○Home Page for Takashi AOKI(Electrode Bread Machine/Rice Cooker and Electrode Sponge Cake).


Historical Background of the Invention of Electrode Rice Cooker/Bread Machine and Reproduction Experiment with Evaluation (about so-called Denki-Pan in Japan and PANKO)

1.Overview of Method

Today, we are converting electrical energy into thermal energy and making use of it. There are various devices on the market for baking bread. In the days after World War II, when supplies were scarce, people made their own bread baking machines like the one shown in Fig.1, and they became quite popular. This is called an electrode bread machine ,or simply a "Denki-Pan" machine in Japanese. Liquid steamed bread dough made of flour, salt, and sugar dissolved in water is poured between two electrode plates, and an altenating current of 100 volts(V) is applied.

Fig.1. Configuration of the bread baking machine

Fig.2. (Top) Power value for steamed bread (○), cooked rice (×), and yeast-fermented bread (*). (Bottom) Time variation of water temperature. (power is current value×100) Current is a two-peak characteristic due to gelling and evaporation.

As a result of an evaluation, We found out that the thermal efficiency of those simple devices, which consistents of just two electrodes in a wooden box, is as high as approximately 70%. The reason for this is that the dough itself generates heat through Joule heat (electrolytes dissolved in water interferes with the movement of electrons and receives heat enaergy), instead of applying heat to the dough from the outside, as in an oven. 70% of the added electrical energy is used for baking bread as heat of evaporation at 100℃. It was also found to have an excellent property to automatically turn off the electric current without a microcomputer after baking.

When an altenating current of 100V is applied for 9 minites in the process of baking. The water temperature rises monotonously and evaporates at 100℃, resulting in a two-peak current. This two-peak characterristic of current was found to occur as the starch gelatinization progressed and water evaporated(Fig.2).

The shape of the two peaks of the current will change because the sizing temperature range depends on the types of the starch. This same mechanism was used in the student experiment of cooking rice in a bread baking machine (rice, water, and salt, finished product is shown in Fig.3 (middle)). It was confirmed that even a dough of yeast-fermented bread similarly had a two-peak characteristic (made of strong flour, water, dry yeast, salt, sugar, and unsalted butter, finished product is shown in Fig.3 (right)). The rice can be cooked 20 minutes and the yeast-fermented bread can be baked in 14 minutes through energization. In the electrode type, the water temperature does not exceed 100 ℃, meaning the bread would not properly bake. The thermal efficiency of all three experiments are about 70%.

Fig.3. (Left) Finished original steamed bread: in 9 minutes. (Middle) Cooked rice: in 20 minutes. (Right) Yeast-fermented bread: in 14 minutes.

2.Electrode Type Bread Baking Machine

I found that this electrode type bread baking machine was invented by Shozo Akutsu, who formerly served the army in 1935. At that time, the reserch was not on steamed bread made of light wheat flour and baking powder, but on yeast-fermented bread made of strong flour dough that was energized. This technology was introduced for home use after World War II, mainly as steamed bread (today's so-called "Denki-Pan" in Japan).

This(Fig.3 (right)) corresponds to the reproduction of the electrode bread baking invented by Shozo Akutsu. In addition, the electrode bread later became bread crumbs for business use. In 1949, after World War II, electrode bread was dried in the sun and sold. Since then, manufacturers of bread crumbs have appeared.

Even today, half of the breadcrumbs used for commercial purposes are made by the crushing of the mentioned yeast-fermented electrode type pans. The process in the fermentation of the dough is the same at the factory, but when baking the dough, depending on the nature of the desired breadcrumbs, it is either the roasting type or electrode type that is used. The roasting method, in which heat is applied from the outside by an oven, requires preheating and is less efficient than the electrode method, where the dough itself generates heat, and the equipment is larger and less economical.

Since the electrode type does not truly bake the bread, the bread will not rise above 100℃ and produce white breadcrumbs that are harder than those of the roasting type and will not absorb oil as easily. The texture of the breadcrumbs did not degrade over time, so it was used by TableMark Co., Ltd.("Katokichi" in Japan) in Kagawa Prefecture, as batter for frozen fried shrimp, which became popular since the 1962.

Since 1960s, the export of breadcrumbs significantly increased, especially to the United States, where the electrode production method was also exported.

Additionally, in an electrode-type bread baking machine, the material of what the electrode plates made out of is crucial. This is because the material of the electrode plates are electrolytically corroded by energization and are leached out the dough. Thanks to the efforts of Mr. Yasuo Shimizu, who was the chairman of the technical committee of the National Federation of bread Crumb Industry Cooperatives, the government finally approved the use of pure titanium electrode plates in 1988, which are extremely resistant to corrosion. The Food Sanitation Law was also partially amended to allow this use, which solved the problem of the material of the electrode plates.

Breadcrumbs called "PANKO" in Japan were also recognized by the European Union, and "PANKO" was adopted as an English word in the Oxford English Dictionary in 2012.

Fig.4. (Hand-made)Reproduced yeast-fermented bread for breadcrumbs (Left: Equal 3,in 14 min. for electrode method, Right: Equal 5,in 29 min. for roasting method).

Fig.5. (Left) Professional electrode bread baking case for business use (pure titanium plate 50cm×50cm) (Right) And actual baked electrode bread for breadcrumb.

We also introduce an electrode type yeast-fermented bread, which is actually still manufactured in factories today. As shown in Fig.5. To further my reserch, I conducted an experiment(Hand-made) between the electrode type and the roasting type of bread crumb making. The process up to the second fermentation of the bread dough is the same for both.

The resulting bread with the electrode method is shown in Fig.4 (left) (Fig.3 (bottom), divided into three equal parts). And the bread baked in the oven (divided into five portions) is shown in Fig.4 (right) and bread is browned. Without any methods, it takes 29 minutes, including preheating(for 10 minutes), in the oven to bake the dough(for 19 minutes). But, with electrode type method, it implements the process in 14 minutes due to the process of energization. With this, we can feel the thermal efficiency. The white electrode type bread is not baked, so the aroma of yeast is more pronounced and delicious.

3.Electrode type rice cooker

The bread baking machine invented by Shozo Akutsu in 1935 was started with the former Army's orders of creating a food service vehicle ,which would be able to cook rice and bake bread, promptly as military equipment, no matter much it costs. Before the invention of the bread baking machine, a utility model of an electrode-type rice cooker with opposing electrode plates was developed by the former army in 1934. The electrode plates used for cooking rice were improved in 1936 to make them suitable for baking bread, and a bread making machine was incorporated. In 1937, the former army commercialized a food service vehicle(as the 97 model year type) that could cook rice and bake bread as a system that included a power supply. It was also deployed in the field.

In contrast, in the same year 1934, A patent for a method of cooking rice using the electrode type from Shuzo Hidaka was issued by the Japan Patent Office. This patent was issued 5 months before the utility model of rice cooking device using electrodes with opposing plates by Shozo Akutsu of the former army.

Shuzo Hidaka made the distance between the plates about 1cm so that rice could be cooked, even with tap water. If the distance is too wide, it will not be energized unless there is salt, etc. And the plates were arranged in a concentric circle along the bottom of a round rice container(called "Ohitsu" in Japan) without opposing. Hidaka invested the electrode type rice cooker shown in Fig.6 (right), despite not being commercialized for customer use. The former army made the electrode plates stand upright, while Shuzo Hidaka made them bottom-mounted. Using Hidaka's patent the National Nutrition Association, which was established within the Ministry of Health and Welfare, commercialized and sold an electrode rice cooker of the "welfare type"(for cooking 5 cups of rice) in May 1946 after the war(shown in Fig.6). In the instruction manual of this cooker, it is written that the National Nutrition Association took over the patent of Shuzo Hidaka, whose technology was converted by the army to home use in 1934 and manufactured it. However, at present, the relationship between Shuzo Hidaka, the former army, and Shozo Akutsu is entirely unknown, and the basis for this statement in the instruction manual cannot be confirmed.

Furthermore, a new utility model was proposed in March of 1946, which made a comb tooth shape(type) out of the electrode plate of the concentric circles of the "welfare type" and placed it on the bottom. Similar to what is shown in Fig.7 (right) and the "comb-tooth type" electrode rice cooker, which was called "Takara-Ohachi", was commercialized and sold. There are at least four "Takara-Ohachi"s in Japan, and they have become quite popular.

Fig.6. (Left) "welfare type" rice cooker(from the collection of Hiratsuka City Museum) (Right) Concentric circlar plate at the bottom of the container.

Fig.7. (Left) "comb-teeth" type rice cooker called "Takara-Ohachi" (from the collection of the Osaka City Museum) (Right) comb teeth shaped plate at the bottom of the container(released around 1947).

We made our own electrode type rice cooker using a commercial 180ml size(called 1"go" in Japan) sawara-wood "Ohitsu" (inner diameter: 11.6cm, height:6.2cm) ,which is similar to the one used in the "welfare" type (Fig.6 and Fig.9) and "comb-teeth" type of "Takara-Ohachi" (Fig.7 and Fig.8). In addition, we made a bottom-mounted electrode plate that resembles the "Takara-Ohachi" by bending the opposite electrode plates of the stand-upright case(shown in Fig.1), and made one in which electric current flows even with tap water (like Fig.10). In tap water, only 6 Watt current can flow through the side opposing plates(Fig.1), so rice cannot be cooked. The performance of each of these was evaluated in a reproduction experiment.

In three cases with the electrode plate spacing of 1cm at the bottom, it was confirmed that the rice could be cooked in about 20 minutes, even with tap water. The thermal efficiency of upright case(like Fig.10) was 70%, while that of the "Ohitsu" case(like Fig.8 and Fig.9), with its wide bottom and small internal volume, was 80% and increased from 10%(is shown in Table 2). In the upright case, the thermal efficiency is same as 70%, even when salt is added.

As the result, the current characteristics show that gelling occurs even without salt, but the current is not affected by gelatinization because there is little electrolyte. For that reason, the first peak due to the start of gelling does not appear, it turned out to be one peak characteristics, and then only the second peak due to evaporation appears.

And in all three cases, the current becomes two peaks if salt is added. Additionally, the system of the bottom-mounted electrode type (Fig.8, Fig.9 and Fig.10) will wobble and become unstable at about current peak. The current fluctuates by about 50% and becomes unstable, because of the bubbles on the bottom electrode plates when boiling. The current peaks at only 2A. The heat source is only at the bottom of the rice as bottom-mounted elctrode types, so the rice cannot be cooked evenly and does not taste very good. The current of a three types of rice cookers becomes unstable when salt is added as well (the current becomes two peaks, though). In the case of the old army method(Fig.1), where only opposing stand-upright plates are used, there is no wobble in the current and the rice can be cooked evenly from the sides, resulting in good performance.

Fig.8. (Left) Rice cooker with bottom-mounted comb teeth in the shape of a rice container(reproduction of "Takara-Ohachi" made by myself) (Right) Cooked rice: in 25 minutes.

Fig.9. (Left) Concetric rice cooker with a bottom-mounted rice container(reproduction of "welfare type" made by myself) (Right) Cooked rice: in 20 minutes.

Fig.10. Bottom-mounted comb-tooth shaped electrode plates in a stand-upright case of original (self-made reproduction) (Right) Cooked rice: in 20 minutes.

We confirmed that, on the other hand, wheat flower has about 4 times as much minerals(electrolytes) as rice, so even if the flower is just dissolved in the tap water and the dough is energized, it will have a two peak characteristic.

4.Electrode Sponge Cake

In addition to conventional liquid dough and yeast-fermented kneaded dough, we investigated the characteristics of foamy dough made with whipped whole eggs. I have never examined an electrode type sponge cake mentioned in previous research.

At first, We confirmed that the current characteristic of the pancake is the same as that of the steamed bread(a two peak characterictic), even with whole eggs mixed in.

Next, I made an electrode sponge cake by whipping whole eggs with a mixer, adding sugar and salt, shaking wheat flour, baking powder, melted unsalted butter, and milk to make a foamy dough, and then energizing it. The foamy batter is the same, but when it is baked in the oven, it needs to be preheated for 10 minutes to reach 180 ℃ and then baked at 180℃ for 25 minutes. So it is for a total of 35 minutes. With the electrode method, however, it can be done by only energizing for 14 minutes. It tastes good, although it only rises to 100 ℃ and does not bake.

Fig.12 "Electrode sponge cake" with whole egg whipped

At this time, for the foamy dough, the second current peak due to evaporation does not appear, but only the first current peak due to the start of gelling appears as one peak characteristics. The first peak appears because of the electrolyte. It is different from the one peak characteristic where only the second peak appears for the tap water cooking of rice. This is because the whole egg whipped foam dough solidifies the sponge structure of the dough after the end of gluing, and the current drop due to precipitation does not occur during evaporation. Also, due to the water content in the whole egg, the thermal efficiency cannot be calculated by the conventional method.

(11)●NEW:Takashi AOKI (2022) Historical Background of the Invention of Electrode Rice Cooker/Bread Machine and Reproduction Experiment with Evaluation (Summary) Kanagawa University. (about so-called Denki-Pan in Japan and PANKO)

(12)●NEW:Takashi AOKI (2022) Electrode Cooking Demo List (0.5mm thick titanium 1 electrode plates) Showanokurashi museum

○青木 孝のホームページ(電気パンと電極式炊飯と電極式ケーキ).


電極式は、ジュール熱による水の沸騰熱が熱源で、100℃までしか上がらないので、 電極式のイースト発酵生地に通電した白いパンは、かえってイーストの香りがきわだち、おいしい。 同じイースト発酵生地を、外から加熱するオーブンで焼く場合には、 オーブンを190℃まで10分間で予熱して、さらにその190℃のオーブンで 19分間焼き、合計29分かかる。焼き色がつく。 しかし、電極式は生地自体が熱くなるので、熱効率が約70%と良い。 同じイースト発酵生地を予熱なしにそのまま11分通電するだけである。 熱効率が11分と29分の差に表れる。
また、おはちの底に櫛の歯形のチタン極板を配置して、極板間隔を1cmに程度にせばめて、 水道水でも炊飯できるようにした、自作「たからおはち」(1合)は、 熱源が底にしかないので、 均等に炊飯できず、まずく、さらに、 底に水蒸気の泡がつき、電流を阻害するので、50%ほど 電流がふらつき不安定になる。 旧陸軍より先に昭和9年に特許をとった、おはち型炊飯器は、戦後、製品化される わけであるが、まずいし(食べられる)、電流も不安定だったはず。 電極式は電流制御がむずかしいので、万人向けではない。 それに比べ、旧陸軍の立てた極板では、横から均等に炊飯でき、おいしい。 さらに、電流が不安定になることもない。立て型の方が性能がよい。 ただし、極板間隔が6cmあるので、水道水では電流は流れないので、 0.4gほど塩を入れる。


●研究1:「電極式パン(電気パン)と電極式炊飯」: いわゆる「電気パン」という極板型パン焼き器は、第2次世界大戦後、物資の少なかった時代に、家庭で自作され かなり広く用いられた。

 昭和9年1月に日高周蔵が、釜の底に 短冊形や同心円形の極板を配置し、直に米を入れて炊く飯炊法の特許116015を出願する。 同年(昭和9年)6月に旧日本陸軍が立てた対向極板で直に米を入れ炊飯する実用新案235674 (発明者:阿久津正蔵)を出願する。昭和10年に陸軍において、阿久津正蔵は立てた対向極板 による電極式パン焼き装置を発明する。その後、炊飯用の極板をパン焼きにも転用できるように 改良し、「金はいくらかかってもよい。パンも焼け、炊飯もできる給養車を作れ」という陸軍の 命令に対して、昭和12年に電源設備も含めたシステムとしての97式炊事自動車として実用化し、 電極式技術を結実させる。実際には昭和14年版の給養器具取扱説明書綴りの中の97式炊事自動車の 取説には、炊飯手順の記載しかなく、パン焼きは兼用できたがその使用は限定的だったと考えられる。 同じ給養器具取扱説明書綴りの中に、カマドによるパン焼き手順の記載があることから、この方法が 通常だったことになる。
 第2次世界大戦後、昭和21年には電気パン焼き器が紹介され、 木枠に立てた対向極板間に100Vの交流電源をかけるだけの 電気パン焼き器は家庭で自作されかなり広く用いられた。 業務用には、小麦粉が自由に売買できるようになると、 パン粉販売へ転向するメーカーもでて、現在でも市販のパン粉の半分は、 電極式パン粉として残っている。工場では、200V電源で、ポリプロピレンケースに 50cm×50cm程度の極板を極板間隔12cm程度で対向させて焼いている。 パン粉は、日本で発展した食材であり、電極式製パン法は日本独特のものであり、 米国等へパン粉および生産方式も輸出され、「PANKO」は英語になった。 電極式では、極板の電蝕が問題となるが、昭和63年全国パン粉工業協同組合連合会の 清水康夫らの努力によって、純チタンを極板に使うことを国に認可させ、 これを解決した。電極式では、焼くわけではなく、沸点100℃にしかならないので、 白いパン粉となり、冷凍食品の衣に使われ広まった。イースト発酵生地に通電して 作る電極式パンは、焼くわけではないので、かえってイーストの香りがきわだち、 おいしい。

 一方、戦後の昭和21年4月に、厚生省内の財団法人である国民栄養協会が、 昭和9年の日高周蔵特許の同心円形底置き極板の電極式炊飯器を 製品化して市販する。 昭和21年10月号の国民栄養協会の月刊誌「食生活」には、 2、3の類似品があると記述があり、広まっていたと考えられる。 神奈川県平塚市の旧海軍火薬廠の地下倉庫にあった唯一現存する厚生式電気炊飯器の取説に記載のある 製造元は、東京都品川区で、発売時の「食生活」の昭和21年4月号に記載のある製造元は、 名古屋市であり、製造元も広い。昭和22年7月出版の「家庭の電化(関重廣著)」には、 最近の電熱界の傑作であると述べ、当時市販されていた極板形が紹介され、そのうち1つは 厚生式炊飯器である。 (唯一と思われた厚生式電気炊飯器は、同じ地下倉庫にあった炊飯器がもう1つ、 平塚市博物館に所蔵されていることが、2020年7月に分かった。)
 昭和9年の日高周蔵特許の極板形を櫛の歯形に 改良した実用新案359047が、昭和21年3月に出願され、 「たからおはち」として昭和22年頃には広く市販されたと推定できる。 この「たからおはち」は、愛媛県、大阪府をはじめ少なくとも4個現存する。 厚生式電気炊飯器の前後に追従して様々市販された。 厚生式電気炊飯器(5合用)の取説には、陸軍のもつ 技術を家庭用に転用した、昭和9年の日高周蔵特許を 国民栄養協会が譲り受け製品化したと記述してあるが、日高周蔵特許に陸軍との 関係はなく、その確認は取れない。日高周蔵と陸軍と阿久津正蔵の関係は全く不明である。 戦後のSONYの電極式炊飯器は、極板をアルミにしたため失敗した。通電後、アルミ酸化膜が 電流を低下させてしまう。

 神奈川大学理学部では、29年前から物理学学生実験の1つとして、木型に極板間隔6cmの 対向極板を立て、ふくらし粉の液状生地を入れた電極式パン焼き器における性能評価を させている。 その結果、加えた電気エネルギーに対する水の蒸発熱(調理に使われたと考える) の比すなわち熱効率が約70%であることが分かった。 火力発電所の熱効率が約35%なので高効率である。 これが、電極式が外から加熱する焙焼式(オーブン)に比べ、釜の予熱も必要なく 経済的なうえ、設備も小さくでき新規参入し易かったので、関西で広まった理由である。
 また、電流を担うイオン源が100℃の水の蒸発と共に析出し、 勝手に電気が切れるという優れものである。 時系列の電流変化は、でんぷんの糊化の進行に伴い、2つのピークを持つことを 明らかにした。糊化開始温度で、でんぷんが吸水を始め、電流が下がる(第1ピーク)。 糊化終了温度で、でんぷん粒の吸水による膨張が最大になり破裂する(最底の電流)と、 再び電流は上昇し、水温が100℃近くになると蒸発によりイオン源が析出するので、 電流は下がる(第2のピーク)。小麦、米等で、でんぷん種が違えば、糊化の開始と終了の 温度帯が異なるが、2つのピークができるメカニズムは同じである。 炊飯では、電流が少なく火力が弱いと、第2ピークしかわからず1山に見える。 米は粒食であるが、小麦は粉食なので、ふくらし粉やイースト発酵等が必要になる。
 電極式は、イオン源を含む、水のジュール熱で調理する(生地自体が発熱)ものなので、 100℃以上にならない。 極板を底置きにすると、発熱源が底にしかなく、上部に熱が伝わりにくいので、 均等に炊けない上に、 底の水蒸気の泡が極板に付いて電流を阻害し、不安定になる。 しかし、立てた対向した極板では生地に均等に全面に加熱できるので、 炊飯はおいしくでき、電流も不安定にならない。羽釜は理にかなっている。 水道水だけの調理では、極板間隔が広いと電流が流れにくい。 極板間隔を狭める工夫が、底に極板間隔を狭めて1cm程度に配置する方法である。 その対向距離を長くする極板形状の工夫も必要となる。 立てた対向極板では、塩等のイオン源が必須である。
 その後、神奈川大学では、立てた対向および底置きの配置で、 チタン極板を使った、液状パン生地(蒸しパン)、イースト発酵パン生地(食パン)、 炊飯の再現実験を行った。 電極式調理における、液状パンの出来上がり時間は8分、イースト発酵パンは11分、 炊飯は23分である。 イースト2次発酵させた(電極式と)同じパン生地を焙焼式で作る場合は、 電気オーブンを10分間で190℃まで予熱した上で、同190℃で19分焼く。 電極式の方が熱効率が良いことが表れる。

<●電極式ケーキ> 底置きの配置型は電流上昇が急で下がるのも急である。立て型対向はゆっくり 電流上昇しゆっくり下がる上、 側面からの 均等熱源であるので、ふくらし粉、発酵、卵のホイップによる泡 などの手段により膨らませて食べる小麦粉食には向く。 文献でもなく誰もやったことのない、 全卵をホイップした泡状の生地に通電した 「電極式ケーキ」も、 立て型対向ならば14分通電して完成することを確認した。 電極式ケーキの手順は、まず、全卵100g(M玉2個殻なし)に、砂糖40g、 塩0.6gを入れ、ミキサーで中速3分、低速9分ホイップしツノを出し、 振るった小麦粉(薄力粉)50gとふくらし粉1.0gを少しずつ混ぜる。 無塩バター13gを50℃の牛乳24ccで溶かした中に、ホイップ生地の少量を入れ混ぜ、 戻す。これを泡状生地として立て型の対向電極ケースに入れ、 14分間通電する。 途中、生地が膨らんだらフタをする。 家庭用オーブンで焼く場合には、予熱10分で180℃まで上げ、 180℃で25分間、向きを変え5分間焼き合計40分かかる。 全卵を混ぜただけの液状生地の蒸しパンは2山となるが、 全卵をホイップした泡状生地の電極式ケーキでは、 蒸発に伴う第2ピークは現れず、 糊化開始に伴う第1ピークのみ現れる1山の電流特性になる。 実際には、糊化終了温度で最低となった後、泡生地のため電流の増加が なく平坦となり、そのまま蒸発による析出により電流は下降するので、 見かけ上1山に見えることになる。 billsのパンケーキのように、リコッタチーズを20g入れると、さらにおいしくなる。 その時には、無添加牛乳を9ccとする。 リコッタチーズは、無塩バターと牛乳と一緒に溶かし、ホイップ生地の少量と混ぜ、 ホイップ生地全体に戻す。電流特性は、リコッタチーズを入れる前と同様に 電流特性は変わらず、 糊化開始に伴う第1ピークのみが現れる1山に見える。

<●電解質のほぼない水道水の電極式調理> 糊化の進行と蒸発によって電極式調理では、電流は 2山のピークをとる。糊化の温度帯(開始と終了)は、デンプンの種類に より異なり、それにより2山の形状は変わる。糊化開始温度で第1ピーク、 糊化終了温度で電流値最底、蒸発析出で第2ピークとなるのは同じ。

小麦粉(薄力粉):糊化開始 55℃、糊化終了 68℃、蒸発 95℃

小麦粉(強力粉):糊化開始 50℃、糊化終了 63℃、蒸発 95℃

米         :糊化開始 60℃、糊化終了 93℃、蒸発 95℃

餅米        :糊化開始 64℃、糊化終了 95℃、蒸発 95℃

炊飯は、極板間隔6cmの立置き対向ケースでは、米150g、水230g、塩0.4gとするが、 餅米では、水180gに減らす。餅米の糊化温度帯は、4℃程度、高い方へずれる。強力粉 では、デンプンの性質の違いにより、5℃程度、低い方へずれる。
水道水による電極式調理においては、電解質がほぼないので、 極板間隔が6cmの場合には、水道水では6Wしか電流は流れない (米粒を入れてもほぼ同じ)。しかし、同じ極板間隔が6cmでも、 小麦粉を水に溶かした小麦粉水では60Wも流れる。 これは、製粉によって成分のミネラル分が水に溶けるためである。 水道水で炊飯をした場合、電解質がほぼないので、 糊化の開始と終了が電流変化に影響しないので、 第1ピークは現れず、蒸発に伴う第2ピークのみが 現れ、一見して1山の電流特性に見える。 小麦水の場合には、少しの電解質があるので、 糊化の進行にしたがい2山となるが、 第1ピーク(山の高さが10W程度)、最底電流、第2ピークが 高原のようになり、おまけに、第2ピークが第1ピークより大きく、 第2ピークから蒸発により電流下降するので、 一見して1山特性のように見える。ういろうのようなパンができる。 薄力粉を変えても、強力粉でも、同様な電流特性になる。 小麦粉をおいしく食べるには、粒食の米と違い、ふくらし粉で発泡 させるか、イースト発酵させるか、卵をホイップしてふくらませる 必要がある。 また、米を製粉した上新粉を、水に溶かすと30W流れる。 蒸発に伴う第2ピークしか現れない。 製粉後の、小麦粉と上新粉のミネラル比が、およそ、2対1なので、 水に溶かした時の、初期電流値の差は妥当である。
電流特性のメカニズムは、糊化と蒸発による2山であるが、 これらのように、電解質の量や、ふくらし粉の発泡や、 全卵のホイップによる泡状生地により、 見かけ上、2山の電流特性にならない場合が出てくる。 全卵のホイップ生地の電極式スポンジケーキでは、 糊化開始による第1ピークは現れるが、 糊化終了で電流下降は一旦止まり、平坦になった後、 徐々に電流が下がり、蒸発とともに、電流はさらに下がる ので1山の特性に見える。 デンプンの糊化終了から蒸発に至る過程で、 スポンジ状の構造が、デンプン粒の破裂(糊化終了)に よる電流増加に影響を与えないことが関係している。 全卵を小麦粉にただ混ぜたホットケーキでは、電気パン(蒸しパン) 同様に、2山の特性になる。

基本  :第1ピーク ○、第2ピーク ○

水道水:第1ピーク ×、第2ピーク ○

ケーキ:第1ピーク ○、第2ピーク ×

(1)青木 孝 (2018) 電極式パン焼き器を使った炊飯実験の特性理解. 神奈川大学理学誌 29:5-12.

(2)青木 孝 (2019) 電極式調理の発明からパン粉へ続く歴史および再現実験. 神奈川大学理学誌 30:9-16.

(3)青木 孝 (2020) 電極式底置き炊飯とイースト発酵食パンの性能評価実験. 神奈川大学理学誌 31:25-32.

(4)青木 孝 (2021) 全卵ホイップ泡状生地の電極式ケーキの特性とまとめ. 神奈川大学理学誌 32:27-34.

(5)青木 孝 (2020) 電気パン焼き器によるパン焼き及び炊飯再現実験と電極式パン粉への歴史. 昭和のくらし博物館資料.

(6)青木 孝 (2019) 電極式炊飯器および電極式パン焼き器と、その後の電気炊飯器の変遷. 熊谷家住宅「パンと昭和」展資料.

(7)青木 孝 (2019) 電極式調理のレシピ集. 愛媛県西予市宇和民具館「パンと昭和」展資料.

(8)青木 孝 (2019) 電極式調理のデモリスト(チタン1種極板)昭和のくらし博物館.

(9)青木 孝 (2019) 電極式調理のデモ実績(チタン1種極板).

(10)青木 孝 (2021) 電極式炊飯の発明から電極式パン粉へ続く歴史および再現実験と特性評価(新チラシ)神奈川大学.

(11)Takashi AOKI (2022) Historical Background of the Invention of Electrode Rice Cooker/Bread Machine and Reproduction Experiment with Evaluation (Summary) Kanagawa University. (about so-called Denki-Pan in Japan and PANKO)

(12)Takashi AOKI (2022) Electrode Cooking Demo List (0.5mm thick titanium 1 electrode plates) Showanokurashi museum

(13)●NEW:Takashi AOKI and Takashi UTIDA (2022) 「電気パンの歴史・教育・科学」(陸軍炊事自動車を起源とし現代のパン粉製造に続く日本の電極式調理」)内田 隆、青木 孝[著] わが国における電極式調理の開発・利用の歴史、実験教材としての教育活用、科学的な性能評価の3つの視点から調査・研究した知見を提示する。 大学教育出版 2000円 2023.1.20

●研究2:「音速測定実験」:  神奈川大学理学部の物理学学生実験の1つで、音速値測定実験を行い、理論値とその測定誤差を検討させている。 良く知られる音速理論値:「331.4+0.6t(m/s) tは摂氏気温(℃)」は、湿度0%を仮定しており、 測定時の湿度により誤差が変動することが確認できた。理論式に湿度を検討する際に、 丸善(株)が出版する「理科年表」を参考にしたところ、 水蒸気(100℃)の音速値データがおかしいのに気づき、問い合わせた後、2009年度版から改訂された。 404.8(m/s)が、正しく473(m/s)になった。1975年の高校参考書の水蒸気(100℃)音速データが、 改訂前の音速値と同一で、おそらく理科年表データを転載したと思われるので、少なくとも35年前から、 誤ったデータが掲載されていたことになる。
また、実験導入にあたり、音波の周波数に関連した、音律と音階の物理について説明した。 その際に「なぜ、A音(ラ)からチューニングするのか?」という疑問が付きまとった。調べた結果、 300年前に完成形となったヴァイオリン系楽器が歴史上の到達点であるという観点と、 音律の変遷を照らし合わせ、その関係性から納得できる理解をした。

(1)青木 孝 (2011) 理科年表にある水蒸気(100℃)の音速値の改訂. 神奈川大学理学誌 22:18-25.

(2)青木 孝 (2016) ヴァイオリンをA音からチューニングする根拠の理解(全文).

(3)●NEW:青木 孝 (2022) ヴァイオリンをA音からチューニングする根拠の理解. 神奈川大学理学誌 33:5-13.

●研究3:「数値シミュレーションとしてのn-MOSデバイスシミュレーション」:  神奈川大学理学部の物理学学生実験の1つで、PN接合シリコンダイオードの電流と電圧特性を調べる実験がある。 当大学理学部の村田健郎研究室で、n-MOSデバイスシミュレータ(数値シミュレーション)を1から作成した 経験があり、単純なPNシリコンダイオードのデバイスシミュレータを作成すれば、 求めたい電流特性はもちろん、電位やキャリア濃度などの数値的把握も容易になり、 学生の実験への理解の手助けが提供できると考えた。また、今まで、PNシリコンダイオードの デバイスシミュレータをわざわざ作成した文献を見たことがないというのも動機となった。 村田は、数値シミュレーションを、次の3段階から見よという。


そしてこれら一連のプロセスを完結してはじめて数値シミュレーションも完結するという特徴をもつ。 ここでは、積分方程式が保証する保存則を満足するよう(0.001%以下の精度)に離散化できるCV法の利点と応用例を示す。

(1)村田 健郎 (1999) CV法と、手作り数値シミュレーションシステムの奨め(第4回)-連立非線形移流拡散系: 半導体デバイス解析の場合. 計算工学 4:27-34.

(2)青木 孝 (1995) n-MOSデバイス数値シミュレーションの基本技法. 神奈川大学理学研究科修士論文.

(3)青木 孝 (2013) PNシリコンダイオードのデバイスシミュレーションと電流測定値の比較. 神奈川大学理学誌 24:109-134.
○ pndio1.f のプログラムソース.

(4)青木 孝 (2010) 電子のエネルギーバランスを考えたn-MOSデバイスシミュレーション(smic3).

(5)青木 孝 (1998) n-MOSデバイスシミュレーションにおけるGR項の電場依存モデルの検討.

(6)青木 孝 (1999) ホットエレクトロンから見たDDDとLDD構造のn-MOSデバイスシミュレーションによる性能比較.

(7)青木 孝 (2001) 数値シミュレーションの基礎(1) -温度分布の拡散系-.
○ h10p.f のプログラムソース.

(8)青木 孝 (2003) 数値シミュレーションの基礎(2) -たてブロックガウス-.

(9)青木 孝 (2005) 数値シミュレーションの基礎(3) -移流拡散系と指数法-.

(10)青木 孝 (2007) 数値シミュレーションの基礎(4) -台形法とCV法と不均等あみ目-.
○ h20p.f のプログラムソース.

(11)青木 孝 (2009) 数値シミュレーションの基礎(5) -2重プロセスのCPU性能比較-.

(12)青木 孝、村田 健郎 (1994) キャリヤ生成結合項がn-MOSデバイスの数値シミュレーション上に及ぼす影響と問題点. 情報処理学会研究報告94-HPC-54:23-30.

●研究4:「PHASEを用いた解析計算と実験比較」:  神奈川大学理学部の水野智久研究室では、Si薄膜の物性研究をしている。 励起光532nmレーザー(2.3eV)による薄膜(2次元Si)のPL発光実験では、バルクSiでは (100)、(110)ともにPL発光しなかったものが、1nm以下に薄膜化すると、(100)Siのみ、 PL発光することを検証している。これは(100)Siだけ、薄膜化によりバンド変調を起こし、 PL発光していると考えられるが、それを、薄膜化に伴う第1原理計算PHASEのバンド構造解析 計算を行うことにより、実験と良く合う結果を再現した。

(1)青木 孝 (2015) PHASEを用いた二次元Siのバンド計算と実験比較. 神奈川大学理学誌 26:17-21.

(2)青木 孝 (2016) Pドープ二次元Siバンドナローイング計算と実験比較.

(3)青木 孝 (2016) PHASEによる二次元Siのフォノン計算と実験比較.

(4)青木 孝 (2017) PHASEによる二次元SiC,SiGeのバンド計算と実験比較.