(57)【要約】【課題】適確な温度制御機能を実現するとともに、低温時の発熱量を十分大きくする。【解決手段】整磁合金材料からなる発熱層１１の上面に非磁性金属材料からなる均熱層１２を積層し、発熱層１１の下面に磁性金属材料からなる補助層１３を積層して誘導発熱材１０を形成する。誘導発熱材１０は、低温時に発熱層１１、補助層１３の双方が発熱して十分大きな発熱量を発生し、高温時に均熱層１２を含む見掛けの表皮抵抗が小さくなって誘導加熱器３０を自動停止させることができる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
整磁合金材料からなる発熱層の上面に非磁性金属材料からなる均熱層を積層し、前記発熱層の下面に磁性金属材料からなる補助層を積層してなる誘導発熱材。
【請求項２】
前記発熱層は、厚さ０．１〜０．７ｍｍとし、前記補助層は、厚さ０．０５〜０．２ｍｍとすることを特徴とする請求項１記載の誘導発熱材。
【請求項３】
前記補助層の外面を耐腐食性の保護被膜により保護することを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘導発熱材。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれか記載の誘導発熱材を容器状に形成してなる誘導加熱容器。
【請求項５】
前記均熱層を容器状に形成し、前記発熱層、補助層を前記均熱層の底面に付設することを特徴とする請求項４記載の誘導加熱容器。
【請求項６】
容器本体と、該容器本体の底面に付設する請求項１ないし請求項３のいずれか記載の誘導発熱材とからなる誘導加熱容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、温度制御機能を有し、しかも十分大きな発熱量を得ることができる誘導発熱材と、それを使用する誘導加熱容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
調理用の誘導加熱器が家庭用、業務用として広く普及しつつある。
【０００３】
このものは、数１０〜数１００ｋＨｚ程度の交番磁束を発生する誘導コイルを内蔵しており、適切な導電率、透磁率を有する磁性金属材料製の加熱容器を天板上に仕掛けると、電磁誘導によって加熱容器自体が発熱し、加熱容器内の調理材料を加熱調理することができる。なお、加熱容器は、交番磁束の浸透深さδ＝ｋ（ρ／μｆ）１／２内のうず電流と表皮抵抗とに基づき、ジュール熱によって発熱する。ただし、ｋは定数、ρ、μは、それぞれ磁性金属材料の固有抵抗、透磁率、ｆは、交番磁束の周波数である。なお、加熱容器は、キュリー点以上の高温時において透磁率が急減する整磁合金材料を使用することにより、高温時の発熱量を小さくして誘導加熱器を自動的に停止させ、温度制御機能を実現することができる。透磁率が減少すると、それに比例して内部磁束密度が減少し、うず電流を発生させる誘起電圧が小さくなる一方、交番磁束の浸透深さが透磁率の平方根に反比例して大きくなり、表皮抵抗が小さくなるからである。
【０００４】
一方、整磁合金材料を薄くすると、キュリー点以上となっても、交番磁束の浸透深さが板厚を超えるため表皮抵抗が十分に減少せず、適確な温度制御機能を実現できないことがあるが、整磁合金材料の上面に銅やアルミニウムのような非磁性の良導電性金属材料を積層することにより、この問題を解決することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、薄い整磁合金材料は、キュリー点未満の低温時における発熱量が小さく、十分な加熱能力を実現することができないという問題があった。なお、整磁合金材料を厚くしても、内部の温度むらのためにキュリー点以上の高温部分が偏在し、十分大きな発熱量を得ることが困難である。
【０００６】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、整磁合金材料からなる発熱層の下面に磁性金属材料からなる補助層を積層することによって、適確な温度制御機能を実現するとともに、低温時に十分大きな発熱量を得ることができる誘導発熱材と、それを使用する誘導加熱容器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明の構成は、整磁合金材料からなる発熱層の上面に非磁性金属材料からなる均熱層を積層し、発熱層の下面に磁性金属材料からなる補助層を積層することをその要旨とする。
【０００８】
なお、発熱層は、厚さ０．１〜０．７ｍｍとし、補助層は、厚さ０．０５〜０．２ｍｍとすることができる。
【０００９】
また、補助層の外面を耐腐食性の保護被膜により保護することができる。
【００１０】
第２発明の構成は、第１発明に係る誘導発熱材を容器状に形成することをその要旨とする。
【００１１】
なお、均熱層を容器状に形成し、発熱層、補助層を均熱層の底面に付設することができる。
【００１２】
ただし、第２発明において、容器状とは、和風または洋風の鍋状や、和風の椀状、和風または洋風の皿状、鉢状や、焼肉用などの鉄板状、湯沸し用のポット状等を含む容器状の形状をいう。
【００１３】
第３発明の構成は、容器本体と、容器本体の底面に付設する第１発明に係る誘導発熱材とからなることをその要旨とする。
【００１４】
【作用】
かかる第１発明の構成によるときは、整磁合金材料からなる発熱層は、キュリー点未満の低温時において透磁率、表皮抵抗が大きく、誘導加熱器からの交番磁束により発熱する一方、磁性金属材料からなる補助層も、交番磁束により発熱して発熱層の発熱を補助することができる。ただし、交番磁束は、補助層側から与えるものとし、補助層の厚さは、交番磁束の浸透深さより十分薄く、発熱層の厚さは、キュリー点未満における浸透深さより厚く、キュリー点以上における浸透深さより薄くするものとする。すなわち、低温時において、交番磁束は、補助層から発熱層に到達するが、実質的に均熱層にまで到達することがない。
【００１５】
発熱層は、キュリー点以上の高温時において透磁率が急減し、補助層を合わせた全体の見掛けの透磁率が低下するとともに、均熱層を含む見掛けの表皮抵抗が低下し、誘導加熱器を自動停止させて適確な温度制御機能を実現することができる。高温時において、交番磁束は、補助層、発熱層を介し、均熱層にまで到達するからである。なお、このときの誘導加熱器は、仕掛ける加熱容器の材質を判別して誘導コイルの通電の適否を判断する通電制御機能を有するものとする。そこで、かかる誘導発熱材は、たとえば非磁性材料からなる加熱容器内に投入し、または誘導加熱器と任意の加熱容器との間に挟むようにして介装し、加熱アタッチメントとして使用することができる。なお、誘導発熱材は、誘導加熱器上に仕掛ける加熱容器の下に介装する場合、補助層を誘導加熱器側にし、均熱層を加熱容器側にして使用するものとする。
【００１６】
発熱層に使用する整磁合金材料は、温度によって透磁率が変化するＮｉ−Ｆｅ合金や、Ｎｉ−Ｃｒ−Ｆｅ合金等が知られており、内部ひずみが残留していてもよく、焼なましにより内部ひずみが除去されていてもよい。また、補助層に使用する磁性金属材料は、外部からの交番磁束によって発熱する高透磁率の鉄、ニッケルなどの他、ステンレスを含むこれらの磁性合金が好適であり、均熱層に使用する非磁性金属材料は、たとえば銅、アルミニウム、またはこれらの合金のような、電気抵抗が小さく、熱伝導率が大きい良導電性材料が好適である。なお、補助層、均熱層は、それぞれ圧延、圧接、爆発圧接、爆発溶接などによるクラッドや、ろう付け、接着、めっき、溶射、蒸着、爆着などの任意の手法により、発熱層に一体に積層することができる。
【００１７】
発熱層を厚さ０．１〜０．７ｍｍとし、補助層を厚さ０．０５〜０．２ｍｍとすれば、発熱層、補助層は、全体として、整磁合金材料のキュリー点未満の低温時における見掛けの透磁率、表皮抵抗が大きく、誘導加熱器からの交番磁束によって大きな発熱量を実現することができ、キュリー点以上の高温時における見掛けの表皮抵抗が急減し、誘導加熱器を自動停止させることができる。
【００１８】
なお、厚さ０．１ｍｍより小さい発熱層は、温度に拘らず、交番磁束が均熱層にまで到達し、厚さ０．７ｍｍより大きい発熱層は、キュリー点以上の高温時においても交番磁束が均熱層に到達せず、いずれの場合も、見掛けの表皮抵抗が十分変化しないので、適確な温度制御機能を発揮することができないおそれがある。ただし、発熱層の厚さの最適範囲は、整磁合金材料の特性や交番磁束の周波数によって変動する可能性があり、キュリー点未満の低温時において十分な発熱量を発生し、キュリー点以上の高温時において、均熱層を含む全体の見掛けの表皮抵抗が十分低下し得る範囲に定めればよい。
【００１９】
一方、補助層は、厚さ０．０５ｍｍより小さいと、発熱量が少なく、発熱層を十分に補助することができず、厚さ０．２ｍｍより大きいと、発熱層と合わせた高温時の見掛けの透磁率、均熱層を含む高温時の見掛けの表皮抵抗が急減しなくなり、誘導加熱器を自動停止させることができなくなるおそれがある。ただし、補助層の厚さの最適範囲も、磁性金属材料の特性や交番磁束の周波数によって変動する可能性があり、要は、低温時に十分な発熱量を発生し、高温時において見掛けの表皮抵抗が十分低下し得るような範囲に定めればよい。
【００２０】
補助層を保護する耐腐食性の保護被膜は、補助層が外部に露出して酸化したり、有害な金属イオンが溶出したりすることを防止することができる。なお、保護被膜は、極く薄肉の非磁性のステンレス被膜の他、ほうろう、耐熱性の合成樹脂被膜、アルマイト被膜などを使用することができる。
【００２１】
第２発明の構成によるときは、誘導加熱容器は、第１発明に係る誘導発熱材を容器状に形成することによって、極めて簡単に製造することができる。なお、誘導発熱材は、それ自体に絞り加工や鍛造加工などの塑性加工を加える他、容器状に形成した整磁合金材料の内面側、外面側にそれぞれ溶融状態の非磁性金属材料、磁性金属材料を付着させて接合するなどの手法により、誘導加熱容器に形成することができる。
【００２２】
均熱層を容器状に形成し、発熱層、補助層を均熱層の底面に付設すれば、底面側のみが発熱する誘導加熱容器を作ることができる。
【００２３】
第３発明の構成によるときは、容器本体は、第１発明に係る誘導発熱材が底面に付設されているから、誘導加熱器によって誘導発熱材を発熱させることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
誘導発熱材１０は、発熱層１１と、発熱層１１の上面に積層する均熱層１２と、発熱層１１の下面に積層する補助層１３とを備えてなる（図１）。ただし、均熱層１２は、容器状に形成され、発熱層１１、補助層１３を底面の全体に付設することにより、一体の誘導加熱容器に形成されている。
【００２６】
発熱層１１は、適切な導電率の整磁合金材料からなり、温度Ｔにより透磁率μが変化する（図２）。すなわち、発熱層１１は、温度Ｔ＜Ｔ１の低温時において透磁率μが十分大きく、温度Ｔ≧Ｔ１において、透磁率μが急激に減少する。ただし、キュリー点Ｔ１は、整磁合金材料の種類、処方等により任意に設定することができる。
【００２７】
均熱層１２は、電気抵抗が十分低く、熱伝導率が高い良導電性の非磁性金属材料である。また、補助層１３は、磁性金属材料からなり、発熱層１１、均熱層１２、補助層１３の厚さｔ１、ｔ２、ｔ３は、一般にｔ３≦ｔ１≦ｔ２に設定されている（図１）。ただし、補助層１３の厚さｔ３は、誘導加熱器３０からの交番磁束の浸透深さより十分薄く、発熱層１１の厚さｔ１は、キュリー点Ｔ１未満の低温時の浸透深さより厚く、キュリー点Ｔ１以上の高温時の浸透深さより薄いものとする。なお、補助層１３は、発熱層１１の下面側に一体に積層されており、発熱層１１は、均熱層１２の下面に一体に積層されている。また、補助層１３の下面、発熱層１１、補助層１３の周端面は、容器状の均熱層１２の外面下部とともに、耐腐食性の保護被膜１４により被覆され、保護されている（図１の一点鎖線）。
【００２８】
かかる誘導加熱容器と組み合わせる誘導加熱器３０は、駆動回路３１、誘導コイル３２と、変流器ＣＴを介して誘導コイル３２の駆動電流Ｉを監視する判別器３３とを備えている。なお、判別器３３の出力は、駆動回路３１に接続されている。判別器３３は、駆動電流Ｉを適当な設定値と比較し、誘導加熱器３０に仕掛ける誘導加熱容器の材質を判別して駆動回路３１を適切に投入遮断することができ、誘導加熱器３０の通電制御機能を実現している。
【００２９】
誘導加熱容器に図示しない調理材料を投入して誘導加熱器３０の天板上に仕掛け、誘導加熱器３０を作動させると、駆動回路３１は、所定周波数の駆動電流Ｉを誘導コイル３２に通電し、誘導コイル３２は、交番磁束を発生する。そこで、誘導加熱容器は、発熱層１１の温度Ｔが低く、発熱層１１の透磁率μが大きいとき、発熱層１１、補助層１３が電磁誘導によって発熱して内部の調理材料を加熱調理することができる。このとき、補助層１３は、発熱層１１に交番磁束を到達させながら発熱層１１とともに発熱し、発熱層１１を補助することができ、均熱層１２は、発熱層１１の温度分布を均一にするとともに、発熱層１１からの熱を調理材料に伝達し、調理材料を加熱する。一方、判別器３３は、誘導コイル３２の駆動電流Ｉが適切な値をとることにより、誘導加熱器３０上に適切な材質の誘導加熱容器があると判別し、駆動回路３１を正常に作動させる。
【００３０】
温度Ｔ≧Ｔ１になると、発熱層１１は、透磁率μが急減し、交番磁束が均熱層１２にまで到達する。そこで、このときの誘導発熱材１０は、全体の見掛けの透磁率、見掛けの表皮抵抗が急激に低下し、誘導加熱器３０の駆動電流Ｉが異常となり、判別器３３は、誘導加熱器３０上に誘導加熱容器がない、または、誘導加熱容器の材質が適切でないと判断し、駆動回路３１を自動的に遮断して誘導加熱器３０を自動停止させる。なお、判別器３３は、誘導コイル３２の駆動電流Ｉに代えて、駆動回路３１を構成するインバータ回路の入力電流や、誘導コイル３２の無効電力、共振周波数等に着目して誘導加熱容器の有無または適否を判別してもよく、その作動形式を問わないものとする。
【００３１】
誘導発熱材１０は、発熱層１１の厚さｔ１、補助層１３の厚さｔ３を適切に設定することにより、低温時において効率よく発熱し、高温時に誘導加熱器３０を確実に停止させることができる（図３）。ただし、図３の実施例は、銅製の均熱層１２に対し、キュリー点Ｔ１≒１３５℃の発熱層１１の厚さｔ１＝０．１、０．２……０．７ｍｍとし、磁性金属材料としてのＳＵＳ３０４の補助層１３の厚さｔ３＝０．１ｍｍの誘導発熱材１０を形成した場合、Ａ社、Ｂ社……Ｅ社製の各誘導加熱器３０の作動状態を、誘導コイル３２の最大駆動電流Ｉ（Ａ）、均熱層１２の最高加熱温度（℃）とともに示している。また、比較例は、補助層１３を省略し、発熱層１１、均熱層１２だけの場合である。
【００３２】
すなわち、誘導発熱材１０は、厚さｔ１の発熱層１１に厚さｔ３≦ｔ１の補助層１３を積層することにより、比較例に比して、低温時において駆動電流Ｉを大きくして十分大きな発熱量を得るとともに、高温時に殆どの誘導加熱器３０を正しく自動停止させることができる。ただし、好ましくは、発熱層１１の厚さｔ１≧０．２ｍｍとすることにより、低温時の発熱量を一層大きくすることができる。
【００３３】
また、発熱層１１のキュリー点Ｔ１≒２００℃とした場合のＡ社、Ｄ社製の各誘導加熱器３０の作動状態を図４に示す。すなわち、補助層１３を有する実施例の誘導発熱材１０は、図３と同様に、補助層１３を有しない比較例に比して、良好な作動状態が得られた。なお、発熱層１１の厚さｔ１≧０．４ｍｍの場合、高温時の見掛けの表皮抵抗が十分に低下しないため、誘導加熱器３０を自動停止させることができなくなる場合がある。
【００３４】
【他の実施の形態】
誘導発熱材１０は、別体の容器本体２１と組み合わせて使用することができる（図５）。誘導発熱材１０は、容器本体２１の底面と図示しない誘導加熱器３０の天板との間に挟むようにして介装し、容器本体２１の加熱アタッチメントとして使用することができる。ただし、誘導発熱材１０は、非磁性の容器本体２１に投入して使用してもよい。
【００３５】
誘導発熱材１０は、それ自体を容器状に形成して誘導加熱容器としてもよい（図６）。なお、同図の誘導発熱材１０は、均熱層１２、発熱層１１、補助層１３の全表面が保護被膜１４、１４により保護されている。ただし、図６において、保護被膜１４は、均熱層１２側、補助層１３側のいずれか一方に対してのみ設けてもよく、全部を省略して全く設けなくてもよい。また、図１において、保護被膜１４は、均熱層１２の内面、外面の一方または双方にも併せて設けてもよく、全く設けなくてもよい。
【００３６】
以上の説明において、誘導発熱材１０は、発熱層１１のキュリー点Ｔ１をたとえば５０〜９０℃程度に設定することにより、調理済みの調理材料を適温に保温する用途に使用することも可能である。また、発熱層１１は、透磁率μの低下に伴って導電率が低下するものであってもよい。なお、誘導加熱容器の内外面には、適当な加飾を施してもよい。
【００３７】
この発明は、調理用のみならず、たとえば金属溶融用等の他の任意の用途に用いる誘導加熱容器にも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この出願に係る第１発明によれば、整磁合金材料からなる発熱層の上面、下面にそれぞれ非磁性金属材料からなる均熱層、磁性金属材料からなる補助層を一体に積層することによって、補助層は、低温時において発熱層とともに発熱して発熱層を補助することができ、均熱層は、発熱層のキュリー点以上の高温時において見掛けの表皮抵抗を十分に低下させることができるから、適確な温度制御機能を実現するとともに、低温時の発熱量を十分大きくすることができるという優れた効果がある。
【００３９】
第２、第３発明によれば、第１発明に係る誘導発熱材を使用することによって、第１発明の効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】全体構成縦断面説明図
【図２】整磁合金材料の温度特性線図
【図３】動作説明図表（１）
【図４】動作説明図表（２）
【図５】他の実施の形態を示す縦断面図（１）
【図６】他の実施の形態を示す縦断面図（２）
【符号の説明】
ｔ１、ｔ２…厚さ
１０…誘導発熱材
１１…発熱層
１２…均熱層
１３…補助層
１４…保護被膜
２１…容器本体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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