(57)【要約】【課題】加熱調理器の調理対象物（食材）が投入される保持部を軽量化するという課題に対して、発熱部に炭素繊維を用い、全体を樹脂で形成するものは提案されていたが、均一加熱がしにくく、保温性が低いといった課題があった。【解決手段】調理対象物を保持する保持部と、  前記保持部を発熱させる発熱手段を備え、  前記保持部は、少なくとも層状に配置される炭素繊維と樹脂で形成された導電性炭素繊維層を有することを特徴とする加熱調理器は、保持部全体が発熱可能な導電性炭素繊維層で形成されるので、均一加熱が可能である。また、熱伝導率の低い層を加えることで、保温性も上げることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
調理対象物を保持する保持部と、
前記保持部を発熱させる発熱手段を備え、
前記保持部は、少なくとも層状に配置される炭素繊維と樹脂で形成された導電性炭素繊維層を有することを特徴とする加熱調理器。
【請求項２】
前記保持部は、底面と側壁を有し、
前記底面と前記側壁は、連続的に前記導電性炭素繊維層で形成されたことを特徴とする請求項１に記載された加熱調理器。
【請求項３】
前記導電性炭素繊維層には、ＰＡＮ系炭素繊維による層を含むことを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された加熱調理器。
【請求項４】
前記導電性炭素繊維層の比重は、２．０ｇ／ｃｍ３以下であることを特徴とする加熱調理器。
【請求項５】
前記導電性炭素繊維層には、ガラス繊維層を含むことを特徴とする請求項１または２の何れかの請求項に記載された加熱調理器。
【請求項６】
前記導電性炭素繊維層の熱導電率は少なくとも１０Ｗ・ｍ／Ｋ以上であることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１の請求項に記載された加熱調理器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、食材を加熱調理する加熱調理器に係るものであり、特に食材を保持する保持部を、炭素繊維を使って形成した加熱調理器に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
我が国では少子高齢化が進行し、既に高齢化社会を迎え、さらに２０３０年までには、その先の超高齢化社会に突入する見通しである。高齢者が多い環境ではユニバーサルデザインという概念に基づき、物の使い易さ、分かり易さが重要な要素となり、中でも軽さの追求が必要不可欠である。特に、食材を調理する加熱調理器は、毎日使用されるものであるため、今後「軽さ」の要求は高まると考えられる。
【０００３】
例えば炊飯器の鍋は、従来南部鉄器や厚底鍋など素材や重さを重視した商品が好評であった。この理由は、「重さ」が加熱時の蓄熱性を高め調理には有利に働くという技術的な側面と、商品としての高級感が相まった結果と考えられる。
【０００４】
しかし、今後は加熱調理器を利用する高齢者が増えるということと、加熱調理器を使用するのは非力な女性が多いことから、加熱調理器の軽量化が望まれる。
【０００５】
加熱調理器を軽量化するために、単に鍋の厚さを薄くするだけでは、加熱時に発生する変形や調理性能の低下、落下時の衝撃による割れなど、技術的な課題が存在する。
【０００６】
特許文献１には、樹脂で形成された電気炊飯鍋で、誘電加熱用のコイルに対向する位置に、炭素繊維の層をインサートすることで、軽量化した炊飯鍋の発明が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１３５８８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
樹脂と炭素繊維で構成された炊飯鍋は、確かに軽量化が可能である。また、硬質樹脂は、肉厚を薄くした金属による鍋よりも割れや変形等が生じにくい。しかし、金属程熱伝導性は高くない。また、炭素繊維は電磁誘導により加熱が可能であるが、電気伝導性は金属程ではない。したがって、加熱力や保温性が低いといった課題が存在した。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は上記の課題に鑑みて想到されたものであり、樹脂および炭素繊維を用いても、加熱力および保温性に優れた加熱調理器を提供するものである。
【００１０】
より具体的に本発明に係る加熱調理器は、
調理対象物を保持する保持部と、
前記保持部を発熱させる発熱手段を備え、
前記保持部は、少なくとも層状に配置される炭素繊維と樹脂で形成された導電性炭素繊維層を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る加熱調理器は、食材を保持加熱する鍋にあたる部分を全て導電性炭素繊維層で形成する。したがって、加熱力に優れ、また保温性も高い軽量の鍋を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の加熱調理器の構成を示す図である。
【図２】保持部の層構造を説明する図である。
【図３】保持部の作製方法の一例を示す図である。
【図４】導電性炭素繊維層以外の部品を付加して保持部を構成する例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明に係る加熱調理器について図面および実施例を示し説明を行う。なお、以下の説明は、本発明の一実施形態および一実施例を例示するものであり、本発明が以下の説明に限定されるものではない。以下の説明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で改変することができる。
【００１４】
図１に本発明に係る加熱調理器の構成を示す。加熱調理器１は、食材（調理対象物）を保持する保持部１０と、保持部１０を発熱させる発熱手段３０で構成される。保持部１０は、食材を投入して加熱する部分であり、炊飯器などに使用される底の深い鍋や、焼き肉プレート、ホットプレートのようにプレート状の部分をいう。特に用途は限定されない。いずれの形態であっても、保持部１０は、底面１０ｂと側壁１０ｓを有する。
【００１５】
底面１０ｂは円形若しくは方形が多用されるが、特に限定されるものではない。側壁１０ｓは、底面１０ｂに対して略垂直方向に立ち上がって、形成される部分である。底面１０ｂと側壁１０ｓによって、器形状が形成される。ただし、底面１０ｂと側壁１０ｓで構成される空間に水を入れた場合に必ず保持されなくてもよい。例えば、方形をした底面１０ｂの対向する１組の辺にだけ側壁１０ｓを形成させるような場合も含まれる。
【００１６】
発熱手段３０は、コイルおよびこのコイルに交流電流を流す電気回路を含む。加熱調理器１は、電磁誘導加熱を行う。したがって、交流磁界の発生源が必要となる。コイルおよび電気回路によって交流磁界を発生させる。なお、保持部１０と発熱手段３０は、分離できるように構成されている。
【００１７】
よく知られているように、電磁誘導加熱は、交流磁界の中に置かれた導電体に渦電流が生じ、そのジュール熱によって発熱する。したがって、保持部１０は導電性の部分が存在する。なお、正確には発熱手段３０は交流磁界と導電体で構成されるものであるが、ここでは交流磁界の発生源（コイルおよび電流電源）と解してもよい。
【００１８】
発熱手段３０は、保持部１０に対して所望の位置に配置することができる。保持部１０は、上述したように導電性を有する部分が含まれるからである。例えば、炊飯器の場合は、保持部１０の底面１０ｂが深い位置にあるので、底面１０ｂと側壁１０ｓに対向して発熱手段３０を配置する。一方、ホットプレートのように、側壁１０ｓが低い場合は、通常底面１０ｂに対向する位置にだけ発熱手段３０を配置する。もちろん、側壁１０ｓ側に発熱手段３０を配置することを排除しない。
【００１９】
図２に保持部１０の断面（図１のＡの部分の断面）を示す。保持部１０は、複数の層から構成される層構造を有している。この層構造の基本は、炭素繊維で構成されている。後述するように他の材質の層が含まれることを排除しない。しかし、少なくとも１層は炭素繊維で構成されている。
【００２０】
炭素繊維はその原料の違いによってＰＡＮ系炭素繊維とピッチ系炭素繊維に類別される。ＰＡＮ系炭素繊維とはＰＡＮ（ポリアクリロニトリル繊維）を炭素化して得られる繊維であって、高強度、高弾性率を有する。しかし、電気抵抗率は高く、また熱伝導率は低い。
【００２１】
一方、ピッチ系炭素繊維は、コールタールまたは石油重質分を原料として得られるピッチ繊維を炭素化して得られる。弾性率や強度については製造方法によって広い範囲で調整することができる。特に繊維の軸方向に黒鉛結晶成長するので、熱伝導率や、ある程度（金属よりは低い）の導電性を有する。保持部１０の層構造の内、少なくとも１層は、このピッチ系炭素繊維で構成される。また、ピッチ系炭素繊維と樹脂で形成された層を導電性炭素繊維層１２と呼ぶ。
【００２２】
導電性炭素繊維層１２に用いられるピッチ系炭素繊維の状態について説明する。炭素繊維は、繊維の直径よりも繊維の長さが長い状態の物が利用される。１つの層に含まれる炭素繊維は、長繊維、メッシュ（平織）、短繊維（チョップドファイバー）、プリプレグ、ミルド、フェルト、コンパウンド、また、これらの混合といった状態で使用することができる。
【００２３】
長繊維とは、長めに調製した炭素繊維を平板状に結合させたものである。結合は樹脂によって行われる。なお、長繊維は一方向に配向させたもの、若しくはランダムにしたものを入手することができる。長繊維は配向方向を揃えると、導電性および熱伝導性が高まる。
【００２４】
メッシュとは、長い炭素繊維を平織にしたものである。平織とは縦糸と横糸を交互に浮き沈みさせる基本的な織物構造である。
【００２５】
短繊維とは炭素繊維を数十μｍから数百μｍの単位に切断したものである。短繊維は、樹脂の結合剤と共に混錬し、平板状に成形したものである。
【００２６】
プリプレグとは長繊維やメッシュに樹脂を含侵させたものである。ミルドとは長繊維や短繊維を粉砕したものである。フェルトとは短繊維を抄紙したものである。短繊維を樹脂と共に紙状にすいたもので、プリプレグの一種ともいえる。コンパウンドとは樹脂に短繊維もしくはミドルを混錬した中間材料である。
【００２７】
導電性炭素繊維層１２に配向されたピッチ系炭素繊維の長繊維を用いた場合は、配向方向を異なる方向にして積層させたものを用いることができる。配向させたピッチ系炭素繊維は配向させた方向の導電性が高まる。そこで、配向方向の異なる長繊維を積層することで、全体として見た時に導電性が等方性になることを狙ったものである。
【００２８】
図２（ａ）では、紙面の左右方向に配向した導電性炭素繊維層１２ａと紙面垂直方向に配向した導電性炭素繊維層１２ｂで導電性炭素繊維層１２が構成されている状態を示している。また、図２（ｃ）では、導電性炭素繊維層１２は、短繊維を樹脂中に分散させて形成した導電性炭素繊維層１２ｃで形成されている状態を示している。なお、導電性炭素繊維層１２としては、少なくとも１０Ｗ／ｍ・Ｋ（Ｗはワット、ｍはメートル、Ｋはケルビン）以上の熱伝導率を有するものを用いる。また、導電性炭素繊維層１２の比重は２．０ｇ／ｃｍ３以下であるのが望ましい。
【００２９】
保持部１０を構成する複数の層にはピッチ系炭素繊維の層（導電性炭素繊維層１２）だけでなく、他の種類の層を含めることができる。たとえば、ＰＡＮ系炭素繊維の層（以後「ＰＡＮ系炭素繊維層１３」と呼ぶ。）を含めることができる。ＰＡＮ系炭素繊維は、導電性および熱伝導性はピッチ系炭素繊維に劣るものの、機械的な強度は非常に高い。そこで、保持部１０にＰＡＮ系炭素繊維層１３を設けておくのは好適である。
【００３０】
ＰＡＮ系炭素繊維層１３は、保持部１０の最外面に配置しておくと、保持部１０の内側にある調理対象物に熱が加わった後、冷めにくいという効果がある。また熱伝導性が低いため、保持部１０の最外面に皮膚が触れても火傷を負いにくい。さらに、硬質であるので、割れが生じにくいといった効果がある。
【００３１】
また複数の層には、ガラス繊維による層が含まれていてもよい。ガラス繊維は断熱特性に優れているので、保持部１０の熱を長く保持しておくことができる。図２ではガラス層１４は、ＰＡＮ系炭素繊維層１３の置き換えとして表した。しかし、ガラス層１４とＰＡＮ系炭素繊維層１３を両方積層させてもよい。
【００３２】
また、ポリテトラフルオロエチレン（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ：ＰＴＦＥ）といったフッ素系樹脂の層やセラミックコーティング層といった非粘着性層１５を調理対象物と接する面（図２では最内面）に配置してもよい。このような層を有することで、調理対象物の焦げ付きが回避される。
【００３３】
また、樹脂のみの層１６があってもよい。耐熱性の樹脂で形成された保持部１０の原型に導電性炭素繊維層１２を形成することでも、本発明に係る保持部１０を得ることができるからである。図２（ｂ）では、樹脂のみの層１６に導電性炭素繊維層１２とＰＡＮ系炭素繊維層１３が外側に形成され、樹脂のみの層１６の内側に非粘着性層１５が形成されている状態を示す。
【００３４】
次に保持部１０の成形方法について説明する。本発明に係る加熱調理器１において、保持部１０は、少なくとも１層の導電性炭素繊維層１２を含む層構造で形成される。
【００３５】
＜射出成型法＞
長繊維若しくは短繊維を熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂中に分散し、それを射出成型で保持部１０の形状に射出成型する。その後、樹脂の硬化温度まで全体に加温し樹脂を硬化させる。この方法であれば、保持部１０を１層の導電性炭素繊維層１２で構成することができる。
【００３６】
＜型取り法（樹脂注入）＞
本方法の工程の概要を図３に示す。図３（ａ）を参照する。まず、炭素繊維でできたシート状の物を底面１０ｂと側壁１０ｓの形状に切り出す。ここで用いる炭素繊維は、メッシュであってもよいし、プリプレグ、短繊維と樹脂でシート状に構成したもの、また、フェルトであってもよい。
【００３７】
切り出すシートは、保持部１０の各部に合わせて切り出す。また、シート同士の間に重なり合う部分を設けるようにする。図３では、底面１０ｂ用のシートを符号１０ｂＲとし、側壁１０ｓ用のシートを符号１０ｓＲとする。次に保持部１０の雄金型５０の上に、これらのシートを重ねていく。シート間を重ねる際には、接着用の樹脂材を塗布してもよい。重ねるシートの層は、特に限定されないが、６〜７層を積み上げるのが好適である。
【００３８】
また、保持部１０の底面１０ｂと側壁１０ｓは、重畳部分を形成しながら連続して形成されるように、シート層を積み重ねる。このようにすることで、底面１０ｂから側壁１０ｓにかけて連続的に層構造を有する保持部１０を形成することができる。図３（ｂ）は、雄金型５０上にくまなく炭素繊維シートを貼り付けた状態を示している。貼り付けた炭素繊維シートを符号Ｂ１２と表した。
【００３９】
次に雌金型５２中に炭素繊維シートＢ１２を貼り付けた雄金型５０を合わせ、雄金型５０と雌金型５２の間に樹脂を真空吸引して注入する。図３（ｃ）では、樹脂の注入を矢印５４で表した。図３（ｄ）を参照する。金型５０、５２ごと樹脂の硬化温度まで加熱し、所定時間その状態を維持する。この硬化の工程で、導電性炭素繊維層１２が完成する。これを徐冷し、金型から外す（図３（ｅ））。このようにして、導電性炭素繊維層１２を有する保持部１０を得る（図３（ｆ））。この後、外面および内面に所定の層を形成する。
【００４０】
＜型取り法（炭素繊維プリプレグシート）＞
保持部１０の雄金型５０および雌金型５２を使う。この方法では、炭素繊維プリプレグシートを雄金型に貼り付ける際に炭素繊維プリプレグシートを交互に挟んで貼り付ける。貼り付ける要領は、「型取り法（樹脂注入）」で説明したのと同様である。また、樹脂をリッチにしたい場合は、所望の位置に樹脂を注入してもよい。
【００４１】
炭素繊維プリプレグシートを貼り終えたら、雌金型５２中に圧入し、さらに温度をかける。いわゆる熱プレスを行う。さらに冷却により固化する。図３でいうと図３（ｃ）の樹脂の注入する工程が不要となる。
【００４２】
＜貼り付け法＞
耐熱性の樹脂で保持部１０を射出成型する。その後溶着用の樹脂を含侵させた炭素繊維でできたシートを耐熱性の樹脂でできた保持部１０に貼り付ける。この際の貼り付けの要領は、「型取り法（樹脂注入）」で説明したのと同じである。貼り付けた後は、全体を加熱し、樹脂で形成した保持部１０と貼り付けた炭素繊維の層を熱硬化し、一体化する。
【００４３】
以上のような方法によって、保持部１０は形成することができる。なお、本発明に係る加熱調理器１の保持部１０は、底面１０ｂと側壁１０ｓに導電性炭素繊維層１２が含まれていれば、他の部品を付加してもよい。
【００４４】
例えば、保持部１０が鍋やプレートの場合は、フランジ部は、断熱性の高いＰＡＮ系炭素繊維や耐熱性樹脂若しくはアルミニウムといった比較的軽量で熱伝導率の低い金属又はセラミックなどの陶磁器で構成してもよい。また保持部１０がホットプレートのプレートのような形態であれば、取手部分をこれらの材料で構成してもよい。
【００４５】
図４（ａ）では、導電性炭素繊維層１２に非粘着性層１５で形成したフランジ２０が接続され、保持部１０を構成している例を示す。また、図４（ｂ）では、プレートに耐熱性樹脂で形成した持ち手部分２２が取り付けられている状態を示す。なお、導電性炭素繊維層１２の内外の表面には、非粘着性層１５やＰＡＮ系炭素繊維層１３やガラス層１４を形成してよいのはいうまでもない。
【００４６】
以上のように構成した加熱調理器１の動作について説明する。再度図１を参照して、加熱調理器１は、保持部１０の底面１０ｂおよび側壁１０ｓに導電性炭素繊維層１２（図２等参照）が配置されている。したがって、発熱手段３０は、底面１０ｂおよび側壁１０ｓに対向する部分に配置することができる。
【００４７】
ピッチ系炭素繊維の導電性は金属程ではないが、複数層を密着させることで、ある程度の厚みとなり、また、層間での炭素繊維の配向方向を変えることで、電気的には等方性に近い層となる。したがって、大きな発熱量を発生させることができる。
【００４８】
また保持部１０全体に導電性炭素繊維層１２が配置されているので、コイルが発生する交流磁界が届く範囲全てで発熱を生じさせることができる。
【００４９】
なお、熱容量は小さいので、昇温の速度は金属より早く、交流磁界を印加してからの発熱速度は、金属製の鍋やプレートより早い。
【００５０】
以上のように本発明に係る加熱調理器は、調理対象物を保持する保持部が導電性炭素繊維層を主として構成されているので、従来の金属製の保持部と比較して大変軽量にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明に係る加熱調理器は、炊飯器、ホットプレート、フライパン、鍋といった調理物を電磁誘導にて加熱する調理器に広く利用することができるほか、水からお湯に沸騰させる電気ポットや電気ケトルの容器などにも応用することができる。また、樹脂のガス透過性や樹脂から発生するガスを低減することができれば、真空二重の保温容器等にも応用することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１  加熱調理器
１０  保持部
１０ｂ  底面
１０ｓ  側壁
１２  導電性炭素繊維層
１３  ＰＡＮ系炭素繊維層
１４  ガラス層
１５  非粘着性層
１６  樹脂のみの層
２０  フランジ
２２  持ち手部分
３０  発熱手段
５０  雄金型
５２  雌金型
【図１】
2019051025.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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