部品を劣化させたり、調理皿を電子レンジから取出す際に火傷したりする危険が懸念される。
【００１１】
さらに、従来の高周波トランス用や高周波ノイズ対策用フェライト原料は、成形、焼成して使用するため、焼成時の反応性の高い微細粒（１μm 程度）を用いて、高い焼結密度を得て、優れた磁気特性を実現するが、本発明の用途であるマイクロ波吸収発熱体として用いる場合は、電子レンジで用いられる2.45GHzのマイクロ波を効率良く吸収し、熱に変換するために、磁気特性だけでなく、誘電特性および適正な粒径を選定することが重要と考えられる。
【００１２】
そこで、発明者らは、食品の加熱に最適な200〜300℃程度の温度までは急速に上昇し、200〜300℃程度の所定の温度に到達した時点で昇温が停止するようなフェライト材料を作製できないかについて、鋭意検討を加えた。
【００１３】
その結果、無害なMgOを主成分とするフェライトの成分組成および素材であるフエライト粉の粒子径を適切に選定することにより、所望の昇温特性が得られることが知見されたのである。
すなわち、まず、主成分であるFe2O3、MgO、ZnOの組成比とマイクロ波照射による温度 上昇特性の関係を調べ、昇温速度の観点から最適な範囲を見出した。
次に、所定の温度で昇温を停止する方法について、種々の添加物について試作検討した結果、所定量のCuOを添加することで、高温での温度上昇が停止することを見出した。
さらに、フェライトの粒子径と昇温挙動の関係を調べた結果、粒子径に最適な範囲があることを見出した。
本発明は上記の知見に立脚するものである。
【００１４】
すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鉄：Fe2O3換算で46〜51 mol％および
銅：CuO換算で２〜15 mol％
を含み、残部はマグネシウム酸化物および不可避的不純物からなるMgCuフェライト粉であって、該MgCuフェライト粉の平均粒子サイズが３〜500μm であることを特徴とするマイクロ波吸収発熱体用MgCu系フェライト粉。
【００１５】
２．鉄：Fe2O3換算で46〜51 mol％、
銅：CuO換算で２〜15 mol％および
亜鉛：ZnO換算で27 mol％以下（但し、ゼロは含まない）
を含み、残部はマグネシウム酸化物および不可避的不純物からなるMgCuZnフェライト粉であって、該MgCuZnフェライト粉の平均粒子サイズが３〜500μm であることを特徴とする マイクロ波吸収発熱体用MgCu系フェライト粉。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に従うマイクロ波吸収発熱体用MgCu系フェライト粉を用いて作製した電子レンジ用調理皿は、電子レンジの2.45GHzのマイクロ波を吸収して急速に加熱され、また所定の温度に達した時点で昇温を停止させることができる。
従って、本発明によれば、電子レンジ用調理皿を効率よく加熱し、かつ安全に使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を具体的に説明する。
まず、本発明のフェライトの基本組成について説明する。
鉄：Fe2O3換算で46〜51 mol％
鉄は、フェライト相の安定性および比抵抗に影響を与え、マイクロ波印加による昇温速度に大きく作用する。鉄量がFe2O3換算で46mo1％に満たないと異相が生成してフェライト単相を得ることが難しくなり、昇温速度が低下する。一方、51mo1％を超えると比抵抗が低下して金属のようにマイクロ波を反射し、発熱特性が低下したり、マイクロ波を照射した時にスパークを発生する危険がある。従って、鉄量はFe2O3換算で46〜51 mol％の範囲に限定した。好ましくは48〜49.8mo1％の範囲である。
【００１８】
銅：CuO換算で２〜15 mol％
銅は、マイクロ波印加による昇温特性において、高温での昇温停止挙動に影響する。銅量がCuO換算で２mo1％に満たなかったり、15mo1％を超えると、高温で昇温停止せず、マイクロ波照射と共に温度が上昇し続けるため、好ましくない。従って、銅量はCuO換算で２〜15 mol％の範囲に限定した。好ましくは３〜12mo1％の範囲である。
【００１９】
亜鉛：ZnO換算で27 mol％以下（但し、ゼロは含まない）
亜鉛は、マイクロ波印加による昇温挙動の温度特性に影響を及ぼす元素である。この亜鉛量が多いほど昇温停止温度が低下し、ZnO換算で27mo1％を超えると昇温停止温度が100℃未満となるため、加熱調理用具として適さなくなる。一方、ZnO量が少ないほど昇温停止温度は上昇するため、ZnO量を選定することで昇温停止温度を所望の温度に制御することが可能となる。従って、必要に応じて、ZnO換算で27 mol％以下の亜鉛を含有させるものとした。より望ましいZnO量の範囲は150℃以上まで加熱できる0〜23mo1％である。
【００２０】
残部：マグネシウム酸化物
残部であるマグネシウム酸化物の量は、MgO換算で７〜52mo1％となる。このMgOが少ないとCuO等の配合比が増大し、原料コストが高価になるため好ましくない。また、MgOが52mo1％を超えると、異相が残留し易くなり、昇温特性が劣化するため好ましくない。より好ましいMgOの範囲は７〜51mo1％であり、さらに好ましくは20〜45mo1％である。
【００２１】
なお、フェライト中には、原料成分や製造過程でSiO2やMn，Ca，Al，Ｐなどが不純物として混入する場合があるが、これらは合計量が0.5 mol％以下であれば特に問題はない。
【００２２】
以上、本発明のフェライトの成分組成について説明したが、本発明では、成分組成が上記の範囲を満足するだけでは不十分で、その粒径を所定の範囲におさめることが重要である。
フェライト粉の平均粒子サイズ：３〜500μm
フェライト粉の平均粒子サイズは、マイクロ波の吸収効率に大きく影響する。フェライト粉を樹脂や耐火物と混練する際、十分な発熱量を得るために、50〜80mass％程度のフェライト粉を添加するが、粒子が３μm より細かいと、マイクロ波の吸収効率が低く、温度上昇速度および到達温度が低下するため、食品を均一かつ急速に加熱することができない。一方、粒子サイズが500μm を超えると、樹脂や釉薬に添加して使用する際に滑らかな表面が得られなくなる。
従って、本発明に従うフェライト粉の平均粒子サイズは３〜500μmの範囲に限定した。好ましい平均粒子サイズは10〜300μm 、より好ましくは50〜250μm 、さらに好ましくは100〜200μm の範囲である。なお、平均粒子サイズは、レーザー回折式粒度分布計で測定した時の50％粒径（Ｄ50）で評価した。
【００２３】
次に、上記のフェライト粉を用いて、電子レンジ用の加熱調理器具たとえば調理皿を製造する場合について説明する。
上記の好適成分組成に調整したFe2O3、CuOおよびMgO、さらに必要に応じて添加したZnOを出発原料として、混合し、粉状または成形体とし、900〜1300℃で熱処理してフェライト化し、その後必要に応じて粉砕、分級などを施して所定の粒子サイズに調整する。なお、混合焙焼法や共沈法など特殊なフェライト原料製造方法を用いることもできる。
上述の方法で得られたMgCu系フェライト粉に耐熱樹脂あるいは釉薬などを混合し、調理皿の表面に塗布したり、接着して使用することができる。また、陶磁器の原料に本発明のMgCu系フェライトを10mass％以上添加した原料を用いて調理皿を作製したり、MgCu系フェライト粉を所定の形状に成形し、焼成して電子レンジ用調理皿とすることもできる。
【実施例】
【００２４】
以下、本発明の具体的実施例について説明する。
実施例１
成分組成比が、Fe2O3：ZnO：CuO：MgO＝49.5：10：６：34.5（mol％）となるように秤量し、ボールミルでし湿式混合した後、1200℃で焼成し、ついで解砕、分級して、平均粒径Ｄ50＝103μm のMgCuZnフェライト粉とした。ついで、得られたフェライト粉にポリビニルアルコール（PVA）を少量添加して混合したのち、40×40×５mm、30ｇの板状に成形し、600℃で熱処理してMgCuZnフェライト板を作製した。
得られたフェライト板を市販の電子レンジの中に置き、500Wのマイクロ波を10〜60秒間照射した時の成形体表面の温度を輻射温度計で測定した。
【００２５】
図２に、得られた結果（本発明例）を示す。なお、図２には、比較のため、図１に示した３種のソフトフェライトの測定結果も併せて示す。
同図から明らかなように、本発明のMgCuZnフェライトは、従来のMnZnフェライトよりも昇温速度が速く、またNiZnフェライトやMgZnフェライトと異なり、約250℃で昇温が停止することが判る。
【００２６】
実施例２
成分組成比が、Fe2O3：ZnO：CuO：MgO＝49：０〜28：６：残部（mol％）、またはFe2O3：ZnO：CuO：MgO＝49：０〜28：９：残部（mol％）となるように秤量し、ボールミルで湿式混合した後、1100℃で焼成し、ついで粉砕、分級して、平均粒径Ｄ50＝60〜90μm のMgCuフェライト粉およびMgCuZnフェライト粉を得た。ついで、得られたフェライト粉にポリビニルアルコール（PVA）を少量添加して混合したのち、40×40×５mm、30ｇの板状に成形し、600℃で熱処理してMgCuフェライト板およびMgCuZnフェライト板を作製した。
得られたフェライト板を市販の電子レンジの中に置き、500Wのマイクロ波を10〜60秒間照射した時の成形体表面の温度を輻射温度計で測定した。
【００２７】
全ての試料で初期の昇温速度はほぼ同等であったが、図３に示すように、昇温停止温度はZnO量が多くなるほど低下した。すなわち、ZnO：０mol％の場合には290℃程度であったが、ZnO：27mol％の場合には昇温停止温度は100℃程度まで低下した。
図３に示した結果より、本発明の範囲でZnOを添加したMgCuZnフェライトでは、ZnOの添加量を調整することにより、昇温停止温度を100〜290℃の間の所望温度に調整できることが判る。
【００２８】
実施例３
成分組成比が、Fe2O3：ZnO：CuO：MgO＝49.5：５：０〜16：残部（mo1％）となるように秤量し、ボールミルで湿式混合した後、900〜1300℃で焼成し、粉砕、 分級して、平均粒径Ｄ50＝60〜100μm のMg(Cu)Znフェライト粉を得た。ついで、得られたフェライト粉にポリビニルアルコール（PVA）を少量添加して混合したのち、40×40×５mm、30ｇの板状に成形し、600℃で熱処理してMg(Cu)Znフェライト板を作製した。
得られたフェライト板を市販の電子レンジの中に置き、500Wのマイクロ波を10〜60秒間照射した時の成形体表面の温度を幅射温度計で測定した。
得られた結果を表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
同表に示したとおり、全ての試料で初期の昇温速度はほぼ同じであった。
しかしながら、高温での昇温停止挙動は、CuO量により種々に異なり、CuO量が適正範囲を逸脱したものは、所望の昇温停止挙動を呈さなかった。
【００３１】
実施例４
成分組成比が、Fe2O3：ZnO：CuO：MgO＝49.5：10：６：34.5（mol％）となるように秤量し、ボールミルで湿式混合した後、1250℃で焼成し、粉砕、分級して、平均粒径Ｄ50＝１〜600μm のMgCuZnフェライト粉を得た。ついで、これらをシリコン樹脂と混練して、磁粉：樹脂＝70：30（mass％）のシートを成形し、40×40×約１mmのシート状に切り出して、平均粒子サイズの異なる種々のMgCuZnフェライトシートを作製した。
得られたフェライトシートを市販の電子レンジの中に置き、500Wのマイクロ波を10〜60秒間照射した時のシート表面の温度を輯射温度計で測定した。
得られた結果を表２に示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
同表に示したように、粒子サイズが本発明の範囲を満足した場合には、昇温速度が速く、かつ表面状態の良好なシートを得ることができた。
【００３４】
以上の実施例で示したとおり、本発明に従うMgCuフェライト粉およびMgCuZnフェライト粉は、マイクロ波照射によって急速に昇温し、しかも所望の温度で昇温停止することが判明し、本発明の効果を確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】各種フェライトに500Wのマイクロ波を照射したときの昇温特性を比較して示したグラフである。
【図２】本発明のフェライトに500Wのマイクロ波を照射したときの昇温特性を従来のフェライトと比較して示したグラフである。
【図３】ZnO量と昇温停止温度との関係を示したグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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