JP2005040850A - クラッド材、金属鍋及びそれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チタンとアルミの金属板を必要な形状寸法に地抜き後に相互に固着することで、金属種類ごとの長所を活かしながら短所を最小限とし、クラッド材の経済合理性も実現する。
【解決手段】チタニウム又はチタニウム合金の金属板とアルミニウム又はアルミニウム合金の金属板とを含む二種以上の金属板（例えば１ａ，１ｂ）を、予め必要な大きさに地抜きし、表面を粗面化処理して凸凹面２とし、この粗面化処理した表面に金属メッキによりメッキ層３を形成したメッキ済金属板４（４ａ，４ｂ）を、金属ロウ類５を介し金型６（６ａ，６ｂ）のシーズヒーター７及びプレス部８により昇温及び加圧することにより相互に固着させクラッド材とする。クラッド材を鍋に加工する。
【選択図】図１

Description

本発明は、チタンとアルミの金属板を必要な形状寸法に地抜き後に相互に固着することで、金属種類ごとの長所を活かしながら短所を最小限とし、クラッド材の経済合理性も実現するクラッド材、金属鍋及びそれらの製造方法に関するものである。

今日、さまざまな材質の金属鍋が広く一般に出回っているが、それら金属鍋は、アルミニウム製、ステンレス製、チタニウム製、多層鋼製、フッ素樹脂加工品といった材質等の種類ごとにそれぞれ異なる長所短所を有している。例えば、アルミニウム製は、安価、軽量で熱伝導が良く、ステンレス製やステンレス多層鋼の物は、アルミニウムに比べ保温性、耐食性に勝り、またフッ素樹脂加工の物は、潤滑性に富んでいて扱いやすい。

しかし、上記のような従来の鍋は、種類ごとの短所が避けにくく、例えばアルミニウム製では、表面に形成されている酸化皮膜や塗装の磨耗等により金属アルミニウム素地が表れ、酸、アルカリに反応してアルミニウムイオンが溶け出すと、昨今心配されているアルツハイマー病の原因のひとつになるとの疑いが指摘されている。同様に、フッ素樹脂加工品においても、コーティング被膜の剥離、磨耗等による金属素地の変質が、人体に影響を及ぼす可能性が懸念される。これらは、安全性と耐食性の問題といえる。

またステンレス製やステンレス多層鋼製のものは、アルミニウム製と比べ、上記のような安全性、耐食性では優れ、保温性も勝る一方、熱伝導率に劣り、比重が３倍強と重く、さらに、調理された食品を鍋の中でそのまま保存すると風味を損なったり、場合によっては金属の変質も否めない等のデメリットがある。

チタニウム製においては、軽量で金属の変質がなく安全性、耐食性と食材本来の風味を生かす長所がある一方、チタニウム金属自体が高価であり、コストを抑えるためには鍋の板厚を薄くせざるを得ず、そうすると潤滑性に富んだ表面であるにもかかわらず調理の火加減によっては焦げ付いたり均一な加熱ができず、チタニウム金属本来の長所を十分発揮し切れない弱点を呈する。

また、各金属の長所をできるだけ多く取り込もうとする工夫として、安全性、耐食性、保温性に優れたステンレスを母材とし、他の金属と組み合わせた多層鋼製鍋も提案されているが、ステンレスを母材とするためどうしても重くなり、高級感はあるものの機能性において老人、女性等にとっては大変扱いにくいという問題があった。

ところで、上記のような多層鋼製鍋の材料は、複数層を持ついわゆるクラッド材として製造流通されるが、クラッド材は一般に、圧延ロールにより数枚の金属板の接合と圧延を同時に行う冶金的結合方法により製造され、売買単位が多量のためクラッド材の種類によっては大変コスト高になる問題があった。そのうえ、単一種類の金属板であれば地抜き後の残り部分は貴重な資源としてリサイクル可能であるが、複合素材であるクラッド材の状態ではスクラップとして廃棄され、具体的にはおおむね全体の２０％〜３０％が廃棄物となり、リサイクル等の利用価値が滅却される難点があった。

また、単一素材の金属鍋はいずれも一枚の金属板から地抜きして製造するが、そのような単一素材と上記のようなクラッド材の中間といえる技術として、ブレージングシートが挙げられる。ブレージングシートは、紙で言えば両面接着テープにあたり、例えば、成形された金属鍋の平らな底面外側に、ブレージングシートを介してアルミニウムを貼り付けた調理鍋も提案された（例えば、特許文献1参照）。

しかし、ブレージングシートはそのような平面部のみの接着にしか使用できず、鍋の立ち上がり部分から火の当たる側面部への接着ができない不便があった。また、ブレージングシートで金属同士を接着させる専用のブレージングマシーンは加圧力が弱く、接着する金属表面の加工状況によっては接着不良を起こし剥離の一因になり得る問題もあった。さらに、ブレージングシートは、最終工程で用いるのには適するが、ブレージングシート使用後の曲げ等の加工は不可能なため、使用可能な加工工程が限られ、その上ブレージングシート自体が高価であることから、耐久性とコストの両面に問題が生じていた。
特開２００２−２９１６１５号公報

本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するもので、その目的は、チタンとアルミの金属板を必要な形状寸法に地抜き後に相互に固着することで、金属種類ごとの長所を活かしながら短所を最小限とし、クラッド材の経済合理性も実現することである。

上記の目的を達成するため、請求項１のクラッド材は、チタニウムを含む金属板とアルミニウムを含む金属板とを、地抜き後に相互に固着したことを特徴とする。

請求項２のクラッド材は、チタニウム又はチタニウム合金の金属板とアルミニウム又はアルミニウム合金の金属板とを含む二種以上の各金属板を、予め必要な大きさに地抜きし、表面を粗面化処理し、粗面化処理した表面に金属メッキし、昇温及び加圧により金属ロウ類を介し相互に固着させたことを特徴とする。

請求項３の金属鍋は、請求項１又は２記載のクラッド材を加工したことを特徴とする。

請求項４のクラッド材の製造方法は、チタニウムを含む金属板とアルミニウムを含む金属板とを、地抜き後に相互に固着することを特徴とする。

請求項５のクラッド材の製造方法は、チタニウム又はチタニウム合金の金属板とアルミニウム又はアルミニウム合金の金属板とを含む二種以上の各金属板を、予め必要な大きさに地抜きし、表面を粗面化処理し、粗面化処理した表面に金属メッキし、昇温及び加圧により金属ロウ類を介し相互に固着させることを特徴とする。

請求項６の金属鍋の製造方法は、請求項４又は５記載のクラッド材の製造方法により製造されたクラッド材を鍋に加工することを特徴とする。

これらの態様では、チタンとアルミの金属板を必要な形状寸法に地抜き後に相互に固着することで、金属種類ごとの長所を活かしながら短所を最小限とし、クラッド材の経済合理性も実現できる。

特に、請求項２，５の態様では、チタンとアルミの金属板を必要な形状寸法に地抜き後、表面を粗面化したうえ金属メッキし、昇温と加圧プレスにより金属ロウ類を介して固着させてクラッド材とし、金属鍋に加工する際はチタン側を食品に直接触れる内側にする。これにより、確実な固着による十分な強度と、チタンとアルミの軽さや良好な保温性を活かし、アルミを外側としてその熱伝導性と経済性を活かし、チタンを内側にして安全性、耐食性を発揮させると共に食材本来の風味を十分に活かすことができる。また、クラッド材製造の際も、地抜きは固着によるクラッド化前に行うので、金属種類ごとの分別とリサイクルが容易となり廃棄物の減少と低コスト化が可能となる。

本発明によれば、チタンとアルミの金属板を必要な形状寸法に地抜き後に相互に固着することで、金属種類ごとの長所を活かしながら短所を最小限とし、クラッド材の経済合理性も実現できる。

次に本発明のクラッド材、金属鍋及びそれらの製造方法に係る実施の形態（以下「本実施形態」と呼ぶ）について添付図面を参照して具体的に説明する。すなわち、本発明による金属鍋の製造は、クラッド材の製造から始まる以下のような手順による。

〔１．クラッド材の製造〕
まず、本実施形態におけるクラッド材の製造を示す模式図を図１に示す。すなわち、クラッド材を構成する複数枚の金属板１を用意する。典型例としては、図１に示すように、２枚の金属板１の一方（１ａ）は純チタニウム又はチタニウム合金（「チタン」と略称する）から選び、他方（１ｂ）はアルミニウム又はアルミニウム合金（「アルミ」と略称する）から選ぶが、チタンやアルミを複数枚用いたり、チタンやアルミ以外の金属板を加えてもよい。そして、これら各金属板１をそれぞれ必要な大きさに地抜きする。

〔２．表面の粗面化処理と金属メッキ〕
上記各金属板１は、必要に応じ固着面に（表面全体でもよい）エンボス加工等による凹凸面２を形成することで、表面積を広くし後述の金属メッキにより析出させる各種金属をより接合しやすくする。そして、その凹凸面２に金属メッキを施すことでメッキ層３を形成しメッキ済金属板４（４ａ，４ｂ）とする。ここで、金属メッキに用いる金属は、ニッケル、金、銀、ロジウム、パラジウム、クロム、銅、スズ、亜鉛、またはこれらを用いた合金から選択するが、経済性からニッケルが望ましい。

そして、前記金属メッキの第一の役割は、メッキ層３自体がチタンとアルミという異種金属同士が共晶反応による冶金的結合での共融混合物やそれらの合金を作りやすくして完全結合を可能とすることである。前記金属メッキの第二の役割は、チタン自体やアルミ自体の表面に形成されている酸化被膜（特にチタン表面のものが強固）をメッキ工程中に除去することで、酸化被膜が前記完全結合を妨げることを阻止することである。また、前記金属メッキの第三の役割は、接合部の強度及び耐食性を維持する働き、また大気中におけるチタニウム金属のロウ付け工程を可能とし、クラッド材接合時における条件である低温短時間の工程も可能にすることである。

したがって、メッキ層３における金属表面被膜が均一であることは、完全固着のためには大変重要であり、前記金属メッキによる各種金属の析出方法として電気メッキ、無電解メッキ、イオンプレーティング、置換などの方法を用いる。また、金属メッキは、同じ効果の他の薬剤と併用しても良い。

この後、各メッキ済金属板４同士を固着するが、固着に先立って、チタンは、メッキ後、概ね１００℃〜６００℃で３０分〜４時間、その他の金属も水素脆性阻止のため必要に応じてベーキングすることが望ましい。

〔３．昇温と加圧プレスによる固着〕
続いて、メッキ３を施した各メッキ済金属板４ａ，４ｂ同士を、昇温と、金属ロウ類５と、金型６（６ａ，６ｂ）を用いたパワープレス等のプレス部８とにより完全固着させクラッド材とする。すなわち、この場合のクラッド材とは、チタンすなわち純チタニウムもしくはチタニウム合金と、アルミすなわちアルミニウムもしくはアルミニウム合金を含む二層鋼もしくは三層鋼以上の多層鋼である。

上記の固着に用いる金属ロウ類５は、より強力な固着を得るため固着の際に用いる各種薬剤を意味し、具体的には、アルミニウムロウとアルミニウム粉末の両方、またはアルミニウムロウ、スズ、銀ロウ、銀合金ロウ、金ロウ、金合金ロウ、ニッケルロウ若しくはこれらの同等品を単独又は組み合わせて用いる。

すなわち、まず、昇温は、各メッキ済金属板４ａ，４ｂと金型６について、図１に例示するシーズヒーター７や、その他電熱、炉などの技術を自由に選んで行い、共晶点での冶金的結合により各金属板１同士の前記固着が行われる一定温度まで行う。具体的条件の例としては、例えば昇温温度は、概ねチタニウム板は１００℃〜３００℃、ステンレス板は１００℃〜３００℃、アルミニウム板は２００℃〜６００℃とし、金型６を２００℃〜６００℃まで昇温させる。

そして、金属ロウ類５を加え、プレス部８を用いて完全固着させる。この際、加圧力は１０ｔ〜２０ｔ／全体で、直径３０ｃｍの場合１４Ｋｇ〜２８Ｋｇ／平方センチメートルとし、加圧時間は３０秒から１分とし、必要に応じてプレスを停止させ加圧時間を延長する。加圧回数は１回から数回とする。

固着後のベーキングは必要に応じて行う。固着後のベーキングは、例えば大気中、真空中、アルゴンガス雰囲気下、窒素ガス雰囲気下で行い、ベーキング温度は概ね２００℃〜６００℃でベーキング時間は概ね３０分から６時間とする。

〔４．金属鍋への加工〕
上記のように製造されたクラッド材に対し、金属鍋の成形に必要な曲げ加工を中心とした各種の加工を行い、研磨、塗装等を施し、スポット、リベット等により柄付し、金属鍋を製造する。背の高い寸胴鍋や深型の鍋など金属鍋の形態によっては、二枚以上のクラッド材を溶接するなどして成形してもよい。

ここで、上記のクラッド材から金属鍋を製造する具体的な方法例を説明する。例えば、まず板厚（チタニウム層０．５ｍｍ〜０．６ｍｍ、アルミニウム層１．５ｍｍ〜２．０ｍｍ）のクラッド材を、通常一般に用いられる深絞り工程等で最終寸法、外径２６０ｍｍ、深さ８０ｍｍの鍋本体に加工し、必要に応じて柄付け、研磨、塗装等を施す。なお、金属鍋とは、寸胴、深型、フライパン、グルリパン等様々な深さやプロポーションの物を含む。

〔５．効果〕
上記のような本実施形態では、チタンとアルミの金属板を必要な形状寸法に地抜き後に相互に固着することで、金属種類ごとの長所を活かしながら短所を最小限とし、クラッド材の経済合理性も実現できる。

より具体的には、チタンとアルミなど各種金属板を必要な形状寸法に地抜き後、表面を凸凹に粗面化したうえ金属メッキしこれらの相乗効果と、昇温と加圧プレスにより金属ロウ類を介して固着させてクラッド材とし、金属鍋に加工する際はチタン側を食品に直接触れる内側にする。これにより、安価軽量で熱伝導に優れたアルミニウムが、軽量で耐食性に優れたチタニウム鍋の外側全体を覆い強固に固着するので、十分な強度が実現されることに加え、火の回りが均一で食材本来の風味を活かすことができ、軽量で耐食性と熱伝導に優れ、さらにアルミニウムから放熱された熱をチタニウムで蓄えて保温するため良好な保温性を有しひいては省エネにもつながる金属鍋が得られる。

また、チタンとアルミの軽さや良好な保温性を活かし、アルミを外側としてその熱伝導性と経済性を活かし、チタンを内側にすることでアルミニウムやステンレスが食材に直接触れないので溶出の問題も回避され、安全性、耐食性を発揮させると共に食材本来の風味を十分に活かすことができる。さらにステンレスの低い熱伝導と重さ、風味への影響も回避される。また、材料となるクラッド材製造においても、地抜きは固着によるクラッド化前に行うので、金属種類ごとの分別とリサイクルが容易となり金属廃棄物を出さず低コスト化も可能となる。

本発明の実施形態を示す模式図である。

符号の説明

１（１ａ，１ｂ）…金属板（チタン，アルミ）
２…凹凸面
３…メッキ層
４（４ａ，５ｂ）…メッキ済金属板
５…金属ロウ類
６（６ａ，６ｂ）…金型（上，下）
７…シーズヒーター
８…プレス部

Claims (6)

1. チタニウムを含む金属板とアルミニウムを含む金属板とを、地抜き後に相互に固着したことを特徴とするクラッド材。
2. チタニウム又はチタニウム合金の金属板とアルミニウム又はアルミニウム合金の金属板とを含む二種以上の各金属板を、
   予め必要な大きさに地抜きし、
   表面を粗面化処理し、
   粗面化処理した表面に金属メッキし、
   昇温及び加圧により金属ロウ類を介し相互に固着させたことを特徴とするクラッド材。
3. 請求項１又は２記載のクラッド材を加工したことを特徴とする金属鍋。
4. チタニウムを含む金属板とアルミニウムを含む金属板とを、地抜き後に相互に固着することを特徴とするクラッド材の製造方法。
5. チタニウム又はチタニウム合金の金属板とアルミニウム又はアルミニウム合金の金属板とを含む二種以上の各金属板を、
   予め必要な大きさに地抜きし、
   表面を粗面化処理し、
   粗面化処理した表面に金属メッキし、
   昇温及び加圧により金属ロウ類を介し相互に固着させることを特徴とするクラッド材の製造方法。
6. 請求項４又は５記載のクラッド材の製造方法により製造されたクラッド材を鍋に加工することを特徴とする金属鍋の製造方法。

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