TWI711721B - 食品接觸構件之表面處理方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種發揮防污、防蝕、耐磨性、抗菌作用等且無於食品中混入異物或產生有毒氣體之虞之食品接觸構件及其表面處理方法。對金屬或包含金屬之食品接觸構件之與食品之接觸部分,以噴射壓力0.2MPa以上噴射具有與該食品接觸構件之表面硬度同等以上之硬度之#220~#800(JIS R6001-1973)之大致球狀之細粒並使其等碰撞,於碰撞部產生局部性且瞬間性之溫度上升,使表面組織微細化,並且於上述食品接觸構件之整個表面形成多個光滑之圓弧狀凹處,進而對該表面以噴射壓力0.2MPa以上噴射由#100~#800(JIS R6001-1973)之鈦或鈦合金所構成之粉體,使作為光觸媒或半導體觸媒發揮作用之氧化鈦擴散滲透至與上述食品之接觸面之表面附近,藉此賦予防污、防蝕、耐磨性、抗菌作用。

Description

食品接觸構件之表面處理方法
本發明係關於一種表面處理方法,其係對食品製造裝置或食品搬送裝置、食品計量裝置、食品檢查裝置、或其他處理食品之各種裝置之構成構件中,如與食品接觸之構成構件、或使用於食品之包裝之包裝容器、烹調食品之烹調器具等其自身與食品接觸之構件(於本發明中,將該等總稱為「食品接觸構件」)及至少與食品接觸之部分所進行之表面處理方法。
再者,本發明中所謂「食品」,包含所有飲料及食物,內服藥或補充品等屬於醫藥品或準藥品者及供飲食者均符合此處所述之「食品」。
又,本發明中之「食品」中,除最終供飲食之狀態者之外,亦包含其原料或中間產物。
如上所述,於具有與食品接觸之表面之食品接觸構件中,為防止食品附著於表面,謀求防污或防蝕等,而以氟系樹脂材料形成與食品接觸之部分,或於與食品接觸之部分之表面塗布氟樹脂。
作為一例,於下文揭示之專利文獻1中提出,於藉由烘烤丸子等食品而使食品帶有色澤之食品烘焙機中,利用氟系樹脂素材形成耐熱片材帶,該耐熱片材帶自由裝卸地繞掛於食品搬送帶之表面整周,並於其上載置食品。
又,於下文揭示之專利文獻2中,揭示有麵包、蛋糕之烘烤模具、煎鍋、電飯煲內膽等食品烹調器具或加熱烹調器具等中使用之被覆氟樹脂 膜之鋼板。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利第5319008號公報
[專利文獻2]日本特開平09-136382號公報
氟樹脂具有撥水性及撥油性優異,並且耐化學品性、耐候性、電絕緣性、耐磨性等方面亦優異之性質。因此,如上所述藉由利用氟系樹脂材料形成食品接觸構件,或對食品接觸構件之表面塗布氟樹脂,不僅能夠使污垢等難以附著,亦能夠提高食品接觸構件之耐候性或耐蝕性、耐磨性。
然而,由於氟系樹脂所具有之上述特性,氟系樹脂材料之加工較難,又,對於其他構件等之接著性較差等,於欲藉由氟系樹脂形成食品接觸構件或其一部分之情形時,受到加工方法或安裝構造之制約。
又,於塗布氟樹脂之構成中,因隨著時間推移塗布膜從食品接觸構件之表面剝離而失去上述效果,故需要定期地進行氟樹脂之再塗布,或需要更換塗布剝離後之構件。因此,不僅維護較為繁雜,亦有剝離之薄片作為異物混入食品之虞。
並且,報告稱氟樹脂被加熱至某固定溫度〔作為代表性之氟樹脂之聚四氟乙烯(PTFE)為315~375℃〕以上時產生之氣體具有較高之毒性。因此,進行再塗布之前無法焚燒處理剝離之廢舊之氟樹脂,需要利用安全之方法處理,故不僅處理之費用增加,亦無法用於以上述溫度以上之溫度使用之食 品接觸構件。
進而,報告稱於醫藥品等之粉體包裝機械中,若於與粉體之接觸面進行氟樹脂塗布,則由於靜電之產生,粉體之流動較差。
因此,近年來,對於與人所食用之食品接觸之上述食品接觸構件,食品處理業界有控制氟樹脂之使用之傾向。
再者,作為對於上述食品接觸構件之代替氟樹脂塗布之表面處理方法,例如研究進行類鑽石-碳(DLC)之塗布,但進行DLC塗布之情形時,與進行氟樹脂塗布之情形相比成本大幅增長,故期望一種表面處理方法及食品接觸構件,其以更低成本,藉由較為簡單之處理代替上述氟樹脂,可對食品接觸構件賦予防止食品之附著或防污性、耐蝕性、耐磨性、抗菌性等。
又,即便為DLC塗布,亦為進行塗布者,且與氟樹脂塗布之情形同樣地,有因被膜之剝離而產生之薄片作為異物混入食品之虞。
若欲防止此種塗布膜之剝離所伴隨之異物混入食品,則採用未於食品接觸構件之表面設置塗布膜之構成。然而,於此情形時,由於與食品所含之水分及鹽分等接觸,於食品接觸構件之表面生銹,因此不僅食品或污垢易附著於生銹部分,亦有沈積之鏽剝離並作為異物混入食品之虞。
因此,於未於食品接觸構件之表面形成塗布膜之構成中,需要利用某些方法賦予耐蝕性、防銹性。
因此,本發明係為滿足上述期望而成者,目的在於提供一種食品接觸構件及其表面處理方法,該食品接觸構件及其表面處理方法係能夠藉由較為簡單之處理並以低成本進行之表面處理,亦無異物混入食品、及伴隨加熱等產生有毒氣體等弊端,能夠對食品接觸構件之表面同時賦予防污性、耐蝕性、防銹性、耐磨性、及抗菌性等。
為達成上述目的,本發明之食品接觸構件之特徵在於:由金屬或包含金屬之材質所構成,使與食品接觸之食品接觸構件之與上述食品之接觸表面之組織微細化,並且於整個上述接觸表面形成多個無尖銳凸部之光滑之圓弧狀凹處,且使氧化鈦擴散滲透至與上述食品之接觸表面之表面附近而成(請求項1)。
亦可為,包含上述氧化鈦之表面層之厚度約為0.5μm,並活化吸附於形成在上述食品接觸構件之表面之上述微細化後之表面組織,且上述氧化鈦從基材表面擴散滲透至內部約5μm之深度(請求項2)。
亦可為,擴散滲透至上述表面層之上述氧化鈦具備梯度構造,該梯度構造係於上述食品接觸構件之表面附近與氧之結合量較多,隨著從表面進入內部,與氧之結合量逐漸減少(請求項3)。
為達成上述目的,本發明之食品接觸構件之表面處理方法之特徵在於:進行瞬間熱處理,該瞬間熱處理係對由金屬或包含金屬之材質所構成並具有與食品接觸之表面之食品接觸構件之與上述食品接觸之接觸表面,以噴射壓力0.2MPa以上噴射具有與上述食品接觸構件之接觸表面硬度同等以上之硬度之#220~#800(JIS R6001-1973)之大致球狀之細粒並使其等碰撞,於碰撞部產生局部性且瞬間性之溫度上升;使上述食品接觸構件之與食品之接觸表面之組織微細化,並且於與上述食品之整個接觸表面形成多個無尖銳凸部之光滑之圓弧狀之凹處, 對進行了上述瞬間熱處理之上述食品接觸構件之接觸表面,以噴射壓力0.2MPa以上噴射由#100~#800(JIS R6001-1973)之鈦或鈦合金所構成之粉體,使氧化鈦擴散滲透至與上述食品之接觸表面之表面附近(請求項4)。
亦可進行預處理步驟,該預處理步驟係對上述瞬間熱處理前之 上述食品接觸構件之至少與上述食品接觸之部分,以0.2MPa以上之噴射壓力噴射#220~#800(JIS R6001-1973)之碳化物粉體,使上述碳化物粉體中之碳元素擴散至上述食品接觸構件之表面(請求項5)。
於上述預處理步驟中噴射之碳化物粉體較佳為碳化矽,更佳為SiCα(請求項6)。
藉由以上說明之本發明之構成,並根據本發明之食品接觸構件及其表面處理方法,可獲得以下顯著之效果。
於利用本發明之方法進行表面處理之食品接觸構件中,利用噴射兩種粒體之較為簡單之方法,可於食品接觸構件形成食品及污垢較難附著、耐磨性及耐蝕性優異、並發揮抗菌作用之表面。
並且,可提供如下之食品接觸構件及食品接觸構件之表面處理方法,於本發明之表面處理方法中,可利用噴射粒體之較為簡單之作業對食品接觸構件賦予上述效果,因此不僅可於短交付期內進行表面處理,亦與氟樹脂塗布不同,並非藉由塗布膜之形成而謀求防污等,而藉由基於上述瞬間熱處理之表面組織微細化及圓弧狀凹處之形成、基於鈦粉體之噴射之氧化鈦之擴散滲透而獲得上述效果,因此,不會因塗布膜剝離而失去表面處理之效果,且無剝離之塗布膜之薄片作為異物混入食品之擔憂。
進而,於利用本發明之方法進行表面處理之食品接觸構件中,不僅無如氟樹脂塗布般因加熱產生有毒氣體之虞,擴散滲透至食品接觸構件之表面之氧化鈦亦作為光觸媒或半導體觸媒發揮作用,尤其因於加熱下觸媒更為活化,故不僅可獲得由觸媒所具有之還原作用帶來之耐蝕性之提高及防銹效果,亦可發揮防臭或除臭、有毒氣體之分解、抗菌、抗黴等適用於與食品接觸之機械或器具之作用。
再者,於進行對瞬間熱處理前之食品接觸構件之表面噴射特定之碳化物粉體,例如碳化矽(SiC),較佳為SiCα之粉體之預處理步驟之情形時,藉由使碳化物粉體中之碳擴散滲透至食品接觸構件之表面,可進一步提高表面附近之硬度,可獲得耐磨性等之進一步提高,藉此可更長期地持續發揮藉由上述表面處理所獲得之效果。
圖1係拍攝CASS試驗後之試驗片(未處理)之表面狀態之照片。
圖2係拍攝CASS試驗後之試驗片(實施例)之表面狀態之照片。
以下,說明本發明之食品接觸構件之表面處理方法。
[處理對象:食品接觸構件]
關於本發明之表面處理方法,食品製造裝置或食品搬送裝置、食品計量裝置、食品檢查裝置、或其他各種處理食品之裝置之構成構件中,與食品接觸之構成構件,例如設置於該等裝置之漏斗或流槽之內表面、用以拉長點心或生麵團之壓延滾輪之外周、載置食品之托盤或金屬絲網表面、食品成型用之模具之成型面、食品之包裝所使用之包裝容器(例如罐)、煎鍋或鍋等烹調器具般具有與食品接觸之表面之構件均符合本發明所述之食品接觸構件。
作為處理對象之食品接觸構件之材質只要為包含金屬者則並無特別限定,作為一例,以不鏽鋼(SUS材)、碳工具鋼(SK材)、合金工具鋼(SKS、SKD、SKT材)等各種鋼材製成者均可為本發明之處理對象,又,除 高速工具鋼(SKH材)等鋼材之外,對於超硬合金等燒結金屬、Cu-Be合金、其他非鐵金屬合金製之食品接觸構件等各種材質之食品接觸構件亦可作為對象。
又,食品接觸構件亦可未必整個由金屬材料形成,而一部分包含其他成分、例如陶瓷等。
[表面處理]
對以上說明之食品接觸構件之至少與食品接觸之部分之表面,進行以下說明之本發明之表面處理。
(1)預處理步驟
本步驟(預處理步驟)係根據需要而進行之步驟,根據食品接觸構件之用途等不同而未必需要進行該步驟,並非本發明中之必需步驟。
本步驟中,對作為處理對象之食品接觸構件之表面乾式噴射碳化物粉體,對表面進行調整,例如去除於製造食品接觸構件時藉由放電加工或切削加工而產生於表面之放電硬化層或軟化層,或去除於切削、研削及研磨加工時產生之具有方向性之加工痕跡(切削痕跡、研磨痕跡、刀痕等)等,並且使碳化物粉體中之碳元素擴散、滲透至食品接觸構件之表面,於常溫下進行滲碳。
作為所使用之碳化物粉體,可使用例如B4C、SiC(SiC(α))、TiC、VC、石墨、金剛石等碳化物之粉體,較佳為使用SiC,更佳為使用SiC(α)。
關於所使用之碳化物粉體,於以去除放電硬化層或軟化層、去除具有方向性之加工痕跡為目的進行時,作為一例較佳為將燒成之碳化物系陶 瓷粉碎後,使用藉由篩分獲得之多角形狀之粉體進行,以發揮較高之切削力,不以此種切削為目的之情形時,碳化物粉體之形狀並無特別限定,可使用球狀及其他各種形狀者。
關於所使用之粉體之大小,為獲得實現碳元素之擴散滲透所需之噴射速度,使用#220(JIS R6001-1973)(105μm以下~44μm)~#800(JIS R6001-1973)(平均直徑之平均22μm~18μm),較佳為使用#240(JIS R6001-1973)(平均直徑之平均87.5μm~73.5μm)或粒徑更小之(粒度號數(#)更大)所謂之「細粉」。
作為將此種碳化物粉體噴射至食品接觸構件之表面之方法,只要能夠以乾式噴射粉體則可使用已知之各種噴射裝置,就相對容易調整噴射速度及噴射壓力而言,較佳為使用空氣式噴射裝置。
作為此種空氣式噴射加工裝置,有直壓式、吸入式之重力式、或其他噴射裝置等各種裝置,可使用其中任一種,只要為具備能夠以噴射壓力0.2MPa以上進行乾式噴射之性能者,則其型號等並無特別限定。
若利用上述噴射裝置對與食品接觸之部分之食品接觸構件之表面以高速乾式噴射如上之碳化物粉體,則去除因放電加工或切削加工所造成之於食品接觸構件之製造時產生之放電硬化層或軟化層、具有方向性之加工痕跡等,食品接觸構件之表面被調整為無方向。
又,因碳化物粉體與食品接觸構件表面之碰撞,而於碳化物粉體碰撞之部分之食品接觸構件之表面,局部地造成溫度上升,並且碳化物粉體亦被加熱而熱分解,上述碳化物粉體之碳化物中之碳元素擴散滲透至食品接觸構件之表面,藉此該部分之碳量增加,可大幅提高進行預處理步驟後之食品接觸構件表面之硬度。
如此,本發明中,作為上述預處理,藉由利用噴射處理使碳化 物粉體碰撞食品接觸構件時之上述碳化物粉體之溫度上升引起之加熱分解、及藉由該分解產生之上述碳化物粉體中之碳元素擴散滲透至食品接觸構件表面,而進行滲碳處理。
根據利用該方法所進行之預處理,碳元素對食品接觸構件之擴散滲透具有梯度構造,即,於其最表面附近最為顯著,增加之碳量亦較多,並因此向食品接觸構件之內部藉由上述擴散所增加之碳量,隨著該深度處之碳量距表面越遠(越深)逐漸減少,於一定之深度碳量減少至未處理之狀態。
再者,雖然於上述碳化物粉體碰撞食品接觸構件之表面時碳化物粉體及食品接觸構件局部地溫度上升,但該溫度上升係局部性且瞬間性者,故不會產生如於滲碳爐內加熱整個食品接觸構件而進行之一般性之滲碳處理中的熱處理引起之食品接觸構件之變形或相變等,又,因產生微細之碳化物故密接強度較高,亦不會產生滲碳異常層。
(2)瞬間熱處理步驟
關於本步驟(瞬間熱處理步驟),對作為處理對象之食品接觸構件之至少與食品接觸之部分之表面(於進行上述預處理步驟之情形時,為預處理步驟後之表面),乾式噴射球狀粉體,於食品接觸構件之表面形成無數圓弧狀之微小之凹處,並且使食品接觸構件之表面附近之組織微細化,謀求表面硬度之進一步提高。
作為所使用之球狀粉體,只要為具有與作為處理對象之食品接觸構件之硬度同等以上之硬度者則其材質並無特別限定,例如除各種金屬製之粉體之外,亦可使用陶瓷製之粉體,還可使用與上述碳化物粉體相同之材質之粉體(碳化物)。
球狀粉體係使用球狀者而如上所述般能夠於食品接觸構件之表 面形成無數圓弧狀之微小之凹部。
再者,於本發明中所謂「球狀」,無須嚴格為「球」,亦包含不具有角之與球相近之形狀。
關於此種球狀粉體,作為一例,對於金屬系之材質者則可利用霧化法獲得,對於陶瓷系者則可於粉碎後藉由熔融獲得。
作為所使用之粉體之粒徑,為獲得用以藉由碰撞使食品接觸構件之表面塑性變形而形成半圓形狀之凹部(凹坑)所需之噴射速度,使用#220(JIS R6001-1973)(105μm以下~44μm)~#800(JIS R6001-1973)(平均直徑之平均22μm~18μm)者,較佳為使用#240(JIS R6001-1973)(平均直徑之平均87.5μm~73.5μm)或粒徑更小之(粒度號數(#)較大)之所謂「細粉」。
又,作為對食品接觸構件之表面噴射此種球狀粉體之方法,與於預處理步驟之說明中作為碳化物粉體之噴射方法進行說明之情形同樣地,只要為可進行乾式噴射者則可使用已知之各種噴射裝置,只要為具備能夠以噴射壓力0.2MPa以上進行噴射之性能者,則其型號等並無特別限定。
若對食品接觸構件之與食品之接觸面噴射如上之球狀粉體,則藉由該球狀粉體之碰撞,於食品接觸構件之表面之與球狀粉體之碰撞部分產生塑性變形。
其結果為,即便於進行使用多角形狀之碳化物粉體之預處理步驟之情形時,且即便於產生由與該碳化物粉體之碰撞所進行之切削而於食品接觸構件之表面形成之具有尖銳形狀之山頂之凹凸之情形時,亦藉由該尖銳之山頂被壓潰而於食品接觸構件之整個表面無規則地形成無數光滑之圓弧狀凹處(凹坑),而改善表面粗糙度。
又,認為同時亦被賦予利用所謂「珠擊法」所獲得之效果,即,藉由於與球狀粉體之碰撞時產生之發熱,進行於碰撞部瞬間性地產生局部 性之加熱與冷卻之瞬間熱處理,並且藉由形成圓弧狀凹處時之塑性變形使食品接觸構件之表面微晶化並發生加工硬化,與預處理步驟後之狀態相比食品接觸構件之表面硬度更為提高,且因表面發生塑性變形而被賦予壓縮殘留應力,藉此食品接觸構件之疲勞強度等亦提高。
(3)鈦粉體之噴射
對如上所述般進行瞬間熱處理後之食品接觸構件之至少與食品之接觸面進而噴射鈦或鈦合金製之粉體(以下,將該等總稱為「鈦粉體」),使氧化鈦擴散、滲透至食品接觸構件之表面。
此種鈦粉體只要為#100(JIS R6001-1973)(210μm以下~74μm)~#800(JIS R6001-1973)(平均直徑之平均22μm~18μm)者則其形狀並無特別限定,可使用球狀、多角形狀、及其他各種形狀者。
又,亦可將具有助長氧化鈦之觸媒功能之效果之貴金屬(Au、Ag、Pt、Pd、Ru等)之粉體於相對於上述鈦粉體以重量比計約0.1~10%之範圍內混合並噴射。
再者,以下之說明中,於不特別將貴金屬粉體與鈦粉體分開說明之情形時,亦包含混入貴金屬之鈦粉體,總稱為鈦粉體。
如此,於噴射混合有貴金屬之粉體之鈦粉體之情形時,兩粉體之粒徑未必相同,亦可使用鈦粉體與貴金屬粉體粒徑不同者。
尤其因貴金屬粉體之比重較鈦粉體大,故亦可以如下方式進行調整:使金屬粉體之粒徑小於鈦粉體而使兩粉體各自之重量接近,藉此使兩粉體之噴射速度等大致相同。
作為對食品接觸構件之表面噴射以上說明之鈦粉體之方法,與於預處理步驟及瞬間熱處理步驟之說明中作為碳化物粉體或球狀細粒之噴射方 法進行說明之情形同樣地,只要為可進行乾式噴射者則可使用已知之各種噴射裝置,只要為具備能以噴射壓力0.2MPa以上進行噴射之性能者,則其型號等並無特別限定。
若對具有藉由瞬間熱處理步驟而被微晶化之表面之食品接觸構件之表面噴射以上說明之鈦粉體並使其等碰撞,則鈦粉體之速度於該碰撞之前後變化,對應下降之速度之能量成為局部地加熱碰撞部分之熱能。
藉由此熱能,構成噴射粉體之鈦粉體於食品接觸構件之表面被加熱,故鈦活化吸附於食品接觸構件之表面並擴散滲透。此時,鈦之表面與壓縮氣體中之氧或大氣中之氧反應而發生氧化,於食品接觸構件之表面形成包含母材、及擴散滲透至該母材之氧化鈦(TiO2)之表面層。
包含氧化鈦之表面層之厚度約為0.5μm左右,其活化吸附於藉由瞬間熱處理形成於食品接觸構件之表面之微細化後之表面組織,經氧化之鈦(於包含貴金屬粉體之情形時為氧化鈦及貴金屬)從基材表面擴散滲透至內部約5μm之深度。
再者,擴散滲透至如此形成之表面層之鈦係藉由碰撞時之發熱與壓縮氣體或大氣中之氧方式反應而氧化者,因此具備梯度構造,該梯度構造係於溫度最高之表面附近與氧之結合量較多,隨著從表面進入內部,與氧之結合量逐漸減少。
[實施例]
分別於試驗例1表示針對本發明之食品接觸構件之試驗片進行耐蝕性之評估試驗之結果,於試驗例2表示針對進行了本發明之表面處理之試驗片進行抗菌試驗之結果,並且於試驗例3~7表示應用於應對各種食品之食品接觸構件之例。
[試驗例1]耐蝕試驗
(1)試驗之目的
確認本發明之食品接觸構件於未受到光照射之環境下亦發揮防腐蝕效果。
(2)試驗方法
藉由焊接(TIG焊接)SUS304並賦予拉伸殘留應力,製成易產生應力腐蝕破裂之試驗片,分別對僅焊接而未處理之試驗片與焊接後之本發明之食品接觸構件之試驗片(藉由瞬間熱處理+鈦粉體之噴射進行表面處理者),根據JIS H 8502:1999之「7.3CASS試驗方法」進行CASS試驗。
與僅將鹽水噴霧而進行之鹽水試驗不同,此處所進行之CASS試驗係將添加氯化銅與乙酸且酸性調整為pH3.0~3.2之食鹽水噴霧而進行耐蝕性之試驗者,係於極為嚴苛之腐蝕環境下所進行之耐蝕性之試驗。
再者,以下述之表1表示CASS試驗之試驗條件。
Figure 107146314-A0305-02-0014-1
(3)試驗結果及分析
於圖1(未處理)及圖2(實施例)表示CASS試驗後之試驗片之狀態。
如圖1所示,確認於未處理之試驗片中表面產生紅鏽。
相對於此,於本發明之食品接觸構件之試驗片中,如圖2所示無法確認生銹,保持CASS試驗前之潔淨之狀態,於上述試驗片中,可確認獲得極高之耐蝕性。
此處,已知珠擊法具有釋放於焊接時產生於試驗片之拉伸殘留壓力並賦予壓縮殘留應力之作用,因此,具有防止應力腐蝕破裂之效果,但未防止腐蝕(鏽)本身之產生。
如此,於本發明之食品接觸構件之試驗片中,認為防止生銹之效果與其說係噴射球狀之細粒而進行之瞬間熱處理之效果,倒不如說係藉由鈦粉體之噴射形成於表面之氧化鈦被膜發揮作為光觸媒或半導體觸媒之作用(還原性)而獲得者。
再者,於CASS試驗中,為將試驗槽內之環境維持於固定狀態,使用帶有蓋之試驗槽進行試驗,故試驗中,未對試驗片進行光之照射。
另一方面,於CASS試驗中,將試驗槽內之溫度設為50±2℃進行試驗,故將試驗片之溫度亦加溫至50±2℃,認為藉由於此種經加溫之狀態進行試驗,氧化鈦之被膜發揮作為光觸媒或半導體觸媒之作用。
如此,雖然未必明確於未受到光之照射之環境下發揮作為光觸媒之作用之原因,但工業上生產之氧化鈦若於高溫下加熱則失去氧,從白色變為黑色,此種帶有黑色者顯示半導體之性質。即,若成為缺乏氧結合之狀態,則顯示作為半導體之性質。
如上所述,利用本發明之方法擴散滲透至食品接觸構件之表面之氧化鈦具備梯度構造,該梯度構造係於食品接觸構件之表面附近與氧之結合量最多,隨著從表面進入內部,與氧之結合量逐漸減少,因此認為存在於內部之氧化鈦缺乏與氧之鍵結,具有作為半導體之性質。
因此,認為藉由於加溫下使用而作為因熱激發產生電荷轉移而帶來電荷轉移型氧化還原效果之觸媒(於本說明書中稱為「半導體觸媒」)發揮作用。
一般而言,半導體觸媒必須設為具有特殊構造之觸媒,例如摻雜電子釋出元素或電子接受元素等,藉由利用噴射鈦粉體之較為簡單的方法所得之氧化鈦之被膜獲得因熱發揮觸媒作用之效果遠遠地超過預期。
再者,於以噴射壓力0.5MPa噴射#400(直徑53μm~30μm)之高速鋼製細粒而進行瞬間熱處理後之試驗片的靠近焊接部之平滑部,表面粗糙度Ra為0.3μm,表面硬度於未處理之狀態下為300 Hv者提高至580 Hv。
另一方面,於對在上述條件下進行了瞬間熱處理之試驗片進而以噴射壓力0.4MPa噴射粒徑150μm~45μm之鈦粉體之本發明之實施例之試驗片的靠近焊接部之平滑部,表面粗糙度Ra改善為0.2μm,另一方面,處理後之表面硬度仍然為580 Hv,未發生變化。
此處,鈦之硬度為300 Hv左右,但作為鈦之氧化物之氧化鈦(TiO2)之硬度達到1000 Hv,故用於噴射之鈦粉體之表面硬度亦藉由氧化被膜之形成,成為較瞬間熱處理後之試驗片之表面硬度即580 Hv更高之1000 Hv左右之硬度。
因此,於本發明之表面處理方法中,考慮藉由對瞬間熱處理後之表面噴射鈦粉體,而進行將瞬間熱處理時因與細粒之碰撞而形成之表面凹凸之凸部前端壓潰而平滑化之壓光。
即,於瞬間熱處理後之試驗片之表面成為不僅形成藉由細粒之碰撞所形成之凹處(凹坑),亦於形成之凹處與凹處之間形成尖銳之凸部的狀態。
對此,藉由進而對瞬間熱處理後之表面噴射鈦粉體,將形成於 表面之凹凸之凸部壓碎而平滑化(壓光),藉此變為無尖銳之凸部之光滑形狀之凹處,認為此會如上所述降低表面粗糙度Ra之數值。
如此,於本發明之食品接觸構件之表面處理方法中,認為會改變成如下之構造:保留藉由瞬間熱處理產生之凹處(小凹坑),減少與食品之接觸面積而難以產生食品之附著,不僅如此,藉由將與食品接觸時成為阻力之尖銳凸部之山頂部分壓碎而平滑化,由作為氧化鈦之光觸媒或半導體觸媒效果進行防污及防蝕,隨之,不僅食品之附著防止效果提高,加工後之表面本身亦難以附著食品之方面亦優異。
[試驗例2]抗菌試驗
(1)試驗之目的
確認本發明之食品接觸構件發揮抗菌效果。
(2)試驗方法
將本發明之食品接觸構件之試驗片與未處理之試驗片分別放入滅菌培養皿,對其試驗面接種引起細菌感染之Legionella屬菌(嗜肺性退伍軍人桿菌)之接種用菌液0.3mL,並於其上覆蓋被覆膜後,於40℃且相對濕度90%以上之條件下照射黑光燈並使其接觸1~3小時,於1小時後及3小時後,使用滅菌磷酸緩衝液將附著於檢體與被覆膜之試驗菌液洗出至其他滅菌培養皿。
將洗出之菌液,使用Legionella MWY瓊脂培養基(關東化學股份有限公司)於35℃下培養5日,求出菌數。將試驗結果表示於下述表2。
Figure 107146314-A0305-02-0018-2
(3)試驗結果及分析
於未處理之試驗片中,Legionella屬菌於60分鐘後根本未減少,即使經過180分鐘後其減少數亦較小。
相對於此,於本發明之食品接觸構件之試驗片中,Legionella屬菌於60分鐘後減少至半數以下,並且於180分鐘後減少至未檢測出之狀態,確認具有較高之抗菌效果。
又,由於發揮此種較高之抗菌效果,故可確認藉由噴射鈦粉體擴散滲透至試驗片之表面之氧化鈦發揮作為光觸媒或半導體觸媒之作用。
再者,雖省略了詳情,但亦可藉由試驗確認:藉由利用本發明之方法進行表面處理,可獲得除上文揭示之Legionella屬菌之外,亦針對金黃色葡萄球菌或大腸桿菌之抗菌性。
如此,藉由利用本發明之方法進行表面處理,賦予較高之抗菌性,藉此可謂本發明之表面處理適用於與食品接觸之食品接觸構件之表面處理。
[試驗例3]針對乾果製造用之乾燥網之加工例
(1)處理條件
將於製造乾果(芒果)時,於放置經切片之果肉並使其乾燥時所使用之金屬製之乾燥網(SUS304)作為食品接觸構件,以下述表3所示之條件對該乾燥 網進行本發明之表面處理(實施例1)。
作為比較例,使用進行氟樹脂塗布之乾燥網(比較例1)及未處理之乾燥網(比較例2)。
Figure 107146314-A0305-02-0019-3
(2)試驗方法及試驗結果
分別使用利用本發明之方法進行表面處理之乾燥網(實施例1)、進行氟樹脂塗布之乾燥網(比較例1)、與未處理之乾燥網(比較例2)製造乾果(芒果)。
將切片至厚度5mm之芒果分別擺放於配置在乾燥箱(暗室)內之實施例1及比較例1、2之乾燥網上,向上述乾燥箱內24小時導入來自加熱器之熱風,使其乾燥後,觀察回收完成之乾果時之剝離性及剝離後之乾燥網之污垢之狀態。將其結果表示於表4。
Figure 107146314-A0305-02-0020-4
(3)分析等
於進行氟樹脂塗布之乾燥網(比較例1)中,雖然果糖之附著或剝離不良等問題較少,但由於塗布膜之剝離,須約每1個月進行氟樹脂之再塗布。
又,因有剝離之塗布之一部分作為異物混入食品之虞,故近年來停止使用氟樹脂塗布品,轉為使用未處理之乾燥網(比較例2)。
然而,於使用未處理之乾燥網(比較例2)之情形時,由於因果糖之附著所造成之污垢、與因剝離不良所造成之果肉之附著,使用後之乾燥網明顯變髒,每次使用未處理之乾燥網(比較例2)均需要使用清潔劑及刷進行清潔,使用後之清潔需耗費大量勞力與時間,並且清潔需耗費大量水,因此使用後之處理需花費大量成本。
相對於此,於利用本發明之方法進行表面處理之乾燥網(實施例1)中,與進行氟樹脂塗布之情形相同,無果糖之附著,亦未確認到剝離不良,於使用後亦未藉由目視確到認污垢之附著。
又,藉由噴射鈦粉體,於利用本發明之方法進行表面處理之乾燥網(實施例1)中,亦發揮抗菌效果(參照上文揭示之「[試驗例2]抗菌試驗」欄),故使用後,僅以水清洗即可再使用,又,經過1個月表面處理之效 果亦持續,故無須再次進行表面處理。
關於利用本發明之方法進行表面處理之乾燥網(實施例1)中之此種效果,認為藉由利用瞬間熱處理所進行之凹坑之形成,構成乾燥網之線材之表面與果肉之接觸面積減少,藉由瞬間熱處理而線材之表面組織微細化且高硬度化,耐磨性等提高,其結果為表面處理之效果長期持續,除此之外,藉由噴射鈦粉體使氧化鈦擴散滲透至線材之表面,氧化鈦作為光觸媒或半導體觸媒發揮作用,由此使污垢難以附著並且分解附著之污垢,從而獲得上述效果。
再者,於本試驗中,如上所述於暗室之乾燥箱內進行乾果之製造,因此認為與上述耐蝕性試驗(試驗例1)之情形同樣地,藉由利用熱之觸媒功能之活化,獲得防污或良好之剝離性等效果。
又,於利用本發明之方法進行表面處理之乾燥網(實施例1)中,亦確認可消除金屬絲網撓曲之效果。
[試驗例4]針對食材投入用漏斗(funnel)之加工例
(1)處理條件
將安裝於食品製造裝置之食材投入用漏斗(下端出口直徑30mm、上端入口直徑140mm、高度270mm)作為食品接觸構件,以下述表5所示之條件,利用本發明之方法對該漏斗之整個內表面及外表面之一部分(距下端出口高度30mm之範圍)進行表面處理(實施例2)。
作為比較例,使用未處理之漏斗(比較例3)。
Figure 107146314-A0305-02-0022-5
(2)試驗方法及試驗結果
分別使用利用本發明之方法進行表面處理之漏斗(實施例2)與未處理之漏斗(比較例3),投入食材,觀察食材之附著狀態與因食材之鹽分及水分所造成之腐蝕之產生狀態,並且將因腐蝕與食材之附著而於漏斗之下端出口與連結於下端出口之配管之密封部產生密封不良時作為更換時期(壽命)評估。將其結果表示於表6。
Figure 107146314-A0305-02-0022-6
(3)分析等
作為食材投入用漏斗,雖然一般使用對表面進行氟樹脂塗布者,但由於異物混入食品之問題,故轉而使用未處理之漏斗(比較例3)。
然而,於使用未處理之漏斗(比較例3)之情形時,由於食材所包含之鹽分及水分而於相對較短之期間內產生腐蝕,食材附著於漏斗之下端出口與連接於該下端出口之配管之密封部,由此產生密封不良,需約每3個月將漏斗更換為新品。
相對於此,於利用本發明之處理方法進行表面處理之漏斗(實施例2)中,不僅食材難以附著於進行了表面處理之部分,且如上所述藉由鈦粉體之噴射使氧化鈦擴散滲透至表面而發揮作為光觸媒或半導體觸媒之作用,藉此,因還原性而難以產生氧化(腐蝕),可防止密封部之腐蝕。
其結果為,於利用本發明之方法處理之漏斗(實施例2)中,長期發揮良好之密封性,可無須更換地使用約1年,其係未處理之漏斗(比較例3)之4倍。
再者,於使用未處理之漏斗(比較例3)之情形時,有時漏斗之金屬臭味會轉移至食品,但使用利用本發明之方法進行表面處理之漏斗(實施例2)之結果為,金屬臭味難以轉移至食品。
關於此種效果,如由先前「[試驗例1]耐蝕試驗」欄所示之CASS試驗結果所瞭解,藉由因氧化鈦之擴散滲透所獲得之觸媒作用而耐蝕性提高,藉此抑制金屬成分溶出至食品,並且藉由觸媒作用而分解臭味成分,藉此可較佳地防止金屬臭味向食品轉移。
[試驗例5]針對定量粉末包裝機械之轉子之加工例
(1)處理條件
將設置於食用粉末之定量包裝所使用之包裝機械之計量用轉子(其係相對 於輪轂呈放射狀地焊接10片板狀之葉片之水輪機模具,一面旋轉一面將積於葉片間經計量之粉末送至包裝步驟,藉此實現定量供給者)作為食品接觸構件,對該轉子之整個表面,進行噴射#400(JIS R6001-1973)(平均直徑之平均44μm~37μm)之SiC粉體約10分鐘之預處理後,以下述表7所示之條件,進行基於本發明之方法之表面處理(實施例3)。
作為比較例,使用經拋光研磨之轉子(比較例4)。
Figure 107146314-A0305-02-0024-7
(2)試驗方法及試驗結果
分別將利用本發明之方法進行表面處理之轉子(實施例3)與進行拋光研磨之轉子(比較例4)安裝於定量粉末包裝機械,進行粉末之定量包裝,目視確認對於轉子之粉末之附著狀態及腐蝕之產生狀態,並且將更換時期評估為「壽命」。將其結果表示於表8。
Figure 107146314-A0305-02-0025-8
(3)分析等
進行拋光研磨之轉子(比較例4)係藉由專業人員進行研磨而精加工者,因此與利用本發明之方法進行表面處理之轉子(實施例3)相比成本更高,並且距交付需要較長時間,但於進行拋光研磨之轉子(比較例4)中,較短時間內於焊接部分生銹,需要於約3個月內進行更換。
又,粉末附著於葉片或輪轂之表面,並且其附著量根據粉末之吸濕狀態等變化,故因使用環境等之影響計量之誤差不固定,因此為準確地進行計量,每次使用需要進行微調整。
相對於此,於利用本發明之方法進行表面處理之轉子(實施例3)中,不僅可實現低成本,於短交付期內交付,亦不會於包含焊接部之任一部分生銹,且無粉末附著於表面,因此可無須進行微調整等而準確地計量定量之粉末。
並且,於利用本發明之方法進行表面處理之轉子(實施例3)中,由於表面之高硬度化而耐磨性等亦提高,因此長期維持上述效果,藉此更換時期可延長至約6個月,相對於經拋光研磨之轉子(比較例4),壽命延長至2倍。
[試驗例6]小麥粉袋用開封器之穿刺棒
(1)處理條件
將設置於小麥粉袋用開封器之穿刺棒作為食品接觸構件,該小麥粉袋用開封器係進行將裝有小麥粉之袋配置於漏斗內,利用穿刺棒刺穿袋而開封,將袋內之小麥粉取出至漏斗內,對該穿刺棒之外表面進行噴射#400(JIS R6001-1973)(平均直徑之平均44μm~37μm)之SiC粉體約1分鐘之預處理後,以下述表9所示之條件,進行基於本發明之方法之表面處理(實施例4)。
作為比較例,使用外表面塗布有氟樹脂之穿刺棒(比較例5)。
Figure 107146314-A0305-02-0026-9
(2)試驗方法及試驗結果
分別將利用本發明之方法進行表面處理之穿刺棒(實施例4)與進行氟樹脂塗布之穿刺棒(比較例5)安裝於小麥粉袋用開封器並刺穿小麥粉之袋,目視確認對於穿刺棒之外表面之小麥粉之附著狀態及磨耗狀態,並將更換時期評 估為「壽命」。將其結果表示於表10。
Figure 107146314-A0305-02-0027-10
(3)分析等
因穿刺棒需要強度,故使用SUS440C,但於進行氟樹脂塗布之穿刺棒(比較例5)中,雖可防止小麥粉附著於表面,但約3個月內氟樹脂塗布因磨耗而剝離,並且由於氟樹脂塗布之剝離而於母材產生腐蝕。
相對於此,於利用本發明之方法進行表面處理之穿刺棒(實施例4)中,於獲得可防止小麥粉附著於表面之效果之方面,雖與進行氟樹脂塗布之穿刺棒(比較例5)相同,但於利用本發明之方法進行表面處理之穿刺棒(實施例4)中,即使於濕度較高時,小麥粉亦難以附著。
認為其原因在於,藉由氧化鈦之擴散、滲透而發揮觸媒效果,由此於穿刺棒之表面進行水分之分解、附著物之分解。
並且,於進行氟樹脂塗布之穿刺棒(比較例5)中,如上所述於約3個月內氟樹脂塗布磨耗並剝離,藉此失去防止小麥粉附著等之效果,需要進行更換,但於利用本發明之方法進行表面處理之穿刺棒(實施例4)中,防止小麥粉之附著及防銹等效果維持約6個月,其係比較例5之2倍。
[試驗例7]錠劑製造裝置之成型用衝頭
(1)處理條件
將被鍍覆硬質鉻之衝頭作為食品接觸構件,該衝頭設置於製造作為醫藥品之錠劑之錠劑製造裝置,於將藥粉壓縮成型為錠劑時與成型模具共同使用,以下述表11所示之條件,對該衝頭之表面進行基於本發明之方法之表面處理(實施例5)。
作為比較例,使用保持被鍍覆硬質鉻之狀態之衝頭(比較例6)。
Figure 107146314-A0305-02-0028-11
(2)試驗方法及試驗結果
分別將利用本發明之方法進行表面處理之衝頭(實施例5)與保持鍍鉻狀態之未處理之衝頭(比較例6)安裝於錠劑製造裝置,壓縮藥粉製造錠劑,目視確認藥粉之附著狀態及磨耗狀態,並且將更換時期評估為「壽命」。將其結果表示於表12。
Figure 107146314-A0305-02-0029-12
(3)分析等
一般而言,於硬質鉻鍍覆被膜之表面存在多個網狀龜裂,於保持進行硬質鉻鍍覆之狀態之衝頭(比較例6)中,藥粉附著於該龜裂部分,並以部分為起點產生磨耗。
相對於此,於利用本發明之方法進行表面處理之衝頭(實施例5)中,存在於硬質鉻鍍覆之龜裂消失,其結果為,可防止藥粉附著於龜裂部分,或以龜裂為起點產生磨耗。
並且,於利用本發明之方法進行表面處理之衝頭(實施例5)中,認為表面硬度亦上升,藉此與上述龜裂之消失相結合,耐磨性大幅地提高。
又,鉻與鈦係易產生相互移著或熔解之金屬之組合,易於硬質鉻鍍覆之表面產生氧化鈦之活化吸附與擴散滲透,因此認為藉由氧化鈦發揮之光觸媒或半導體觸媒之作用,衝頭之耐蝕性提高,並且污垢難以附著,易分解附著之污垢等。
認為該等協同效應係可將於保持進行硬質鉻鍍覆之狀態之衝頭(比較例6)中約1個月之壽命增加至於利用本發明之方法進行表面處理之衝頭(實施例5)中4倍之約4個月之原因。
再者,作為錠劑製造裝置所使用之成型用之衝頭,亦有進行類鑽石-碳(DLC)之塗布代替上述鍍鉻者,雖然認可DLC塗布亦某種程度地延長 壽命,但無法如利用本發明之方法進行表面處理之衝頭般將壽命延長至硬質鉻鍍覆之4倍,無法獲得與成本上升相符之壽命延長,因此可謂利用本發明之方法進行表面處理之衝頭(實施例5)與進行DLC塗布之衝頭相比發揮優異效果。

Claims (5)

  1. 一種食品接觸構件之表面處理方法,其特徵在於:進行瞬間熱處理,該瞬間熱處理係對由金屬或包含金屬之材質所構成並與食品接觸之食品接觸構件之與上述食品之接觸表面,以噴射壓力0.2MPa以上噴射具有與該接觸表面之表面硬度同等以上之硬度之#220~#800(JIS R6001-1973)之大致球狀之細粒使其等碰撞,於碰撞部產生局部性且瞬間性之溫度上升;使與上述食品之接觸表面之組織微細化,並且於整個上述接觸表面形成多個圓弧狀凹處;對進行了上述瞬間熱處理之與上述食品之上述接觸表面,以噴射壓力0.2MPa以上噴射由#100~#800(JIS R6001-1973)之鈦或鈦合金所構成之粉體,藉由上述瞬間熱處理時因與上述細粒之碰撞而形成之表面凹凸之凸部前端壓潰而平滑化而形成無尖銳凸部之光滑形狀之凹處,並且使氧化鈦擴散滲透至與上述食品之上述接觸表面之表面附近,藉由於加溫下使用而作為因熱激發產生電荷轉移而帶來電荷轉移型氧化還原效果之半導體觸媒發揮功能,而形成因熱而發揮觸媒作用之包含上述氧化鈦之表面層。
  2. 如請求項1所述之食品接觸構件之表面處理方法,其中,包含上述氧化鈦之表面層之厚度約為0.5μm,並活化吸附於形成在上述食品接觸構件之表面之上述微細化後之表面組織,且上述氧化鈦從基材表面擴散滲透至內部約5μm之深度。
  3. 如請求項1所述之食品接觸構件之表面處理方法,其中,擴散滲透至上述表面層之上述氧化鈦具備梯度構造,該梯度構造係於上述食品接觸構件之表面附近與氧之結合量較多,隨著從表面進入內部,與氧之結合量逐漸減少。
  4. 如請求項1至3中任一項所述之食品接觸構件之表面處理方法,其進行預處理步驟,該預處理步驟係對上述瞬間熱處理前之上述食品接觸構件 之至少與上述食品接觸之部分,以0.2MPa以上之噴射壓力噴射#220~#800(JIS R6001-1973)之碳化物粉體,使上述碳化物粉體中之碳元素擴散至上述食品接觸構件之表面。
  5. 如請求項4所述之食品接觸構件之表面處理方法,其中,於上述預處理步驟中噴射之上述碳化物粉體係碳化矽之粉體。
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