(57)【要約】      （修正有）【課題】電磁誘導加熱式調理容器用の加熱エレメントを製造するための強磁性合金を提供すること。【解決手段】化学組成は重量％で、３２．５％≦Ｎｉ≦７２．５％、５％≦Ｃｒ≦１８％、０．０１％≦Ｍｎ≦４％、０％≦Ｃ≦１％であり、任意にＭｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌから選ばれた１つまたは複数の元素を含み、これらの元素の含有率合計は１０％以下であり、残りは鉄および製錬の結果生ずる不純物であり、この化学組成はさらに、Ｃｒ−１．１Ｎｉ＋２３．２５≦０％、４５Ｃｒ＋１１Ｎｉ≦１３６０、Ｎｉ≧３７．５の場合にはＮｉ＋３Ｃｒ≧６０％、Ｎｉ≦３７．５の場合にはＣｒ≧７．５の関係を満足する、強磁性合金である。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁誘導調理のための調理容器用の加熱エレメントを製造するための、強磁性合金の使用であって、強磁性合金の化学組成は重量％で示して、
３２．５％≦Ｎｉ≦７２．５％
５％≦Ｃｒ≦１８％
０．０１％≦Ｍｎ≦０．５％
０％≦Ｃ≦１％
であり、
場合によっては、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌから選ばれた１つまたは複数の元素を含み、これらの元素の含有率合計は１０％以下であり、残りは鉄および製錬の結果生ずる不純物であり、化学組成はさらに、
Ｃｒ−１．１Ｎｉ＋２３．２５≦０％
４５Ｃｒ＋１１Ｎｉ≦１３６０
Ｎｉ≧３７．５の場合には、Ｎｉ＋３Ｃｒ≧６０％
Ｎｉ≦３７．５の場合には、Ｃｒ≧７．５
の関係を満足する、
使用。
【請求項２】
前記合金のクロムの含有率が１３％超であることをさらに特徴とする請求項１に記載の使用。
【請求項３】
前記合金のニッケル含有率が３４〜５０％であること、およびＭｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌから選ばれた元素を含まないことをさらに特徴とする請求項１または２に記載の使用。
【請求項４】
前記合金のニッケルの含有率が５２％超であることをさらに特徴とする請求項１または２に記載の使用。
【請求項５】
前記合金のニッケルの含有率が４８〜５２％であり、クロムの含有率が７〜１０％であることをさらに特徴とする請求項１に記載の使用。
【請求項６】
前記合金のマンガンの含有率が０．１％以上であることをさらに特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の使用。
【請求項７】
前記合金は、キュリー温度ＴＣが３０〜３５０℃、室温とＴＣの間の熱膨張係数αＴｃが６．５×１０−６Ｋ−１以上、飽和磁束密度ＢＳが０．２Ｔ以上であり、酸性媒体における電圧電流腐食試験での最大酸化電流Ｉｍａｘが１ｍＡ未満であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の使用。
【請求項８】
室温とＴＣとの間の熱膨張係数αＴｃが９×１０−６Ｋ−１以上であり、飽和磁束密度ＢＳが０．５Ｔ以上であることを特徴とする請求項７に記載の使用。
【請求項９】
電磁誘導調理のための単層調理容器の底部を製造するための、強磁性合金の使用であって、強磁性合金の化学組成は重量％で、
３２．５％≦Ｎｉ≦７２．５％
１３％≦Ｃｒ≦１８％
０．０１％≦Ｍｎ≦０．５％
０％≦Ｃ≦１％
であり、
場合によっては、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌから選ばれた１つまたは複数の元素を含み、これらの元素の含有率合計は１０％以下であり、残りは鉄および製錬の結果生ずる不純物であり、化学組成はさらに、
Ｃｒ−１．１Ｎｉ＋２３．２５≦０％
４５Ｃｒ＋１１Ｎｉ≦１３６０
Ｎｉ≧３７．５の場合には、Ｎｉ＋３Ｃｒ≧６０％
Ｎｉ≦３７．５の場合には、Ｃｒ≧７．５
の関係を満足する、
使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、強磁性合金に関し、特に電磁誘導調理のための調理容器用の加熱エレメントを製造するための強磁性合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導による食品の調理は、一般に電磁波透過性のガラスセラミックプレートの下に置かれたインダクタによって行われ、このプレートの上に加熱しようとする内容物を入れた調理容器が置かれる。インダクタ内での高周波電流の循環が磁界を生じ、この磁界が容器中に渦電流を誘導し、次いでジュール効果によって容器が加熱される。こうして電磁誘導加熱は、インダクタから容器へのエネルギーの電磁的な移動、次に容器内でのジュール効果による電気エネルギーの熱への変換、および最終的に熱の伝導による食品への伝達という、引き続く３つの物理的現象を伴う。
【０００３】
容器は、それ自体の内部でエネルギー変換が起るので、電磁誘導を伴う加熱システムの能動エレメントとなり、したがって熱慣性は低く、エネルギー効率は高い。
【０００４】
またガラスセラミックプレートのない特定の調理器具もあり、本特許の主題をなす材料はそのための調理容器の製造を可能にする必要がある。
【０００５】
すぐれたエネルギー効率を達成するために、これらの容器は、高い導電性と、２０ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの間にある使用される作動周波数において高い磁界増幅をもつ、金属の底部を有する。したがって、容器の使用温度範囲内において強磁性であり、実質的な磁気損失を発生させるのに十分に高い磁化を有する合金を使用することが、一般的慣例である。
【０００６】
これらの容器は、食品に接触している面については高い耐食性を有する必要があるが、底部についても程度は低いが洗浄するときに劣化してはならない。
【０００７】
これらはまた、容器がその形状寸法、特にインダクタの頂面と接触している底部の平面性を維持するために、機械的に安定したものでなければならない。実際に、容器を加熱すると、その底面は膨張する傾向がある。スカートとも呼ばれる容器の側壁は底部よりも低い温度に加熱され、したがって膨張の程度はより低く、これによってこの底部に半径方向の圧縮応力がかかる。したがって底部は膨らむ（ｂｌｏｗ  ｏｕｔ）ことによってのみ膨張する。そのために組立体のエネルギー効率が低下し、消費者は、それによって発生する騒音と不快さに困惑する。この影響は容器が使用される最初の数回において可逆であるが、この熱サイクルを多数回繰り返した後は、底部の材料の構造的変形によって不可逆的な劣化に至ることもある。この現象は、容器の底部のみが導電性の高い材料（例えばアルミニウムまたは銅）を含むときは特に生じやすい。
【０００８】
種々の層が一般に非常に異なる膨張係数を有する多重層材料の場合には、この係数の差はバイメタル条片効果をもたらす。これは、容器の底部を変形させ、かつ様々な層の接着に不可逆的な変化を与え、局部的な剥脱を引き起こし、したがって容器の大きな効率損失を導く。
【０００９】
これらの容器を製造するには、強磁性部分のためにＦｅ−１７％Ｃｒなどのフェライトステンレス鋼、さもなければ三層対称材料、すなわちオーステナイトステンレス鋼／フェライトステンレス鋼／オーステナイトステンレス鋼を採用することが通例である。これらの材料は６００℃以上のキュリー温度を有するという欠点がある。すなわち、これらの容器の底部自体がこの温度に達することもあり、その結果、食品の損失および容器の劣化をもたらすことがあり、この６００℃の温度より前でもそうなることがある。
【００１０】
この問題を解決するために、フランス特許ＦＲ２４５３６２７は、キュリー点が６０℃と２００℃との間にある合金を含む三層材料による容器底部の製造を提案している。容器の温度がキュリー点以下にある限り、この合金は強磁性であり、容器を加熱する誘導電流の損失は起り得る。容器の温度がキュリー点を超えるとすぐに、合金は強磁性でなくなり加熱は停止し、容器の温度がキュリー点以下に低下するとすぐに再開する。したがって、容器は熱的に調整される。しかし、このような材料は、２２０℃から３２０℃までの範囲の温度に達することを必要とする食品の調理または油揚げには適していない。さらにまた、この特許では、容器のすぐれた形状安定性、および容器両面のすぐれた耐食性を保証するために提案されたものはない。
【００１１】
同じ原理がフランス特許ＦＲ２６８９７４８に採用されており、この特許では、キュリー点が２５０℃であるＦｅ６４Ｎｉ３６などの合金を含む三層材料による容器を製造することが提案されている。しかし、この形式の合金は非常に平凡な耐食性と非常に低い膨張係数を有する。この合金は、著しく高い膨張係数を有する金属層に対して押圧され、その結果、容器の底部は加熱されたときにバイメタル条片効果によって変形し、この変形は不可逆的になる場合もある。さらにまた、反復応力クリープと温度の現象による層間の結合の劣化も観察されることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
したがって本発明の目的は、調理容器の、より詳しくは電磁誘導調理のための調理容器の加熱部分を製造するための合金であって、前記加熱部分は時間が経過しても動作中においても変形せず、その両表面は耐食性に優れ、前記容器はさらに、容器によって自動的に調整される３０〜３５０℃間の一定の温度で食品を調理または油揚げ可能にしなければならない、合金を提供することである。さらにまた、この合金は、押圧、引抜き、切削、および機械加工、またはその他の適当な加工処理によって加工可能でなければならず、高い誘導電流損失を発生させなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的のために、本発明の第１の対象は、強磁性合金であって、その化学組成は重量パーセントで示して、
３２．５％≦Ｎｉ≦７２．５％
５％≦Ｃｒ≦１８％
０．０１％≦Ｍｎ≦４％
Ｃ≦１％
であり、任意にＭｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌから選ばれた１つまたは複数の元素を含み、これらの元素の含有率合計は１０％以下であり、残りは鉄および製錬の結果生ずる不純物であり、化学組成はさらに、
Ｃｒ−１．１Ｎｉ＋２３．２５≦０％
４５Ｃｒ＋１１Ｎｉ≦１３６０
Ｎｉ≧３７．５の場合には、Ｎｉ＋３Ｃｒ≧６０％
Ｎｉ≦３７．５の場合には、Ｃｒ≧７．５
の関係を満足する、強磁性合金である。
【００１４】
好ましい一実施形態では、合金は３５〜５０％Ｎｉのニッケル含有率を有し、Ｍｏ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｉ、Ｗ、Ｎｂ、Ａｌから選ばれた元素を含まない。
【００１５】
好ましい別の実施形態では、合金はさらに１３重量％超のクロム含有率を有する。この合金は、食品グレードの合金であるので、容器の内面上の食品との融和性の点で、容器用の単一材料として使用できるという利点を有する。
【００１６】
好ましい別の実施形態では、合金は、４８〜５２％のニッケル含有率と７〜１０％のクロム含有率を有する。
【００１７】
好ましい別の実施形態では、合金は、５２％以上、特に好ましくは５５％超のニッケル含有率を有する。
【００１８】
好ましい別の実施形態では、合金を加工し易くするように、合金は０．１％以上のマンガン含有率を有する。
【００１９】
好ましい別の実施形態では、合金は０．５％以下のマンガン含有率を有する。
【００２０】
好ましい別の実施形態では、合金は、３０〜３５０℃のキュリー温度ＴＣ、室温とＴＣとの間で６．５×１０−６Ｋ−１以上さらには９×１０−６Ｋ−１以上の熱膨張係数αＴｃ、および０．２Ｔ以上さらには０．５Ｔ超の飽和磁束密度ＢＳを有し、酸性媒体における電圧電流腐食試験での前記合金の最大酸化電流Ｉｍａｘは１ｍＡ未満である。
【００２１】
本発明の第２の対象は、電磁誘導調理のための調理容器用の、単層底部などの単層または多重層加熱エレメントを製造するための、本発明による合金の使用である。
【００２２】
本発明による合金のニッケルとクロムの含有量は、すぐれた絞り性、機械切削性、圧搾性、および切削加工性の達成を可能にする。これらの含有量はまた、空気中におけるすぐれた耐酸化性、さらにまた非常にすぐれた耐熱腐食性の達成も可能にする。
【００２３】
さらにまた、本発明による合金は、湿潤環境、酸性媒体、および塩基性媒体中において、特に容器の美的外観と非劣化性に関して、すぐれた耐食性を示す。合金の耐食性を決定するために、０．０１Ｍ硫酸媒体中で、１つの電極として合金を取り、白金電極に対して様々な電圧値を印加して電流Ｉ／電圧Ｕ試験を実施する。様々なＵの値に対応する様々なＩの値が測定されて、合金の耐食性を特徴付けるＩの最大値Ｉｍａｘが決定される。磁性合金が塩基性または酸性の媒体中または湿潤な雰囲気中で腐食によって表面が視覚的に影響を受けないように、Ｉｍａｘ＜１ｍＡであることが必要であるが、この条件は本発明による合金に合う。
【００２４】
本発明はまた、本発明による合金が、３０〜３５０℃のキュリー温度を有し、この温度は食品用の通常の調理範囲内に、また可能なよごれがこびりつかないコーティングの劣化限界以下に温度を安定化させることを可能にすることを実証することができた。合金のキュリー温度は３２０℃以下であることが好ましい。
【００２５】
合金のこのような機能によって、食品の焼け焦げおよび使用者の火傷、ならびに合金が他の物質に対して押圧されたときのバイメタル条片効果による反復する機械的応力の下での、温度と疲労との結合効果による容器の加速劣化を防止することが可能になる。
【００２６】
さらにまた、本発明による合金は、６．５×１０−６Ｋ−１以上、好ましくは９×１０−６Ｋ−１以上の膨張係数を有する。例えばアルミニウムなど良好な熱拡散を可能にする別の材料に押圧または接着されたとき、特にフェライトステンレス鋼またはオーステナイトステンレス鋼がアルミニウム層の別の側に対して押圧されたとき、この性質は容器の底部を寸法的に非常に安定にすることができる。
【００２７】
また本発明による合金のこの特徴により、その加熱が３５０℃に限定されていることとあいまって、アルムニウム層へのその接着が長時間の動作に耐えることを保証することも可能である。
【００２８】
この接着の経時変化を加速させる２つの要因は、温度、ならびにアルミニウムと強磁性合金の膨張係数の差に伴うバイメタル条片効果である。温度の要因は、キュリー点に関連する温度の自己調整によって大幅に制限される。
【００２９】
材料の熱膨張係数の差によるバイメタル条片効果は、材料間の反復応力を発生させる可能性があり、したがって動作中は、周期的応力の下で熱的に活動化されるクリープ現象を発生させ、材料中の１つの厚い層によって最初に剛性が与えられていたとしても、少しずつ高温で安定な形状を呈する材料に導く可能性がある。その結果として、容器の底部が膨れ、あるいは同じクリープ機構による層間接着の劣化を来たし、その結果、局在的剥脱、容器の加熱効率の損失、および容器内の磁気ひずみノイズを生ずる。本発明による合金の組成の均衡をはかることによって、室温とキュリー温度の間の熱膨張係数がアルミニウム、フェライトステンレス鋼、およびオーステナイトステンレス鋼の熱膨張係数に比較的近く、バイメタル条片効果を最小限に抑え、さらにはなくしさえする、材料が得られる。
【００３０】
したがって、合金のこれら２つの特徴があいまって、これらの材料との永続的接着を達成することが可能である。
【実施例１】
【００３１】
鉄３９．３％、ニッケル５０％、クロム１０％、マンガン０．５％、およびケイ素０．２％の組成を有する磁性合金を作成した。この合金は、キュリー温度ＴＣ１が約２３０℃、室温と２３０℃の間の熱膨張係数α２５−２３０℃が１０×１０−６Ｋ−１であった。この合金の条片の上に、０℃における熱膨張係数α０℃が２２×１０−６Ｋ−１以上のアルミニウムの条片を押圧し、次にこのアルミニウム条片の上に合金の条片を押圧した。この合金は鉄７９．５％、クロム２０％、およびチタン０．５％を含み、キュリー温度ＴＣ２はＴＣ１よりも実質的に高く、２５℃と３２０℃の間の熱膨張係数α２５−３２０℃は約１１．６×１０−６Ｋ−１であった。
【００３２】
様々な試行の後に、容器の内側表面上で高いキュリー点（ＴＣ２）を有する強磁性層を使用すると、Ｔ＞ＴＣ１のときにごくわずかな熱しか発生しないことを実証することができた。多重層は１０００ｈの動作の後に経時変化はごくわずかであり、寸法的に非常に安定していた。多重層の温度は、様々な電磁誘導加熱試行を同じ食品で実施した後に、ＴＣ１以下の同じ値の近くに常に安定し、これによって、時間および品質の点で急速かつ再現可能に調理することが可能となった。最後に、ガスこんろ上で加熱し皿洗い器で洗うことによる集中的な調理場使用の後に、酸化よごれは観察されなかった。
【００３３】
したがってこの組合せは、米、魚、および食肉などの食品の調理用の、２３０℃程度の調整された温度で調理するための容器の製造に特に適していた。
【実施例２】
【００３４】
鉄４１．８％、ニッケル４５％、クロム１３％、およびマンガン０．２％の組成を有する磁性合金を作成した。この合金は、キュリー温度ＴＣ１が約１５０℃、０℃における熱膨張係数α０℃が９．６×１０−６Ｋ−１であった。この合金の条片上に、係数α０℃が２２×１０−６Ｋ−１以上であるアルミニウムの条片を押圧し、次にこのアルミニウム条片上に合金の条片を押圧した。この合金は鉄７９．５％、クロム２０％、およびチタン０．５％を含み、キュリー温度ＴＣ２はＴＣ１よりもずっと高く、２５℃と３２０℃の間の熱膨張係数α２５−３２０℃は１１．６×１０−６Ｋ−１であった。
【００３５】
様々な試行の後に、容器の内側表面上で高いキュリー点（ＴＣ２）を有する強磁性層を使用すると、Ｔ＞ＴＣ１のときにごくわずかな熱しか発生しないことを実証することができた。多重層は１０００ｈの動作の後に経時変化はごくわずかであり、寸法的に非常に安定していた。さらにまた、多重層の温度は、様々な電磁誘導加熱試行を同じ食品で実施した後に、ＴＣ１以下の同じ値の近くに常に安定し、これによって、時間および品質の点で急速かつ再現可能に調理することが可能となった。最後に、ガスこんろ上で加熱して皿洗い器で洗うことによる集中的な調理場使用の後に、酸化よごれは観察されなかった。
【００３６】
したがってこの組合せは、野菜などの食品、果物、または水の低圧調理用の、１４０℃〜１６０℃程度の調整された温度で調理するための容器の製造に特に適していた。
【実施例３】
【００３７】
鉄５４．８％〜５６．８％、ニッケル３３％、クロム１０％〜１２％、およびマンガン０．２％の組成を有する磁性合金を作成した。この合金は、キュリー温度が３７℃と７０℃の間で変り得る、０℃における熱膨張係数α０℃が８〜９．１×１０−６Ｋ−１であった。少なくとも０．６ｍｍの厚さを有するこの合金の条片の上に、少なくとも５ｍｍの厚さを有するアルミニウムの条片を押圧した。このアルミニウム条片の０℃における熱膨張係数α０℃は２２×１０−６Ｋ−１以上であった。
【００３８】
様々な試行の後に、この場合も、この二重層は１０００ｈの動作の後に経時変化はなく、寸法的に非常に安定したままであることを実証することができた。多重層の温度は、様々な電磁誘導加熱試行を材料の厚さおよび／または様々な容器形状寸法の組合せで実施したときに、３７℃に非常に近い同じ値の近くに常に安定し、これによって温度の点で人体と融和した製品が製造された。さらにまた、医療または家庭環境における集中的な使用の後に、酸化よごれは観察されなかった。
【００３９】
したがってこの組合せは、大面積にわたって３７℃に自己調整された非常に高い温度均一性を有することを可能にするので、供給用ボトル加温器、血液または血漿の温度を調整するための装置、保育器、医療処置用加温器など、人体用加熱器に特に適していた。
【実施例４】
【００４０】
高純度の金属から真空製錬によって、３１個の材料５０ｋｇの合金を作成し、鋳造してインゴットにした。鍛造し圧延して厚さ４．５ｍｍにした後、これらの様々な金属を冷間圧延して直接に最終厚さ０．６ｍｍにして、２０℃とＴＣとの間の膨張係数αＴｃ、キュリー点ＴＣ、飽和磁束密度ＢＳ、および最大酸化電流Ｉｍａｘを特徴付けるために、様々な形状の試験片に切断して、１０５０℃で水素中で１時間焼鈍した。
【００４１】
・αＴｃを膨張計で測定した。
【００４２】
・ＢＳを、検流計に接続された２つの検出コイルの間における磁石の磁界（１６００  Ｏｅ）から試験片を引き出すことによって測定した。測定値は３％未満の範囲内にあった。
【００４３】
・ＴＣを、磁気力熱磁気計において、力と温度の曲線に対する接線を、この曲線の屈曲点において０に外挿することによって測定した。
【００４４】
・Ｉｍａｘは、０．０１Ｍ硫酸溶液における合金電極と白金電極の間に連続する電圧値を印加した、電流電圧酸化曲線上に記録された最大電流であった。
【００４５】
これらの合金の組成（残量を形成する鉄を除く）を次の表に挙げる。
【００４６】
【表１】
2010229549.tif 000002
【００４７】
実施された試行の結果を下表に示す。
【００４８】
【表２】
2010229549.tif 000003
【００４９】
調理様式と容器内で調理しようとする食品の種類によって決まる３０℃と３５０℃の間のＴｍａｘ値を特徴とする容器の製造を望む場合、特許請求される組成の範囲内で、この温度Ｔｍａｘに対応するキュリー点を有する合金を選択すれば十分であることがわかる。
【００５０】
また、５２％超のニッケル含有量を有する合金は、すぐれた耐食性と高い熱膨張係数の両方を示すこともわかる。