(57)【要約】【課題】  本発明は、マイクロ波や電磁波により誘導加熱する、つまり家庭用の電子レンジや電磁調理器で、容器自体が発熱し、調理物を加熱調理することができる上に、発熱調理後に素手で持っても熱くなく火傷もしない、強度的にも優れた陶磁器およびその製造方法を提供せんとするものである。【解決手段】  本発明の陶磁器は、陶磁器の少なくとも一部に、炭素繊維の短繊維および炭素繊維の粒子状物から選ばれた少なくとも１種からなる炭素繊維含有層で構成されたマグネトロン加熱部を有することを特徴とするものである。  また、かかる陶磁器の製造方法は、炭素繊維の短繊維および炭素繊維の粒子状物から選ばれた少なくとも１種を混練して形成された陶磁器用粘土を用いて、成形品を形成した後、高温酸化処理する工程および非酸化条件で焼成する工程を組み合わせた工程により焼成して、該成形品の表層の炭素繊維を消失させるが、内層には残存させることをことを特徴とするものである。  【選択図】図１
2005126247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陶磁器の内層部の少なくとも一部に、炭素繊維の短繊維および炭素繊維の粒子状物から選ばれた少なくとも１種で構成されたマグネトロン加熱部を有することを特徴とする陶磁器。
【請求項２】
該炭素繊維含有層以外の部分は、多孔質状および空隙状から選ばれた少なくとも１種の構造を有することを特徴とする請求項１に記載の陶磁器。
【請求項３】
該炭素繊維の短繊維および炭素繊維の粒子状物が、直径１０μｍ以下であり、かつ、繊維長１０ｍｍ以下である請求項１または２に記載の陶磁器。
【請求項４】
炭素繊維の短繊維および炭素繊維の粒子状物から選ばれた少なくとも１種を混練して形成された陶磁器用粘土を用いて、成形品を形成した後、高温酸化処理する工程および非酸化条件で焼成する工程を組み合わせた工程により焼成して、該成形品の表層の炭素繊維を消失させるが、内層には残存させることを特徴とする陶磁器の製造方法。
【請求項５】
該炭素繊維の混練量が、粘土１００重量部に対して、０．５〜５０重量部である請求項４に記載の陶磁器の製造方法。
【請求項６】
該高温酸化処理する工程が、酸素を含む雰囲気下で、８００℃以上の温度で焼成する工程である請求項４または５に記載の陶磁器の製造方法。
【請求項７】
該成形品の表層の炭素繊維を消失させた後は、非酸化雰囲気に置換して焼成することを特徴とする請求項４〜６のいずれかに記載の陶磁器の製造方法。
【請求項８】
該高温酸化処理する工程が、素焼き工程で行われるものであることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載の陶磁器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波や電磁波により誘導加熱することができる陶磁器およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、一般に電子レンジを使用した調理は、調理品内の水分子が電子レンジ内のマグネトロンから放出される２．４５GHｚの電磁エネルギーを吸収し、振動摩擦により加熱されるものであった。
【０００３】
そのため、調理品の温度は１００℃以上には上昇せず、水分の少ない調理品は発熱効率が悪かった。また、牛乳などの飲み物類やシチュー類等水分の多い調理品については、調理品は素早く誘導加熱されるものの、容器の加熱はなかなか進まず、容器が冷たいままで、調理品の温度が熱伝導で容器に逃げるため、調理品の内外層に温度斑が生じる原因となっていた。
【０００４】
そのため、調理品をオーブンレンジ並の１００℃以上に加熱したり、調理品の温度斑を解消するために、電子レンジに電気ヒーターを有するオーブン機能を付与したレンジが主流となり、これらオーブンレンジについては、ヒーター加熱とレンジ加熱の組み合わせで調理物を加熱する機能を有するものや、スチーム噴霧による高温状態をレンジ内に作り出し、調理物と容器を同時に加熱する機能などを有するレンジなどが開発されてきている。
【０００５】
さらに、調理品の内外層の温度斑を解消するために、ターンテーブルを導入する方法やマグネトロンの加熱を上段と下段から実施する方法、温度センサーで調理品の温度を測定しながら過熱する方法などが採用されているが、一部の高性能レンジに採用されているのみであり、一般的ではない。
【０００６】
また、高性能なレンジの付属品として焦げ目をつけるためにそのターンテーブル等にフェライトからなる発熱材料を用いた例があるが、一部レンジに採用されているのみであり、ターンテーブルや角皿に限定され、その加工性の難しさから一般的な陶磁器への採用はほとんどされていない（たとえば特許文献1参照）。
【０００７】
そのため、容器自体を発熱させて温度斑を解消する目的から、亜鉛やニッケル、マグネシウム、マンガン亜鉛などの鉱物フェライトや炭化珪素をセラミックに混合して成形した後、焼結し容器化した例がある（たとえば特許文献２参照）
しかしながら鉱物フェライトが陶磁器やセラミックの表層に存在していると、調理時の誘導加熱の影響で、表面の釉薬等を塗布してある場合などには、局部的に温度が上がり表面にひびが入る可能性があるほか、素手で持ち運ぶ際に火傷する危険があった。
【０００８】
さらに水分の多い調理物などに該容器を用いた場合、加熱の際に金属フェライト類が調理物に触れ、金属成分がイオン化して溶出する可能性があり、調理物を飲食することから、健康面の問題があり一般的には採用されていない。
【０００９】
そのため被調理物とマイクロ波吸収発熱体が接触しない皿の底部分に吸収発熱体を加工した例がある（たとえば特許文献３参照）。
【００１０】
しかし、一般に陶磁器は焼成後の寸法変化が生じるため、発熱体取りつけ部分の加工が難しく、また、陶磁器と吸収発熱体加工部の剥離等が生じたり、加工部分の陶磁器部分が肉薄になるため、破損などの懸念があった。
【００１１】
一方、破損を防止するためにフィラーと炭素繊維を練り込み焼成し、多孔質陶磁器を得た例があるが、その炭素繊維の役割は強度改善であり、発熱を目的としたものではなく、さらに陶磁器の気孔率が高いため、発熱素子からの伝熱速度が低下する可能性がある（たとえば特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平１−２０４３８６号公報
【特許文献２】特開平５−２５８８５６号公報
【特許文献３】特開昭６２−１０６２２７号公報
【特許文献４】特開平１１−２９２６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、マイクロ波や電磁波により誘導加熱する、つまり家庭用の電子レンジや電磁調理器で、容器自体が発熱し、調理物を加熱調理することができる上に、外観は通常の陶磁器と変わらず、強度的にも優れた陶磁器およびその製造方法を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、かかる課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の陶磁器は、陶磁器の内層部の少なくとも一部に、炭素繊維の短繊維および炭素繊維の粒子状物から選ばれた少なくとも１種で構成されたマグネトロン加熱部を有することを特徴とするものである。
【００１４】
また、かかる陶磁器の製造方法は、炭素繊維の短繊維および炭素繊維の粒子状物から選ばれた少なくとも１種を混練して形成された陶磁器用粘土を用いて、成形品を形成した後、高温酸化処理する工程および非酸化条件で焼成する工程を組み合わせた工程により焼成して、該成形品の表層の炭素繊維を消失させるが、内層には残存させることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、家庭用の電子レンジや電磁調理器で調理物を加熱調理するに際し、容器自体が発熱し、容器内を加熱することが可能な陶磁器を簡単、容易に、かつ確実に提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明は、前記課題、つまり、マイクロ波や電磁波により誘導加熱する、つまり家庭用の電子レンジや電磁調理器で、容器自体が発熱し、調理物を加熱調理することができる陶磁器について、鋭意検討し、炭素繊維を混練した粘土で形成した容器状成形品を焼成する際に、該容器の表層の炭素繊維のみを焼成除去し、内層に炭素繊維含有層を残してみたところ、この炭素繊維含有層がマグネトロン加熱効果を奏し、かかる課題を一挙に解決することを究明したものである。
【００１７】
本発明の陶磁器は、その陶磁器の少なくとも一部、たとえば断面方向の内層に、炭素繊維含有層を有しており、この炭素繊維含有層でマグネトロン加熱部を構成しているものである。ここで、マグネトロン加熱部とは、マイクロ波や電磁波により誘導加熱することができる、つまりマイクロ波吸収材や磁性体を含んで構成されているものである。本発明では、マグネトロン加熱部は、炭素繊維含有層部分を意味するものである。すなわち、この炭素繊維含有層部分が誘導加熱をうけて発熱するものである。一方、炭素繊維は含有されていない、たとえばその外層部は、多孔質状および空隙状から選ばれた少なくとも１種の構造を有するものであり、かかる炭素繊維が含有されていない部分では、誘導加熱は惹起しないので、たとえば図１の柄の部分は熱くないという利点がある。
【００１８】
かかる陶磁器の製造方法は、次の工程からなる。すなわち炭素繊維の短繊維および炭素繊維の粒子状物から選ばれた少なくとも１種を混練して形成された陶磁器用粘土を用いて、成形品を形成した後、高温酸化処理する工程および非酸化条件で焼成する工程を組み合わせた工程により焼成して、該成形品の表層の炭素繊維を消失させるが、内層には残存させることからなる。
【００１９】
かかる混練工程に用いる粘土としては、たとえば、カオリナイト、ハロイサイト、クリソタイル、蝋石、滑石、白雲母、金雲母、緑泥石、モンモリロナイト、バイデライト、バーミュライト等であり、その成分組成は、特に限定されるものではないが、その平均粒度は１０００μm以下であるものが好ましく、陶磁器などの食器に用いる場合は、１００μm以下であるものが好ましい。その粒度分布は通常の陶磁器に用いるものであれば、特に限定されるものではない。
【００２０】
本発明に使用される炭素繊維は、繊維状のもの、粒状のもの等特に限定されるものではなく、炭素含有率が９０重量％以上の炭素繊維であればよく、金属成分や環境ホルモンなどの有害物質を含まないのものが好ましく使用されるが、その有害物質の含有量は特に限定されるものではない。また、該粘土との混練性を高めるためには、サイジング剤等が付着していないものを使用するのが好ましい。
【００２１】
かかる炭素繊維の繊維直径は特に限定されないが、例えば、通常のポリアクリロニトリル系炭素繊維を用いる場合は、好ましくは直径１０μｍ以下であり、その繊維長は、好ましくは１０ｍｍ以下、より好ましくは６ｍｍ以下であるものがよい。すなわち、炭素繊維の繊維長が１０ｍｍを越えると、混練時の粘土中での炭素繊維の分散性が低下し、陶磁器内部に炭素繊維が局在化し、その局在化部分が欠陥となり、陶磁器強度を低下させることがある。
【００２２】
かかる炭素繊維の混練り量は、炭素繊維量が粘土１００重量部に対して、１重量部以上５０重量部以下であることが好ましい。すなわち、１重量部未満であると、マイクロ波の吸収発熱が十分でない場合があり、一方、５０重量部を超えると、発熱特性は強く発揮されるものの、炭素繊維が粘土粒子同士の結合を阻害し、陶磁器内の構造欠陥が生じる傾向が出てくる。その混練方法は、通常の混練機を用いれば良く、必要に応じて水分などを付与しても良い。
【００２３】
器状に成形する成形工程には、通常の陶磁器の成形に用いられている、たとえばろくろなどを用いた手捻り成形法やプレス成形法、鋳込み成形法などを用いることができるが、これらの中でもプレス成形法や鋳込み成形法が、気泡が混入しにくいので好ましく採用される。
【００２４】
なお、混練した粘土中に酸素が多量に残存していると、燒成時に陶磁器内層部のマイクロ波吸収材や磁性体として作用する炭素繊維が酸化消失する可能性があるので、プレス成形機で成形を実施する場合は、真空押出し成形機を用いて粘土中の酸素を抜いておくことが好ましく、その真空度は０．１ｋPa以上であるのが更に好ましい。また、そのときのプレス圧は、好ましくは２０Mpa程度の圧力条件下の成形するのがよい。
【００２５】
かくして得られた成形品の乾燥は、通常の陶磁器の乾燥と同様に、室温で１週間程度乾燥すれば良いが、水分を多く含む場合は、それ以上の長い期間乾燥しても良い。
【００２６】
乾燥して得られた成形品を素焼きする工程は、好ましくは８００℃〜１１００℃の温度で、８〜２０時間程度実施すれば良く、表層の炭素繊維を酸化消失させるために、少なくとも１分以上は、酸素を含む雰囲気下で成形品を焼成することが好ましい。かかる酸化条件下で焼成することにより、表層の炭素繊維は消失し、内層部にのみ炭素繊維含有層が偏在する、つまり、マグネトロン加熱部としての炭素繊維含有層を有する素焼き品を得ることができる。かかる焼成工程での昇温速度は、通常の陶磁器の製法と同様に、好ましくは１００℃〜２００℃/hrである。得られた素焼き品には、絵付けなどを実施しても良く、その方法は通常の陶磁器と同様でよい。
【００２７】
また、表層の炭素繊維を、さらに酸化消失させるために、該素焼き品の表面を８００℃以上の温度を有するバーナーなどの火炎で１分以上焼いてもよい。
【００２８】
かかる素焼き工程に用いる窯は、電気窯でも良く、登り窯などを用いても良い。
かくして得られた内層部に炭素繊維含有層を有する素焼き品は、その炭素繊維含有層以外の部分には、多孔質状および空隙状から選ばれた少なくとも１種の構造を有するものであって、かかる部分は、たとえば吸水率が２０％以下であるという特殊な構造を有することが好ましい。
【００２９】
この素焼き品は、さらに、本焼きにより吸水率を低くすることが可能であり、本焼き時には通常の陶磁器に用いられる釉薬等を塗布含浸することも可能である。かかる釉薬は長石等を含むガラス質のものであれば良く、特に限定されるものではない。
【００３０】
また、本焼きは、炭素繊維が酸化消失するのを防ぐため、アルゴンや窒素、一酸化炭素、二酸化炭素等を多く含む非酸化性条件下で１１００℃以上の温度で数時間〜数日間実施し、緻密性の高い高強度の陶磁器を得る。
【００３１】
かかる本焼きに用いる窯としては、電気窯でも良く、登り窯などを用いても良い。かくして得られる陶磁器は、炭素繊維の含有比率が内層で高いのに対して、表層には該炭素繊維を含まず、その吸水率が２０％以下であるという特徴的な陶磁器を提供することができたものである。
【００３２】
こうして得られた陶磁器は電子レンジ内において、高周波の電磁波を内層部吸収材で吸収し、その表面温度は少なくとも４０℃以上に発熱し、容器内部の被調理物と同時に温まることで、輻射熱による調理物の内外層から加熱するものであるとともに、陶磁器本来の性能である保温性にも優れるものである。
【００３３】
本発明の陶磁器について、図面により説明する。図１は、本発明の陶磁器の一例を示す断面図である。この図では、縁１のある陶磁器容器を例示したが、本発明の効果は、いかなる形態においても、同様に発揮されるものである。すなわち、電子レンジ内において、該容器の炭素繊維含有層２は発熱するが、縁１のように炭素繊維を含有しない炭素繊維非含有層１では、全く発熱効果はみられないものである。かかる効果を上手に利用すると、かかる容器を用いて、調理物を加熱調理することができるのである。なお、該容器の底部および壁部は、炭素繊維含有層２と炭素繊維非含有層３とで構成されている。この場合の炭素繊維非含有層３は発熱はしないが、熱が伝導して、やはり熱くなる。しかし、縁部は炭素繊維非含有層１で構成されているので、発熱はなく、熱くはない。
【００３４】
図２は、本発明の陶磁器の他の一例で、炭素繊維含有層２が陶磁器の内層の一方に偏って含有されている例で、炭素繊維を含有しない部分からなる縁１を有するものである。また、図３は、本発明の陶磁器のさらに他の一例で、コーヒーカップの取っ手は炭素繊維含有しない炭素繊維非含有層１で構成されている例である。
【００３５】
なお、本発明の陶磁器は、かかる電子レンジ等の家庭用の容器だけでなく、水分を含まない非金属系産業用品を加熱する容器や鋳型、さらには瓦など各種陶磁器製品としても用いることができる。
【実施例】
【００３６】
以下、実施例を用いて、本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例等によりなんら限定されるものではない。
＜焼成＞
中外エンジニアリング（株）製電気窯HST-42にて昇温速度２００℃/hr、最高温度９５０〜１１５０℃で実施した。
＜表面温度測定＞
チノー社製防水型ハンディ放射温度計IR-TEを用いて測定物から500mmの距離をとり、サンプル中央部φ４５における範囲の温度測定結果を示した。
＜混練機＞
中速混合混練機を用いて３００rpm×２０分混練した。
＜真空押出し成形機＞
本田鉄工（株）真空土練成形機HDE-3型を用いた。
＜電子レンジ＞
市販の５００Ｗ型電子レンジ（ターンテーブル式）を用いた。
【００３７】
実施例１
平均粒度１００μｍからなる粘土（さぬき産）５ｋｇに東レ株式会社製炭素繊維（MLD-300,平均繊維長300μm）１ｋｇを投入し、水を加えながら２０分間攪拌混練し、粘土１００重量部に対して、炭素繊維を２０重量部含む陶磁器用粘土を得た。この粘土を、さらに真空押出し成形機を用いて気泡を抜いたのち、この粘土を２０Mpaのプレス条件下でプレス成形し、図１のような縁付き容器を得た。
【００３８】
この容器を１週間風乾した後、電気釜を用いて２００℃／hrで昇温し、９００℃から炉内雰囲気を窒素に置換し、最高温度が１１００℃に達した時点で１ｈｒ温度を維持した後、自然降温し、炉内温度が１００℃を下回った時点で素焼き品を採取した。
【００３９】
この素焼き品を窒素条件下で１３００℃×２４ｈｒ焼成し、陶磁器を得た。
【００４０】
この陶磁器は、内層部に炭素繊維が偏在しているものであった。
【００４１】
この陶磁器を市販の電子レンジ（消費電力９８０W、高周波出力５００W）内にいれ、スイッチオンして３０秒間後、観察したところ、炭素繊維含有層が存在する部分では熱く、それ以外の炭素繊維を含有しない部分、特に縁の部分では、熱さを感じなかった。なお、スイッチオンして１２０秒後でも、熱は陶磁器の容器部分では伝熱して熱さを感ずるものの、縁の部分、つまり炭素繊維を含有しない部分では、熱さを感じなかった。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の陶磁器の一例である縁付き容器を示す断面図である。
【図２】本発明の陶磁器の他の一例である縁付き容器を示す断面図である。
【図３】本発明の陶磁器のさらに他の一例であるコーヒーカップを示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１、３：炭素繊維非含有層
２：炭素繊維含有層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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