電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜及び溶射用線材
【課題】加熱効率が高く、消費電力を低減可能な電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜を提供する。
【解決手段】溶射用線材を用いた大気中溶射によって基材に積層形成される溶射皮膜を、質量％でＣ ：０．０１〜０．１６％，Ｓｉ：０．４〜１．６％，Ｍｎ：０．２〜１．２％，Ｃｒ：≦１．８％を含有し、残部Ｆｅ及び８％以下のＯ，０．３％以下のＮその他の不可避的不純物の組成とする。
【解決手段】溶射用線材を用いた大気中溶射によって基材に積層形成される溶射皮膜を、質量％でＣ ：０．０１〜０．１６％，Ｓｉ：０．４〜１．６％，Ｍｎ：０．２〜１．２％，Ｃｒ：≦１．８％を含有し、残部Ｆｅ及び８％以下のＯ，０．３％以下のＮその他の不可避的不純物の組成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁誘導加熱器にて加熱可能な炊飯器の内釜や鍋その他の調理容器に適用して好適な電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜及びその溶射用に用いる溶射用線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、調理用の加熱器として電磁誘導により加熱を行う電磁誘導加熱器（ＩＨヒータ）がガスレンジ等に替わる加熱器として広く普及するに到っている。
【０００３】
調理用の加熱器としてこのような電磁誘導加熱器を使用する場合、鍋その他の調理容器が電磁誘導加熱可能なものでなければならない。
例えばアルミニウム製の鍋の場合、これを直接電磁誘導加熱器にて加熱することができず、そこでアルミニウム製の鍋の裏底面に金属溶射法にて磁性発熱金属溶射皮膜（以下単に溶射皮膜とすることがある）を形成し、電磁誘導加熱器による電磁誘導にて、その磁性発熱金属溶射皮膜を発熱させるようになしたものが下記特許文献１に開示されている。
【０００４】
この溶射皮膜の形成方法として、溶射用材料として線材を用い、これを溶融して対象物（基材）に溶射する方法を好適に用いることができる。
図１は具体的な方法を模式的に示したもので、この方法では直流電圧を印加した状態で２本の溶射用線材１０，１０を送給してそれらを接触させ（短絡させ）、そこでアーク発生させて溶融させる。
そしてその溶融した材料に対してノズル１２から空気を噴射することで、溶融した材料を細かい粒子として基材１４に向けて飛行させる。飛行した粒子は基材１４表面に堆積し、そこに溶射皮膜１６を形成する。
【０００５】
溶射用の材料として粉末を用い、これを溶融させて基材１４に向けて噴射し、溶射皮膜１６を形成する方法もあるが、材料として粉末を用いた溶射皮膜１６の形成方法の場合、粉末を送る過程で粉末が供給通路で詰りを生じたり、また粉末の大きさや粒度分布等が大きな問題となったりする。
而して粉末が良好に供給されないと皮膜形成が良好に行われず、そのために粉末を用いた溶射の場合には溶射効率が悪く、歩留りが悪いといった問題がある。
これに対し溶射用の材料として線材を用いて行う溶射方法の場合にはそうした不具合を生じずに、溶射用線材１０を円滑に送給でき（送給途中で粉末を用いた場合のような詰りを生じることなく円滑に送給でき）、また粉末を用いた場合のように粒度分布とか粉末の大きさのバラツキにより不具合を発生するといったこともなく、歩留りも良好で、加えて粉末を用いた溶射では大掛りな設備が必要となるのに対して、溶射用線材１０を用いた場合には設備も簡単で済む等の利点がある。
【０００６】
以上のような溶射による皮膜形成は、加熱により溶融（ないし半溶融）状態とした材料を微小な粒子として基材１４表面に吹き付け（飛行させ）、基材１４表面に凝固した扁平且つ微小な粒子を幾層にも堆積させることで皮膜形成するコーティング技術である。
【０００７】
このようにして形成された溶射皮膜１６は、図２に示すようなスプラット構造と呼ばれる空隙積層構造、即ち粒子（溶射粒子）１８と１８との間に形成される空隙２０を積層した構造を呈しており、それと同時に溶射皮膜１６を構成する粒子１８が飛行中に著しく酸化されて粒子表面に酸化膜２２が形成することから、溶射皮膜１６の各種物性はバルク材を直接基材１４表面に積層して形成した磁性発熱層とは異なったものとなる。
【０００８】
具体的には、溶射皮膜１６から成る磁性発熱層の場合、比透磁率が何れの周波数領域でも安定してほぼ一定の値となる。
しかるにバルク材にて形成した磁性発熱層の場合、ある周波数で極大値を示し、周波数の変化に伴って比透磁率がその極大値から低下する。
これは、バルク材から成る磁性発熱層の場合、表皮効果と呼ばれる渦電流の浸透深さの影響を顕著に受けるためである。
【０００９】
一般に物体を電磁誘導加熱する場合、誘導電流(渦電流)が物体表面から内部に行くにつれて低下する表皮効果が生じる。最表面の電流値を１とした場合に０．３７まで減少する距離を渦電流の浸透深さといい、下記（１）式で表される。
【００１０】
【数１】
【００１１】
（１）式から分かるように、周波数が高くなるほど浸透深さは浅くなる。つまりバルク材の場合、表皮効果のために周波数が高くなるにつれ交流磁界が内部に浸透しにくくなり、材料の磁化が進まない。その結果として比透磁率は低くなる。
一方溶射皮膜１６では、図２からも分かるように粒子１８間は不連続であり、且つ粒径が表皮深さに対してかなり小さいため、マクロな電気伝導性の低下により表皮効果が抑えられ、比透磁率は一定値を示す。
【００１２】
また溶射皮膜１６にて磁性発熱層を形成する場合、その厚みを例えば０．５ｍｍ程度に容易に薄く形成することができるが、バルク材にて磁性発熱層を形成する場合には厚みを薄くすることは困難で、通常その厚みは４〜５ｍｍ程度の厚いものとなってしまう。
しかもバルク材から成る磁性発熱層の場合には、厚みがあっても上記の表皮効果のために発熱する領域はその一部に過ぎず、材料が無駄になる問題も有する。
このような点から、溶射皮膜１６は電磁誘導加熱による磁性発熱層として好適なものである。
【００１３】
ところで従来、この溶射皮膜はＪＩＳ Ｚ ３３１２ ＹＧＷ１２の線材を用いて溶射形成しているが、近年電磁誘導加熱器は軒並み高出力化傾向（２００Ｖ，３ｋＷ（キロワット）以上）にあり、上記の溶射用線材を用いて溶射形成した溶射皮膜では加熱効率が不十分で、消費電力が大きいといった問題があり、その改善が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１０２６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は以上のような事情を背景とし、加熱効率が高く、消費電力を低減可能な電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜及び溶射用線材を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
而して請求項１は溶射皮膜に関するもので、溶射用線材を用いた大気中溶射によって基材に積層形成される溶射皮膜であって、質量％でＣ ：０．０１〜０．１６％，Ｓｉ：０．４〜１．６％，Ｍｎ：０．２〜１．２％，Ｃｒ：≦１．８％を含有し、残部Ｆｅ及び８％以下のＯ，０．３％以下のＮその他の不可避的不純物の組成を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２のものは、請求項１において、前記不純物として含有されるＰ，Ｓ，Ｃｕが、Ｐ ：≦０．０３％，Ｓ ：≦０．０２％，Ｃｕ：≦０．３％であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３は溶射用線材に関するもので、請求項１，２の何れかの前記溶射用線材であって、質量％でＣ ：０．１〜０．２５％，Ｓｉ：０．８３〜３．０％，Ｍｎ：０．３〜２．０％，Ｃｒ：≦２．０％，残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成を有し、表面にＣｕメッキ処理が施されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４のものは、請求項３において、前記不純物として含有されるＯ，Ｎ，Ｐ，Ｓが質量％でＯ ：≦０．０１％，Ｎ ：≦０．０１％，Ｐ ：≦０．０３％，Ｓ ：≦０．０３％であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５のものは、請求項３，４の何れかにおいて、質量％で０．３５％以下で前記Ｃｕメッキ処理が施してあることを特徴とする。
【００２１】
請求項６は溶射皮膜に関するもので、請求項１，２の何れかにおいて、皮膜硬さが２６０〜３６０ＨＶ，体積抵抗率が６０．２８〜１２０．８７μΩ・ｃｍ，比透磁率が１６．６〜３６．２であることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２２】
本発明の溶射皮膜（磁性発熱金属溶射皮膜）は、従来の溶射皮膜に比べて高比透磁率，低体積抵抗率が得られ、電磁誘導加熱器にて電磁誘導加熱したときの加熱効率が高く、消費電力を低く抑えることが可能である。
また本発明の溶射用線材を用いることで、上記の溶射皮膜を良好に形成することができる。
【００２３】
次に本発明における各化学成分の限定理由を以下に詳しく説明する。
＜溶射皮膜＞
Ｃ ：０．０１〜０．１６％
Ｃは溶射皮膜の皮膜硬さを確保する上で必要である。溶射皮膜の皮膜硬さが低いと、溶射皮膜が硬いものに当ったり、接触したり、擦れたりしたときに溶射皮膜が損傷し、発熱特性に悪影響が及ぶ恐れがある。そこで本発明ではＣを０．０１％以上溶射皮膜に含有させる。但し０．１６％を超えて多く含有させると、これに伴って溶射用線材のＣ含有量が増大して線材硬さが硬くなり過ぎ、溶射用線材の送給性が悪化する。
【００２４】
Ｓｉ：０．４〜１．６％
Ｓｉは溶射皮膜の磁気特性，電気特性，機械特性を向上させる上で重要な働きをなす。詳しくは、溶射皮膜の比透磁率を高め、また体積抵抗率を低くする。その働きのために本発明ではＳｉを０．４％以上含有させる。但し１．６％を超えて多量に含有させると、溶射用線材中のＳｉ含有量が多量となって溶射用線材の脆性が増し、溶射用線材の製造性が悪化する。
【００２５】
Ｍｎ：０．２〜１．２％
ＭｎはＣと同様に溶射皮膜の皮膜硬さを確保する上で有用で、その働きのために０．２％以上含有させる。但し１．２％を超えて多く含有させると、これに伴って溶射用線材の硬さが硬くなり過ぎ、溶射用線材の製造性が悪化する。
【００２６】
Ｃｒ：≦１．８％
ＣｒはＣ，Ｍｎと同様に皮膜硬さを向上させ、また耐含性を高める。しかし１．８％を超えて多く含有させると溶射皮膜の体積抵抗率が増加し、また磁気特性が低下して電磁誘導加熱を行ったときの加熱効率の低下、消費電力の増大をもたらす。
【００２７】
Ｏ ：≦８％
Ｎ ：≦０．３％
Ｏ，Ｎは溶射用線材を用いて大気中溶射により溶射皮膜を形成する際に、溶射皮膜中に必然的に含有される不純物成分である。即ち溶射用線材を用いて溶射を行ったとき、飛行する溶射材の粒子が酸化され、また空気中の窒素が巻き込まれて溶射皮膜中に含有される。これらＯ，Ｎの含有量が多くなると溶射皮膜の発熱特性が劣化する。本発明においてＯの含有量として許容できる限度は８％であり、またＮは０．３％である。
【００２８】
Ｐ ：≦０．０３％
Ｓ ：≦０．０２％
これらＰ，Ｓもまた不純物成分である。本発明ではＰ，Ｓをそれぞれ０．０３％以下，０．０２％以下としておくことが望ましい。
【００２９】
Ｃｕ：≦０．３％
Ｃｕは溶射用線材に由来する成分である。
溶射用線材は、線材表面の防錆のため、またその防錆により溶射用線材の良好な送給性を確保するため表面にＣｕメッキ処理が施される。このＣｕは溶射皮膜中にも含有されるが、Ｃｕは不純物成分であってその量が多いと溶射皮膜の特性に悪影響が及ぶ。従って本発明では溶射皮膜中のＣｕ含有量が０．３％以下であることが望ましい。
【００３０】
＜溶射用線材＞
溶射皮膜における上記成分の含有量は溶射用線材に含有される成分によって定まる。
但し溶射用線材を用いて溶射を行ったとき、溶射用線材に含まれる成分は溶射によって一部失われ、減少する。またその減少の程度は各成分ごとに一律ではなく異なっている。例えば溶射用線材に含まれているＣは空気中で溶射されたときに飛行粒子が空気中の酸素と反応し、ＣＯ２等となって多く失われる。一方Ｏ，Ｎ等については飛行粒子が酸化されることにより、或いは飛行中にＮが巻き込まれることにより溶射皮膜中ではその含有量が増大する。
【００３１】
溶射皮膜の成分を上記成分とするために、また溶射皮膜に所望の磁気的特性，電気的特性を付与するために溶射用線材の各成分は以下の成分とする。
Ｃ ：０．１〜０．２５％，Ｓｉ：０．８３〜３．０％，Ｍｎ：０．３〜２．０％，Ｃｒ：≦２．０％
【００３２】
また溶射用線材における不純物成分としてのＯ，Ｎ，Ｐ，Ｓは以下の含有量に規制しておくことが望ましい。
Ｏ ：≦０．０１％，Ｎ ：≦０．０１％，Ｐ ：≦０．０３％，Ｓ ：≦０．０３％
【００３３】
溶射用線材は、防錆のため、また防錆による線材送給性確保のため表面にＣｕメッキ処理を施しておくことが望ましい。この場合質量％で０．３５％以下でＣｕメッキ処理しておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】溶射皮膜の形成方法を模式的に示した図である。
【図２】溶射皮膜の断面構造を模式的に示した図である。
【図３】加熱特性の評価方法の説明図である。
【図４】溶射の手順を示した図である。
【図５】実施例のＣ含有量と皮膜硬さとの関係を示した図である。
【図６】実施例のＭｎ含有量と皮膜硬さとの関係を示した図である。
【図７】実施例のＣｒ含有量と皮膜硬さとの関係を示した図である。
【図８】実施例のＣｒ含有量と体積抵抗率との関係を示した図である。
【図９】実施例のＳｉ含有量と体積抵抗率との関係を示した図である。
【図１０】実施例の溶射材料中のＳｉ含有量と溶射皮膜中のＯ含有量との関係を示した図である。
【図１１】実施例のＳｉ含有量と比透磁率との関係を示した図である。
【図１２】実施例のＳｉ含有量と消費電力量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
表１に示す組成の溶射用線材を用いて図１に示す方法に従いアーク溶射を行い、表１に示す組成の溶射皮膜を形成して溶射皮膜の皮膜硬さ，比透磁率，体積抵抗率の各特性を測定し、また併せて加熱特性の評価を行った。
【００３６】
一方溶射皮膜の形成は、溶射対象をブラスト処理した後に、以下に示す条件の下で行った。
溶射電流（Ａ）：１００
溶射電圧（Ｖ）：２８
ガス圧（psi） ：６０
溶射距離（ｍｍ）：１６５
トラバース速度（ｍｍ／sec）：１．６７
ピッチ（ｍｍ）：７
ここで皮膜硬さ，体積抵抗率，比透磁率測定用の試験片については図４（イ）に示す順序で溶射を行い、また加熱特性測定用の鍋底への溶射は図４（ロ）に示す順序で行った。
【００３７】
【表１】
【００３８】
また皮膜硬さ，比透磁率，体積抵抗率，加熱特性等の測定，評価は以下のようにして行った。
（１）皮膜硬さ
（株）アカシ社製の微小硬度計を用い、測定荷重１００ｇｆ（０．９８Ｎ）でビッカース圧子を用いビッカース硬さを測定した。
【００３９】
（２）体積抵抗率
幅１０×長さ１００×厚み０．８（ｍｍ）の試験片を用い、直流四端子法でＪＩＳ Ｃ２５２５「金属抵抗材料の導体抵抗及び体積抵抗率試験方法」に準拠して体積抵抗率を測定した。
【００４０】
（３）比透磁率
幅３×長さ１００×厚み０．６（ｍｍ）の試験片を用い、ヒューレットパッカード社製４１９２Ａ型の装置を用いてインピーダンス計測を行い、比透磁率を求めた。
【００４１】
（４）加熱特性
図３に示す業務用アルミ鍋２４の鍋底（φ１８０ｍｍ，板厚ｔ３ｍｍ）の裏底面に、表１に示す組成の溶射用線材を用いて同表に示す組成の溶射皮膜１６（φ１８０ｍｍ×ｔ０．６ｍｍ）を形成し、そして内部に水１リットル入れてこれを（株）ｔａｎｉｃｏ社製の卓上電磁誘導加熱調理器（２００Ｖ，３ｋＷ）２６の上に載せ、最大出力で業務用アルミ鍋２４を加熱し、水１リットルが沸騰するまでの時間（２０℃→１００℃の加熱時間）を測定した。
これらの結果が表２及び図５〜図１２に示してある。
尚、加熱特性は比較例１２を基準として、これに対する比率で消費電力量が１０％以上低減したものを◎とし、１〜１０％低減したものを○とし、それ以外のものを×として評価した（総合評価の欄）。
【００４２】
【表２】
【００４３】
（３）評価
（イ）皮膜硬さ
図５，図６，図７に示しているように溶射皮膜，溶射用線材に含有されるＣ，Ｍｎ，Ｃｒの含有量の増大に従って皮膜硬さは増加する。
【００４４】
（ロ）体積抵抗率
図８はＣｒ含有量と体積抵抗率との関係を、また図９はＳｉ含有量と体積抵抗率との関係を表している。
先ず図８において、Ｃｒ含有量の増加とともに体積抵抗率が増大している。その理由は、表１からも分かるように溶射用線材中のＣｒは他の元素に比べて何れの含有量でも溶射皮膜中に高い比率で残留する。
しかもＣｒは溶射に際して酸化され易く、またＣｒ酸化物は導電性が低く（Ｃｒ単体も導電性が低い）、そのため溶射用線材中及び溶射皮膜中Ｃｒ増加により溶射皮膜全体の体積抵抗率が増大しているものと考えられる。
【００４５】
また図９では、Ｃｒ量０．０３％以下では、Ｓｉ含有量の増加とともに体積抵抗率が低下する傾向を示しているが、これはＳｉ含有量と溶射皮膜のＯ含有量との関係を表す図１０から分かるように、Ｃｒ含有量０．０３％以下では溶射用線材中のＳｉ含有量が高いほど、溶射皮膜中のＯ含有量が低くなっていることと関連していると考えられる。
【００４６】
即ち、溶射皮膜にて形成した磁性発熱層は、バルク材にて形成した磁性発熱層に比べ一般に体積抵抗率が高くなるが、その理由は図２にも示しているように、溶射皮膜中に多量の空隙が存在するのと併せて、溶射皮膜中の粒子を酸化膜（酸化層）が被覆しており、そしてその酸化膜の存在が、溶射皮膜から成る磁性発熱層の体積抵抗率を高めていることによるものと考えられる。
溶射用線材中のＳｉ含有量が高い場合、溶射皮膜中のＯ含有量は図９に示すように低く、そのためＳｉ含有量が増加するのにつれて溶射皮膜の体積抵抗率が低下したものと考えられる。
【００４７】
（ハ）比透磁率
次に、図１１はＳｉ含有量と比透磁率との関係を、また図１２はＳｉ含有量と消費電力量との関係を表している。
図１１に示しているように、溶射皮膜中のＳｉ含有量（及び溶射用線材中のＳｉ含有量）の増加とともに比透磁率が増大することが分かる。
即ち溶射皮膜中のＳｉ含有量が増加すると、比透磁率が増大する一方で、図９に示しているように体積抵抗率は低下し、その結果図１２に示しているように溶射皮膜中のＳｉ含有量が増加すると、これに伴って消費電力量が低減する。
【００４８】
以上をふまえて表２の結果を考察すると、比較例７では溶射皮膜，溶射用線材ともにＳｉ含有量が本発明の下限値よりも低く、また溶射皮膜中のＯ含有量が本発明の上限値よりも多く、そのため溶射皮膜の比透磁率が低く、また体積抵抗率が高い。結果として沸騰時間が長く、消費電力量が大きな値を示している。
【００４９】
比較例８のものは、Ｃｒ含有量が高く、溶射皮膜の体積抵抗率が高い値を示している。結果として沸騰時間が長く、消費電力量が高い値を示している。
【００５０】
比較例９のものは、Ｃｒ含有量が著しく高く、そのため溶射皮膜の皮膜硬さが硬く、また体積抵抗率が著しく高い値を示している。その結果として沸騰時間が長く、消費電力量が高い値を示している。
【００５１】
比較例１０のものはＭｎが含有されておらず、結果として皮膜硬さが低く、比透磁率もまた低い値となっている。また溶射皮膜の体積抵抗率が高い値を示している。その結果沸騰時間が長く、消費電力量が高い値を示している。
【００５２】
比較例１１のものは、溶射皮膜のＣ含有量が低く、またＭｎが含有されていない。そのため皮膜硬さが低く、比透磁率も低い値を示している。一方で体積抵抗率は高い値を示し、結果として沸騰時間が長く、消費電力量も高い値を示している。
これに対し、実施例のものは何れも各特性が良好な値を示している。
【００５３】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電磁誘導加熱器にて加熱可能な炊飯器の内釜や鍋その他の調理容器に適用して好適な電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜及びその溶射用に用いる溶射用線材に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、調理用の加熱器として電磁誘導により加熱を行う電磁誘導加熱器（ＩＨヒータ）がガスレンジ等に替わる加熱器として広く普及するに到っている。
【０００３】
調理用の加熱器としてこのような電磁誘導加熱器を使用する場合、鍋その他の調理容器が電磁誘導加熱可能なものでなければならない。
例えばアルミニウム製の鍋の場合、これを直接電磁誘導加熱器にて加熱することができず、そこでアルミニウム製の鍋の裏底面に金属溶射法にて磁性発熱金属溶射皮膜（以下単に溶射皮膜とすることがある）を形成し、電磁誘導加熱器による電磁誘導にて、その磁性発熱金属溶射皮膜を発熱させるようになしたものが下記特許文献１に開示されている。
【０００４】
この溶射皮膜の形成方法として、溶射用材料として線材を用い、これを溶融して対象物（基材）に溶射する方法を好適に用いることができる。
図１は具体的な方法を模式的に示したもので、この方法では直流電圧を印加した状態で２本の溶射用線材１０，１０を送給してそれらを接触させ（短絡させ）、そこでアーク発生させて溶融させる。
そしてその溶融した材料に対してノズル１２から空気を噴射することで、溶融した材料を細かい粒子として基材１４に向けて飛行させる。飛行した粒子は基材１４表面に堆積し、そこに溶射皮膜１６を形成する。
【０００５】
溶射用の材料として粉末を用い、これを溶融させて基材１４に向けて噴射し、溶射皮膜１６を形成する方法もあるが、材料として粉末を用いた溶射皮膜１６の形成方法の場合、粉末を送る過程で粉末が供給通路で詰りを生じたり、また粉末の大きさや粒度分布等が大きな問題となったりする。
而して粉末が良好に供給されないと皮膜形成が良好に行われず、そのために粉末を用いた溶射の場合には溶射効率が悪く、歩留りが悪いといった問題がある。
これに対し溶射用の材料として線材を用いて行う溶射方法の場合にはそうした不具合を生じずに、溶射用線材１０を円滑に送給でき（送給途中で粉末を用いた場合のような詰りを生じることなく円滑に送給でき）、また粉末を用いた場合のように粒度分布とか粉末の大きさのバラツキにより不具合を発生するといったこともなく、歩留りも良好で、加えて粉末を用いた溶射では大掛りな設備が必要となるのに対して、溶射用線材１０を用いた場合には設備も簡単で済む等の利点がある。
【０００６】
以上のような溶射による皮膜形成は、加熱により溶融（ないし半溶融）状態とした材料を微小な粒子として基材１４表面に吹き付け（飛行させ）、基材１４表面に凝固した扁平且つ微小な粒子を幾層にも堆積させることで皮膜形成するコーティング技術である。
【０００７】
このようにして形成された溶射皮膜１６は、図２に示すようなスプラット構造と呼ばれる空隙積層構造、即ち粒子（溶射粒子）１８と１８との間に形成される空隙２０を積層した構造を呈しており、それと同時に溶射皮膜１６を構成する粒子１８が飛行中に著しく酸化されて粒子表面に酸化膜２２が形成することから、溶射皮膜１６の各種物性はバルク材を直接基材１４表面に積層して形成した磁性発熱層とは異なったものとなる。
【０００８】
具体的には、溶射皮膜１６から成る磁性発熱層の場合、比透磁率が何れの周波数領域でも安定してほぼ一定の値となる。
しかるにバルク材にて形成した磁性発熱層の場合、ある周波数で極大値を示し、周波数の変化に伴って比透磁率がその極大値から低下する。
これは、バルク材から成る磁性発熱層の場合、表皮効果と呼ばれる渦電流の浸透深さの影響を顕著に受けるためである。
【０００９】
一般に物体を電磁誘導加熱する場合、誘導電流(渦電流)が物体表面から内部に行くにつれて低下する表皮効果が生じる。最表面の電流値を１とした場合に０．３７まで減少する距離を渦電流の浸透深さといい、下記（１）式で表される。
【００１０】
【数１】
【００１１】
（１）式から分かるように、周波数が高くなるほど浸透深さは浅くなる。つまりバルク材の場合、表皮効果のために周波数が高くなるにつれ交流磁界が内部に浸透しにくくなり、材料の磁化が進まない。その結果として比透磁率は低くなる。
一方溶射皮膜１６では、図２からも分かるように粒子１８間は不連続であり、且つ粒径が表皮深さに対してかなり小さいため、マクロな電気伝導性の低下により表皮効果が抑えられ、比透磁率は一定値を示す。
【００１２】
また溶射皮膜１６にて磁性発熱層を形成する場合、その厚みを例えば０．５ｍｍ程度に容易に薄く形成することができるが、バルク材にて磁性発熱層を形成する場合には厚みを薄くすることは困難で、通常その厚みは４〜５ｍｍ程度の厚いものとなってしまう。
しかもバルク材から成る磁性発熱層の場合には、厚みがあっても上記の表皮効果のために発熱する領域はその一部に過ぎず、材料が無駄になる問題も有する。
このような点から、溶射皮膜１６は電磁誘導加熱による磁性発熱層として好適なものである。
【００１３】
ところで従来、この溶射皮膜はＪＩＳ Ｚ ３３１２ ＹＧＷ１２の線材を用いて溶射形成しているが、近年電磁誘導加熱器は軒並み高出力化傾向（２００Ｖ，３ｋＷ（キロワット）以上）にあり、上記の溶射用線材を用いて溶射形成した溶射皮膜では加熱効率が不十分で、消費電力が大きいといった問題があり、その改善が求められていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１０２６１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は以上のような事情を背景とし、加熱効率が高く、消費電力を低減可能な電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜及び溶射用線材を提供することを目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
而して請求項１は溶射皮膜に関するもので、溶射用線材を用いた大気中溶射によって基材に積層形成される溶射皮膜であって、質量％でＣ ：０．０１〜０．１６％，Ｓｉ：０．４〜１．６％，Ｍｎ：０．２〜１．２％，Ｃｒ：≦１．８％を含有し、残部Ｆｅ及び８％以下のＯ，０．３％以下のＮその他の不可避的不純物の組成を有することを特徴とする。
【００１７】
請求項２のものは、請求項１において、前記不純物として含有されるＰ，Ｓ，Ｃｕが、Ｐ ：≦０．０３％，Ｓ ：≦０．０２％，Ｃｕ：≦０．３％であることを特徴とする。
【００１８】
請求項３は溶射用線材に関するもので、請求項１，２の何れかの前記溶射用線材であって、質量％でＣ ：０．１〜０．２５％，Ｓｉ：０．８３〜３．０％，Ｍｎ：０．３〜２．０％，Ｃｒ：≦２．０％，残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成を有し、表面にＣｕメッキ処理が施されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項４のものは、請求項３において、前記不純物として含有されるＯ，Ｎ，Ｐ，Ｓが質量％でＯ ：≦０．０１％，Ｎ ：≦０．０１％，Ｐ ：≦０．０３％，Ｓ ：≦０．０３％であることを特徴とする。
【００２０】
請求項５のものは、請求項３，４の何れかにおいて、質量％で０．３５％以下で前記Ｃｕメッキ処理が施してあることを特徴とする。
【００２１】
請求項６は溶射皮膜に関するもので、請求項１，２の何れかにおいて、皮膜硬さが２６０〜３６０ＨＶ，体積抵抗率が６０．２８〜１２０．８７μΩ・ｃｍ，比透磁率が１６．６〜３６．２であることを特徴とする。
【発明の作用・効果】
【００２２】
本発明の溶射皮膜（磁性発熱金属溶射皮膜）は、従来の溶射皮膜に比べて高比透磁率，低体積抵抗率が得られ、電磁誘導加熱器にて電磁誘導加熱したときの加熱効率が高く、消費電力を低く抑えることが可能である。
また本発明の溶射用線材を用いることで、上記の溶射皮膜を良好に形成することができる。
【００２３】
次に本発明における各化学成分の限定理由を以下に詳しく説明する。
＜溶射皮膜＞
Ｃ ：０．０１〜０．１６％
Ｃは溶射皮膜の皮膜硬さを確保する上で必要である。溶射皮膜の皮膜硬さが低いと、溶射皮膜が硬いものに当ったり、接触したり、擦れたりしたときに溶射皮膜が損傷し、発熱特性に悪影響が及ぶ恐れがある。そこで本発明ではＣを０．０１％以上溶射皮膜に含有させる。但し０．１６％を超えて多く含有させると、これに伴って溶射用線材のＣ含有量が増大して線材硬さが硬くなり過ぎ、溶射用線材の送給性が悪化する。
【００２４】
Ｓｉ：０．４〜１．６％
Ｓｉは溶射皮膜の磁気特性，電気特性，機械特性を向上させる上で重要な働きをなす。詳しくは、溶射皮膜の比透磁率を高め、また体積抵抗率を低くする。その働きのために本発明ではＳｉを０．４％以上含有させる。但し１．６％を超えて多量に含有させると、溶射用線材中のＳｉ含有量が多量となって溶射用線材の脆性が増し、溶射用線材の製造性が悪化する。
【００２５】
Ｍｎ：０．２〜１．２％
ＭｎはＣと同様に溶射皮膜の皮膜硬さを確保する上で有用で、その働きのために０．２％以上含有させる。但し１．２％を超えて多く含有させると、これに伴って溶射用線材の硬さが硬くなり過ぎ、溶射用線材の製造性が悪化する。
【００２６】
Ｃｒ：≦１．８％
ＣｒはＣ，Ｍｎと同様に皮膜硬さを向上させ、また耐含性を高める。しかし１．８％を超えて多く含有させると溶射皮膜の体積抵抗率が増加し、また磁気特性が低下して電磁誘導加熱を行ったときの加熱効率の低下、消費電力の増大をもたらす。
【００２７】
Ｏ ：≦８％
Ｎ ：≦０．３％
Ｏ，Ｎは溶射用線材を用いて大気中溶射により溶射皮膜を形成する際に、溶射皮膜中に必然的に含有される不純物成分である。即ち溶射用線材を用いて溶射を行ったとき、飛行する溶射材の粒子が酸化され、また空気中の窒素が巻き込まれて溶射皮膜中に含有される。これらＯ，Ｎの含有量が多くなると溶射皮膜の発熱特性が劣化する。本発明においてＯの含有量として許容できる限度は８％であり、またＮは０．３％である。
【００２８】
Ｐ ：≦０．０３％
Ｓ ：≦０．０２％
これらＰ，Ｓもまた不純物成分である。本発明ではＰ，Ｓをそれぞれ０．０３％以下，０．０２％以下としておくことが望ましい。
【００２９】
Ｃｕ：≦０．３％
Ｃｕは溶射用線材に由来する成分である。
溶射用線材は、線材表面の防錆のため、またその防錆により溶射用線材の良好な送給性を確保するため表面にＣｕメッキ処理が施される。このＣｕは溶射皮膜中にも含有されるが、Ｃｕは不純物成分であってその量が多いと溶射皮膜の特性に悪影響が及ぶ。従って本発明では溶射皮膜中のＣｕ含有量が０．３％以下であることが望ましい。
【００３０】
＜溶射用線材＞
溶射皮膜における上記成分の含有量は溶射用線材に含有される成分によって定まる。
但し溶射用線材を用いて溶射を行ったとき、溶射用線材に含まれる成分は溶射によって一部失われ、減少する。またその減少の程度は各成分ごとに一律ではなく異なっている。例えば溶射用線材に含まれているＣは空気中で溶射されたときに飛行粒子が空気中の酸素と反応し、ＣＯ２等となって多く失われる。一方Ｏ，Ｎ等については飛行粒子が酸化されることにより、或いは飛行中にＮが巻き込まれることにより溶射皮膜中ではその含有量が増大する。
【００３１】
溶射皮膜の成分を上記成分とするために、また溶射皮膜に所望の磁気的特性，電気的特性を付与するために溶射用線材の各成分は以下の成分とする。
Ｃ ：０．１〜０．２５％，Ｓｉ：０．８３〜３．０％，Ｍｎ：０．３〜２．０％，Ｃｒ：≦２．０％
【００３２】
また溶射用線材における不純物成分としてのＯ，Ｎ，Ｐ，Ｓは以下の含有量に規制しておくことが望ましい。
Ｏ ：≦０．０１％，Ｎ ：≦０．０１％，Ｐ ：≦０．０３％，Ｓ ：≦０．０３％
【００３３】
溶射用線材は、防錆のため、また防錆による線材送給性確保のため表面にＣｕメッキ処理を施しておくことが望ましい。この場合質量％で０．３５％以下でＣｕメッキ処理しておくことが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】溶射皮膜の形成方法を模式的に示した図である。
【図２】溶射皮膜の断面構造を模式的に示した図である。
【図３】加熱特性の評価方法の説明図である。
【図４】溶射の手順を示した図である。
【図５】実施例のＣ含有量と皮膜硬さとの関係を示した図である。
【図６】実施例のＭｎ含有量と皮膜硬さとの関係を示した図である。
【図７】実施例のＣｒ含有量と皮膜硬さとの関係を示した図である。
【図８】実施例のＣｒ含有量と体積抵抗率との関係を示した図である。
【図９】実施例のＳｉ含有量と体積抵抗率との関係を示した図である。
【図１０】実施例の溶射材料中のＳｉ含有量と溶射皮膜中のＯ含有量との関係を示した図である。
【図１１】実施例のＳｉ含有量と比透磁率との関係を示した図である。
【図１２】実施例のＳｉ含有量と消費電力量との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
次に本発明の実施形態を以下に詳しく説明する。
表１に示す組成の溶射用線材を用いて図１に示す方法に従いアーク溶射を行い、表１に示す組成の溶射皮膜を形成して溶射皮膜の皮膜硬さ，比透磁率，体積抵抗率の各特性を測定し、また併せて加熱特性の評価を行った。
【００３６】
一方溶射皮膜の形成は、溶射対象をブラスト処理した後に、以下に示す条件の下で行った。
溶射電流（Ａ）：１００
溶射電圧（Ｖ）：２８
ガス圧（psi） ：６０
溶射距離（ｍｍ）：１６５
トラバース速度（ｍｍ／sec）：１．６７
ピッチ（ｍｍ）：７
ここで皮膜硬さ，体積抵抗率，比透磁率測定用の試験片については図４（イ）に示す順序で溶射を行い、また加熱特性測定用の鍋底への溶射は図４（ロ）に示す順序で行った。
【００３７】
【表１】
【００３８】
また皮膜硬さ，比透磁率，体積抵抗率，加熱特性等の測定，評価は以下のようにして行った。
（１）皮膜硬さ
（株）アカシ社製の微小硬度計を用い、測定荷重１００ｇｆ（０．９８Ｎ）でビッカース圧子を用いビッカース硬さを測定した。
【００３９】
（２）体積抵抗率
幅１０×長さ１００×厚み０．８（ｍｍ）の試験片を用い、直流四端子法でＪＩＳ Ｃ２５２５「金属抵抗材料の導体抵抗及び体積抵抗率試験方法」に準拠して体積抵抗率を測定した。
【００４０】
（３）比透磁率
幅３×長さ１００×厚み０．６（ｍｍ）の試験片を用い、ヒューレットパッカード社製４１９２Ａ型の装置を用いてインピーダンス計測を行い、比透磁率を求めた。
【００４１】
（４）加熱特性
図３に示す業務用アルミ鍋２４の鍋底（φ１８０ｍｍ，板厚ｔ３ｍｍ）の裏底面に、表１に示す組成の溶射用線材を用いて同表に示す組成の溶射皮膜１６（φ１８０ｍｍ×ｔ０．６ｍｍ）を形成し、そして内部に水１リットル入れてこれを（株）ｔａｎｉｃｏ社製の卓上電磁誘導加熱調理器（２００Ｖ，３ｋＷ）２６の上に載せ、最大出力で業務用アルミ鍋２４を加熱し、水１リットルが沸騰するまでの時間（２０℃→１００℃の加熱時間）を測定した。
これらの結果が表２及び図５〜図１２に示してある。
尚、加熱特性は比較例１２を基準として、これに対する比率で消費電力量が１０％以上低減したものを◎とし、１〜１０％低減したものを○とし、それ以外のものを×として評価した（総合評価の欄）。
【００４２】
【表２】
【００４３】
（３）評価
（イ）皮膜硬さ
図５，図６，図７に示しているように溶射皮膜，溶射用線材に含有されるＣ，Ｍｎ，Ｃｒの含有量の増大に従って皮膜硬さは増加する。
【００４４】
（ロ）体積抵抗率
図８はＣｒ含有量と体積抵抗率との関係を、また図９はＳｉ含有量と体積抵抗率との関係を表している。
先ず図８において、Ｃｒ含有量の増加とともに体積抵抗率が増大している。その理由は、表１からも分かるように溶射用線材中のＣｒは他の元素に比べて何れの含有量でも溶射皮膜中に高い比率で残留する。
しかもＣｒは溶射に際して酸化され易く、またＣｒ酸化物は導電性が低く（Ｃｒ単体も導電性が低い）、そのため溶射用線材中及び溶射皮膜中Ｃｒ増加により溶射皮膜全体の体積抵抗率が増大しているものと考えられる。
【００４５】
また図９では、Ｃｒ量０．０３％以下では、Ｓｉ含有量の増加とともに体積抵抗率が低下する傾向を示しているが、これはＳｉ含有量と溶射皮膜のＯ含有量との関係を表す図１０から分かるように、Ｃｒ含有量０．０３％以下では溶射用線材中のＳｉ含有量が高いほど、溶射皮膜中のＯ含有量が低くなっていることと関連していると考えられる。
【００４６】
即ち、溶射皮膜にて形成した磁性発熱層は、バルク材にて形成した磁性発熱層に比べ一般に体積抵抗率が高くなるが、その理由は図２にも示しているように、溶射皮膜中に多量の空隙が存在するのと併せて、溶射皮膜中の粒子を酸化膜（酸化層）が被覆しており、そしてその酸化膜の存在が、溶射皮膜から成る磁性発熱層の体積抵抗率を高めていることによるものと考えられる。
溶射用線材中のＳｉ含有量が高い場合、溶射皮膜中のＯ含有量は図９に示すように低く、そのためＳｉ含有量が増加するのにつれて溶射皮膜の体積抵抗率が低下したものと考えられる。
【００４７】
（ハ）比透磁率
次に、図１１はＳｉ含有量と比透磁率との関係を、また図１２はＳｉ含有量と消費電力量との関係を表している。
図１１に示しているように、溶射皮膜中のＳｉ含有量（及び溶射用線材中のＳｉ含有量）の増加とともに比透磁率が増大することが分かる。
即ち溶射皮膜中のＳｉ含有量が増加すると、比透磁率が増大する一方で、図９に示しているように体積抵抗率は低下し、その結果図１２に示しているように溶射皮膜中のＳｉ含有量が増加すると、これに伴って消費電力量が低減する。
【００４８】
以上をふまえて表２の結果を考察すると、比較例７では溶射皮膜，溶射用線材ともにＳｉ含有量が本発明の下限値よりも低く、また溶射皮膜中のＯ含有量が本発明の上限値よりも多く、そのため溶射皮膜の比透磁率が低く、また体積抵抗率が高い。結果として沸騰時間が長く、消費電力量が大きな値を示している。
【００４９】
比較例８のものは、Ｃｒ含有量が高く、溶射皮膜の体積抵抗率が高い値を示している。結果として沸騰時間が長く、消費電力量が高い値を示している。
【００５０】
比較例９のものは、Ｃｒ含有量が著しく高く、そのため溶射皮膜の皮膜硬さが硬く、また体積抵抗率が著しく高い値を示している。その結果として沸騰時間が長く、消費電力量が高い値を示している。
【００５１】
比較例１０のものはＭｎが含有されておらず、結果として皮膜硬さが低く、比透磁率もまた低い値となっている。また溶射皮膜の体積抵抗率が高い値を示している。その結果沸騰時間が長く、消費電力量が高い値を示している。
【００５２】
比較例１１のものは、溶射皮膜のＣ含有量が低く、またＭｎが含有されていない。そのため皮膜硬さが低く、比透磁率も低い値を示している。一方で体積抵抗率は高い値を示し、結果として沸騰時間が長く、消費電力量も高い値を示している。
これに対し、実施例のものは何れも各特性が良好な値を示している。
【００５３】
以上本発明の実施形態を説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲において種々変更を加えた態様で実施可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶射用線材を用いた大気中溶射によって基材に積層形成される溶射皮膜であって、
質量％で
Ｃ ：０．０１〜０．１６％
Ｓｉ：０．４〜１．６％
Ｍｎ：０．２〜１．２％
Ｃｒ：≦１．８％
を含有し、残部Ｆｅ及び８％以下のＯ，０．３％以下のＮその他の不可避的不純物の組成を有することを特徴とする電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜。
【請求項２】
請求項１において、前記不純物として含有されるＰ，Ｓ，Ｃｕが、
Ｐ ：≦０．０３％
Ｓ ：≦０．０２％
Ｃｕ：≦０．３％
であることを特徴とする電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜。
【請求項３】
請求項１，２の何れかの前記溶射用線材であって、
質量％で
Ｃ ：０．１〜０．２５％
Ｓｉ：０．８３〜３．０％
Ｍｎ：０．３〜２．０％
Ｃｒ：≦２．０％
残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成を有し、表面にＣｕメッキ処理が施されていることを特徴とする溶射用線材。
【請求項４】
請求項３において、前記不純物として含有されるＯ，Ｎ，Ｐ，Ｓが質量％で
Ｏ ：≦０．０１％
Ｎ ：≦０．０１％
Ｐ ：≦０．０３％
Ｓ ：≦０．０３％
であることを特徴とする溶射用線材。
【請求項５】
請求項３，４の何れかにおいて、質量％で０．３５％以下で前記Ｃｕメッキ処理が施してあることを特徴とする溶射用線材。
【請求項６】
請求項１，２の何れかにおいて、皮膜硬さが２６０〜３６０ＨＶ，体積抵抗率が６０．２８〜１２０．８７μΩ・ｃｍ，比透磁率が１６．６〜３６．２であることを特徴とする電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜。
【請求項１】
溶射用線材を用いた大気中溶射によって基材に積層形成される溶射皮膜であって、
質量％で
Ｃ ：０．０１〜０．１６％
Ｓｉ：０．４〜１．６％
Ｍｎ：０．２〜１．２％
Ｃｒ：≦１．８％
を含有し、残部Ｆｅ及び８％以下のＯ，０．３％以下のＮその他の不可避的不純物の組成を有することを特徴とする電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜。
【請求項２】
請求項１において、前記不純物として含有されるＰ，Ｓ，Ｃｕが、
Ｐ ：≦０．０３％
Ｓ ：≦０．０２％
Ｃｕ：≦０．３％
であることを特徴とする電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜。
【請求項３】
請求項１，２の何れかの前記溶射用線材であって、
質量％で
Ｃ ：０．１〜０．２５％
Ｓｉ：０．８３〜３．０％
Ｍｎ：０．３〜２．０％
Ｃｒ：≦２．０％
残部Ｆｅ及び不可避的不純物の組成を有し、表面にＣｕメッキ処理が施されていることを特徴とする溶射用線材。
【請求項４】
請求項３において、前記不純物として含有されるＯ，Ｎ，Ｐ，Ｓが質量％で
Ｏ ：≦０．０１％
Ｎ ：≦０．０１％
Ｐ ：≦０．０３％
Ｓ ：≦０．０３％
であることを特徴とする溶射用線材。
【請求項５】
請求項３，４の何れかにおいて、質量％で０．３５％以下で前記Ｃｕメッキ処理が施してあることを特徴とする溶射用線材。
【請求項６】
請求項１，２の何れかにおいて、皮膜硬さが２６０〜３６０ＨＶ，体積抵抗率が６０．２８〜１２０．８７μΩ・ｃｍ，比透磁率が１６．６〜３６．２であることを特徴とする電磁誘導加熱用の磁性発熱金属溶射皮膜。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−１２３２９（Ｐ２０１１−１２３２９Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５９７０２（Ｐ２００９−１５９７０２）
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月６日（２００９．７．６）
【出願人】（０００００３７１３）大同特殊鋼株式会社 (916)
【Ｆターム（参考）】
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