JP4720373B2

JP4720373B2 - ステンレスシンク

Info

Publication number: JP4720373B2
Application number: JP2005243614A
Authority: JP
Inventors: 幸達濱野
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2011-07-13
Anticipated expiration: 2025-08-25
Also published as: JP2007056318A

Description

本発明は、イオン注入法により表面を改質させたステンレスシンクに関するものである。

ステンレスシンクは、調理、洗い物等に使用するものであるため汚れが発生しやすいが、シンクの表面を高撥水性のものにすれば、比較的容易に表面に付いた汚れを取り除くことができる。また、シンク表面は鍋、茶碗、包丁などによって傷が付きやすく、その傷が原因で汚れが発生したり腐蝕したりすることがあるが、表面硬度を高くすれば、傷を付きにくくすることができる。

ところが、ステンレスシンクは深絞り形状であるため、平板であれば容易な、表面硬度向上のための炭素の固有拡散処理やショットピーニング処理を実施することは、きわめて困難である。また、メッキや塗装によって表面皮膜処理をして高撥水化、高硬度化することも考えられるが、鍋、茶碗、包丁などにより皮膜ごと削り取られてしまうことがあり、決して防傷性の向上にはつながらない。

なお、高硬度化を実現するために、表面にガラス等を付着した琺瑯仕上げとしたものもあるが、表面に焼付け処理しただけの構造であるため、付着物が剥離されやすい点は解決されていない。
また、表面仕上げを細かくしたり、ヘアラインを入れたりして防汚性、防傷性を向上させたものは従来にはなかった。

本発明は、このような事情を考慮して提案されたもので、その目的は、ステンレスシンク表面の撥水性、硬度を向上させることによって、長期間にわたり防汚性を維持できるステンレスシンクを提供することにある。

なお、ステンレスシンクに関する技術分野で、イオン注入法を利用した先行技術文献は見つかっていない。

上記目的を達成するために請求項１に記載のステンレスシンクは、オーステナイト系ステンレス鋼によって製されたステンレスシンクであって、ステンレスシンクの表面にフッ素イオン、窒素イオンを同時にイオン注入することによって、上記オーステナイト系ステンレス鋼に含まれる添加物元素であるクロム元素と、上記注入したフッ素イオン、窒素イオンとによるフッ化クロム層、窒化クロム層および酸化クロム層が形成されていることを特徴とする。
請求項２に記載のステンレスシンクは、オーステナイト系ステンレス鋼によって製されたステンレスシンクであって、ステンレスシンクの表面にフッ素イオン、炭素イオンを同時にイオン注入することによって、上記オーステナイト系ステンレス鋼に含まれる添加物元素であるクロム元素と、上記注入したフッ素イオン、炭素イオンとによるフッ化クロム層、炭化クロム層および酸化クロム層が形成されていることを特徴とする。

請求項１または２に記載のステンレスシンクによれば、ステンレスシンク表面には、イオン注入法によりフッ素イオン、窒素イオンを、またはフッ素イオン、炭素イオンを同時に注入することによって、ステンレス鋼に含まれる添加物元素と注入した元素とによる化合物層が形成されているため、シンク表面の防汚性を長期間維持できるように、シンク表面を改質することができる。

特に、ステンレスシンクの形状は、炭素の固有拡散処理やショットピーニング処理を実施することが困難な深絞り成型されたものであるが、そのような形状であってもイオン注入法によれば容易に表面処理することができる。

また、元素をイオン注入したステンレスシンクは、塗装等によって製された皮膜とは異なり、上記化合物層を形成することによってステンレス鋼の表面が内部より改質されているため、鍋、茶碗、包丁などにより削り取られることがない。

請求項１または２に記載のステンレスシンクによれば、ステンレスシンクがクロム化合物層を備えているため、撥水性、硬度の向上を実現することができる。

そして、高硬度化することにより表面に傷がつきにくくできるため、傷による汚れを防止でき、高撥水化することにより表面に一時的に付いた汚れを簡単に除去することができる。その結果、ステンレスシンクを長期間にわたり清潔に維持することができる。

また、請求項１または２に記載のステンレスシンクによれば、フッ素イオン、窒素イオンを、またはフッ素イオン、炭素イオンをを同時にイオン注入することによって形成された複数のクロム化合物層を備えているため、撥水性と硬度の両方を向上させることができる。

さらに、請求項１または２に記載のステンレスシンクによれば、ステンレス鋼がクロム含有率の比較的高いオーステナイト系ステンレス鋼であるため、クロム化合物層が形成されやすい。また、クロム含有率が高いため、撥水性、硬度とともに防錆効果にもすぐれている。

以下に、本発明の実施の形態を添付図面とともに説明する。

本発明のステンレスシンクは、ステンレス鋼を母材とした、キッチンに使用される深絞り形成されたシンクであって、イオン注入法により、シンク表面に対し種々の元素を注入させることによって、ステンレス鋼に含まれている添加物元素と注入した元素とによる化合物の層をシンク表面に形成させたものである。

本発明で言及するイオン注入法は、元素をイオン化して、そのイオン化された元素を電圧で加速して高いエネルギーを持たせ、標的材料の表面に衝突させてイオンを材料内部に侵入させる方法である。そして、材料に注入された元素イオンは、その材料に含まれている元素と反応して新たな化合物を生成する。

このイオン注入法をステンレスシンクの表面処理に使用すると、ステンレス鋼に含まれているクロム、ニッケル等の添加物元素と注入した元素とによる化合物の層が形成される。クロムを例にあげると、フッ素を注入するとステンレスシンクの表面にはフッ化クロム層が形成され、窒素を注入すると窒化クロム層が、炭素を注入すると炭化クロム層が形成される。

より具体的には、フッ素を注入する場合にはＣｒＦ、ＣｒＦ２、ＣｒＦ３が生成され、窒素の場合にはＣｒＮ、ＣｒＮ２が、炭素の場合にはＣｒ２Ｃ３、Ｃｒ３Ｃ２が生成される。これらのそれぞれ２〜３種の化合物は、注入元素の注入量によって、生成比率が異なる。

イオン注入法によってフッ化クロム層を表面に形成したステンレスシンクは、水に対する接触角を８０〜１０５°程度まで向上させることができる。つまり、フッ素をイオン注入することにより撥水性の高いシンク表面に仕上げることができる。また、窒化クロム層や炭化クロム層を有したステンレスシンク表面は、表面の硬度（ビッカース硬度）を約１０００Ｈｖまで向上させることができる。

したがって、高硬度化することにより表面に傷を付きにくくすることができるため、傷の付いた箇所の汚れの付着や腐蝕を防止でき、高撥水化することにより表面についた一時的な汚れを容易に除去することができる。その結果、清潔感のあるステンレスシンクを長期間にわたり維持することができる。

また、ステンレスシンクの形状は、炭素の固有拡散処理やショットピーニング処理を実施することが困難な深絞り成型されたものであるが、そのような形状であってもイオン注入法によれば容易に表面処理することができる。

さらに、元素をイオン注入したステンレスシンクは、塗装等によって製された皮膜とは異なり、化合物層を形成することによってステンレス鋼の表面が内部より改質されるため、鍋、茶碗、包丁などにより削り取られることがない。

また、ステンレス鋼には添加物元素としてクロムが含まれているが、このクロムは鉄さびの発生を抑止するために添加されたものである。鉄にクロムを含有させ、クロム含有率が一定以上になると、鉄の酸化現象が軽微になることが知られているが、これは、ステンレスの表面から取り込んだ酸素がクロムと結びつき酸化皮膜（酸化クロム層）を形成するからである。この酸化皮膜は不動態皮膜と呼ばれ、酸化鉄（鉄さび）のようなもろさはなく、非常に強く、その酸化皮膜が鉄さびの発生を防止するように作用する。

上記のようなイオン注入を行った場合、元素注入により形成された化合物層が不動態皮膜である酸化クロム層の形成を阻害することはない。つまり、元素を注入することによって、添加物元素と注入元素とによる化合物の層が形成されるが、酸化クロム層の形成もイオン注入にかかわらず進行する。
すなわち、イオン注入法によりクロム化合物層を形成したステンレスシンクは、表面が高硬度化、高撥水化されているとともに、ステンレス鋼が本来備えている防錆性、耐食性も損なわれることがない。

以下には種々の実施例と比較例を示す。これら実施例および比較例の実施要領と測定結果とを、図１の一覧表に示している。

これらの実施例では、成型された後のステンレスシンクの表面に対しイオン注入しているが、ステンレスシンクの材料となる平板のステンレス鋼に対しイオン注入し、その後、シンク形状に成型するようにしてもよい。

（実施例１）
オーステナイト系ステンレス鋼の一種であるＳＵＳ３０４を母材としてステンレスシンクを成型し、真空中でフッ素イオンに数ＫｅＶ〜数１０ＫｅＶの加速電圧を１０〜６０分かけ、フッ素注入量をコントロールしながら、ステンレスシンク表面にフッ素イオンを注入した。
その結果、ステンレスシンク表面にはフッ化クロム層が形成された。得られたステンレスシンクの表面の水に対する接触角および表面のビッカース硬度を測定したところ、図１に示すように、接触角は１０６°、ビッカース硬度は４５０Ｈｖであった。
なお、オーステナイト系ステンレス鋼は、フェライト系、マルテンサイト系のステンレスよりクロムの含有率が高く、クロム化合物が生成されやすい。

（実施例２）
実施例１と同様の方法によりステンレスシンク表面に窒素イオンを注入した。
その結果、シンク表面に窒化クロム層が形成され、得られたステンレスシンクは図１に示すように、表面の水に対する接触角が９５°、表面のビッカース硬度が１０００Ｈｖであった。

（実施例３）
実施例１と同様の方法によりステンレスシンク表面に炭素イオンを注入した。
その結果、シンク表面に炭化クロム層が形成され、得られたステンレスシンクは図１に示すように、表面の水に対する接触角が９０°、表面のビッカース硬度が８００Ｈｖであった。

（実施例４）
実施例１と同様の方法によりステンレスシンク表面にフッ素イオンと窒素イオンを注入した。
その結果、シンク表面にフッ化クロム層と窒化クロム層がともに形成され、得られたステンレスシンクは図１に示すように、表面の水に対する接触角が１０５°、表面のビッカース硬度が９５０Ｈｖであった。つまり、フッ化クロム層による高撥水化と窒化クロム層による高硬度化の両方の特性を有したステンレスシンクを得ることができた。

（実施例５）
実施例１と同様の方法によりステンレスシンク表面にフッ素イオンと炭素イオンを注入した。
その結果、シンク表面にフッ化クロム層と炭化クロム層がともに形成され、得られたステンレスシンクは図１に示すように、表面の水に対する接触角が１０４°、表面のビッカース硬度が８５０Ｈｖであった。つまり、フッ化クロム層による高撥水化と炭化クロム層による高硬度化の両方の特性を有したステンレスシンクを得ることができた。

（比較例）
図１に示す比較例は、イオン注入を行わないＳＵＳ３０４素地の水に対する接触角と表面のビッカース硬度を測定したもので、接触角は８５°、ビッカース硬度は４００Ｈｖであった。

実施例１〜５および比較例の実施要領と測定結果とを一覧表に示したものである。

Claims

オーステナイト系ステンレス鋼によって製されたステンレスシンクであって、ステンレスシンクの表面にフッ素イオン、窒素イオンを同時にイオン注入することによって、上記オーステナイト系ステンレス鋼に含まれる添加物元素であるクロム元素と、上記注入したフッ素イオン、窒素イオンとによるフッ化クロム層、窒化クロム層および酸化クロム層が形成されていることを特徴とするステンレスシンク。
オーステナイト系ステンレス鋼によって製されたステンレスシンクであって、ステンレスシンクの表面にフッ素イオン、炭素イオンを同時にイオン注入することによって、上記オーステナイト系ステンレス鋼に含まれる添加物元素であるクロム元素と、上記注入したフッ素イオン、炭素イオンとによるフッ化クロム層、炭化クロム層および酸化クロム層が形成されていることを特徴とするステンレスシンク。