JP2012523500A - 耐久性を有し変色しにくい多層セラミックコーティングを有するプレーンな銅製のフードウェアおよび金属製物品およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図3
Description
周期表の第4族、第5族および第6族からの1種またはそれより多くの元素、または、Bであると予想される。Xは、典型的には、Ti、Zr、Nb、V、MoまたはBのうちの1種である。窒化物および炭窒化物と、アルミニウム、クロムおよび追加の元素との合金としては、これらに限定されないが、窒化アルミニウムXと、窒化クロムまたはその他の組み合わせとの超格子構造を有するコーティングが挙げられる。
「〜に堆積させる」は、間にまったく層を介在させないでその前の層に直接堆積させることを意味する。「〜に隣接して堆積させる」は、前の層の次に堆積させることを意味するが、必ずしも直接でなくてもよい。前の層に直接堆積させてもよいし、または、互いに隣接して堆積させた層と間に1またはそれより多くの介在層が存在していてもよい。
必要に応じて、以下で説明されているような追加の窒化物または炭窒化物層が存在していてもよい。
まずフードウェア物品を成形し、その次にコーティングしてもよいし、または、平坦な金属板をコーティングして、その次に平鍋に成形してもよい。このようなプロセスは、予め成形された平鍋のコーティングについて説明する。
平鍋をミクロレベルでクリーニングするために、平鍋を約800〜約1200Vの負電圧でバイアスをかけることによってグロー放電を形成する。
全てのスパッタリングのターゲットに印加される場合、例えばAlのような金属の層を基コーティングに隣接して堆積させることもできる。平鍋に、約600〜約1000Vのバイアス電圧および約10−2Paの真空レベルでイオン(Cr+)の衝撃を与える。このような金属層は、約1ミクロン未満の厚さを有していてもよい。
続いて、その他の(Ti,Al,Cr)N層に堆積させるために、TiAl陰極を再び作動させる。この手法によれば、要求に応じて多数の窒化クロム層と(Ti,Al,Cr)N層とを繰り返し堆積させることができる。堆積温度は、作製される平鍋の材料に応じて、堆積の最後の時点で約600°F〜約900°Fまで上げてもよい。
プレーンな銅で作製された1.4mmの厚さを有する10インチ平鍋の調理面全体に本発明のコーティングをコーティングした。多層セラミックコーティングは、約3〜5ミクロンの基コーティングを含んでいた。基コーティングは、Al、Tiおよびステンレス鋼で作製された陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層(0.2〜0.4ミクロン)、Tiおよびステンレス鋼のスパッタ層(0.3〜0.5ミクロン)、続いて4対の交互の陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層、および、前の層と同じ組成で作製されたスパッタ層であった。基コーティングの一番上の層は、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層であった。セラミックコーティングは約5〜6ミクロンであり、6対の交互の超格子(Ti,Al,Cr)N、および、CrN、続いてトップコーティングとして(Ti,Al,Cr)Nを含んでいた。基コーティングおよびセラミックコーティングを含む全体のコーティング厚さは、約10〜12ミクロン(片側)であった。同じ多層セラミックコーティングを平鍋の外側にも施した。
表2は、10インチPCP平鍋と、10インチ5層クラッド平鍋との比較の結果を示す。それぞれの平鍋で同じ食物を調理した。これらの平鍋を、予熱時間、調理時間、平鍋に食物が付着したかどうか、および、クリーニングの容易さに関して評価した。
PCP平鍋は、より短い予熱時間を有し、合計調理時間は、より低温での加熱設定でも、5層クラッド平鍋よりもほぼ2分短かった。加えて、PCP平鍋にステーキは付着しなかった。
PCP平鍋は、より低温での加熱設定でも、5層平鍋よりも速く熱くなり、さらにそれよりも速く調理できた。PCP平鍋の場合、調理中に変色または焦げ付きはなかった。5層クラッド平鍋の調理面はひどく焦げ付いた。一般的な消費者によるクリーニング方法では、焦げた表面のクリーニングは困難であった。工業用のスコッチ(scotch)パッドを用いてクリーニングしたところ全面にかき傷ができ、無理矢理こすり洗いすれば、材料の304層が除去される可能性がある。工業用スコッチパッドを用いてPCP平鍋の調理面をこすり洗いしても、かき傷は生じなかった。
PCP平鍋は、5層クラッド平鍋よりも速く調理できた。トラウトは、PCP平鍋の方がよりよく焼き色がつき、そのクリーニングも簡単であった。5層クラッド平鍋は、クリーニングのために多少のこすり洗いが必要であった。
平鍋で肉を焼き、続いて平鍋を350°Fのオーブンに10分間置いた。PCP平鍋の場合、フィレミニョンを焼いて望ましい焼き色を得るのに35秒かかったが、5層クラッドでは同じ焼き色を得るのに1分かかった。次に両方の平鍋をオーブンに入れた。PCP平鍋で調理したフィレミニョンは、より多くの肉汁を有していたが、これはなぜならPCP平鍋ではより短時間で焼き色が付くため、肉汁と水分が中に閉じこめられるためであり、さらに肉の味もより優れていた。5層クラッド平鍋で調理したフィレミニョンはわずかに乾燥していた。5層クラッド平鍋は調理中に焦げ付き、表面のこすり洗いが必要となり、多くのかき傷が生じた。
バルサミコ酢を粘度の極めて高いシロップになるまで沸騰させた。この実験を用いて、シロップ除去に関する平鍋のクリーニング能力を研究した。PCP平鍋から全てのシロップを除去するのに、単に熱水ですすぐだけでわずか10秒しかかからなかった。しかしながら、5層クラッド平鍋では、シロップを除去するのにこすり洗いが必要であった。
この実験は、焦げ付きにくい性能を研究するために設計された。スターチをまぶした肉は平鍋に簡単に付着する。PCP平鍋および5層平鍋を同量の油でコーティングし、平鍋を加熱し、続いて油が沸き立ち始めたら鶏肉を平鍋に入れた。
両方の平鍋に同量の食用油を噴霧した。平鍋を加熱し、油の多くをペーパータオルで拭き取った。油が沸き立ち始めたら卵を落した。PCP平鍋で焼いた卵は付着しなかった。5層クラッド平鍋で焼いた卵は付着した。
表3は、10インチPCP平鍋と10インチクラッド銅の平鍋との比較を示す。クラッド銅製調理器具は、現存する調理器具のなかで最良の熱伝導性を有することがわかっている。両方の平鍋で同じ食物を調理した。平鍋を、予熱時間、調理時間、平鍋に食物が付着したかどうか、および、クリーニングの容易さに関して評価した。
PCP平鍋はより速く熱くなり、鶏肉にはより優れた焼き色が付いた。また、PCP平鍋のクリーニングも、クラッド銅の平鍋は2分かかったのと比較して、より速く35秒であった。
PCP平鍋はより速く熱くなり、エビにはより優れた焼き色が付いた。クラッド銅の平鍋の調理面は調理中に焦げ付いたが、PCP平鍋は変色を示さなかった。焦げた表面のこすり洗いのために、かき傷が付いた。
PCP平鍋はより速く熱くなり、肉にはより優れた焼き色が付いた。
実施例1および2によって、PCP調理器具の特有の特徴が実証された。PCP平鍋は優れた熱伝導性を有するため、結果として、それより熱伝導性が低い5層クラッドステンレス鋼の平鍋またはクラッド銅の平鍋と比較して、優れた調理性能が得られる。これらの特有の特徴は、調理器具のベース材料として柔らかくプレーンな銅の使用を可能にする多層コーティングによるものである。
それゆえに、PCP銅製調理器具は、3層および5層クラッドステンレス製調理器具や銅クラッド調理器具よりもかなり高い耐久性を有する。このようなコーティングは、優れたかき傷に対する耐性を提供するため、かき傷を作らずに研磨剤のスコッチグリット(scotch grit)を使用することが可能になる。このような調理器具は、金属製用具にとって安全であり、クリーニングが簡単であり、さらに長持ちする。
Claims (15)
- 付着耐性を有し、変色しにくい多層セラミックコーティングを有する金属製フードウェア物品であって、該物品は、
金属基板;
金属基板の第一の表面上に堆積させる基コーティング(ここで該基コーティングは、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を含む);および、
基コーティングに隣接して堆積させたセラミックコーティング(ここで該セラミックコーティングは、物理蒸着窒化物または炭窒化物層を含む)、
を含む、上記物品。 - 前記金属基板が、プレーンな銅である、請求項1に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記金属基板が、アルミニウム、クラッドアルミニウム、鋼、鋳鉄、ステンレス鋼、クラッド銅、クラッドステンレス鋼、または、それらの合金から選択される材料で作製される、請求項1に記載の金属製フードウェア物品。
- 陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層と、セラミックコーティングとの間に堆積させた少なくとも1つの追加の層をさらに含み、ここで該追加の層は、スパッタ層、陰極アーク層、または、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層から選択され、該追加の層は、金属、合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層は、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、ステンレス鋼、または、それらの合金から選択される材料で作製される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、第4族、5族または6族、AlまたはBのうちの少なくとも1種の元素の窒化物または炭窒化物から選択される、請求項1〜5のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、(Al,Cr)N、(Al,Cr)CN、(Al,Cr,X)N、または、(Al,Cr,X)CNを含み、ここでXは、Ti、Zr、Nb、V、MoまたはBから選択される、請求項1〜6のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、(Ti,Al,Cr)N、または、(Ti,Al,Cr)CNを含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 物理蒸着窒化物または炭窒化物層に隣接して堆積させた少なくとも1つの追加の層をさらに含み、該少なくとも1つの追加の層は、CrNと(Ti,Al)N、または、CrCNと(Ti,Al)CN、または、(Ti,Al,Cr)NとCrN、または、(Ti,Al、Cr)CNとCrCNの交互の層から選択される、請求項1〜8のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記基コーティングの厚さが、約0.2〜約20ミクロンの範囲であり、前記セラミックコーティングの厚さが、約1.0〜約20ミクロンの範囲である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記基板が、基コーティングの堆積の前に、約20ミクロンインチ未満の表面仕上げを有する、請求項1〜10のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層において、1種またはそれより多くの陰極アークのターゲットによる全ての堆積は、1種またはそれより多くの陰極アークのターゲット、および、1種またはそれより多くのスパッタリングのターゲットの組み合わせによる全ての堆積の約5%〜約40%の範囲である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が生体適合性である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 前記物理蒸着窒化物または炭窒化物が、スパッタリング、反応性スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、または、陰極アークプロセスから選択される物理蒸着法プロセスによって堆積される、請求項1〜13のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
- 多層で、付着耐性を有し、変色しにくいコーティングを有する金属製フードウェア物品の製造方法であって、該方法は、
金属基板を提供すること;
金属基板の第一の表面上に基コーティングを堆積させること(ここでこの堆積は、陰極アークプロセスとスパッタリングプロセスとの組み合わせを用いて、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を堆積させることを含み、ここで陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層は、金属、合金またはそれらの組み合わせから選択される材料で作製される);および、
基コーティングに隣接してセラミックコーティングを堆積させること(ここでこの堆積は、物理蒸着プロセスを用いて窒化物または炭窒化物層を堆積させることを含む)、
を含む、上記方法。
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