JP4261129B2

JP4261129B2 - 複合材およびその製造方法

Info

Publication number: JP4261129B2
Application number: JP2002166127A
Authority: JP
Inventors: 昌宏宮本; 宗司西川; 信賢松下
Original assignee: Sumitomo Electric Fine Polymer Inc
Current assignee: Sumitomo Electric Fine Polymer Inc
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004009097A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複合材およびその製造方法に関し、詳しくは、電磁誘導加熱が可能である上に断熱性能にも優れた金属製の複合材として好適に用いられると共に、真空部を有する金属製の複合材の形成に好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＩＨジャー炊飯器の内釜等に用いられる電磁誘導加熱容器等は、金属製の複合材により形成されている。例えば、発熱層となるステンレス、鉄等の磁性金属板と、伝熱層となるアルミニウム等の非磁性金属板とのクラッド材を絞りプレス加工して形成し、外面側を上記磁性金属板として誘導コイルと対向させ電磁誘導加熱するものとしている。
上記クラッド材は、上記非磁性金属板と上記磁性金属板を重ね合わせてロール圧延によりクラッド材としている場合が多い。
【０００３】
また、近時、上記のような電磁誘導加熱容器に用いられる複合材としては、電磁誘導加熱が可能であることと、加熱状態を保持できる断熱性能を併せ持つことが要求されている。このため、非磁性材料よりなる真空二重容器の外面に、磁性を有する金属被覆層を形成し、真空とした断熱空間により断熱性を備えた電磁誘導過熱調理用真空二重容器等が提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記真空二重容器は、非磁性材料である内容器と外容器との間を真空とし、その真空容器の外面に磁性材料を被覆している。このため、調理器から発生した磁力線が内と外の非磁性材料と空所内を貫通する必要があり、磁性材料に誘導電流を生じさせ発熱させるのには、効率が悪くなり、優れた加熱性と断熱性の両立の点で問題がある。
【０００５】
また、上記のような電磁誘導加熱が可能であることと、加熱状態を保持できる断熱性能を併せ持つ複合材は、用途に応じて要求性能が異なっているため、各要求性能に対応可能な汎用性に優れた材料が望まれている。
【０００６】
さらに、真空部により断熱性を付与する場合には、複合材中に真空部を設けることが必要となるが、要求性能に応じて複合材中に真空部を形成するには、溶接等の非常に煩雑な工程が必要となると共に、溶接等によれば均一な材質の材料を形成しにくいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、電磁誘導加熱が可能である上に断熱性能にも優れ、要求性能に応じた設計変更が容易であり、汎用性に優れた金属製の複合材を提供すること、及び、金属板を接合したクラッド材からなる複合材において、容易に真空部を形成できる製造方法を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、非磁性金属板と磁性金属板が接合されたクラッド材よりなり、上記接合面の間には接合用金属層が介在されると共に、該接合用金属層が介在されずに未接合の上記非磁性金属板と磁性金属板の間に真空部が設けられ、
上記真空部と対向する上記非磁性金属板あるいは／および磁性金属板には浅い凹部を設けて、真空部の容積を増大していることを特徴とする複合材を提供している。
【０００９】
上記のように、非磁性金属板と磁性金属板の間に介在させる銅メッキ層からなる接合用金属層の介在状態を適宜変更することで両金属板の間に未接合の真空部分を設けることができる。この真空部の存在により断熱性能を得ることができると共に、真空部は非磁性金属と磁性金属の間に設けられているため、電磁誘導加熱性をも得ることができる。また、接合用金属層の配置位置や形状・大きさ、あるいは各金属板の厚みや材質等の組み合わせを適宜変更するだけで、真空部を含めた複合材の構成を容易かつ自由に設計可能であり、種々の性能の複合材を得ることができる。
従って、本発明の複合材は、電磁誘導加熱が可能である上に断熱性能にも優れ、要求性能に応じた設計変更が容易であり、汎用性に優れ、種々の用途に用いることができる。
【００１０】
上記クラッド材は円形状のブランクとされ、プレス加工で底部と側壁とを備えた電磁誘導加熱容器として成形されるものであり、上記真空部は側壁となる位置に設けられている。
このように、電磁誘導により発熱する磁性金属板と、伝熱層となる非磁性金属板との間の真空部が側壁となる位置に設けられることにより、電磁誘導加熱容器の加熱性を維持しながら、断熱性を効率良く高めることができる。また、絞り加工等のプレス加工を行うことにより、底部と側壁とを備えた所望形状の容器を形成できる上に、プレス加工時の引っ張り力により、真空部の真空度を向上させることができる。なお、真空部を底部に設けることもでき、クラッド材は、楕円形状、多角形状等の形状としても良い。
【００１１】
上記真空部は上記ブランクの中心に対して円環形状に設けられ、上記側壁となる部分の全周に沿って連続した真空部を形成する構成としている。このように、真空部を側壁の全周に沿って連続させることにより、電磁誘導加熱容器の断熱性能をさらに高めることができる。
【００１２】
また、上記真空部は、上記側壁となる部分に並列した垂直方向、クロス方向あるいは点在するように設けることができ、その他、要求性能に応じて所望の位置及び構成に適宜設定可能である。
【００１３】
上記真空部と対応する上記非極性金属板あるいは／及び磁性金属板には浅い凹部を設けて、真空部の容積を増大させることができる。
このように、真空部の容積を増大させることにより、断熱性能をさらに向上させることができる。上記金属板の凹部の形状や大きさを適宜設定することにより、所望の断熱性能を得ることができる。
【００１４】
上記非磁性金属の表面に微細な凹凸部が設けられ、その表面に具体的には５〜６０μｍの厚さのフッ素樹脂からなるベースコートが設けられ、該ベースコートの表面にフッ素樹脂が具体的には５〜５０μｍのトップコートが設けられている。
このように、非磁性金属板の表面にエッチング等により、微細な凹凸加工面を設けることで、フッ素樹脂が表面の凹凸に入り込み、非粘着性のフッ素樹脂によるベースコートを強固に行うことができる。よって、複合材に容易に離型性を付与することができる。
【００１５】
上記非磁性金属板はアルミニウム、アルミニウム合金、非磁性ステンレス等からなり、
上記磁性金属板は磁性ステンレス、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、コバルト、コバルト合金等からなり、
上記接合用金属層は上記非磁性金属板あるいは／及び磁性金属板の接合側表面に予めメッキされた銅、アルミニウム、ニッケル、銀等の金属層からなることが好ましい。
【００１７】
また、上記本発明の複合材を製造する方法として、
上記磁性金属板と非磁性金属板の接合面に予め接合用金属となる銅メッキ層を設け、該銅メッキ層の形成時にマスキングを施して非メッキ部を設けておき、
上記接合用金属を介して接合する一組の上記金属板を、分離材を介して複数組を型内に積層し、温度１８０〜６００℃、圧力２００〜１０００ｋｇ／ｃｍ ^２、加圧時間１０秒〜３０時間で、減圧また真空下の条件でホットプレスし、
上記各組の金属板をホットプレスで接合する時に、非メッキ部を未接合の真空部として残存させていることを特徴とする複合材の製造方法を提供している。
【００１８】
上記のように非メッキ部を未接合として金属板間に残存させて金属板を接合することで、金属板間に容易に真空部を形成することができる。また、金属板の接合面において、非メッキ部の配置位置を変更するだけで、所望の位置に真空部を形成することができる。従って、溶接等の煩雑な工程を要することなく、従来に比べて非常に容易かつ安価に真空部を有する複合材を得ることができる。
【００２０】
さらに、金属板をホットプレスにより接合しているため、板厚や接合強度等を均一とすることができ、絞り加工を行った際に、割れやしわ等の発生を防止することができる。
【００２１】
上記接合される一方の金属の接合面全体に上記メッキ層を設けていると共に、他方の金属の接合面には部分的に非メッキ部を設けることができる。
また、上記接合される両方の金属板の接合面に非メッキ部を設け、これら非メッキ部を対向位置あるいはずれた位置に設けることができる。
このように、真空部の厚みの調整や真空部の配置位置を要求性能に応じて、種々のパターンに容易に設定することができ、所望性能の複合材を容易に得ることができる。なお、メッキ層と金属層とを直接接合することもできる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の参考第１実施形態の複合材であるクラッド材１０を示す。ＩＨジャー炊飯器の内釜等の電磁誘導加熱容器の素材となり、本発明の複合材であり、非磁性金属板と磁性金属板が接合されたクラッド材１０は、図１に示すように、非磁性金属板としてアルミニウム板１を用いて円板形状とし、磁性金属板としてはステンレス板２を用いて円板形状としている。なお、図１中では、図示されていないが、アルミニウム板１の上面にはフッ素コートが施されている。
【００２３】
以下、クラッド材１０の製造方法について詳述する。
まず、アルミニウム板１の上面にフッ素コートが施される。アルミニウム板１の上面側には、図２に示すように、予めエッチング処理により表面に微細な凹凸１ａを形成している。
アルミニウム板１の微細な凹凸加工した上面に、着色されたフッ素樹脂をベースコート４として５〜６０μｍ（本実施形態では２５μｍ）の厚さでコーティングしている。
この際、アルミニウム板１の表面に微細な凹凸１ａを設けることで、フッ素樹脂が表面の凹凸に入り込み、非粘着性のフッ素樹脂によるベースコート４を強固に行うことができる。
【００２４】
更にベースコート４の表面に無色のフッ素樹脂をトップコート５として５〜５０μｍ（本実施形態では２５μｍ）の厚さでコーティングしている。なお、ベースコート４およびトップコート５に用いるフッ素樹脂としては、耐熱性に優れたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン／パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等を用いることが好ましい。
【００２５】
図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、上面にベースコート４及びトップコート５からなるフッ素コートが施されたアルミニウム板１の下面に接合用金属層となる銅メッキ層３を部分的に設け、ステンレス板２の上面に接合用金属層となる銅メッキ層３を全面に設けており、銅メッキ層３を介在させてアルミニウム板１とステンレス板２とを同心に接合したクラッド材１０としている。アルミニウム板１の下面は、銅メッキ層形成時にマスキングを施すことにより、中心位置に円形状の銅メッキ層３、外周縁側に円環状の銅メッキ層３、これら２つの銅メッキ層３の中間に非メッキ部Ｘが設けられている。
【００２６】
クラッド材１０は、アルミニウム板１とステンレス板２の間に、銅メッキ層３が介在されずに未接合である真空部８が設けられている。クラッド材１０は、円形状のブランクとされ、プレス加工で底部と側壁とを備えた電磁誘導加熱容器として成形されるものであり、真空部８はブランクの中心に対して円環形状に設けられ、側壁となる部分の全周に沿って連続して形成されている。
【００２７】
具体的には、銅メッキ層３が互いに対向するようにアルミニウム板１とステンレス板２を積層配置し、熱間一軸加圧法によりホットプレスすることによって、銅メッキ層３を部分的に介在させて、未接合部を真空部８としたクラッド材１０を形成している。
上記ホットプレスとしては、熱間等方向加圧法や熱間一軸加圧法などが挙げられるが、本実施形態では、熱間一軸加圧法によりホットプレスしている。
【００２８】
詳しくは、上面側にフッ素樹脂コート及び下面側に銅メッキ層３が部分的に施されたアルミニウム板１と、上面側に銅メッキ層３が全面に施されたステンレス板２とを上下積層し、加熱炉と油圧プレスを備えた装置で熱と圧力を同時に加えることにより、銅メッキ層３を接着層としてアルミニウム板１とステンレス板２を円環上の真空部８が設けられるように接合している。即ち、非メッキ部Ｘを未接合の真空部８として残存させている。
【００２９】
上記熱間一軸加圧法によるホットプレスは、温度１８０〜６００℃、圧力２００〜１０００ｋｇ／ｃｍ^２、加圧時間１０ｍｉｎ〜３０ｈの条件下で行っており、減圧下または真空下で行っている。これにより、未接合部を真空部８とすることができると共に、接合界面へのガス分子の介在を低減し、接合される金属同士の拡散を促進することもできる。
【００３０】
非磁性金属板は、熱伝導性が良好で伝熱層となるものであれば特に限定されなず、アルミニウム、アルミニウム合金、非磁性ステンレス等の材料が好適に用いられ、本実施形態では熱伝導性や加工性が良好となる点からアルミニウム板１を用いている。
アルミニウム板１は、強度や熱伝導性等の観点から０．５〜５．０ｍｍ（本実施形態では１．７ｍｍ）の厚みのものを使用し、後述する電磁誘導加熱容器６の略展開形状の大きさの円形に打ち抜いている。また、アルミニウム板１の下面側には、接合用金属層となる銅メッキ層３を施し、この銅メッキ層３の厚さは１〜５０μｍ（本実施形態では１０μｍ）としている。
【００３１】
磁性金属板は、高周波磁界により渦電流が流れて発熱層となるものであれば特に限定されず、磁性ステンレス、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、コバルト、コバルト合金等の材料が用いられるが、本実施形態では、磁性のステンレス板２を用いている。
ステンレス板２は、０．１〜３．０ｍｍ（本実施形態では０．５ｍｍ）の厚みのものを使用して、上記アルミニウム板１と同径となるように円形に打ち抜いており、その上面側には、接合用金属層となる銅メッキ層３を施し、この銅メッキ層３の厚さは１〜５０μｍ（本実施形態では１０μｍ）としている。
【００３３】
上記した本発明の参考第１実施形態の複合材であるクラッド材１０を、図４に示すように、深絞り加工で、底壁６ａと側壁６ｂとを備えた炊飯器（電磁誘導加熱容器）の内釜６を形成している。真空部８は、側壁６ｂの全周に沿って連続して配置されている。
【００３４】
このように、電磁誘導により発熱する磁性金属板であるステンレス板２と、伝熱層となる非磁性金属板であるアルミニウム板１との間の真空部８が側壁６ｂとなる位置に設けられることにより、加熱性を維持しながら、断熱性を効率良く高められた電磁誘導加熱容器の内釜６を得ることができる。
【００３５】
また、非メッキ部Ｘを未接合として金属板間に残存させて金属板を接合することで、金属板間に容易に真空部８を形成することができ、溶接等の煩雑な工程を要することなく、従来に比べて非常に容易かつ安価に真空部８を有する複合材からなる電磁誘導加熱容器を得ることができる。
【００３６】
図５は参考第２実施形態を示し、円形状のブランクとなるクラッド材１０’において、真空部８’を側壁となる部分に２つに分割して点在させて設けている。
【００３７】
図６は本発明の実施形態を示し、複合材２０は、銅メッキ層２３を介してステンレス板２２と接合されるアルミニウム板２１には浅い凹部２１ａが設けられており、真空部２８の容積を増大させている。
【００３８】
図７（Ａ）（Ｂ）は参考第３実施形態を示し、アルミニウム板３１とステンレス板３２の両方の金属板に非メッキ部３１Ａ、３２Ａとがそれぞれ設けられており、非メッキ部を対向位置に設けた状態で、銅メッキ層３３を介在させて接合することにより真空部３８を形成している。
【００３９】
図８（Ａ）（Ｂ）は参考第４実施形態を示し、アルミニウム板３１’とステンレス板３２’の両方の金属板に非メッキ部３１Ａ’、３２Ａ’とがそれぞれ設けられており、非メッキ部を各々ずれた位置に設けた状態で、銅メッキ層３３’を介在させて接合することにより真空部３８’を形成している。このように、銅メッキ層どうしではなく、銅メッキ層３３’と対向する金属板とを直接接合することもできる。
【００４０】
図９は参考第５実施形態を示し、接合用金属層をメッキ処理で設ける代わりに、パンチングメタル４３を接合用金属として用いて非磁性金属板４１と磁性金属板４２の間に介在させ、パンチングメタル４３の空孔４３ａにより真空部を設けることもできる。なお、蒸着、イオン蒸着、溶融金属浸漬法あるいは溶融金属溶射法により接合用金属層を設けてもよい。
【００４１】
図１０は参考第６実施形態を示し、下面側に銅メッキ層５３が部分的に施されたアルミニウム板５１Ａと、上面側に銅メッキ層５３が全面に施され、かつ下面側に銅メッキ層５３が部分的に施されたアルミニウム板５１Ｂと、上面側に銅メッキ層５３が全面に施されたステンレス板５２とを順次積層し、真空部５８が複層に存在する構造とした複合材５０を得ている。本実施形態では３枚の金属板を用いているが、４枚以上の複層構造とすることもできる。
【００４２】
また、真空部の形状や大きさ等は適宜設定可能であり、複合材の形状や大きさ等も用途に応じて適宜設定することができる。なお、上記実施形態では、アルミニウム板１にフッ素コートを施した後に、ホットプレスによりクラッド材１０を形成しているが、アルミニウム板とステンレス板とを用いてホットプレスによりクラッド材を形成した後に、アルミニウム板の上面にフッ素コートを施すこともできる。
【００４３】
なお、１枚のクラッド材１０を構成する１組のアルミニウム板１とステンレス板２を、分離材を介して複数組を型内に積層することで、複合材の大量生産が可能となる。
【００４４】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、非磁性金属板と磁性金属板の間に介在させる銅メッキ層からなる接合用金属層の介在状態を適宜変更することで未接合の真空部分を設けることができる。このため、真空部により断熱性能を得ることができると共に、真空部が非磁性金属と磁性金属の間に設けられているため、電磁誘導加熱性をも得ることができる。
【００４５】
また、接合用金属層の配置位置や形状・大きさ、あるいは各金属板の厚みや材質等の組み合わせを適宜変更するだけで、真空部を含めた複合材の構成を自由に設計可能であり、種々の性能の複合材を得ることができる。さらには加工も容易であるため、プレス加工等により所望の形状に容易に形成することができる。
【００４６】
従って、電磁誘導加熱が可能である上に断熱性能にも優れ、要求性能に応じた設計変更が容易であり、汎用性に優れ、種々の用途に用いることができる。例えば、ＩＨジャー炊飯器の内釜や電磁調理器用鍋等の電磁誘導加熱容器等に好適に用いることができる。
【００４７】
さらに、溶接等の煩雑な工程を有することなく、非常に容易かつ安価に、真空部を有し、電磁誘導加熱性と断熱性を併せ持つ複合材を得ることができ、生産コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考第１実施形態の複合材からなるクラッド材の概略斜視図である。
【図２】微細な凹凸加工表面、及びフッ素樹脂のベースコート、トップコートを示す要部拡大断面図である。
【図３】（Ａ）は複合材の接合前の断面模式図、（Ｂ）は接合後の複合材の断面模式図である。
【図４】電磁誘導加熱容器の断面模式図である。
【図５】参考第２実施形態の複合材からなる円形状ブランクの概略斜視図である。
【図６】本発明の実施形態の複合材の断面模式図である。
【図７】参考第３実施形態を示し、（Ａ）は接合前、（Ｂ）は接合後の断面模式図である。
【図８】参考第４施形態を示し、（Ａ）は接合前、（Ｂ）は接合後の断面模式図である。
【図９】参考第５実施形態の複合材の構成を示す図である。
【図１０】参考第６実施形態を示し、（Ａ）は接合前、（Ｂ）は接合後の断面模式図である。
【符号の説明】
１アルミニウム板（非磁性金属板）
１ａ微細な凹凸
２ステンレス板（磁性金属板）
３銅メッキ層（接合用金属層）
４ベースコート（フッ素樹脂層）
５トップコート（フッ素樹脂層）
６電磁誘導加熱容器の内釜
６ａ底壁
６ｂ側壁
８真空部
１０クラッド材
Ｘ非メッキ部

Claims

非磁性金属板と磁性金属板が接合されたクラッド材よりなり、上記接合面の間には接合用金属層が介在されると共に、該接合用金属層が介在されずに未接合の上記非磁性金属板と磁性金属板の間に真空部が設けられ、
上記真空部と対向する上記非磁性金属板あるいは／および磁性金属板には浅い凹部を設けて、真空部の容積を増大していることを特徴とする複合材。
上記クラッド材は円形状のブランクとされ、プレス加工で底壁と側壁とを備えた電磁誘導加熱容器として成形されるものであり、
上記非磁性金属板は、アルミニウム、アルミニウム合金または非磁性ステンレスからなり、
上記磁性金属板は磁性ステンレス、鉄、鉄合金、ニッケル、ニッケル合金、銅、銅合金、コバルトまたはコバルト合金からなり、
上記真空部は上記ブランクの中心に対して円環形状に設けられ、上記電磁誘導加熱容器として成形された状態で、側壁となる部分の全周に沿って連続した真空部、または側壁となる部分に並列した垂直方向、クロス方向に設けられている請求項１に記載の複合材。
上記非磁性金属板の表面に微細な凹凸部が設けられ、該凹凸部の表面にフッ素樹脂層が設けられている請求項１または請求項２に記載の複合材。
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の複合材を製造する方法であって、
上記磁性金属板と非磁性金属板の接合面に予め接合用金属層となる銅メッキ層を設け、該銅メッキ層の形成時にマスキングを施して非メッキ部を設けておき、
上記金属板をホットプレスで接合する時に、非メッキ部を未接合の真空部として残存させていることを特徴とする複合材の製造方法。