特許 6441013 加熱調理器具用アルミニウム合金部材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6441013

(24)【登録日】2018年11月30日

(45)【発行日】2018年12月19日

(54)【発明の名称】加熱調理器具用アルミニウム合金部材

(51)【国際特許分類】

   C22C 21/00 20060101AFI20181210BHJP

   A47J 36/02 20060101ALI20181210BHJP

   A47J 27/00 20060101ALI20181210BHJP

【ＦＩ】

   C22C21/00 L

   A47J36/02 A

   A47J27/00 107

【請求項の数】4

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-201212(P2014-201212)

(22)【出願日】2014年9月30日

(65)【公開番号】特開2016-69697(P2016-69697A)

(43)【公開日】2016年5月9日

【審査請求日】2017年7月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】399054321

【氏名又は名称】東洋アルミニウム株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000222141

【氏名又は名称】東洋アルミエコープロダクツ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】新宮 享

(72)【発明者】

【氏名】大八木 光成

(72)【発明者】

【氏名】久永 良明

【審査官】 相澤 啓祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２５３６００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５２５５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０２３８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２７４３５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２１７６４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２２Ｃ ２１／００−２１／１８

Ａ４７Ｊ ２７／００−２７／１３

Ａ４７Ｊ ２７／２０−２９／０６

Ａ４７Ｊ ３３／００−３６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１元素と第２元素との金属間化合物からなる第１相と、
前記金属間化合物と異なり、かつ前記第１元素と前記第２元素とからなる第２相と、からなる加熱調理器具用アルミニウム合金部材であって、
前記第１元素はアルミニウムであり、
前記第２元素はマンガンであり、
前記加熱調理器具用アルミニウム合金部材における前記第２元素の含有量は、１８質量％以上２５質量％以下である、加熱調理器具用アルミニウム合金部材。

【請求項2】

１７４μｍ×１３４μｍの大きさの１つの面に占める前記第１相の面積と、前記１つの面に垂直であり、かつ１７４μｍ×１３４μｍの大きさの他の１つの面に占める前記第１相の面積とは、それぞれ６０％以上９０％以下である、請求項１に記載の加熱調理器具用アルミニウム合金部材。

【請求項3】

１７４μｍ×１３４μｍの大きさの１つの面に含まれる前記第２相の数と、前記１つの面に垂直であり、かつ１７４μｍ×１３４μｍの大きさの他の１つの面に含まれる前記第２相の数とは、それぞれ２００個以上１０００個以下である、請求項１または請求項２に記載の加熱調理器具用アルミニウム合金部材。

【請求項4】

５００μｍ以上５０００μｍ以下の厚さを有する板状物である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の加熱調理器具用アルミニウム合金部材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、加熱調理器具用アルミニウム合金部材に関する。

【背景技術】

【0002】

電磁誘電加熱調理器に用いられる加熱調理器具用部材には、アルミニウム（Ａｌ）と他の材料とを用いた部材が知られている。

【0003】

たとえば特開２００４−２４９３６７号公報（特許文献１）には、オーステナイト系ステンレス鋼板材、アルミニウム（Ａｌ）を表面にコーティングした鉄または鉄合金部材、アルミニウムまたはアルミニウム合金部材、およびオーステナイト系ステンレス鋼板材をこの順に積層させた板材が記載されている。特開２００７−１４４１３２号公報（特許文献２）には、Ａｌからなる非磁性基材、磁性材料層、および金属材料層がこの順に積層された複合材が記載されている。

【0004】

しかし、特許文献１に記載の板材および特許文献２に記載の複合材は、材料の異なる層が複数積層された構造を有するために、層の剥離による劣化が生じやすい。これに対し、たとえば特開２００７−２７０３５１号公報（特許文献３）には、Ａｌを主成分とし、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｃｕ、ＳｉおよびＦｅを含むアルミニウム合金からなるアルミニウム箔が記載されている。このアルミニウム箔によれば、上記の剥離の問題を解消することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００４−２４９３６７号公報

【特許文献2】特開２００７−１４４１３２号公報

【特許文献3】特開２００７−２７０３５１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献３に記載のアルミニウム箔の比抵抗値は５〜１０μΩｃｍであり、電磁誘導加熱による消費電力量は１００Ｗに満たず、発熱量が低いという問題がある。このため、電磁誘導加熱による高い発熱量を発揮可能な加熱調理器具用部材の開発が求められている。

【0007】

本発明は、上記のような現状に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、電磁誘導加熱による高い発熱量を発揮可能な加熱調理器具用アルミニウム合金部材を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の加熱調理器具用アルミニウム合金部材は、第１元素と第２元素との金属間化合物からなる第１相と、金属間化合物と異なり、かつ第１元素と第２元素とからなる第２相と、を含む加熱調理器具用アルミニウム合金部材であって、第１元素はアルミニウムであり、第２元素はマンガン、鉄、シリコン、マグネシウム、クロムおよび銅からなる群より選択された１つ以上であり、加熱調理器具用アルミニウム合金部材における第２元素の含有量は、１８質量％以上２５質量％以下である。

【0009】

上記加熱調理器具用アルミニウム合金部材において、１７４μｍ×１３４μｍの大きさの１つの面に占める第１相の面積と、１つの面に垂直であり、かつ１７４μｍ×１３４μｍの大きさの他の１つの面に占める第１相の面積とは、それぞれ６０％以上９０％以下であることが好ましい。

【0010】

上記加熱調理器具用アルミニウム合金部材において、１７４μｍ×１３４μｍの大きさの１つの面に含まれる第２相の数と、１つの面に垂直であり、かつ１７４μｍ×１３４μｍの大きさの他の１つの面に含まれる第２相の数とは、それぞれ２００個以上１０００個以下であるであることが好ましい。

【0011】

上記加熱調理器具用アルミニウム合金部材は、５００μｍ以上５０００μｍ以下の厚さを有する板状物であることが好ましい。

【発明の効果】

【0012】

本発明の加熱調理器具用アルミニウム合金部材によれば、電磁誘導加熱による高い発熱量を発揮するという効果を奏する。

【0013】

なお、本発明でいう加熱調理器具用アルミニウム合金部材における面とは、光学顕微鏡によって確認され得る領域をいう。厳密には加熱調理器具用アルミニウム合金部材の表面には酸化皮膜が形成されているが、本発明でいう加熱調理器具用アルミニウム合金部材における面とは、この酸化皮膜を除いた面をいう。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本実施形態の加熱調理器具用アルミニウム合金部材を光学顕微鏡で撮影し、得られた画像を二値化処理した画像であり、かつ実施例２の加熱調理器具用アルミニウム合金部材より得られた試料における１７４μｍ×１３４μｍの領域の二値化処理後の画像である。

【図2】比較例５の加熱調理器具用アルミニウム合金部材より得られた試料における１７４μｍ×１３４μｍの領域の二値化処理後の画像である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本実施形態の加熱調理器具用アルミニウム合金部材（以下、「Ａｌ合金部材」ともいう）は、第１元素と第２元素との金属間化合物からなる第１相と、金属間化合物と異なり、かつ第１元素と第２元素とからなる第２相と、を含み、第１元素はアルミニウム（Ａｌ）であり、第２元素はマンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、シリコン（Ｓｉ）、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）および銅（Ｃｕ）からなる群より選択された１つ以上であり、Ａｌ合金部材における第２元素の含有量は、１８質量％以上２５質量％以下である。なお、複数の第２元素を含む場合には、複数の第２元素の総量が１８質量％以上２５質量％以下となる。

【0016】

第１相を構成する金属間化合物としては、Ａｌ−Ｍｎ系、Ａｌ−Ｆｅ系などの２元系金属間化合物、Ａｌ−Ｍｎ−Ｆｅ系、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉ系などの３元系金属間化合物を挙げることができる。各金属間化合物の組成は１つとは限られず、たとえば、Ａｌ−Ｍｎ系金属間化合物には、ＭｎＡｌ₆、ＭｎＡｌ₄またはＭｎＡｌ₃などが含まれる。

【0017】

第２相は、上述の金属間化合物とは異なり、かつ第１元素と第２元素とからなる相である。第２相において、第２元素は第１元素（Ａｌ）中に固溶している。

【0018】

なお、本実施形態のＡｌ合金部材が意図しない不可避不純物を含んでもよいことはいうまでもない。不可避不純物としては、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｇａ、Ｃｒ、Ｖなどを挙げることができる。不可避不純物としての各元素の含有量は、それぞれ０．０５質量％以下である。不可避不純物は、第１相および第２相のいずれにも含まれ得る。

【0019】

本実施形態のＡｌ合金部材は、公知のＤＣ（Direct Casting）鋳造法を用いて作製することができる。

【0020】

本実施形態のＡｌ合金部材は、４０μΩｃｍ以上という高い比抵抗値を有することができ、これによって、電磁誘導加熱によって１００Ｗ以上という高い消費電力量を発揮することができるため、もって高い発熱量を発揮することができる。

【0021】

図１は、本実施形態のＡｌ合金部材を光学顕微鏡で撮影し、得られた画像を二値化処理した画像である。具体的には、後述する実施例２のＡｌ合金部材の表面を５００倍の倍率で撮影し、得られた画像を濃淡のコントラストに基づいて二値化処理した画像である。

【0022】

図１において、白色の領域がＡｌ−Ｍｎ系金属間化合物からなる第１相であり、第１相に囲まれるように島状に点在する黒色の領域が第２相である。なお、第１相および第２相中には、不可避不純物が含まれ得る。第２相はＡｌにＭｎが固溶した相であるため、図１において、第１相と第２相とは明確に区別されて観察される。

【0023】

図１に示されるように、第２相の周囲は第１相によって囲まれており、第１相はそれぞれ連続する（連なっている）ように存在している。このような組織構造により、第１相によって第２相間での電子の移動が抑制されるために、従来考えられていたよりも顕著に高い比抵抗を有することができ、これにより、高い発熱量の発揮が可能となるものと推察される。

【0024】

一方、本実施形態のＡｌ合金部材において、第２元素の含有量が１８質量％未満の場合には、上記のような高い発熱量を発揮できない。これは、第２元素の含有量が１８質量％未満の場合には、Ａｌ合金部材中に占める第１相の割合が低いために、第２相間の連なりを第１相によって十分に排除できず、結果的に第２相間での電子の移動を十分に抑制できないためと推察される。なお、第２元素の含有量を２５質量％超とした場合には、ＤＣ鋳造法によってＡｌ合金部材を作製することはできなかった。

【0025】

本実施形態のＡｌ合金部材において、第２元素の含有量は、好ましくは２２質量％以上２５質量％以下であり、この場合、電磁誘導加熱によって１４０Ｗ以上という高い消費電力量を発揮することができる。

【0026】

また、本実施形態のＡｌ合金部材は、１７４μｍ×１３４μｍの大きさの任意の１つの面に占める第１相の面積と、この１つの面に垂直であり、かつ１７４μｍ×１３４μｍの大きさの他の１つの面に占める第１相の面積とが、それぞれ６０％以上９０％以下であることが好ましい。この場合にも、電磁誘導加熱によって１００Ｗ以上という高い消費電力量を発揮することができる。互いに垂直な上記２つの面に含まれる第１相の面積は、それぞれ７０％以上９０％以下であることがより好ましい。

【0027】

Ａｌ合金部材の互いに垂直な２つの面の各々における第１相の面積は、次のようにして求められる。まず、Ａｌ合金部材の表面を５００倍の倍率で撮像して画像を得る。得られた画像中、Ａｌ合金部材の１７４μｍ×１３４μｍの表面領域に一致する画像を、濃淡のコントラストに基づいて二値化処理する。そして、二値化処理後の画像中の第１相の占める面積の割合を算出し、これをＡｌ合金部材の１つの面に占める第１相の面積とする。また、この１つの面に対し垂直な他の１つの面についても同様の処理を行い、算出された値を、Ａｌ合金部材の１つの面に垂直な他の面に占める第１相の面積とする。なお、１μｍ²以下の面積の第１相は計測数から除かれる。

【0028】

また、本実施形態のＡｌ合金部材は、１７４μｍ×１３４μｍの大きさの任意の１つの面に含まれる第２相の数と、１つの面に垂直であり、かつ１７４μｍ×１３４μｍの大きさの他の１つの面に含まれる第２相の数とが、それぞれ２００個以上１０００個以下であることが好ましい。この場合にも、電磁誘導加熱によって１００Ｗ以上という高い発熱量を発揮することができる。互いに垂直な上記２つの面に含まれる第２相の数は、それぞれ２００個以上８００個以下であることがより好ましい。

【0029】

Ａｌ合金部材の互いに垂直な上記２つの面の各々における第２相の数は、第１相の面積の求め方と同様の方法により得られた二値化処理後の画像中に点在する第２相の数を計測することにより求められる。つまり、その周囲を第１相によって囲まれる第２相が、１つの第２相となる。なお、１μｍ²以下の面積の第２相は計測数から除かれる。

【0030】

また、本実施形態のＡｌ合金部材は、５００μｍ以上５０００μｍ以下の厚みを有する板状物であることが好ましい。板状物であるＡｌ合金部材の厚みが５００μｍ未満の場合、強度が弱くなる傾向があり、たとえばフライパン、鍋といった加熱調理器具として使用する際に、変形する恐れがある。板状物であるＡｌ合金部材の厚みが５０００μｍを超える場合、発熱量が低下する傾向がある。

【実施例】

【0031】

以下、実施例を挙げて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

【0032】

（実施例１）
アルミニウム溶湯を準備し、Ｍｎが溶解可能となるようにアルミニウム溶湯を加熱しながら、Ａｌ合金部材におけるＭｎの含有量が１８質量％となるようにＭｎを投入した。Ｍｎ投入後のアルミニウム溶湯を銅製の鋳型に流し込み、これを固めることにより、縦１００ｍｍ×横１２０ｍｍ×厚み３．５ｍｍのＡｌ合金部材を作製した。なお、得られたＡｌ合金部材における不可避不純物の総量は０．０１質量％以下であった。

【0033】

（実施例２〜４）
Ａｌ合金部材におけるＭｎの含有量が、それぞれ２０質量％、２２質量％、２５質量％となるようにＭｎを投入した以外は、実施例１と同様にして、実施例２〜４のＡｌ合金部材を作製した。実施例２〜４においても、得られたＡｌ合金部材における不可避不純物の総量は０．０１質量％以下であった。

【0034】

（比較例１〜５）
比較例１として、Ｍｎ含有量が０．０１％以下、不可避不純物の総量が０．０１％以下であるＡｌ合金部材を用意した。また、Ａｌ合金部材におけるＭｎの含有量が、それぞれ０．８質量％、１０質量％、１５質量％、１６質量％となるようにＭｎを投入した以外は、実施例１と同様にして、比較例２〜５のＡｌ合金部材を作製した。比較例２〜５においても、得られたＡｌ合金部材における不可避不純物の総量は０．０１質量％以下であった。

【0035】

（組織観察）
実施例１〜４および比較例１〜５の各Ａｌ合金部材について、以下の方法により、互いに垂直な２つの面における第１相（Ａｌ−Ｍｎ金属間化合物）の各面積の割合と、第２相（Ａｌ物質）の各数とを測定した。

【0036】

具体的には、まず、Ａｌ合金部材の一部を切り出して直方体の試料を作製した。次に、光学顕微鏡（ニコン株式会社製、製品名：「ECLIPSE L200」）を用いて、５００倍の倍率で試料の１つの面Ａを撮像して画像Ａを得た。また、試料の１つの面Ａに垂直な他の１つの面Ｂについても同様にして画像Ｂを得た。光学顕微鏡で明るく見える領域（図１および図２中での黒色の領域）が第２相で、暗く見える領域（図１および図２中で白色の領域）が第１相である。

【0037】

次に、得られた各画像Ａ，Ｂ（Ａｌ合金部材中の面における１７４μｍ×１３４μｍの矩形領域に相当）を、株式会社キーエンス製デジタルマイクロスコープＶＨＸ２００に読み込み、デジタルマイクロスコープの計測ツールを用いて二値化処理した。

【0038】

そして、二値化処理後の画像Ａ，Ｂ中に占める第１相の面積の割合をそれぞれデジタルマイクロスコープの計測ツールを用いて算出した。なお、１μｍ²以下の面積を有する第１相は除いた。さらに、二値化処理後の画像Ａ，Ｂ中に含まれる第２相の数をそれぞれデジタルマイクロスコープの計測ツールを用いて測定した。なお、１μｍ²以下の面積を有する第２相は計測数から除いた。これらの結果を表１に示す。

【0039】

（電気特性の測定）
実施例１〜４および比較例１〜５の各Ａｌ合金部材について、以下の方法により、比抵抗値と、消費電力量とを測定した。

【0040】

まず、Ａｌ合金部材の一部を切り出して、縦１０ｍｍ×横７５ｍｍ×厚み３ｍｍの試料を作製した。そして、抵抗計（日置電機社製、型番３５４１）を用いて、直流四端子法により試料の比抵抗値（μΩｃｍ）を測定した。また、Ａｌ合金部材の一部を切り出して、縦７５ｍｍ×横７５ｍｍの試料を作製した。そして、ＩＨ湯沸かし器（タイガー魔法瓶社製、型番ＣＩＫ−Ｂ０３０）に電力計（ＳＡＮＷＡ社製）を取り付け、試料を加熱した際の消費電力量（Ｗ）を測定した。

【0041】

【表1】

【0042】

表１に示されるように、実施例１〜４のＡｌ合金部材の比抵抗値は４０以上であった。これに対し、比較例１〜５のＡｌ合金部材の比抵抗値は３１．８以下であった。

【0043】

また、実施例１〜４のＡｌ合金部材は、電磁誘導加熱により１００Ｗ以上の消費電力量を発揮できることが確認された。これに対し、比較例３〜５のＡｌ合金部材は９８以下の消費電力量であった。なお、比較例１および比較例２のＡｌ合金部材は、電磁誘導加熱に供しても加熱電力が得られず、消費電力量は測定できなかった。

【0044】

また、実施例１〜４のＡｌ合金部材は、互いに垂直な２つの面（１７４μｍ×１３４μｍ）に占める第１相の面積が、それぞれ６０％以上９０％以下であるのに対し、比較例１〜５のＡｌ合金部材は、それぞれ５１％以下であることが確認された。

【0045】

また、実施例１〜４のＡｌ合金部材は、互いに垂直な２つの面（１７４μｍ×１３４μｍ）に含まれる第２相の数が、それぞれ２００個以上１０００個以下であるのに対し、比較例１〜３のＡｌ合金部材においては２３個以下であった。また、比較例４および比較例５のＡｌ合金部材においては、１つの面での第２相の数が２００個以上であったものの、この１つの面に垂直な他の面での第２相の数は１００個に満たなかった。

【0046】

ここで、図１は、実施例２のＡｌ合金部材より得られた試料における二値化処理後の画像であり、図２は、比較例５のＡｌ合金部材より得られた試料における二値化処理後の画像である。

【0047】

図１に示されるように、実施例２のＡｌ合金部材においては、第２相（図中黒色の領域）が第１相（図中白色の領域）によって島状に分散されており、このために、表面中に点在する第２相の数も多いことがわかった。これに対し、図２に示されるように、比較例５のＡｌ合金部材においては、第２相の多くが連なっており、第１相による第２相の連なりの分断ができていないことがわかった。

【0048】

また、各実施例において、１つの面と、この１つの面に垂直な他の１つの面とにおいて、同様の組織状態が観察されたことから、Ａｌ合金部材中において、第１相は縦方向にも横方向にも十分に分散されていることがわかった。なお、各実施例より切り出した試料について、１つの面中の５０箇所の１７４μｍ×１３４μｍの領域と、上記１つの表面に垂直な他の１つのの面中の５０箇所の１７４μｍ×１３４μｍの領域とのそれぞれについて組織状態を観察したところ、いずれの箇所においても、同様の組織状態を示すことが確認された。

【0049】

以上のことから、Ａｌ合金部材中のＭｎの含有量が１８質量％以上２５質量％以下の場合には、第２相の周囲が第１相に囲まれることによって第２相が好適に分散されるために、高い比抵抗値を示すことができ、これにより高い消費電力量を発揮でき、もって高い発熱量を発揮できることが推察された。また、第２相が縦方向にも横方向にも十分に分散されているため、熱伝導性にも優れるものと推察される。

【0050】

これに対し、Ａｌ合金部材中のＭｎの含有量が１８質量％に満たない場合、Ａｌ−Ｍｎ金属間化合物の含有量が少ないために、Ａｌ合金部材中に占める第１相の面積の割合が低下し、このために第２相が好適に分散されず、結果的に、比抵抗値が低下するものと推察された。

【0051】

以上のように本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

【0052】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【図1】

【図2】