(57)【要約】【課題】銅を用いた調理鍋において、銅の酸化を防止し、耐久性の向上を図ること。【解決手段】調理鍋の外面を構成する銅１２の金属色が完全に失われない範囲の厚さでダイヤモンドライクカーボン薄膜層１５を銅の表面に設け、調理による加熱に対する銅の酸化を抑制し、美しい銅色を長期にわたり保持するとともに、ダイヤモンドライクカーボン薄膜層１５の外面に処理されたコーティング１４の耐久性を向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材が、銅または銅合金、もしくは、銅または銅合金と他種金属との合わせ材、もしくは、磁性金属かあるいは磁性金属と熱良導性金属との合わせ材かの外面に銅薄膜を設けた積層体であって、前記基材の外面にダイヤモンドライクカーボンの薄膜層を設けたことを特徴とする調理鍋。
【請求項２】
ダイヤモンドライクカーボンの薄膜層は銅の５〜３０ｎｍの厚さとしたことを特徴とする請求項１記載の調理鍋。
【請求項３】
ダイヤモンドライクカーボンの薄膜層の外面に透明の樹脂コーティングを塗装してなることを特徴とした請求項１または２記載の調理鍋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般家庭及び業務用に使用される調理鍋に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、広く世間一般に市販されている調理鍋は、アルミニウムやステンレス単体、あるいはこれら金属の合わせ材からなることが多いが、熱伝導性が良好であることから銅を基材とした調理鍋も盛んに使用されている。基材を銅とした場合、食品衛生法上、通常は内面に錫メッキが処理されており、外面は酸化防止剤を塗布するのみの場合もあるが、通常は酸化防止や外観性向上目的で、耐熱性の高いアクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂または、セラミック系の透明コーティングが処理されていることが多い。
【０００３】
また、電磁誘導加熱調理器に使用可能とした調理鍋の中には、外観品位の向上や電磁誘導加熱効率の向上を目的に、フェライト系ステンレス等の磁性金属の外面に銅メッキを施し、その上にクリアコート処理し、調理時の熱による銅の酸化を防止しているものもある（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
典型的なものは、内面がフッ素樹脂コーティングで覆われ、その下層に熱伝導が良好なアルミニウムを配し、そして、その外面、つまり、鍋の最外面にはフェライト系ステンレス、鉄、パーマロイ等の磁性金属層を設け、この磁性金属層に銅メッキを処理した、電磁誘導加熱式の炊飯器用鍋等である。
【特許文献１】特開２００１−１４５５５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の銅を基材に用いる、あるいは基材金属上に銅メッキ等の手法により銅の層を調理鍋外面に用いた構成では、調理時の熱により銅が酸化によって変色して外観悪化してしまい、また、たとえクリアコート等の樹脂コーティング処理を銅表面にしていても、使用中の傷の発生などにより銅の酸化は完全には防止できず、調理を長期間繰り返すと銅と樹脂コーティングとの間に酸化膜が成長し、ついには樹脂コーティングの熱劣化と相まって樹脂コーティングが剥離してしまうといった現象が生じることがある。
【０００６】
したがって、本発明は上記の課題を解決するために成されたものであり、鍋を構成する銅の酸化を抑制した耐久性の高い調理鍋を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために本発明は、銅あるいは銅と他種金属との合わせ材を調理鍋の基材とし、銅の表面にダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）の薄膜層を設けたものである。
【発明の効果】
【０００８】
以上のように、本発明の調理鍋は、外面を構成する銅の表面にダイヤモンドライクカーボンの薄膜層を設けたものであり、この構成により銅そのものが有する美しい色調、光沢を損なわずに、銅の酸化を抑制する結果、銅の変色を防止する効果があるとともに、金属薄膜層に塗装された塗装も耐熱耐久性を向上できるという効果をもたらすものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
請求項１記載の発明によれば、調理鍋の外面を構成する銅の表面にダイヤモンドライク
カーボンの薄膜層を上層することにより、実使用において銅が酸化しにくくなり、銅の酸化による劣化を抑制することができる。
【００１０】
ダイヤモンドライクカーボンはダイヤモンドとグラファイトの中間的な特徴を有する炭素膜であり、その製法はプラズマＣＶＤ法またはＰＶＤ法が一般的に用いられ、銅表面に稠密な炭素膜コーティングを均一に施すことにより、酸素を始めとする対するガス透過を減少させ、銅表面の酸化劣化を抑制するものである。
【００１１】
ダイヤモンドライクカーボンの一般的な特長はその他にも、硬質、潤滑性、耐摩耗性、化学的安定性、などがあり高温、水分、調味料、あるいは、摩耗などといった負荷に晒される調理鍋外面には好適なものである。
【００１２】
なお、銅は純銅の他、真鍮や丹銅などの合金系のものであっても何ら問題はない。
【００１３】
また、基材にフェライト系ステンレス等の磁性金属あるいは磁性金属とアルミニウム等の熱良導性金属の合わせ材を用い、その外面に銅薄膜を設けた調理鍋とすると、この構成により電磁誘導可能でしかも高効率の発熱が得られる。
【００１４】
基材金属外面の銅層は銅メッキ処理や蒸着などによって得られるものあり、比較的均一な銅の銅薄膜層を形成することができ、これにより、特に電磁誘導加熱時に安定した発熱が得られるほか、光沢剤を添加した銅メッキを処理すれば、表面光沢に優れた調理鍋となる。
【００１５】
なお、銅は真鍮等の銅合金系のメッキであっても何ら問題はない。
【００１６】
一般的に、電磁誘導加熱を行なう場合、電磁誘導加熱用の調理鍋の発熱部には表皮電気抵抗値の高い金属材料を使用するのが普通である。例えば、代表的なフェライト系ステンレスの４３０ステンレスでは、２５ｋＨｚの高周波電流を誘導コイルに流すと、表皮電気抵抗値が２３．３＊１０−４Ω、鉄では９．４＊１０−４Ωと高く電磁誘導加熱に適していると言える。一方、銅は０．３９＊１０−４と低く、通常は電磁誘導加熱には適さない材料である。そのため、通常、非磁性金属に磁界を作用させた場合、非磁性金属に反抗磁界が生じ反抗電流が流れて、磁界は非磁性金属を通過できず、電磁誘導加熱による発熱作用は期待できない。
【００１７】
しかしながら、これらの非磁性金属層も厚みを薄くしていくと、ついには表皮抵抗が上昇し、電磁誘導加熱可能となる。即ち、これは、非磁性金属層である銅も十分に薄いと、表皮抵抗が高くなるために反抗磁界が生じにくくなり、磁界が非磁性金属を通過しやすくなる。その通過した磁界により磁性金属にも渦電流が生じ、銅とステンレス等の磁性金属層の両方が共に発熱するものである。本発明はこの現象を利用したものであり、銅と磁性金属層の組み合わせによって、非磁性金属である銅が鍋外面にあっても、単なる磁性金属層単層の場合に比べて、より効率よく発熱し、炊飯が可能となるものである。
【００１８】
これは、磁性金属と銅の総発熱量を検証し、磁性金属単独で発熱させる場合よりも高い発熱量が得られる銅の厚さを詳細に検討した上で、最適な厚さの銅をメッキ等の手法により略均一に磁性金属層の外面に配し、従来よりも効率の良い発熱を得る事ができる、つまり、銅の厚さを詳細に検証し、磁性金属単体時よりも高い発熱を得るという効果を奏するものである。
【００１９】
こうして高い発熱を得た調理鍋では、特に電磁誘導で発熱する部位の銅の酸化が激しいため、銅層にダイヤモンドライクカーボンの薄膜層を上層し、これにより銅の酸化を抑制
可能であるとともに、さらにその上に塗装する樹脂コート層の耐久性を向上することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば調理鍋の外面を構成する銅の表面に上層されるダイヤモンドライクカーボンの薄膜層は銅の色調、光沢を隠蔽しない厚さとしたものであるが、この厚さ範囲は概ね５〜３０ｎｍであり、５ｎｍ未満では銅の色調がほぼ完全に保存されるが、酸化防止効果はさほど期待できない。一方、３０ｎｍを越えると銅の酸化防止効果が高い反面、銅を隠蔽してしまい、上層されるダイヤモンドライクカーボン層特有の黒色となり銅独特の赤銅色を失い外観を損ねる他、電磁誘導加熱を行う調理鍋では加熱性能や電気特性に悪影響を及ぼしかねない。
【００２１】
また、ダイヤモンドライクカーボンの薄膜層は調理鍋外面全体に略均一に処理してもよいが、調理時に加熱が強い部分のみに処理してもよいし、加熱が比較的弱い部位には加熱部位よりも薄めに処理することも可能である。
【００２２】
なお、銅は純銅の他、真鍮や丹銅などの合金系のものであっても何ら問題はない。
【００２３】
請求項３記載の発明によれば、銅の外面に設けられるダイヤモンドライクカーボンの薄膜層のさらに外面に樹脂コーティングを塗装してなることを特徴とした請求項１〜２記載の調理鍋であり、特に樹脂コーティングを透明の樹脂コーティングであるクリアコーティングとすれば、銅独特の色調を保ったままにすることができ、銅の酸化を抑制することが可能であるとともに、樹脂コーティングにガスバリア性が高く、酸素を遮断する能力が高いものを使用すれば、銅の酸化防止効果は一段と向上する結果、樹脂コーティングの耐久性も向上する。
【００２４】
（実施の形態１）
以下、本発明の調理鍋の一実施の形態について、電磁誘導加熱式の炊飯器に用いられる鍋を例に取り、図１を用いて説明する。
【００２５】
図１は電磁誘導加熱により鍋９を加熱し炊飯する方式の１．８Ｌ炊飯用の炊飯器であり、電磁誘導加熱コイル１、フェライト２、鍋底温度検知センサー３、加熱制御基板４、基板冷却ファン５、操作部６、加熱板７、蒸気キャップ８、及び本体に着脱自在に備えられる鍋９を主な構成部品とし、鍋内に米及び水を適量加えた後、炊飯及び保温工程を実行するが、この工程はマイクロコンピュータによるプログラム制御により実行される。
【００２６】
鍋９は、１ｍｍ厚のアルミニウム１０、０．８ｍｍ厚のフェライト系ステンレス１１、クラッド材をプレス成形して得られるものであり、内面は非粘着性の高いフッ素樹脂コーティング１３をアルミニウム上に処理している。磁性金属であるフェライト系ステンレス１１の外面には光沢硫酸銅メッキが厚さ５μｍで処理されており、この銅メッキ層１２はフェライト系ステンレスとともに電磁誘導加熱の発熱層を形成している。
【００２７】
また、本実施の形態では電磁誘導加熱することを考慮し、鍋の金属層素材として、フェライト系ステンレスを用いたが、材料はこれに限定されるものではなく、電磁誘導可能な材質であればいかなる材料でも応用可能であるし、電磁誘導しない用途であれば必ずしも磁性金属は必要とされるものでもない。
【００２８】
また、本実施の形態において、電磁誘導加熱コイルには炊飯中に２５ｋＨｚの高周波電流が流れるが、このとき誘導コイルより発生する磁力線は鍋の誘導発熱部である銅及びフェライト系ステンレス層に進入する際に渦電流を生じ、鍋が発熱する仕組みであり、この熱によって炊飯工程が遂行され、ご飯が調理される。
【００２９】
本実施の形態では、２５ｋＨｚの高周波電流を用いたが、状況によってこの周波数を変更することは任意であるし、また、それに応じて銅の厚みを変えることも任意である。
【００３０】
また、電磁誘導発熱部の銅の厚みを、磁性金属単独で用いる場合よりも高い発熱量が得られるようになる銅厚さを検討した結果、本実施の形態では５μｍ付近に発熱量の極大値を有することを見出しため、厚さ５μｍの銅を鍋外面に処理した。
【００３１】
銅メッキ層１２外面には、ＰＶＤの一種であるイオンプレーティング法により、ダイヤモンドライクカーボンの薄膜層１５を形成するが、これは真空チャンバー中に炭化水素ガスを導入し、直流アーク放電プラズマ中で炭化水素イオンを生成させ、この炭化水素イオンが負電圧をもった銅面に衝突し固体化、成膜するものであり、本実施の形態の鍋においては鍋全体に略均一厚さでダイヤモンドライクカーボンの薄膜層厚さがそれぞれ２ｎｍ、５ｎｍ、３０ｎｍ、４４ｎｍとなっていることが鍋の蛍光エックス線による精密厚さ測定によって判明した。
【００３２】
なお、この領域のダイヤモンドライクカーボンの厚さにおいては炊飯器本体からの電磁誘導加熱には何らの悪影響をもたらさず、正しく炊飯工程が実施されることを確認した。
【００３３】
次に、ダイヤモンドライクカーボン層１５の表面にエポキシ樹脂系のクリアコーティング１４を塗装し、１８０℃１５分間の焼成を行って、焼成後約２０μｍの厚さとした。
【００３４】
ここで、上述の炊飯器用鍋の作製工程においてダイヤモンドライクカーボン工程を実施せずに鍋外面の銅表面に直接に同様のエポキシ樹脂混合系のクリアコーティングを塗装した鍋を比較例として、実施の形態と外観及び耐熱耐久性について比較を行った結果を（表１）に示す。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
まず、本実施の形態で作製した、銅メッキ層上にダイヤモンドライクカーボンが２ｎｍ、５ｎｍ、３０ｎｍ、４４ｎｍの厚さで形成された、電磁誘導加熱可能なそれぞれの炊飯器用鍋Ｎｏ．１〜４の外観色をダイヤモンドライクカーボン層がない比較例のＮｏ．５と比較すると、ダイヤモンドライクカーボン厚さ２ｎｍ及び５ｎｍではほとんど銅色が保存され、３０ｎｍと厚くなるにつれて銅色が淡くなりやや黒みがかるが、これらの領域ではまだ十分に銅色を呈している。しかし、４４ｎｍではほのかに銅色が残る程度で、ほとんどダイヤモンドライクカーボンの黒色になってしまうため、銅色の外観を維持するためには概ね３０ｎｍ以下の厚みが望ましい。
【００３７】
次に、調理鍋は強い加熱条件下に曝されることを想定して、クリアコートの耐熱試験を実施したが、これは、これら調理鍋を２００℃において所定時間保持後、鍋外面のクリアコート面でＪＩＳ試験法規格に基づいた碁盤目試験を実施した。
【００３８】
試験は２００℃で所定時間保持後、室温まで冷却してから試験面に縦横に１ｍｍ間隔で１１本づつの切込みを入れ碁盤目を１００マス作り、その後セロテープ（登録商標）を碁盤目に密着し、９０°方向に剥離した。
【００３９】
（表１）では、セロテープ（登録商標）剥離時にクリアコートの残存率１００／１００を○、９０／１００以上を△、９０／１００未満を×として評価しているため、当然ながら加熱保持時間が長時間に渡り残存率が高いものが優れた耐熱耐久性があることを示している。
【００４０】
ダイヤモンドライクカーボン層を有しない比較例に比べて、ダイヤモンドライクカーボン層を有する実施の形態の方が耐熱耐久性は高く、しかも、その傾向はダイヤモンドライクカーボン層の厚さが厚いほど顕著であることが表１の結果から判定できるが、これはダイヤモンドライクカーボン層が厚いほど銅の酸化が生じにくく、クリアコートの下層において脆い酸化銅の形成が抑制される結果である。
【００４１】
なお、ダイヤモンドライクカーボンは比較的平滑な表面を有するので、鍋の基材である磁性金属層の表面に表面粗さＲａ値が０．５〜２．０μｍ程度となるよう予めブラスト処理を施しておけば、ダイヤモンドライクカーボンの薄膜層も適度な表面粗さが得られるためクリアコートの密着性は向上する。
【００４２】
（実施の形態２）
以下、図２を用いつつ、本発明の第２の実施の形態について説明する。図２は加熱調理一般に供される調理鍋であり、基材は１．５ｍｍ厚の銅１６で、内面は錫メッキ処理１７が施されている。また、基材である銅１６の外面には金属薄膜層１８が処理されており、これは実施の形態１と同様にダイヤモンドライクカーボン薄膜層であり、処理時間などの条件を変更することによって、１２ｎｍ、２４ｎｍ、３０ｎｍ厚のダイヤモンドライクカーボン層を処理したものであり、いずれの厚さにおいても銅の色調や光沢が十分に感知できる。
【００４３】
ここで、上記実施の形態２の調理鍋の作製工程においてダイヤモンドライクカーボン処理を実施せずに鍋外面に銅酸化防止剤であるベンゾトリアゾールを塗布したのみの調理鍋を比較例２として、上記実施の形態２と耐熱変色試験を実施した結果を（表２）に示す。
【００４４】
【表２】
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【００４５】
（表２）は実施の形態２と比較例２の調理鍋を１３０℃の炉内に投入したときの表面酸化色の変化を色差ΔＥで示したものであり、ΔＥ値が大きくなるほど酸化による変色が大きいことを表わしている。
【００４６】
（表２）に示す通り、銅表面に酸化防止剤を処理したのみの比較例２では、速やかに銅の酸化が進行し色相が酸化膜の厚みに応じて大きく変化していき酸化防止剤の効果は１３０℃では全く見られないのに対し、実施の形態２では色差の変化が遅く、銅独特の色調、光沢感が長期に渡り保持できることが判る。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
以上のように、本発明に関わる調理鍋は外面を構成する銅の表面にダイヤモンドライクカーボンの薄膜層を設けているので、銅の酸化劣化が抑制される結果十分な耐久性を有するので銅製の配管や建材などにも応用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の第１の実施の形態の鍋が備えられる炊飯器と鍋の断面図
【図２】本発明の第２の実施の形態である調理鍋とその断面図
【符号の説明】
【００４９】
１  電磁加熱誘導コイル
２  フェライト
３  底底温度検知センサー
４  加熱制御基板
５  基板冷却ファン
６  操作部
７  加熱板
８  蒸気キャップ
９  鍋
１０  アルミニウム
１１  フェライト系ステンレス
１２  銅
１３  フッソ樹脂コーティング
１４  クリアコーティング
１５  ダイヤモンドライクカーボン
１６  銅
１７  錫メッキ
１８  ダイヤモンドライクカーボン
１９  把手
【図１】
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【図２】
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