JP2016145677A - 調理器用トッププレート及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐擦傷性を有する膜付部材を提供する。【解決手段】調理器用トッププレート１は、基材１０と、前記基材１０の調理面に設けられ、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶を含む保護膜１１と、を備え、前記保護膜１１は、Ｘ線回折測定において、前記単斜晶系酸化ジルコニウム結晶の（１ １−１）結晶面による回折ピークが主ピークとして観察される。【選択図】図１

Description

本発明は、調理器用トッププレート及びその製造方法に関する。

従来、例えば、反射防止膜、反射膜、保護膜等の膜が表面上に設けられた調理器用トッププレートが広く用いられている。例えば、特許文献１には、基板の一方の表面上に、酸化ジルコニウムからなる複数の柱状構造体により構成された柱状構造を有するコーティング層を備える調理器用トッププレートが記載されている。

特開２０１１−１９６６６７号公報

調理器用トッププレートの表面に設けられた膜と鍋等の調理器具が擦れ、これらの膜が剥がれることがある。そのため、調理器用トッププレートの表面に設けられた膜には、耐擦傷性に優れることが要求される。特許文献１の調理器用トッププレートは、柱状構造を有するコーティング層を有するため、汚れの拭き取り性には優れているが、耐擦傷性が低く、膜が剥がれる場合がある。

本発明の主な目的は、優れた耐擦傷性を有する調理器用トッププレート及びその製造方法を提供することにある。

本発明に係る調理器用トッププレートは、基材と、前記基材の調理面に設けられ、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶を含む保護膜と、を備え、前記保護膜は、Ｘ線回折測定において、前記単斜晶系酸化ジルコニウム結晶の（１ １ −１）結晶面による回折ピークが主ピークとして観察されることを特徴とする。

上記の構成において、前記保護膜の膜密度が、５．９６ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。

上記の構成において、前記基材の調理面と前記保護膜との間に設けられた第一の膜をさらに備えることが好ましい。

上記の構成において、前記保護膜の上に設けられた第二の膜をさらに備えることが好ましい。

上記の構成において、前記第二の膜は、前記調理器用トッププレートの動摩擦抵抗を低減する膜であることが好ましい。

上記の構成において、前記基材は、低膨張透明結晶化ガラスであることが好ましい。

本発明に係る調理器用トッププレートの製造方法は、基材と、前記基材の調理面に設けられ、単斜晶系の酸化ジルコニウム結晶を含む保護膜とを備えた調理器用トッププレートの製造方法であって、圧力が０．２Ｐａ以下であるチャンバ中においてスパッタリング法により前記保護膜を形成することを特徴とする。

上記の構成において、圧力が０．２Ｐａ以下であるチャンバ中においてスパッタリング法によりジルコニウム膜を形成した後に、前記ジルコニウム膜を酸化させることにより前記保護膜を形成することが好ましい。

本発明によれば、優れた耐擦傷性を有する調理器用トッププレート及びその製造方法を提供することができる。

第１の実施形態に係る調理器用トッププレートの模式的断面図である。 第２の実施形態に係る調理器用トッププレートの一部分の模式的断面図である。 第３の実施形態に係る調理器用トッププレートの一部分の模式的断面図である。 実施例１において形成した酸化ジルコニウム膜のＸ線回折チャートである。 比較例１において形成した酸化ジルコニウム膜のＸ線回折チャートである。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る調理器用トッププレートの模式的断面図である。

図１に示される調理器用トッププレート１は、ＩＨ加熱調理器やガス加熱調理器等の加熱調理器の天板として使用され、調理器用トッププレート１の紙面上方側の面は、加熱調理時において、鍋等の調理器具と接触する調理面である。

調理器用トッププレート１は、基材１０と、保護膜１１とを有する。

基材１０の材質は、特に限定されない。基材１０は、例えば、各種ガラス、結晶化ガラス、セラミック、金属、樹脂等により構成される。これらの中でも、結晶化ガラスであることが好ましく、特に、耐熱性の高い低膨張透明結晶化ガラスであることが好ましい。

基材１０を構成する低膨張透明結晶化ガラスは、例えば、Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系低膨張透明結晶化ガラスであることが好ましい。Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系低膨張透明結晶化ガラスとしては、例えば、質量％表示で、ＳｉＯ_２が６３〜７５％、Ａｌ_２Ｏ_３が１５〜２５％、Ｌｉ_２Ｏが１〜５％、ＭｇＯが０〜４％、ＺｎＯが０〜５％、ＴｉＯ_２が０〜６％、ＺｒＯ_２が０〜３％、Ｐ_２Ｏ_５が０〜２％、Ｎａ_２Ｏが０〜２％、Ｋ_２Ｏが０〜２％の組成を有するガラスが好ましい。Ｌｉ_２Ｏ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系低膨張透明結晶化ガラスとして、例えば、日本電気硝子株式会社製ネオセラムＮ−０が挙げられる。ネオセラムＮ−０は、透明であり、赤外線透過特性や機械的強度に優れる。また、ネオセラムＮ−０は、熱膨張係数が０に近く、熱膨張、熱収縮が起こりにくいため、調理器用トッププレート１の基材１０として好適である。

基材１０の形状寸法も特に限定されない。基材１０は、例えば、板状であってもよいし、凹凸形状や湾曲状であってもよい。また、矩形であっても円形であってもよい。

基材１０の厚みは、例えば、１〜１０ｍｍとすることが好ましい。この厚みであれば、調理器用トッププレート１が十分な機械的強度を有し、かつ、調理器用トッププレート１の軽量化を図ることができる。基材１０の厚みは、３〜８ｍｍとすることがより好ましい。

保護膜１１は、基材１０の紙面上方側の面（調理面）１０ｘに設けられる。ここで、調理面とは、調理器具が載置される側の面をいう。保護膜１１は、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶を含む。保護膜１１は、ジルコニウムに加え、他の金属を含んでいてもよい。保護膜１１において、総金属原子の数に対する、ジルコニウム原子の数の比（（ジルコニウム原子の数）／（総金属原子の数））は、８０％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましく、９９％以上であることが特に好ましい。

なお、保護膜１１の厚みは、特に限定されない。保護膜１１の厚みは、例えば、５ｎｍ〜１０００ｎｍであることが好ましい。この厚みであれば、優れた耐擦傷性を有し、かつ、保護膜１１の剥離が発生しにくい。保護膜１１の厚みは、１００ｎｍ〜８００ｎｍであることがより好ましく、３００ｎｍ〜５００ｎｍであることがさらに好ましい。

保護膜１１は、Ｘ線回折測定において、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶の（１ １ −１）結晶面による回折ピークが、主ピークとして観察される。なお、主ピークとは、最も強度の高い回折ピークのことである。このため、以下の実施例及び比較例の結果からも分かるように、保護膜１１は、耐擦傷性に優れている。

より優れた耐擦傷性を得る観点からは、保護膜１１の膜密度は、５．９６ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましく、６ｇ／ｃｍ^３以上であることがより好ましい。

一般に、スパッタリング法により成膜する場合において、成膜チャンバの圧力が低すぎると、安定して成膜することが困難となる。このため、通常は、成膜チャンバの圧力は０．３Ｐａ以上とされている。本実施形態では、成膜チャンバの圧力を通常よりもあえて低くすることにより、単斜晶系の酸化ジルコニウム結晶の（１ １ −１）結晶面による回折ピークが、主ピークとして観察される保護膜１１を形成することができる。

この保護膜１１は、例えば、圧力が０．２Ｐａ以下であるチャンバ内においてスパッタリング法によりジルコニウム膜を形成した後に、そのジルコニウム膜を酸化させることにより形成することができる。この保護膜１１は、例えば、圧力が０．２Ｐａ以下であるチャンバ内において反応性スパッタリング法により成膜することによっても形成することができる。また、この保護膜１１は、高周波電源などを用いて酸化ジルコニウムを直接スパッタリングして形成することもできる。

スパッタリング法による成膜を行うチャンバ内の圧力は、０．１５Ｐａ以下であることが好ましく、０．１Ｐａ以下であることがより好ましい。もっとも、スパッタリング法による成膜を行うチャンバ内の圧力が低すぎると、保護膜１１を安定して形成することが困難となる。従って、スパッタリング法による成膜を行うチャンバ内の圧力は、０．０１Ｐａ以上であることが好ましく、０．０５Ｐａ以上であることがより好ましい。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る調理器用トッププレートの一部分の模式的断面図である。

第１の実施形態では、保護膜１１が基材１０の調理面１０ｘに直接設けられる例について説明した。一方、本実施形態では、保護膜１１は、相対的に屈折率が高い高屈折率膜１２Ｈと、相対的に屈折率が低い低屈折率膜１２Ｌとが交互に積層された多層膜により構成された第一の膜１２が、基材１０の調理面１０ｘと保護膜１１との間に設けられている。

高屈折率膜１２Ｈは、酸化ジルコニウム膜により構成されていてもよいし、他の組成の膜により構成されていてもよい。高屈折率膜１２Ｈは、例えば、チタン、ニオブ、ランタン、イットリウム、タングステン等の金属のうちの少なくとも一種を含む金属酸化物により構成されていてもよい。

低屈折率膜１２Ｌは、例えば、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等により構成することができる。

第一の膜１２を構成する高屈折率膜１２Ｈ及び低屈折率膜１２Ｌの膜数は、調理器用トッププレート１ａに要求される特性等に応じて適宜決定することができる。通常、第一の膜１２を構成する高屈折率膜１２Ｈ及び低屈折率膜１２Ｌの膜数の合計は、２〜１００程度である。

第一の膜１２は、例えば、調理器用トッププレート１ａの表面反射率が低くなるように構成された反射抑制膜であってもよい。また、第一の膜１２は、例えば、調理器用トッププレート１ａの表面反射率が高くなるように構成された反射膜であってもよい。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る調理器用トッププレートの一部分の模式的断面図である。

第１及び第２の実施形態では、保護膜１１が調理器用トッププレートの表層を構成している例について説明した。但し、本発明は、これに限定されない。

例えば、図３に示されるように、調理器用トッププレート１ｂは、保護膜１１の上に設けられた第二の膜１３をさらに備えていてもよい。

第二の膜１３は、例えば、調理器用トッププレート１ｂの動摩擦係数を低減する膜であってもよい。そのような第二の膜１３を設けることにより、調理器用トッププレート１ｂの動摩擦係数を低減でき、耐擦傷性をさらに向上することができる。

第二の膜１３の具体例としては、フッ素系撥水撥油剤、シリコーン系撥水剤等からなる膜が挙げられる。これらの中でも、フッ素系撥水撥油剤であることが好ましい。

第二の膜１３の厚みは、例えば、１ｎｍ〜２００ｎｍ程度とすることができる。この厚みであれば、調理器用トッププレート１ｂの動摩擦係数を十分に低減できる。第二の膜１３の厚みは、３ｎｍ〜１００ｎｍ程度であることが好ましい。

以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。

（実施例１）
カルーセル型のスパッタリング装置により、チャンバ内を回転する結晶化ガラス基板（日本電気硝子株式会社社製ＯＡ−１０Ｇ）の上に、ジルコニウムの金属ターゲットを用いて、ジルコニウム膜を形成するスパッタ領域と、そのジルコニウム膜を酸素ラジカルにより酸化する酸化領域とを交互に通過させる、いわゆるＲＡＳ法により、厚さが５００ｎｍである保護膜を下記の成膜条件で形成した。

（ジルコニウム膜の形成条件）
チャンバ内の圧力：０．１２Ｐａ
供給ガス：アルゴンガス（流量：１００ｃｃ／分）
成膜時の電力：５．５ｋＷ
（ジルコニウム膜の酸化条件）
供給ガス：酸素ガス（流量：４０ｃｃ／分）
酸化時の電力：４．５ｋＷ
図４に、実施例１において形成した保護膜のＸ線回折チャートを示す。図４に示されるＸ線回折チャートから、実施例１において形成した保護膜は、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶を主として含有していることが分かる。また、実施例１において形成した保護膜においては、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶の（１ １ −１）結晶面による回折ピークが主ピークとして観察されることが分かる。

（比較例１）
ジルコニウム膜の形成条件を以下の条件としたこと以外は、実施例１と同様にして膜付部材を作製した。

（ジルコニウム膜の形成条件）
チャンバ内の圧力：０．３Ｐａ
供給ガス：アルゴンガス（流量：３００ｃｃ／分）
成膜時の電力：５．５ｋＷ
（ジルコニウム膜の酸化条件）
供給ガス：酸素ガス（流量：１２０ｃｃ／分）
酸化時の電力：４．５ｋＷ
図５に、比較例１において形成した保護膜のＸ線回折チャートを示す。なお、実施例１及び比較例１におけるＸ線回折測定は、Ｘ線回折装置（（株）リガク製 ＳｍａｒｔＬａｂ）を用いて行なった。光源としては、回転対陰極式Ｘ線源（Ｃｕ−Ｋα線，出力４５ｋＶ−２００ｍＡ）を用いた。光学系は人工格子放物面多層膜ミラーと平行スリットアナライザーを使用した平行ビーム光学系とした。走査範囲２θ＝１０〜８０°、走査ステップ０．０１°とし、２θ−ωスキャンモードにより測定した。

図５に示されるＸ線回折チャートから、比較例１において形成した保護膜は、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶を主として含有しているものの、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶の（１ １ −１）結晶面による回折ピークが主ピークとして観察されないことが分かる。

実施例１のＸ線回折チャートと比較例１のＸ線回折チャートとを比較すると、実施例１において形成した保護膜の回折チャートの方が、ライトストーン社のＩＣＤＤ ＰＤＦデータベース内の単斜晶系酸化ジルコニウム結晶の回折パターンと形状の類似度が高いことが分かる。このＰＤＦデータベース内の単斜晶系酸化ジルコニウム結晶（Ｂａｄｄｅｌｅｙｉｔｅ）の回折パターンは、粉末にして測定されたものであるため、実施例１において形成した保護膜の方が、比較例１において形成した保護膜よりも配向性が低いものと考えられる。

(評価１)
上記Ｘ線回折測定と同様の条件で、鏡面反射Ｘ線強度を測定し、鏡面反射Ｘ線強度と入射Ｘ強度の比からＸ線反射率を求めてＸ線反射率曲線を得た。得られたＸ線反射率曲線を薄膜総合解析ソフトウェア （（株）リガク製 ＧｌｏｂａｌＦｉｔ）で解析し、保護膜の膜密度を求めた。その結果、実施例１において形成した保護膜の膜密度は６．０５ｇ／ｃｍ^３、比較例１において形成した保護膜の膜密度は５．９５ｇ／ｃｍ^３となった。

（評価２）
実施例１及び比較例１のそれぞれにおいて作製した保護膜を、２０００ｇの加重を付与して、１０ｍｍ□のボンスター スチールウール（＃００００）を以下の条件で往復させた。１００回往復させる毎に表面状態を光学顕微鏡で１００倍に拡大して観察し、保護膜の表面に、擦傷痕が確認されたときの往復回数を求めた。その結果、実施例１において形成した保護膜は、５０００回往復させた時に擦傷痕が確認され、比較例１において形成した保護膜は、１００回往復させた時に擦傷痕が確認された。

（評価条件）
速度：４０ｍｍ／分
ストローク：４０ｍｍ

これらの結果から、単斜晶系の酸化ジルコニウム結晶の（１ １ −１）結晶面による回折ピークが主ピークとして観察される保護膜は、優れた耐擦傷性を有することが分かる。

（実施例２）
実施例１で作製した保護膜の上を洗浄機で洗浄し、大気圧プラズマ装置で処理を行い、その後、スプレー装置を使用してフッ素含有有機ケイ素化合物溶液（ダイキン工業社製 オプツールＤＳＸ）：０．１質量％、３Ｍ社製Ｎｏｖｅｃ７２００：９９．９質量％）を塗布した。塗布条件は、結晶化ガラス基板の搬送速度３ｍｍ／秒、塗布量１０ｍｌ／分、エアー流量４０ｌ／分、スプレーノズル往復速度８００ｍｌ／秒、スプレーノズル−結晶化ガラス基板間距離２０ｍｍの条件である。フッ素含有有機ケイ素化合物溶液を塗布した後、クリーンオーブンを使用して１５０℃で６０分間加熱し、塗布面をアルコールに浸したワイパーで拭き取ることで、フッ素系撥水撥油剤からなる第二の膜を形成した。

実施例２において作製した第二の膜を、評価２と同様の方法により評価した。その結果、５０００回往復させても擦傷痕が確認されなかった。

１，１ａ，１ｂ：調理器用トッププレート
１０：基材
１１：保護膜
１２：第一の膜
１２Ｈ：高屈折率膜
１２Ｌ：低屈折率膜
１３：第二の膜

Claims (8)

1. 基材と、
   前記基材の調理面に設けられ、単斜晶系酸化ジルコニウム結晶を含む保護膜と、
   を備え、
   前記保護膜は、Ｘ線回折測定において、前記単斜晶系酸化ジルコニウム結晶の（１ １ −１）結晶面による回折ピークが主ピークとして観察されることを特徴とする調理器用トッププレート。
2. 前記保護膜の膜密度が、５．９６ｇ／ｃｍ^３以上である請求項１に記載の調理器用トッププレート。
3. 前記基材の調理面と前記保護膜との間に設けられた第一の膜をさらに備える請求項１または２に記載の調理器用トッププレート。
4. 前記保護膜の上に設けられた第二の膜をさらに備える請求項１〜３のいずれか一項に記載の調理器用トッププレート。
5. 前記第二の膜は、前記調理器用トッププレートの動摩擦抵抗を低減する膜である請求項４に記載の調理器用トッププレート。
6. 前記基材は、低膨張透明結晶化ガラスである請求項１〜５のいずれか一項に記載の調理器用トッププレート。
7. 基材と、前記基材の調理面に設けられ、単斜晶系の酸化ジルコニウム結晶を含む保護膜とを備えた調理器用トッププレートの製造方法であって、
   圧力が０．２Ｐａ以下であるチャンバ中においてスパッタリング法により前記保護膜を形成することを特徴とする調理器用トッププレートの製造方法。
8. 圧力が０．２Ｐａ以下であるチャンバ中においてスパッタリング法によりジルコニウム膜を形成した後に、前記ジルコニウム膜を酸化させることにより前記保護膜を形成する請求項７に調理器用トッププレートの製造方法。