JP2004224599A - 溶射皮膜付きガラス容器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ガラス容器の強度低下を防止しながら外観性を向上させ、製造時間を短縮することができる溶射皮膜付きガラス容器およびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明の溶射皮膜付きガラス容器１は、底部２の裏面を平滑に形成したガラス製の容器３と、裏面にプラズマ溶射法により形成された非磁性体金属を用いたコーティング層４とを備え、コーティング層４と裏面との間の界面には、鏡面部５が形成されていることを特徴とする。ガラス容器１は、裏面に粗面可能を施さずに使用するので、溶射を行ったときの界面は鏡面に形成される。ガラス容器は透光性を有しているので、鏡面部５を、ガラス容器１の底部２の上方から底部２を透過して観察することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガラス製の容器の底面に非磁性体金属を用いたコーティング層を形成した溶射皮膜付きガラス容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電磁調理器は、コイルに電流を流して発生する磁力線中に、所定の電気抵抗を有する金属材料からなる鍋を置くことにより渦電流を発生させ、金属材料の電気抵抗によって鍋そのものを発熱させている。近年では、陶磁器の下面に金属膜を取り付けたりしたものがある。また、本出願人も特許文献１に示すように、ガラス容器の下面に非磁性体金属をガス溶射等により形成したガラス食器を開発している。
【０００３】
陶磁器の下面に金属膜を取り付けたものには、例えば、金属の薄膜を焼き付けまたは電気的手段により形成したものや、溶射により形成したものがある。
【０００４】
この薄膜の厚みは、製造方法により異なり、焼き付けや電気的手段によると、数μｍの厚みになり、溶射により形成するとその１０〜１００倍程度の厚みとなる。
【０００５】
この薄膜の厚みと材質によって、電気抵抗が決まるため、電磁調理器に対応した電気抵抗を得るために、例えば、銀等の低抵抗材料では、電気的手段や焼き付け等により薄い皮膜を形成し、一方、アルミニウムや亜鉛等の高抵抗材料では、溶射により厚みがある皮膜を形成して使用している。
また、鉄等の磁性体材料を用いた場合には、１ｍｍ程度の厚みが必要となるため、板材を圧着したりして使用している。
【０００６】
陶磁器やガラス食器の表面に磁性体層をガス溶射等の方法で溶射すると、不純物が多く混入するため密着力が弱くなる。従って、密着力の低下を防止するために、溶射しようとする材料の表面に粗面加工を施すことが不可欠である。粗面加工としては、材料の表面にブラスト加工を施す方法があるが、陶磁器やガラス食器は、ブラストによる割れが発生することが問題となっている。
【０００７】
本出願人は、特許文献１において、より細かいブラスト材を使用し、また、溶射層の下地層として粗面層を別に形成することにより、基材の割れを防止する方法を開示している。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−１５０１２５号公報 （第２−４頁、第１図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、低抵抗材料を用いた場合には、皮膜の厚みが薄いので、引っ掻き傷が発生すると部分的に絶縁状態となり、電磁調理器用の容器として用いた場合に発熱性能が不十分となるとともに外観性を損なうことになる。これを防止するために、銀等の皮膜の外側に絶縁性材料を用いて保護皮膜を形成する方法があるが、二層構造になるので、工程が複雑になり、製造に時間がかかるという問題がある。
【００１０】
また、特許文献１に記載したように、粗面層を別途形成する場合にも二層構造となるので、銀等の皮膜と同様に工程が複雑になり、製造に時間がかかる。
【００１１】
また、非磁性体のようなさらに抵抗が高い材料を用いると、厚みが厚くなりすぎ、容器とは別体となるために取り扱いが困難で、外観性を損なう。
【００１２】
また、ガラスの底面に溶射を行う前にブラスト加工を行うと、表面に細かな傷が発生するので、特に厚みの薄いガラスを用いた場合には強度が低下し、破損する恐れがある。また、ガラスは透光性があるので、底面の上方から粗面部が見えてしまい、外観性を損なうこともある。
【００１３】
そこで本発明が解決しようとする課題は、ガラス容器の強度低下を防止しながら外観性を向上させ、製造時間を短縮することができる溶射皮膜付きガラス容器およびその製造方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の溶射皮膜付きガラス容器は、底部の裏面を平滑に形成したガラス製の容器と、前記裏面にプラズマ溶射法により形成された非磁性体金属を用いたコーティング層とを備え、前記コーティング層と前記裏面との間の界面には、鏡面部が形成されていることを特徴とする。
【００１５】
平滑とは、表面粗さが他の面と同じ程度に形成されており、特に粗面加工が施されていないことをいう。
【００１６】
非磁性体金属を用いたコーティング層は、例えば、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、銅またはこれらの合金により形成されるが、他にも、金属光沢を有し、密着性を有する溶射皮膜が形成できる金属または合金を使用することができる。非磁性体金属を用いるので、溶射に適した膜厚で、所定の抵抗を得ることができる。
【００１７】
プラズマ溶射法は、３００００℃またはそれ以上の高温のプラズマ炎を発し、溶融粒子の飛行速度も高くなるので、ガス溶射法やアーク溶射法よりも、形成される溶射膜の気孔率が小さくなって、密着力が強くなるとともに表面の仕上げがきれいになり、また、柔軟性が高くなるという特徴を有している。
【００１８】
本出願人は、プラズマ溶射法を用いた場合には、ガス溶射時に用いていた粗面加工による表面粗さより小さな表面粗さに形成した方が密着力が増加することを知見し、さらにガラス容器の場合は、無加工状態の場合の方が密着力が高くなることを実験により確認した。
ガラス容器は、裏面に粗面可能を施さずに使用するので、溶射を行ったときの界面は鏡面に形成される。ガラス容器は透光性を有しているので、鏡面部は、ガラス容器の底部の上方から照射された光を、底部を透過させて反射させ、さらに底部を透過させて上方に出射するという作用を有する。
【００１９】
また、プラズマ溶射法は、密着力が高いので、他の溶射法を用いるときのように、溶射面に粗面加工を形成しなくても剥離しにくいコーティング層を形成することができ、コーティング層の外側に保護層を形成せずに使用することができる。
【００２０】
また、本発明の溶射皮膜付きガラス容器の製造方法は、底部の裏面を平滑に形成したガラス製の容器に非磁性体金属を用いたコーティング層を形成する溶射皮膜付きガラス容器の製造方法において、前記容器の裏面に、棒状の溶射材料と不活性ガスとを用いてプラズマ溶射を行い、前記コーティング層を形成することを特徴とする。
【００２１】
棒状には、線状のものも含まれる。
棒状の溶射材料を用いることにより、溶融粒子を均一にし、不活性ガスを用いることによって酸素の混入が少なくなる。
【００２２】
前記棒状の溶射材料の先端を、プラズマフレームを噴出するノズルの先側に配置し、前記ノズルの内部に配置された電極と、前記溶射材料との間に電圧を印加してプラズマを発生すると、プラズマアーク流が電極からノズルより先側にある溶射材料の先端に向かって加速されるので、プラズマアークがノズルの先側に長く延びるという作用を有する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の溶射皮膜付きガラス容器の正断面図である。図１に示すように、本発明の溶射皮膜付きガラス容器１は、底部２の裏面を平滑に形成したガラス製の容器３と、底部２の裏面にプラズマ溶射法により形成された非磁性体金属を用いたコーティング層４とを備えている。また、コーティング層４と裏面との間の界面には、鏡面部５が形成されている。
【００２４】
コーティング層４の厚みは５０〜２００μｍ程度で、６．５Ｎ／ｍｍ^２程度の剥離強度を有している。溶射される非磁性体金属としては、亜鉛、アルミニウム、マグネシウム、銅等が用いられる。また、ガラス製の容器３にはホウケイ酸ガラスまたはガラスセラミックからなる耐熱ガラスや超耐熱ガラスが用いられる。
【００２５】
容器３は、底部２の裏面を、他の面と同様に平滑に形成した状態のものを使用でき、特に粗面加工を施す必要はない。
【００２６】
コーティング層４の鏡面部５は、容器３の底部２の裏面と同程度の粗さＲａ＝０．２４μｍ程度に形成されているため、通常の溶射皮膜より表面粗さが小さい。なお、コーティング層４の下面の表面粗さはＲａ＝１０μｍ程度である。コーティング層４は、剥離強度が強く、容器３の底面に密着しているので、鏡面部５の酸化が進行しにくくなり、曇り等の発生が防止される。
【００２７】
次に溶射皮膜付きガラス容器１の製造に使用するプラズマ溶射装置６について説明する。
図２は、溶射皮膜付きガラス容器の製造状態を示す説明図である。図２に示すように、プラズマ溶射装置６は、噴出するプラズマ中に溶射材料を溶融させ、これを容器３の底面に吹き飛ばして付着させることにより、コーティング層４を形成する装置である。
【００２８】
一般にプラズマトーチは、トーチから吹き出す非通電状態のプラズマ（プラズマジェット）を利用する非移行形と、被加熱物を一方の電極とし，トーチと被加熱物間に形成される通電状態のアークプラズマを利用する移行形の二種に大別されるが、ガラスが絶縁体であるので、本実施の形態のプラズマトーチ７は、非移行型のものを使用している。なお、プラズマトーチ７の本体部の構成は図示していないが、一般に市販されているものと同じ構造となっている。
【００２９】
プラズマトーチ７の電極８は、ノズル９の絶縁性を有する後壁部１０から先側に突出して設けられている。
【００３０】
ノズル９は、後壁部１０に接続された円筒状の周壁１１と、周壁１１の先側に設けられ、先側に向かって断面外形が急激に縮小する円錐状の先細筒部１２とを有している。周壁１１には、ノズル９内にプラズマガスを周方向に沿って流入させる流入口１３が１又は２以上形成されている。プラズマガスは、窒素、アルゴンまたはヘリウム等の不活性ガスを単体で、または混合したものを使用することができる。
【００３１】
ノズル９の先細筒部１２の外周部には、外周面に沿ってノズル９の中心線の先側にガスを噴出する外周ノズル１９が設けられている。ガスとしては、例えば、空気、窒素、アルゴンまたはヘリウム等が用いられる。
【００３２】
また、外周ノズル１９の外側には、ノズル９の中心線の先側であってガスの噴出部よりも基側に、棒状または線状の溶射材料１４を送り出す供給装置１５が設けられている。供給装置１５は、ガイド部材１６および押し出しローラ１７を備えている。
【００３３】
電極８は直流電源装置１８のマイナス極に接続され、溶射材料１４は直流電源装置１８のプラス極に接続されている。直流電源装置１８は、３０〜２００Ｖ程度の直流電圧および５０〜５００Ａ程度の直流電流を供給することができる。また、直流電源装置１８は、短時間に約３０００Ｖの高電圧を加えることが可能である。
【００３４】
次に、溶射皮膜付きガラス容器１の製造手順について説明する。
（前処理）
前処理としては、まず、ガラス容器の脱脂を行い、ガラス容器に付着している油分などの不純物をきれいに除去する。次にガラス容器底部の底面の必要な部分以外に溶射皮膜が付着しないようにマスキングテープ及び冶具を用いてマスキングを行う。
【００３５】
（溶射）
容器３の底部２の底面は、ノズル９の中心線の先側に垂直に配置する。
プラズマ溶射装置６の流入口１３からプラズマガスを流入させると、プラズマガスが周壁１１に沿って旋回流を発生させる。この状態で、直流電源装置１８に３０００Ｖ電圧を加えると、電極８と溶射材料１４との間にスパーク放電が発生する。プラズマガスは旋回して中心部分の圧力が低下しており、スパーク放電によって、この中心部分のプラズマガスを優先的に放電する。
【００３６】
スパーク放電が発生すると、電極８と溶射材料１４との間のプラズマガスがイオン化して電離状態を作り、直流電流が流れるようになる。プラズマガス中を直流電流が流れることにより更にガスのプラズマ化が進み、プラズマアーク流が形成される。
【００３７】
プラズマアーク流は、旋回流により減圧されているプラズマガスの中心部分に沿って流れ、プラズマガスは、このプラズマアーク流によって加熱され、ノズル９の出口２０からプラズマフレームとして勢いよく吹き出される。
【００３８】
溶射材料１４の先端部は、プラズマアーク流によって急激に加熱され溶融する。溶融した溶射材料１４は、溶融粒子２１となり、プラズマフレームによって、容器３側に吹き飛ばされる。プラズマガスは、不活性ガスを用いているので、溶融粒子２１に触れる酸素の量が少なくなり、形成されるコーティング層４の酸化が防止される。また、先端部が溶融して無くなった溶射材料１４は、先端がノズル９の中心線と一致するように押し出しローラ１７により先側に移動される。
【００３９】
外周ノズル１９は、圧縮したガスを後方から流入させ、前方から円錐状に噴出する。ガスを溶融粒子２１に外周側から吹き付けることにより、溶融粒子２１が微細化され、溶射皮膜形成に最適なサイズとなる。
【００４０】
微細化された溶融粒子２１は、容器３の底部２に衝突して扁平になり、この溶融粒子２１が多数結合して冷却されることによりコーティング層４が形成される。
【００４１】
溶射面となる底部２の裏面は、平滑に形成されているので、コーティング層４と裏面との間の境界面には、鏡面部５が形成される。鏡面部５は、空気に接触せず、また、コーティング層４の剥離強度が強いので、酸化しにくく、光沢を長期間保持することができる。
【００４２】
なお、本発明の溶射皮膜付きガラス容器は、鏡面部を装飾部として用いることができるので、電磁調理用の容器以外に、通常使用するコップや、魚介類の観賞用の水槽等にも使用することができる。
【００４３】
【実施例１】
底部の裏面を平滑に形成したガラス容器に前記実施の形態のプラズマ溶射装置と、従来のガスフレーム溶射装置とを用いて厚み１００μｍのコーティング層を形成した。
ガスフレーム溶射装置を用いた場合は、溶射中に皮膜が部分的に剥離してしまったが、測定できる部分を測定した。その結果、ガス溶射装置を用いた場合は、２．５Ｎ／ｍｍ^２で、プラズマ溶射法により形成したコーティング層は、６．５Ｎ／ｍｍ^２の剥離強度を有しており、プラズマ溶射法により形成したコーティング層の方が、２．６倍密着力が優れていた。また、プラズマ溶射法により形成したコーティング層は、通常の使用中に剥離することはない。
【実施例２】
プラズマ溶射法により形成したコーティング層において、ブラストの有無による密着力試験を行った。ガラス容器に下地処理後、プラズマ溶射法により、１００μｍのアルミニウム皮膜を形成し、密着力試験を行った。密着力試験は、ＪＩＳＨ８６６１に準拠したエルコメータを用いて測定した。下地処理としてアランダム（商標）のＷＡ＃６０とＷＡ＃２４を用いた。
表１．密着力試験結果

試験結果より、プラズマ溶射法により形成したコーティング層においては、本発明品の下地処理（ブラスト）なしの条件の皮膜が６．５Ｎ／ｍｍ^２と最も密着力が高かった。下地処理の粗さが小さくなるに従って、密着力が良くなる傾向にあった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば次の効果を奏する。
（１）本発明の溶射皮膜付きガラス容器は、底部の裏面を平滑に形成したガラス製の容器と、裏面にプラズマ溶射法により形成された非磁性体金属を用いたコーティング層とを備え、コーティング層と裏面との間の界面には、鏡面部が形成されているので、ガラス容器の裏面に粗面加工を施さずに済むことにより製造時間が短縮され、プラズマ溶射を行うことによりガラス容器の強度低下を防止し、鏡面部によって外観性を向上させることができる。
（２）本発明の溶射皮膜付きガラス容器の製造方法は、容器の裏面に、棒状の溶射材料と不活性ガスとを用いてプラズマ溶射を行い、コーティング層を形成するので、溶融粒子を均一にするとともに酸素の混入を少なくして、鏡面部の仕上げ精度を向上させるとともに密着性を向上させることができる。また、鏡面部に酸素が混入しにくいので、酸化により鏡面部が曇ることが少なくなる。
（３）前記棒状の溶射材料の先端を、プラズマフレームを噴出するノズルの先側に配置し、前記ノズルの内部に配置された電極と、前記溶射材料との間に電圧を印加してプラズマを発生すると、プラズマアーク流が電極からノズルより先側にある溶射材料の先端に向かって加速されるので、プラズマアークがノズルの先側に長く延び、溶射材料をより均一に溶融して、密着性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶射皮膜付きガラス容器の正断面図である。
【図２】溶射皮膜付きガラス容器の製造状態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 溶射皮膜付きガラス容器
２ 底部
３ 容器
４ コーティング層
５ 鏡面部
６ プラズマ溶射装置
７ プラズマトーチ
８ 電極
９ ノズル
１０ 後壁部
１１ 周壁
１２ 先細筒部
１３ 流入口
１４ 溶射材料
１５ 供給装置
１６ ガイド部材
１７ 押し出しローラ
１８ 直流電源装置
１９ 外周ノズル
２０ 出口
２１ 溶融粒子

Claims (3)

1. 底部の裏面を平滑に形成したガラス製の容器と、
   前記裏面にプラズマ溶射法により形成された非磁性体金属を用いたコーティング層とを備え、
   前記コーティング層と前記裏面との間の界面には、鏡面部が形成されていることを特徴とする溶射皮膜付きガラス容器。
2. 底部の裏面を平滑に形成したガラス製の容器に非磁性体金属を用いたコーティング層を形成する溶射皮膜付きガラス容器の製造方法において、
   前記容器の裏面に、棒状の溶射材料と不活性ガスとを用いてプラズマ溶射を行い、前記コーティング層を形成することを特徴とする溶射皮膜付きガラス容器の製造方法。
3. 前記棒状の溶射材料の先端を、プラズマフレームを噴出するノズルの先側に配置し、前記ノズルの内部に配置された電極と、前記溶射材料との間に電圧を印加してプラズマを発生することを特徴とする請求項２に記載の溶射皮膜付きガラス容器の製造方法。

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