(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
五層複合材金属調理容器を製造する方法であって、以下の工程を有する、
高純度の銅シートと純アルミニウムシートとを、５０％の圧延比で冷間圧延し、その後、２８８℃（５５０゜Ｆ）以下の最高温度で加熱を行うことによって、銅コアと、この銅コアの両側に接合された純アルミニウム層とから成る予備接合複合材を形成する、
前記予備接合複合材とステンレス鋼シートとを、２７１℃（５２０゜Ｆ）〜３１６℃（６００゜Ｆ）の範囲の温度に加熱し、前記予備接合複合材の両側の前記純アルミニウム層に、前記ステンレス鋼シートを、２％〜１０％の圧延比での１回目の圧延パスと、１０％〜３０％の圧延比での２回目の圧延パスとで熱間圧延して五層複合材金属を形成する、
その後、これら圧延された五層複合材金属中での温度均一性を達成するために、２８８℃（５５０゜Ｆ）を超えない温度にまで加熱を行い、その後、前記銅コアと前記純アルミニウム層との間の脆性金属間化合物の形成を避けるために速やかに冷却する、
前記五層複合材金属を絞り加工によって調理容器に成形する、そして
外側のステンレス鋼層と前記純アルミニウム層とを機械加工削除することによって、前記調理容器の周部の周りに少なくとも一つの切削リングを形成して前記銅コアを視覚的に露出させる。
【請求項２】
請求項１の方法であって、前記各純アルミニウム層は、前記予備接合複合材の厚みの１０％を占め、前記銅コアは、前記厚みの８０％を占める。
【請求項３】
請求項１の方法であって、更に、前記調理容器の周部の上部に半曲側壁を形成する工程と、この半曲側壁を垂直軸心に沿ってせん断して前記銅コアと前記ステンレス鋼層とを前記五層複合材金属の断面に亘って視覚的に露出させて、前記調理容器側壁に対してほぼ平行な上部エッジを形成する工程を有する。
【請求項４】
五層複合材金属調理容器を製造する方法であって、以下の工程を有する、
高純度の銅シートを提供する、
二枚の純アルミニウムシートを提供する、ここで、これら純アルミニウムシートのそれぞれは、前記銅シートの厚みの１０％の厚みを有する、
前記純アルミニウムシートと前記銅シートとの対向面を洗浄する、
前記純アルミニウムシートと前記銅シートとを、５０％の圧延比で冷間圧延し、その後、２８８℃（５５０゜Ｆ）以下の最高温度で加熱を行うことによって、予備接合複合材を形成する、ここで、前記銅シートは前記予備接合複合材の銅コアを形成する、
二枚のステンレス鋼シートを提供し、これらステンレス鋼シートと、前記予備接合複合材の純アルミニウム層との対向面を洗浄し、前記各ステンレス鋼シートの洗浄済み対向面を、前記純アルミニウム層の洗浄済み面上に載置し、２７１℃（５２０゜Ｆ）〜３１６℃（６００゜Ｆ）の範囲の温度にまで加熱し、２％〜１０％の圧延比での１回目の圧延パスと、１０％〜３０％の圧延比での２回目のパスとで熱間圧延して五層複合材金属を形成する、
前記五層複合材金属を、この五層複合材金属中での温度均一性を達成するために、２８８℃（５５０゜Ｆ）を超えない温度にまで加熱し、その後、速やかに冷却を行う、そして
前記五層複合材金属を所望の調理容器形状に成形する、
更に、外側のステンレス鋼層と前記純アルミニウム層とを機械加工削除することによって、前記調理容器の周部の周りに少なくとも一つの切削リングを形成して前記銅コアを視覚的に露出させる工程を有する。
【請求項５】
請求項４の方法であって、更に、前記調理容器の周部の上部に半曲側壁を形成する工程と、この半曲側壁を垂直軸心に沿ってせん断して前記銅コアと前記ステンレス鋼層とを前記五層複合材金属の断面に亘って視覚的に露出させて、前記調理容器側壁に対してほぼ平行な上部エッジを形成する工程を有する。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかの方法であって、前記調理容器の内面を形成するステンレス鋼層の一方はタイプ３０４であり、他方の前記調理容器の外面を形成する前記ステンレス鋼層は、前記調理容器を電磁調理器での使用に適したものとするべくフェライト型磁性グレードのステンレス鋼である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、一般に、調理器具用の複層複合材金属製品、詳しくは、調理器具製品の熱伝導性と、耐腐食性と、美観とを向上させるための、銅コアステンレス鋼外装複合材に関する。
【０００２】
調理及び取扱い装置の製造において、ステンレス鋼は、その耐腐食性、高延性材料として、その価値を認められて久しい。しかしながら、ステンレス鋼は、熱伝導率が低く、ステレンス鋼と、銅やアルミニウム等のより熱伝導率の高い金属を組み合わせる様々な技術が考案され開発されている。銅は、市販されている金属中で最も伝導率が高い。様々な金属の熱伝導率を比較する一般的な方法は、銅の伝導率を１００％とする方法である。これに対して、アルミニウムは銅の熱伝導率の約５５％であり、ステレンス鋼は銅の熱伝導率の僅か３％を有するに過ぎない。
【０００３】
ステレンス鋼の銅への直接接合は、様々な方法によって可能であるが、これらの方法はそれぞれ大きな欠点がある。次に、これらの方法を簡単に概説する。
【０００４】
第１の方法は、スラブ法であり、これは、先ず、溶接又は爆着によって、ステレンス鋼と銅の厚板を組み付けるものである。その後、接合された板は、使用可能なゲージにまで、熱間、冷間圧延される。銅の許容可能な最高加工温度とステレンス鋼の最低加工温度との間には非常に僅かなオーバラップしかない。これにより、取扱い及び加工において複数の再加熱と多くの工程が必要となる。この技術は、高コストで、本来的に材料収量（ｙｉｅｌｄ）が低く、これによってこの技術は、ポットや鍋等の調理器具製品の製造に有用な軽ゲージ用として経済的に実施不能である。
【０００５】
第２の接合方法は、冷間絞り加工法である。銅とステレンス鋼は室温での高圧延絞り加工によって接合することが可能である。しかしながら、これを行うための装置は、非常に軽ゲージのものを除いて、極めて大きなものとなり、実用的でない。この技術は、更に、最終焼なましを必要とし、これによって、再び、ステレンス鋼と銅との加工温度の違いの問題が生じる。
【０００６】
第３の接合方法は、ろう付けによるものである。銅とステレンス鋼との直接的ろう付けは可能であるが、これを行うためには、高価な銀ベースのろう付け剤を使用することが必要であり、これによって、この方法はこのようなゲージでは経済的実施不能である。また、その結果得られる製品は、ある種の固有の形成制限を有する。
【０００７】
ステレンス鋼と高伝導率材との経済的な組み合わせを求めて、調理器具産業は、アルミニウムの片面又は両面にステレンス鋼を接合する方法を採用してきた。この材料構成の特徴は、接合の容易性と、高い製品収量（ｙｉｅｌｄ）にある。接合工程は、加熱と圧延とによって行われるが、成形前の接合後焼なましが必要とされるほど、ステレンス鋼に十分な圧延を課するものではない。その加工温度は８００゜Ｆ以下であり、これはステレンス鋼とアルミニウムとが不要な脆性金属間化合物（ｂｒｉｔｔｌｅ  ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃ）を形成し始める１０５０゜Ｆよりも十分に低い。アルミニウムは、その軽量性と冷間加工の容易性の為に、高品質調理器具の製造用として好適な材料である。そのような製品のアルミニウムコアは、通常、「アルクラッド」（Ａｌｃｌａｄ）タイプの製品であり、これは、外側の非常に薄い高純度アルミニウム（ＥＣグレード、又は１１００，１１３０，１２３０，１１７５，７０７２，１０５０，１１４５，１０６０及び類似の１０００シリーズ合金、等）の層を備えるアルミニウムと、アルミニウム合金コアとの予備接合帯材である。純アルミニウムは、適切な接合状態を達成するために、ステレンス鋼の近傍に必要であり、アルミニウム合金コアは、その高い強度に依る深絞り加工特性のために設けられる。アルミニウム合金層は、更に、絞り加工された製品の外面上に粗いテキスチャを発生させる「ゆずはだ」（ｏｒａｎｇｅ  ｐｅｅｌ）現象を防止する。その粒子の性質に依り、これは固体純アルミニウムコアが使用された時に発生する。
【０００８】
その優れた熱流伝導性にも拘わらず、上述した問題により、これまで、銅は、実用的なコア材料として使用されることはなかった。ジョン・ビー・ウラム（Ｊｏｈｎ  Ｂ．Ｕｌａｍ）の米国特許第４，２４６，０４５号は、銅コアの望ましい性質と、アルミニウム／ステレンス鋼接合の容易性とを組み合わせることを試みている。同氏の技術に依れば、製品は、その両方のアルミニウム成分がアルクラッドタイプであるアルミニウム／銅／アルミニウム予備接合シートから製造される。
【０００９】
前記銅コア予備接合シートは、室温での冷間絞り加工によって形成される。この‘０４５ウラム特許は、前記アルクラッドアルミニウムの存在によって、ゆずはだの発生が防止されると教示している。このウラムの方法に依れば、前記予備接合コアの純アルミニウム表面は、化学薬品又は研磨手段によって洗浄、調整され、その後、加熱され、アルミニウムコアステレンス鋼の接合に類似の方法によって、ステレンス鋼に接合される。これによって得られた９層の複合材は、その後、従来方法によって、調理容器に深絞り加工される。
【００１０】
調理器具用の銅コア材料を求めて、私は、前記‘０４５ウラム特許を詳細に研究した。そして、私は、ウラムの教示内容の重要な側面は、私の実験研究の結果に反することを見出した。
【００１１】
発明の要旨
本発明は、グリル及び調理容器、その他の調理装置の製造用のより優れた五層複合材、及びその製造方法を提供するものである。前記複合材の層は、両外面のステレンス鋼と、ソリッドな銅のコアとを含む。前記銅コアとステレンス鋼外装との間の各界面間には高純度アルミニウムの薄い層が配設されている。この材料は、銅とアルミニウムの伝熱特性と、ステレンス鋼の美観性及び成形性とを併せ持つ。
【００１２】
本発明の方法は、Ｃ−１０２グレード高純度銅等の、比較的純度の高い銅のコア層と、ＥＣグレード又は１０００シリーズグレードアルミニウム等の純アルミニウムの二つの薄いシートとを提供する工程を有する。これら銅とアルミニウムのシートは、洗浄され、その後、アルミニウムを、銅コアの両面に対して、約５０％の圧延比（ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）で冷間圧延することによって、接合される。その後、前記銅コア、アルミニウム予備接合複合材は、接合部を強化するべく熱処理される。次に、比較的軽ゲージステレンス鋼の二つの層を、前記銅コア−純アルミニウム予備接合複合材に対して、好ましくは、約２０〜３０％の総熱間圧延比で行われる２回の熱間圧延加工によって接合し、五層複合材を作る。この五層銅コア、アルミニウム−ステレンス鋼外装複合材を、その後、この圧延結合製品を強化するべく熱処理する。本発明のこの五層製品は、その後、例えば、フライパン、ソースパン、ストックパン等の所望の形状の調理容器へと絞り加工することにより、従来の深絞り成形手段によって成形され、研磨される。
【００１３】
本発明は、更に、前記銅コアを視覚的に露出させるべく、前記調理容器の下側外周部に形成された装飾用切削溝又はリングによって、良好な美観を備えた調理器具を提供する。この特有の美観特徴は、前記ステレンス鋼と純アルミニウムの外側層を、約０．０１５インチの深さ、約０．２５インチの幅で、切削、即ち、機会加工削除して前記銅コアを視覚的に露出させることによって達成される。所望の場合には、調理容器の美観を変えるために、一つ以上の切削リングを形成することができる。前記切削工程によって形成される研磨銅材の露出リングは、調理器具の側壁の周りの研磨されたステレンス鋼に対して、美観に優れたコントラストを提供する。重い銅コアが本発明の前記五層材に於ける実質的な熱伝導体であるため、前記切削リングによる前記ステレンス鋼及び純アルミニウムの層の完全な切除によって、調理容器の側壁に沿った伝熱性が損なわれることはなく、銅の厚みが切削加工によって減ることもない。
【００１４】
前記調理容器の上縁は、好ましくは、外側に向けて、湾曲（ｃｕｒｖｅｄ）又は半曲（ｒａｄｉｕｓｅｄ）状態にフレア形成され、垂直軸心に沿ってせん断されて、この調理容器の上縁周部周りの銅コアとステレンス鋼の層が、視覚的に露出され、その厚い銅コアとこれに隣接するステレンス鋼層との間の視覚的コントラストによって、調理器具の美観を更に向上させる。
【００１５】
発明の詳細な説明
以下に記載し図面に図示された本発明は、優れた接合一体性と製造経済性とを示す、従来技術によって教示されているものよりも優れた製品を作るための、銅コア、ステレンス鋼複合材とその製造方法を提供する。この材料の内部は、銅コア２の両面上に、純粋又は高純度のアルミニウム４（以下、「純アルミニウム」と称する。）を有する三層予備接合複合材６を有する。前記純アルミニウム４の層の厚みは最小化されて、前記銅とステレンス鋼とを互いに接合するための「冶金的接着剤」として作用することが意図されている。前記純アルミニウム４−銅２−純アルミニウム４の予備接合複合材シート６は、積層されたこれら三つの層を、室温で約５０％の圧延比での冷間絞り加工によって圧延接合することによって作られる。図１に、圧延接合前の、前記銅コア２の両面上に配置された純アルミニウム４の層が図示されている。この三層複合材シートの、冷間絞り接合後の状態が図２に図示されており、これを、前記予備接合複合材シート６と称する。前記予備接合複合材シート６の５５０゜Ｆ以下の中程度の温度での冷間圧延後加熱も、接合強度を改善するために行われる。前記予備接合複合材シート６の前記純アルミニウム層４の表面は、表面酸化物、オイル、油脂、及びその他の汚染物質を除去するために化学的又は機械的に洗浄され、前記ステレンス鋼シート８間に載置される。その後、図３に図示する積層アレイ全体を、５２０゜〜６００゜Ｆ、好ましくは５５０゜〜５８０゜Ｆより狭い範囲の温度に加熱する。その後、図３の加熱済み積層アレイを、圧延ミルのバイトに投入する。タンデムミル内での同じ昇温条件での、第１回目の圧延パスで２％〜１０％の圧延比とし、第２回目の圧延パスで１０％〜３０％の圧延比として、図４に図示されている本発明の五層複合材製品１０が作り出される。その後、この五層複合材１０の熱間圧延後加熱を、５５０゜Ｆ以下の温度で行う。圧延された五層複合材１０内での均一な温度が達成されたらすぐに、この圧延材を、前記昇温状態でそれ以上保持することなく、冷却する。これによって得られる材料は、全ての金属境界面に於ける優れた結合強度を示し、深絞り成形に必要な延性を有する。
【００１６】
この方法は、前記予備接合及び接合後段階に於ける材料に対する熱投与量を最小限にすることを意図している。私は、過剰な熱（５５０゜〜６００゜Ｆ）又は熱に対する長引く露出は、前記予備接合シートの銅とアルミニウムとの間の脆性金属間化合物の形成を促進させることを見出した。この金属間化合物によって、成形中に、外装層の分離が起こる。しかしながら、種々の層が十分に加熱されなければ、ステンレス鋼とアルミニウム間の接合は弱くなり、或いは、前述した圧延時に存在し得ないであろうということに注意しなければならない。この事実から、本発明の別の重要で特有の態様が導かれる。即ち、私の実験研究に依れば、どのような圧延接合物でもアルミニウムの厚みを最小化することによって接合強度が増加するということが示された。私は、これを、圧延ロールの接触部の弧に対する圧延の相対量に依るものとしている。昇温されたアルミニウムのように降伏強さの弱い材料はローリングミルが回転するにつれて前記ローリングミルの入り口側に向かって押し出される傾向にある。その結果、ロールに対する分離力が小さくなり、従って、材料の界面に対する圧縮力が少なくなる。本発明の前記予備接合複合材シート６は、前記薄い純アルミニウム層４の作用により、圧延中において一つの金属として挙動する。より降伏強さの強い銅コア２が厚みの割合として最大化されれば、コアの降伏強さは当然より大きくなり、より低い温度での最終接合強度を大きくすることが可能となる。前記‘０４５ウラム特許によって教示されているような、アルクラッド層のアルミニウムを含ませる慣行によっては、アルミニウムの全体厚みが必然的に増大するが、これは、本発明の明証に反するものである。アルクラッド材を使用すれば、又、予備接合材がより高価になる傾向がある。更に、前記層４中の純アルミニウムの厚みを最小化することは、純アルミニウムを使用する副作用として発生し得る、ゆずはだ作用の影響を最小限にすることにもなる。前記純アルミニウムの厚みを最小限に留めることによって、この作用は僅かなものとなる。現時点において好適な、純アルミニウム外装銅を有する予備接合複合材６は、例えば、前記ステレンス鋼との接合の前において、約０．０９０インチの総厚みを有し、前記各純アルミニウム層４は、予備結合コア複合材の総厚みの約１０％以下を占める。これにより、各純アルミニウム層４は、ステレンス鋼の外層８との圧延接合前において、約０．００９インチの厚みである。
【００１７】
その優れた伝熱性にも拘わらず、銅は、アルミニウムの三倍以上もの密度を有する非常に重い金属である。最終製品のアルミニウム層２の厚みは、高い機能性を提供するのに十分であるが、容器の重量を非実用的なものとするほど大きなものとするべきでない。銅の必要量は、個々の容器の実際の使用目的に応じて決められるであろう。
【００１８】
この例においては、総厚みが０．０９０インチの予備接合複合材シート６の場合において、各純アルミニウム層４の厚みは、予備接合シート総厚みの約１０％、又は、０．００９インチであり、銅の内層の厚みは、予備接合シート総厚みの約８０％、又は、０．０７２インチである。ここで使用する「純アルミニウム」という用語は、例えば、ＥＣグレードのアルミニウム、１０００シリーズアルミニウム合金ファミリ等の高アルミニウム含有率の合金を含むものである。前記ステレンス鋼の外層８との圧延接合後、本発明の前記五層複合材１０は、本好適実施例において、約０．０７２インチの総厚みを有し、これは、様々なサイズの調理器具の製造に特に好適である。例えば、そのような厚みが０．０７２インチの五層複合材１０は、０．０３６インチの厚みの銅コア２と、夫々厚みが０．００４インチの純アルミニウム層４と、厚みが０．０１４インチのステレンス鋼の外層８とを有したものとなる。この例の図３に図示した金属シートの五層積層アレイは、熱間圧延前において夫々が０．０１７インチの厚みを有する３０４タイプのステレンス鋼層８を使用したものである。
【００１９】
上述した個々の厚みの銅、純アルミニウム及びステレンス鋼を有する０．０７２インチの厚みの金属シートとして形成された前記五層複合材１０を、絞り加工によって、図５に示す調理容器２０に成形した。複合材金属シートの絞り加工は周知であり、複動式プレス機又は油圧成形機等によって行うことができる。もちろん、本発明の前記五層複合材１０から、フライパン、シチュー鍋、ストックポット、ロースト用及びベーキング用鍋、等の様々なタイプ、サイズの調理器具を作ることが可能である。
【００２０】
図５に図示する調理容器２０は、シチュー鍋又はストックポットとして形成されており、開口上部２２と、底部２４と側壁２６とを有する。前記容器２０の上部２２には、前記絞り加工中に、外向きの半曲仕上げ２７を与えることができる。その後、トリミングダイを使用して、前記側壁２６に対してほぼ平行な形成エッジ２８を切除する。前記形成エッジ２８は、例えば、３／８インチの半径で丸み形成される。前記半径に渡ってトリミングダイによって縦に切除することによって、非垂直平面に沿って前記銅コアが露出され、これによって銅のエクスポーネント（ｅｘｐｏｎｅｎｔ）を最大化する。前記形成エッジ２８は、前記両ステレンス鋼層８間に挟まれた銅コア２を視覚的に露出させることによって、容器２０の美観を向上させる。
【００２１】
前記容器２０の外観は、前記容器の周部周り、その底部２４の近傍に形成される凹溝として、切削装飾リング３０を追加することによって更に劇的に向上する。前記切削装飾リング３０は、前記外側ステレンス鋼層８と純アルミニウム層４とを切除して、図５及び６に図示されているように、前記側壁２６の周部周りで前記銅コア２を視覚的に露出させることによって形成される。本実施例において、前記銅コア２は、前記容器側壁２６を、約０．０１５インチの深さで機会加工削除することによって視覚的に露出される。この切削リング３０の機会加工削除は、好ましくは、容器２０を回転させながら、固定の切断具が前記リング３０を形成するプログラマブルＣＮＣ旋盤によって行われる。前記装飾リング３０は、例えば、約１／４インチの幅にカット形成することができる。所望の場合には、一つ以上の装飾切削リング３０を設けて、更に異なる美観を達成してもよい。
【００２２】
前記形成エッジ２８がせん断された後、この粗いエッジは、容器を回転させながら、前記上部エッジ２８を固定具に当てることによってスムージングされる。その後、容器２０は、光沢を出すために、バフ磨き、研磨される。前記側壁２６の研磨されたステレンス鋼と、前記切削リング３０に沿った前記銅コア２との視覚的なコントラストは、非常に特徴的で視覚的に魅力的である。同様に、前記形成エッジ２８は、前記銅コア２と、視覚的にその周りで顕著なステレンス鋼層８との間のコントラストによって外観的に向上する。
【００２３】
前記ステレンス鋼層８は、タイプ３０４グレードから形成される。所望の場合には、４００シリーズのフェライト型磁性グレードのステレンス鋼を前記外層として使用して、容器を電磁調理器（ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ  ｃｏｏｋｉｎｇ  ｒａｎｇｅｓ）で使用可能としてもよい。前記銅コア２用の銅材料は、好ましくは、Ｃ１０２高純度銅である。銅の含有率が高ければ高いほど、熱伝導率は高くなる。前記ステレンス鋼を銅コア２に圧延接合するための「冶金的接着剤」を提供する前記薄い純アルミニウム層４によって、もしもそれらがなければ、前記従来技術‘０４５ウラム特許のアルクラッド材のアルミニウム合金層の存在によって小さなものとされてしまう、前記銅コア２の厚みを最大化することが可能である。
【００２４】
このように、本発明に依れば、前記純アルミニウム層の厚みが最小化されたことによって銅コア２の厚みが最大化された為に、優れた美観を備え改良された調理特性が提供されるのである。
【００２５】
以上、本発明の具体的実施例を詳述したが、当業者においては、本開示内容の全体の教示に鑑みて、種々の改変及びこれらの詳細構成に対する代替構成を開発することが可能であることが、理解されるであろう。ここに記載した現時点において好適な実施例は、例示的なものでしかなく、添付の請求項の全範囲によって与えられるところの本発明の範囲、及びその全ての均等物を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧延接合前の、銅コア及び純アルミニウム層の側方断面図
【図２】圧延接合して予備接合複合材を形成した後の、図１の銅及びアルミニウムの層の断面図
【図３】圧延接合の前の、ステレンス鋼層を備える、図２の銅−アルミニウム予備接合複合材の断面図
【図４】圧延接合した後の、本発明の五層複合材を形成する、図３の銅、アルミニウム及びステレンス鋼層の断面図
【図５】本発明によって製造された調理容器の側面図
【図６】ＶＩ〜ＶＩ線に沿った、図５の調理容器の側壁の、本発明の機会加工削除形成された切削リングの一部を図示する側方断面図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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