WO2009081649A1 - 調理器用トッププレート及びその製造方法 - Google Patents

調理器用トッププレート及びその製造方法 Download PDF

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    • C03C2218/10Deposition methods
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Definitions

  • the present invention relates to a top plate for a cooker disposed on the top of an electromagnetic heating (IH) cooker, an infrared heating cooker, a gas cooker, and the like, and a method for manufacturing the same.
  • IH electromagnetic heating
  • top plate used for an electromagnetic heating cooker or an infrared heating cooker materials such as glass and ceramics having low thermal expansion are used.
  • gas cookers also use low thermal expansion glass, ceramic materials, and the like because of their excellent aesthetics and cleanability.
  • a metal film such as a Ti film is formed on the substrate in order to visually hide the internal cooking device and temperature sensor, etc. Has been granted.
  • the top plate for cookers which used various metal films, such as Si and Ti, as a light shielding layer is proposed.
  • the cooker top plate proposed here is intended to be a top plate that can be colored in various colors and has excellent heat resistance. I could't be satisfied. JP 2004-333102 A
  • An object of the present invention is to provide a top plate for a cooker that can be colored in various colors and has good heat resistance, and a method for manufacturing the same.
  • the present invention is a cooker top plate disposed above a cooker, comprising a glass substrate, an interference layer formed on one surface of the glass substrate, made of silicon nitride or aluminum nitride, and an interference layer.
  • a light shielding layer made of titanium or niobium, and a protective layer made of at least one selected from silicon nitride, zirconium nitride, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, and niobium nitride. comprises a interference layer and the protective layer, by a physical vapor deposition method is characterized in that the content of N 2 gas is a thin film formed in a gas atmosphere is 90 to 100% by volume.
  • an interference layer, a light shielding layer, and a protective layer are laminated in this order on a glass substrate, and the interference layer and the protective layer are formed of a nitride thin film.
  • the interference layer and the protective layer are nitrided.
  • the change in film thickness in the heat resistance test of the interference layer and the protective layer is preferably within 10%.
  • the interference layer and the protective layer are formed in a gas atmosphere in which the content of N 2 gas is 90 to 100% by volume.
  • the content of N 2 gas is too small, good heat resistance cannot be obtained.
  • a more preferable range of N 2 gas is 95 to 100% by volume, and further preferably 97.5 to 100% by volume.
  • the interference layer is formed from a nitride thin film of silicon nitride or aluminum nitride.
  • the thickness of the interference layer is preferably in the range of 5 to 250 nm. If the film thickness is too thin, it is difficult to obtain an interference effect between the glass substrate and the interference layer, and between the interference layer and the light shielding layer, and it may not be possible to color various colors. Moreover, even if the film thickness becomes too thick, the technical effect associated therewith may not be obtained, which may be economically disadvantageous.
  • the interference layer is formed of silicon nitride
  • the film thickness is more preferably in the range of 50 to 250 nm.
  • the interference layer is made of aluminum nitride
  • the film thickness is more preferably in the range of 5 to 50 nm.
  • the light shielding layer is formed from titanium or niobium. Good heat resistance can be obtained by forming the light shielding layer from titanium or niobium.
  • the thickness of the light shielding layer is preferably in the range of 75 to 150 nm. If the thickness of the light shielding layer becomes too thin, the hiding power for hiding the internal structure of the cooking device may be reduced, and the aesthetics may be impaired. Further, if the thickness of the light shielding layer becomes too thick, the technical effect associated therewith may not be obtained, which may be disadvantageous economically.
  • the protective layer is formed of at least one nitride thin film selected from silicon nitride, zirconium nitride, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, and niobium nitride.
  • nitride thin film selected from silicon nitride, zirconium nitride, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, and niobium nitride.
  • the top plate for a cooker of the present invention has good heat resistance.
  • the change in chromaticity after a heat resistance test at 500 ° C. for 30 minutes is preferably within 0.03 together with x and y, which are chromaticity indicators.
  • the interference layer and protective layer in the present invention are formed by physical vapor deposition.
  • physical vapor deposition include thin film formation methods such as sputtering, vacuum vapor deposition, and ion plating.
  • the interference layer and the protective layer are preferably formed by sputtering.
  • a nitride thin film is formed by a physical vapor deposition method such as a sputtering method
  • a mixed gas in which an inert gas such as an Ar (argon) gas is mixed with an N 2 gas is used as an atmospheric gas.
  • the interference layer and the protective layer are formed in a conventional gas atmosphere containing a large amount of an inert gas such as Ar gas, good heat resistance as in the present invention cannot be obtained.
  • the content of N 2 gas is set to 90 to 100% by volume, so that the top plate for a cooker having excellent heat resistance is obtained.
  • the method for forming the thin film of the light shielding layer is not particularly limited, but it can be formed by physical vapor deposition in the same manner as the interference layer and the protective layer.
  • physical vapor deposition include sputtering, vacuum vapor deposition, and ion plating.
  • the sputtering method is particularly preferably used.
  • the gas atmosphere for forming the light shielding layer is not particularly limited as long as it can form a thin film made of titanium or niobium.
  • it is formed in an inert gas atmosphere such as Ar gas. can do.
  • a glass that can withstand rapid cooling from 600 ° C. and has excellent thermal shock resistance can be used.
  • a glass having a thermal expansion coefficient of 50 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. or less is suitable.
  • Low expansion crystallized glass having a main crystal of low expansion borosilicate glass, quartz glass or ⁇ -quartz solid solution can be used.
  • a glass having an average coefficient of thermal expansion at ⁇ 30 to 500 ° C. of ⁇ 10 to + 30 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., more preferably ⁇ 10 to + 20 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C. has higher thermal shock resistance, so Even if the temperature distribution in the glass substrate is increased, it is preferable because stress hardly occurs and the glass substrate is difficult to break.
  • the production method of the present invention is a method by which the top plate for a cooker of the present invention can be produced.
  • a gas atmosphere in which the content of N 2 gas is 90 to 100% by volume by physical vapor deposition In a gas atmosphere in which the content of N 2 gas is 90 to 100% by volume by physical vapor deposition, The step of forming an interference layer on a glass substrate, the step of forming a light-shielding layer on the interference layer, and a physical vapor deposition method protect in a gas atmosphere having an N 2 gas content of 90 to 100% by volume. Forming a layer on the light shielding layer.
  • a top plate for a cooking appliance that can be colored in various colors and has good heat resistance by changing the film thickness of the interference layer.
  • the interference layer and the protective layer can be formed by physical vapor deposition such as sputtering, vacuum vapor deposition, and ion plating as described above. Further, since the N 2 gas content is formed in a gas atmosphere having a volume of 90 to 100% by volume, it can be a top plate for a cooker having a good heat resistance with little change in chromaticity before and after the heat resistance test. . (The invention's effect)
  • the top plate for a cooker of the present invention can be colored in various colors by changing the material and film thickness of the interference layer.
  • the interference layer and the protective layer are formed by physical vapor deposition in a gas atmosphere having a N 2 gas content of 90 to 100% by volume. The change is small and good heat resistance can be obtained.
  • top plate for cooker As the glass substrate, crystallized glass (“Neoceram N-0” manufactured by Nippon Electric Glass Co., Ltd .: average linear thermal expansion coefficient at 30 ° C. to 500 ° C .: 0 ⁇ 10 ⁇ 7 / ° C., thickness 4 mm) was used. On this glass substrate, film materials shown in Tables 1 to 4 were used, and an interference layer, a light shielding layer, and a protective layer were formed in this order by the sputtering method so as to have the thicknesses shown in Tables 1 to 4. The film formation atmosphere when forming each layer in the sputtering method was the gas atmosphere shown in Tables 1 to 4. In addition,% of the gas atmosphere conditions shown to each table
  • Heat resistance test The obtained top plate was subjected to a heat resistance test.
  • the heat resistance test was performed by heating at 500 ° C. for 30 minutes in an electric furnace. Before and after the heat resistance test, the color tone and chromaticity were measured, and the heat resistance was evaluated from changes in the color tone and chromaticity. Note that the greater the change in chromaticity, the greater the color tone changes, indicating poorer heat resistance.
  • the color tone was evaluated by visually observing each sample from the glass substrate (surface on which no film was formed) side.
  • chromaticity As for chromaticity, light having a wavelength of 400 to 700 nm was incident from the glass substrate side, the reflectance was measured using a spectrophotometer, and the chromaticity was calculated based on JIS (Japanese Industrial Standard) Z8071.
  • Tables 1 to 4 show the heat resistance evaluation results.
  • Sample No. 1-No. 11 is an example according to the present invention.
  • 12-No. 13 is a comparative example.
  • the gas atmosphere conditions for forming the interference layer are set to 60% N 2 gas and 40% Ar gas.
  • the gas atmosphere conditions for forming the protective layer are N 2 gas 60% and Ar gas 40%. Sample No. of the comparative example formed in such a gas atmosphere. In No. 13, the color tone and chromaticity changed greatly before and after the heat resistance test, and good heat resistance was not obtained.
  • N 2 gas content was in the range of 90 to 100% by volume.
  • Sample No. 1-No. 11 Si 3 N 4 or AlN is used as an interference layer, and the thickness of the top plate for various cookers is obtained by changing the film thickness.
  • an Nb (niobium) film was used as the light shielding layer, but it has been confirmed that the same effect as described above can be obtained even when a titanium (Ti) film is used as the light shielding layer.
  • the Si 3 N 4 film is used as the protective layer.
  • zirconium nitride, titanium nitride, tantalum nitride, tungsten nitride, and niobium nitride are used as the protective layer, It has been confirmed that similar effects can be obtained.

Abstract

 種々の色に着色することができ、かつ良好な耐熱性を有する調理器用トッププレートを得る。  調理器の上方に配置される調理器用トッププレートであって、ガラス基板と、ガラス基板の一方の面上に設けられ、窒化珪素または窒化アルミニウムからなる干渉層と、干渉層の上に設けられ、チタンまたはニオブからなる遮光層と、遮光層の上に設けられ、窒化珪素、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、及び窒化ニオブより選ばれる少なくとも1種からなる保護層とを備え、干渉層及び保護層は、物理的蒸着法により、N2ガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で形成された薄膜であることを特徴としている。

Description

調理器用トッププレート及びその製造方法
 本発明は、電磁加熱(IH)調理器、赤外線加熱調理器、ガス調理器などの上部に配置される調理器用トッププレート及びその製造方法に関するものである。
 電磁加熱調理器や赤外線加熱調理器に用いられるトッププレートとしては、低熱膨張であるガラス、セラミックス等の材料が用いられている。また、ガス調理器においても、美観性や清掃性が優れていることから、低熱膨張のガラス、セラミックス材料等が用いられるようになっている。これらのガラス等を用いたトッププレートにおいては、内部の調理器や温度センサーなどを視覚的に隠蔽するため、Ti膜などの金属膜を基板上に形成し、金属光沢などによる美観をトッププレートに付与している。
 しかしながら、Ti膜を遮光層として用いたものは、保護層であるTi膜の色調であるシルバー色以外の色に着色させることができなかった。このため、種々の色に着色させることが可能で、かつ耐熱性に優れた調理器用トッププレートが求められている。
 特許文献1においては、Si、Tiなどの種々の金属膜を遮光層として用いた調理器用トッププレートが提案されている。ここで提案されている調理器用トッププレートは、種々の色に着色させることができ、かつ耐熱性に優れたトッププレートとすることを目的とするものであるが、より厳しい基準での耐熱性を満足することができるものではなかった。
特開2004-333102号公報
 本発明の目的は、種々の色に着色することができ、かつ良好な耐熱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。
 本発明は、調理器の上方に配置される調理器用トッププレートであって、ガラス基板と、ガラス基板の一方の面上に設けられ、窒化珪素または窒化アルミニウムからなる干渉層と、干渉層の上に設けられ、チタンまたはニオブからなる遮光層と、遮光層の上に設けられ、窒化珪素、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、及び窒化ニオブより選ばれる少なくとも1種からなる保護層とを備え、干渉層及び保護層は、物理的蒸着法により、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で形成された薄膜であることを特徴としている。
 本発明においては、ガラス基板上に、干渉層、遮光層、及び保護層をこの順序で積層し、干渉層及び保護層を窒化物の薄膜から形成しており、この干渉層及び保護層の窒化物の薄膜を物理的蒸着法で形成する際、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で形成している。このように、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で形成された薄膜を干渉層及び保護層として用いることにより、良好な耐熱性を有する調理器用トッププレートとすることができる。
 本発明において、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で、干渉層及び保護層を形成することにより、良好な耐熱性が得られる理由の詳細については明らかではないが、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で干渉層及び保護層を形成することにより、緻密な窒化物薄膜を形成することができ、耐熱性試験における加熱によっても、その膜厚の変化が少ないため、良好な耐熱性を示すと思われる。なお、本発明において、耐熱性は、耐熱性試験により、色調の変化が少ないことを意味する。
 本発明において、干渉層及び保護層の耐熱性試験における膜厚の変化は、10%以内であることが好ましい。
 本発明においては、上述のように、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で干渉層及び保護層を形成している。Nガスの含有量が少な過ぎると、良好な耐熱性が得られない。Nガスのより好ましい範囲は、95~100体積%であり、さらに好ましくは、97.5~100体積%である。
 本発明において、干渉層は、窒化珪素または窒化アルミニウムの窒化物薄膜から形成される。この干渉層の膜厚を変化させることにより、調理器用トッププレートを種々の色に着色することができる。干渉層の膜厚は、5~250nmの範囲であることが好ましい。膜厚が薄くなり過ぎると、ガラス基板と干渉層、及び干渉層と遮光層との間での干渉効果が得られにくくなり、種々の色に着色させることができなくなる場合がある。また、膜厚が厚くなり過ぎても、それに伴う技術的効果が得られず、経済的に不利になる場合がある。干渉層が窒化珪素から形成される場合、その膜厚は50~250nmの範囲であることがさらに好ましい。また、干渉層が窒化アルミニウムから形成される場合、その膜厚は5~50nmの範囲であることがさらに好ましい。
 本発明において、遮光層は、チタンまたはニオブから形成される。遮光層を、チタンまたはニオブから形成することにより、良好な耐熱性が得られる。遮光層の膜厚は、75~150nmの範囲であることが好ましい。遮光層の膜厚が薄くなり過ぎると、調理器の内部構造を隠すための隠蔽力が低下し、美観が損なわれる場合がある。また、遮光層の膜厚が厚くなり過ぎても、それに伴う技術的効果が得られず、経済的に不利になる場合がある。
 本発明において、保護層は、窒化珪素、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、及び窒化ニオブより選ばれる少なくとも1種の窒化物薄膜から形成される。このような窒化物薄膜から形成することにより、良好な耐熱性が得られる。保護層の膜厚は、50~200nmの範囲内であることが好ましい。保護層の膜厚が薄くなり過ぎると、良好な耐熱性が得られない場合がある。また、保護層の膜厚が厚くなり過ぎても、それに伴う技術的効果が得られず、経済的に不利になる場合がある。
 本発明の調理器用トッププレートは、良好な耐熱性を有している。本発明の調理器用トッププレートとしては、500℃30分間の耐熱試験後の色度変化が、色度の指標であるx及びyとともに0.03以内であることが好ましい。
 本発明における干渉層及び保護層は、物理的蒸着法により形成される。物理的蒸着法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法が挙げられる。特に、スパッタリング法により、干渉層及び保護層が形成されていることが好ましい。従来、スパッタリング法などの物理的蒸着法で、窒化物薄膜を形成する場合、Nガスとともに、Ar(アルゴン)ガスなどの不活性ガスを混合した混合ガスが雰囲気ガスとして用いられている。しかしながら、Arガス等の不活性ガスを大量に含んだ従来のガス雰囲気中で、干渉層及び保護層を形成すると、本発明のような良好な耐熱性が得られない。本発明においては、Nガスの含有量を90~100体積%とすることにより、耐熱性に優れた調理器用トッププレートとしている。
 本発明において、遮光層の薄膜形成方法は、特に限定されるものではないが、干渉層及び保護層と同様に、物理的蒸着法により形成することができる。物理的蒸着法としては、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などが挙げられる。これらの中でも、特にスパッタリング法が好ましく用いられる。遮光層を形成する際のガス雰囲気は、チタンまたはニオブからなる薄膜を形成することができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、Arガスなどの不活性ガス雰囲気中で形成することができる。
 本発明におけるガラス基板は、600℃からの急冷に耐える、いわゆる耐熱衝撃性に優れたガラスが使用でき、具体的には50×10-7/℃以下の熱膨張係数を有するガラスが好適であり、低膨張の硼珪酸ガラス、石英ガラスあるいはβ-石英固溶体を主結晶とする低膨張結晶化ガラスが使用可能である。特に、30~500℃における平均熱膨張係数が、-10~+30×10-7/℃、さらに好ましくは-10~+20×10-7/℃のガラスは、耐熱衝撃性がさらに高く、燃焼時に、ガラス基板内での温度分布が大きくなってもストレスが発生しにくく割れにくいため好ましい。
 本発明の製造方法は、上記本発明の調理器用トッププレートを製造することができる方法であり、物理的蒸着法により、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で、干渉層をガラス基板上に形成する工程と、遮光層を干渉層上に形成する工程と、物理的蒸着法により、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で、保護層を遮光層上に形成する工程とを備えることを特徴としている。
 本発明の製造方法によれば、干渉層の膜厚を変化させることにより、種々の色に着色することができ、かつ良好な耐熱性を有する調理器用トッププレートを製造することができる。
 本発明の製造方法において、干渉層及び保護層は、上述のように、スパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法などの物理的蒸着法により形成することができる。また、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で形成するので、耐熱性試験前後の色度変化が少ない、良好な耐熱性を有する調理器用トッププレートとすることができる。
(発明の効果)
 本発明の調理器用トッププレートは、干渉層の材質及び膜厚を変化させることにより、種々の色に着色することができる。また、本発明においては、干渉層及び保護層を、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で物理的蒸着法により形成しているので、耐熱性試験前後における色度変化が小さく、良好な耐熱性を得ることができる。
 以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
 〔調理器用トッププレートの作製〕
 ガラス基板として、結晶化ガラス(日本電気硝子社製「ネオセラムN-0」:30℃~500℃における平均線熱膨張係数:0×10-7/℃、厚み4mm)を用いた。このガラス基板の上に、表1~4に示す膜材質を用い、表1~4に示す厚みとなるように、干渉層、遮光層、及び保護層をこの順序でそれぞれスパッタリング法により形成した。なお、スパッタリング法に各層を形成する際の成膜雰囲気は、表1~4に示すガス雰囲気とした。なお、各表に示すガス雰囲気条件の%は、体積%である。
 〔耐熱性試験〕
 得られたトッププレートについて、耐熱性試験を行った。耐熱性試験は、電気炉内で、500℃30分間加熱することにより行った。耐熱性試験前及び後において、色調及び色度を測定し、色調及び色度の変化から、耐熱性を評価した。なお、色度の変化が大きいほど、色調は大きく変化し、耐熱性が劣ることを示す。
 色調は、各試料をガラス基板(膜が形成されていない面)側から目視で観察し、その色を評価した。
 色度は、波長400~700nmの光をガラス基板側から入射させて、その反射率を分光光度計を用いて測定し、JIS(日本工業規格)Z 8071に基づいて色度を算出した。
 耐熱性の評価結果を表1~4に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 試料No.1~No.11は、本発明に従う実施例であり、試料No.12~No.13は比較例である。
 試料No.12においては、干渉層を形成する際のガス雰囲気条件を、Nガス60%、Arガス40%としている。このようなガス雰囲気条件で形成された干渉層を有する比較例の試料No.12においては、耐熱性試験前及び試験後において、色調及び色度が大きく変化しており、良好な耐熱性が得られていない。
 試料No.13においては、保護層を形成する際のガス雰囲気条件を、Nガス60%、Arガス40%としている。このようなガス雰囲気で形成した比較例の試料No.13においては、耐熱性試験前及び試験後において、色調及び色度が大きく変化しており、良好な耐熱性が得られていない。
 これに対して、本発明に従い、Nガスの含有量が90~100体積%の範囲内のガス雰囲気中で干渉層及び保護層を形成した試料No.1~No.11においては、耐熱性試験前及び試験後において、色調及び色度の変化が小さく、良好な耐熱性が得られている。
 また、試料No.1~No.11においては、干渉層として、SiまたはAlNを用い、その膜厚を変化させることにより、種々の色調の調理器用トッププレートが得られている。
 上記実施例においては、Nb(ニオブ)膜を遮光層として用いたが、遮光層としてチタン(Ti)膜を用いた場合においても、上記と同様の効果が得られることを確認している。
 また、上記実施例においては、保護層として、Si膜を用いたが、保護層として、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、及び窒化ニオブを用いた場合にも、上記と同様の効果が得られることを確認している。

Claims (6)

  1.  調理器の上方に配置される調理器用トッププレートであって、
     ガラス基板と、
     前記ガラス基板の一方の面上に設けられ、窒化珪素または窒化アルミニウムからなる干渉層と、
     前記干渉層の上に設けられ、チタンまたはニオブからなる遮光層と、
     前記遮光層の上に設けられ、窒化珪素、窒化ジルコニウム、窒化チタン、窒化タンタル、窒化タングステン、及び窒化ニオブより選ばれる少なくとも1種からなる保護層とを備え、
     前記干渉層及び前記保護層は、物理的蒸着法により、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で形成された薄膜であることを特徴とする調理器用トッププレート。
  2.  前記干渉層の厚みが、5~250nmの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載の調理器用トッププレート。
  3.  前記遮光層の厚みが、75~150nmの範囲内であることを特徴とする請求項1または2に記載の調理器用トッププレート。
  4.  前記保護層の厚みが50~200nmの範囲内であることを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載の調理器用トッププレート。
  5.  500℃30分間の耐熱性試験後の色度変化が、x及びyともに0.03以内であることを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の調理器用トッププレート。
  6.  請求項1~5のいずれか1項に記載の調理器用トッププレートを製造する方法であって、
     物理的蒸着法により、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で、前記干渉層を前記ガラス基板上に形成する工程と、
     前記遮光層を前記干渉層上に形成する工程と、
     物理的蒸着法により、Nガスの含有量が90~100体積%であるガス雰囲気中で、前記保護層を前記遮光層上に形成する工程とを備え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。
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