耐久性を有し変色しにくい多層セラミックコーティングを有するプレーンな銅製のフードウェアおよび金属製物品およびその製造方法
物理蒸着法によって、柔らかく多孔質の材料に多層セラミックコーティングをコーティングする。このようにしてコーティングされた材料は、フードウェア、具体的にはプレーンな銅の基板、基コーティング、および、セラミックコーティングを含む銅製フードウェア物品として使用するのに適している。基コーティングは、スパッタリングと陰極アークとの組み合わせによって堆積され、優れた耐食性、および、基板への付着を提供することができる。セラミックコーティングは物理蒸着窒化物または炭窒化物層を含み、変色しにくい表面、優れた耐久性、および、熱安定性を提供することができる。コーティングされた銅製フードウェア物品は、純銅と同じ熱伝導性、優れた耐食性、高い耐久性、優れた調理性能、および、クリーニングの容易さを示す。また、多層コーティングを有する金属製物品、および、このような金属製物品の製造方法も説明される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には金属製物品に関し、より具体的には、多層コーティングを有する金属製物品およびこのような金属製物品の製造方法に関する。一実施態様において、本発明は、全般的に、純銅のような付着耐性および優れた熱伝導性を有するプレーンな銅製のフードウェア物品に関し、より具体的には、多層の耐久性および付着耐性を有するセラミックコーティングを有するプレーンな銅製のフードウェア物品、および、このようなフードウェア物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
調理器具は、例えば鋳鉄、アルミニウム、クラッドアルミニウム、ステンレス鋼、および、クラッドステンレス鋼、および、クラッド銅などの様々なベース材料を用いて製造することができる。
【０００３】
シーズニングした鋳鉄の調理器具は、強靭で摩耗に強い表面を有する。しかしながら、鋳鉄はさびやすく、調理器具の表面にダメージを与えないように慎重にクリーニングしなければならない。加えて、食物中の酸は、表面からの鉄の滲出を引き起こす可能性があり、そのために、場合によっては健康問題が生じる恐れがある。
【０００４】
銅製調理器具は、優れた熱伝達性を有する。しかしながら銅製調理器具は、鋳鉄またはステンレス鋼などのその他の調理器具原料よりもかなり柔らかいため、かき傷がつきやすい。また銅は酸化しやすく、それにより変色が起こる。銅は、変色部分を除去するために磨いてもよいが、それには、表面仕上げを維持するためにかなりの努力が必要である。さらに銅イオンは食物に滲み出す可能性がある。
【０００５】
アルミニウム製調理器具は、優れた熱伝達性を有する。しかしながらアルミニウムもイオンの滲出を起こしやすい。この問題を少なくする一つの方法は、アルミニウムの表面をコーティングすることである。陽極処理アルミニウムは、酸化アルミニウムでコーティングされている。このようなアルミニウムは、酸化物層によって、未処理アルミニウムよりも硬度がかなり高くなる。（未処理アルミニウムは、空気中の酸素との反応によって生じた酸化アルミニウムの薄層を有する）。しかしながら、一般的には、調理中に油を使用しない限り、食物は陽極処理アルミニウム製調理器具に付着すると予想される。加えて陽極処理アルミニウム製調理器具は、典型的な自動食器洗いで生じる産物によって変色したり、または、腐食したりする可能性があるため、安心して食器洗い機で使用できない。
【０００６】
またアルミニウムは、滲出を予防するために溶射処理してもよい。しかしながらこのプロセスでは粗い表面が生じ、食物は、一般的に、処理されていない限り表面に付着すると予想される。
【０００７】
ステンレス鋼製調理器具が広く用いられている。ステンレス鋼製調理器具は、その強度および耐久性で知られている。ステンレス鋼はクリーニングが比較的簡単であり、銅よりも優れた輝きを保持する。しかしながら、ステンレス鋼は、シーズニングした鋳鉄よりもかなり食物が付着しやすい傾向を有する。過熱、塩水での調理、または、平鍋を「加熱料理により乾燥させること」によって、表面の変色が起こる。加えて、鉄、クロム、マンガンおよびニッケルのようなイオンの滲出は、一般的には極めて低い程度であるが、ステンレス鋼に関する懸念となる可能性がある。
【０００８】
加えてステンレス鋼は、あまりいい熱の伝導体ではない。２２５℃におけるステンレス鋼の熱伝導率はわずか１９Ｗ／ｍＫであるが、一方で、同じ温度で、銅は３９８Ｗ／ｍＫであり、アルミニウムは２５０Ｗ／ｍＫである。従って、銅は、ステンレス鋼よりも約２０倍高い熱伝達率を有する。
【０００９】
ステンレス鋼製調理器具の性能は、大部分は、どの程度よく平鍋に熱が広がるか、それによって「ホットスポット」をどれだけ減少させるか、または、なくすことができるかによって決定される。ステンレス鋼製調理器具の熱を分散させるため、ろう付けまたは高圧圧接を用いてアルミニウムまたは銅製のディスクを平鍋の底部に取り付けることができる（側壁はステンレス鋼である）。熱伝導性は改善されるが、平鍋全体の熱の分布は均一ではない。さらに、使用者が長時間過熱させながら食物を調理したり、または、平鍋が煮詰まって乾燥したりすると、ディスクが平鍋から分離する恐れがある。
【００１０】
ステンレス鋼製調理器具の熱を分散させるその他のアプローチは、調理器具のベース材料としてクラッドステンレス鋼を使用することである。クラッド材料は、ステンレス鋼と、それを間に挟んだアルミニウムまたは銅とで作製される。このような平鍋は、底部だけでなく側壁の上まで熱を均一に伝達する。クラッドステンレス鋼製調理器具は急速に熱くなるが、冷えるのも急速であり、これはなぜなら、銅またはアルミニウムのコアが、熱および冷気の優れた導体だからである。例えば、図１で示されるように、１．８７ｍｍの全体の厚さを有する５層の材料で作製されたクラッドステンレス鋼の平鍋５は、内部の３０４ステンレス鋼層（０．３３６ｍｍ）１０、アルミニウム層（０．１４０ｍｍ）１５、銅のコア（０．９４０ｍｍ）２０、アルミニウム層（０．１４０ｍｍ）２５、および、外部の４３０ステンレス鋼層（０．３１ｍｍ）３０を有していてもよい。一例として、２．７１ｍｍの全体の厚さを有する３層の材料は、内部の３０４ステンレス鋼層（０．３９４ｍｍ）、アルミニウムのコア（１．９３０ｍｍ）、および、外部の４３０ステンレス鋼層（０．３８６ｍｍ）を含む。クラッドステンレス鋼の熱伝導性は、全体の厚さの約２８〜３５％であるステンレス鋼層の不十分な伝導率と、アルミニウムまたは銅の優れた伝導率との組み合わせである。
【００１１】
３層および５層のステンレス鋼製調理器具は、調理面の変色およびかき傷といった一般的なステンレス鋼製調理器具と同じ不利益を有する。調理器具は高温で調理する際に焦げやすく、焦げた内部表面のクリーニングには長時間を要する。加えて、内部のステンレス鋼の表面層がこすり洗い中に剥がれる可能性がある。要求の多いレストランの多くでは、５層の深鍋（ｓｋｉｌｌｅｔ）はわずか約７〜８ヶ月しかもたないそうであり、これはなぜなら、銅のコアが露出し始めるためである。
【００１２】
よりよく熱を分散させるその他のアプローチは、調理器具のベース材料としてクラッド銅を使用することである。例えば図２で示されるように、２．２ｍｍの全体の厚さを有するクラッド銅材料で作製された平鍋４０は、内部の３０４ステンレス鋼層（０．４ｍｍ）４５、アルミニウム層（０．３ｍｍ）５０、および、銅の外部層（１．５ｍｍ）５５を有していてもよい。この場合、ステンレス鋼の層は、全体の１８％に低められている。このようにして得られたクラッド銅製調理器具の熱伝導性は、３層または５層のクラッドステンレス鋼製調理器具いずれの熱伝導性よりも優れている。しかしながら、内部のステンレス鋼表面は、変色／焦げ付きおよびかき傷といったその他のステンレス鋼製調理器具と同じ問題を有する。加えて、外部の銅表面は、容易に酸化しやすい。銅の表面仕上げを保持するには、上記で考察したようにかなりの努力が必要である。
【００１３】
付着を予防する表面処理が知られている。調理器具のためのよく知られた表面処理の一つは、ペルフルオロカーボンポリマーの使用に関するものである。ペルフルオロカーボンのコーティングは焦げ付きにくい表面を提供するが、これらは容易に削り取られてしまう。現在のペルフルオロカーボンのコーティングは以前使われていたものよりも強いものの、それらはそれでもなおかなり削られやすい。表面が削られたり、または、傷が入ったりすると、ペルフルオロカーボンのコーティングの薄片が調理される食物に入り込んでしまう。ペルフルオロカーボンの薄片は健康上の危険を引き起こすことがわかっていないにもかかわらず、このような剥離は多くの人々にとって望まれていない。加えて、ペルフルオロカーボンポリマーは一般的な調理温度で安全であるが、これらは高温でダメージを受ける可能性があり、毒性の煙を発する可能性がある。
【００１４】
その他の表面処理は、セラミックコーティングの使用に関するものである。米国特許第５，４４７，８０３号は、チタン層および窒化チタン層を堆積させたものを説明している。窒化チタンのコーティングは、高い硬度と金色を有する。窒化チタンのコーティングは、色を安定化するために酸化または窒化される場合があるが、これらの酸化物または窒化物コーティングは薄く、それでもなお削られる可能性があり、結果として平鍋の変色を起こす可能性がある。
【００１５】
米国特許第６，１９７，４３８号は、かき傷が付きにくい、および、焦げ付きにくい特性を達成するために、プライマーまたはトップコート層として窒化クロムまたは窒化アルミニウムの厚い層（約２〜５０ミクロン）を使用することを説明している。装飾的な、または、機能性トップコート層、例えば窒化ケイ素、アルミナ、または、ダイヤモンド状の炭素を追加してもよい。また、プラズマ溶射されたアルミニウム合金の基板をベースとするセラミックコーティングされたフードウェアも開示されている。
【００１６】
米国特許第６，３６０，４２３号は、調理器具への窒化ジルコニウムのコーティングの堆積を説明している。その表面は、付着耐性のコーティングを得るために窒化ジルコニウム層を堆積する前に、表面が非常に滑らかになるまで磨かなくてはならない。色を安定化するために窒化ジルコニウムのコーティングは酸化または窒化する必要はないにもかかわらず、窒化ジルコニウムは、過熱によって、または、塩を含む食物によって程度は様々だが変色する可能性がある。
【００１７】
米国特許第６，９０６，２９５号および７，４６２，３７５号は、多層のセラミックコーティングを有するフードウェア物品を説明しており、これは、付着耐性、かき傷耐性、熱に対する安定性、耐食性、および、色の安定性を有する。このようなフードウェア物品は、内部の食物接触面と外面とを有する金属製フードウェア物品を含む。食物接触面上に堆積させた接着層が存在し、これは、典型的には金属層である。（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの層は、接着層と隣接して堆積される。このようなコーティングは、任意にＣｒＮと（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎとが交互になった層を含んでいてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第６，１９７，４３８号
【特許文献２】米国特許第６，３６０，４２３号
【特許文献３】米国特許第６，９０６，２９５号
【特許文献４】米国特許第７，４６２，３７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
クラッドステンレス鋼製調理器具またはクラッド銅製調理器具よりも優れた熱伝導性を有するが、クラッドステンレスおよびクラッド銅製調理器具の内部のステンレス面に伴う変色／焦げ付きおよびかき傷の問題を有さない調理器具への必要性がある。加えて、純銅と同じ熱伝導性を有する調理器具への必要性があり、さらに、金属の外観を有し、高い調理温度での使用に適しており、ベースに酸および塩を含む食物のいずれとも使用することができる、かき傷が付きにくい、付着耐性、熱に対する安定性を有するセラミックコーティングへの必要性がある。
【００２０】
さらに、柔らかく多孔質のベース材料に対する付着が優れており、さらに、耐食性に優れたセラミックコーティングに対する必要性もある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、多層で、付着耐性を有し、変色しにくいコーティングを有する銅製フードウェア物品を提供することによってその必要性を満たすものである。このような銅製フードウェア物品は、銅の基板；銅の基板の第一の表面上に堆積させる基コーティング（ここで該基コーティングは、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を含む）；および、基コーティングに隣接して堆積させたセラミックコーティング（ここで該セラミックコーティングは、物理蒸着窒化物または炭窒化物層を含む）、を含む。
【００２２】
本発明のその他の形態は、付着耐性を有し、変色しにくい多層セラミックコーティングを有する金属製物品である。このような金属製物品は、金属基板；金属基板の第一の表面上に堆積させる基コーティング（ここで該基コーティングは、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を含む）；および、基コーティングに隣接して堆積させたセラミックコーティング（ここで該セラミックコーティングは、物理蒸着窒化物または炭窒化物層を含む）を含む。
【００２３】
本発明のその他の形態は、多層で、付着耐性を有し、変色しにくいコーティングを有する金属製物品の製造方法である。本方法は、金属基板を提供すること；金属基板の第一の表面上に基コーティングを堆積させること（ここでこの堆積は、陰極アークプロセスとスパッタリングプロセスとの組み合わせを用いて、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を堆積させることを含み、ここで陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層は、金属、合金またはそれらの組み合わせから選択される材料で作製される）；および、基コーティングに隣接してセラミックコーティングを堆積させること（ここでこの堆積は、物理蒸着プロセスを用いて物理蒸着窒化物または炭窒化物層を堆積させることを含む）を含む。
【００２４】
窒化物または炭窒化物層は、窒化物または炭窒化物の合金を意味する。このような窒化物および炭窒化物は、一般的に、周期表の第４族、第５族および第６族からの１種またはそれより多くの元素、ＡｌまたはＢであると予想される。典型的には、窒化物または炭窒化物は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＢのうち少なくとも１種を含むと予想される。窒化物および炭窒化物としては、これらに限定されないが、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＢＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）Ｎ、および、ＴｉＣＮ、ＣｒＣＮ、ＺｒＣＮ、ＢＣＮ、ＡｌＣｒＣＮ、ＴｉＡｌＣＮ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）ＣＮが挙げられる。
【００２５】
（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）Ｎ、または、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）ＣＮは、追加の元素を含む、窒化物または炭窒化物とアルミニウムおよびクロムとの合金を意味する。Ｘは、一般的に、
周期表の第４族、第５族および第６族からの１種またはそれより多くの元素、または、Ｂであると予想される。Ｘは、典型的には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＢのうちの１種である。窒化物および炭窒化物と、アルミニウム、クロムおよび追加の元素との合金としては、これらに限定されないが、窒化アルミニウムＸと、窒化クロムまたはその他の組み合わせとの超格子構造を有するコーティングが挙げられる。
【００２６】
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、または、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮは、窒化物または炭窒化物と、チタン、アルミニウムおよびクロムとの合金を意味する。窒化物と、チタン、アルミニウムおよびクロムとの合金としては、これらに限定されないが、窒化チタンアルミニウムと窒化クロムとの超格子構造を有するコーティングが挙げられる。炭窒化物と、チタン、アルミニウムおよびクロムとの合金としては、これらに限定されないが、炭窒化チタンアルミニウムと、炭窒化クロムとの超格子構造を有するコーティングが挙げられる。
【００２７】
生体適合性の、とは、コーティングが、ＩＳＯ１０９９３−１に従って行われた生体適合性試験を満たしていなければならないことを意味する。生体適合性のコーティングの例としては、これらに限定されないが、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＮ／ＴｉＣＮ、ＡｌＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＺｒＮ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎが挙げられる。
【００２８】
プレーンな銅は、クラッド層をまったく有さない銅を意味する。
「〜に堆積させる」は、間にまったく層を介在させないでその前の層に直接堆積させることを意味する。「〜に隣接して堆積させる」は、前の層の次に堆積させることを意味するが、必ずしも直接でなくてもよい。前の層に直接堆積させてもよいし、または、互いに隣接して堆積させた層と間に１またはそれより多くの介在層が存在していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、５層のクラッドステンレス鋼で作製された平鍋の断面である。
【図２】図２は、クラッド銅で作製された平鍋の断面である。
【図３】図３は、本発明の物品の一実施態様の断面である。
【図４】図４は、本発明の物品のその他の実施態様の断面である。
【図５】図５は、本発明に従って作製された平鍋のその他の実施態様の断面である。
【図６】図６は、本発明において有用な堆積チャンバーの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、具体的には、銅およびアルミニウムのような柔らかく多孔質の基板を多層セラミックコーティングを堆積させることによってコーティングすることに関して設計されている。多層セラミックコーティングは、基コーティング、および、セラミックコーティングを含む。基コーティングおよびセラミックコーティングは、異なる機能を有する。基コーティングは、基板材料への優れた付着強度、および、優れた耐食性を提供する。セラミックコーティングは、例えば優れた耐久性、付着耐性、または、焦げ付きにくい性能、変色しにくい特性、および、熱に対して安定な特性などの望ましい機能性を提供する。
【００３１】
銅およびアルミニウムのような非鉄材料は、柔らかく多孔質である。このような材料に関する主な問題は、腐食である。従って、厚く、密度が高く、且つ滑らかな基板上に堆積させる基コーティングが必要である。スパッタリングプロセスは、優れた耐食性を提供することに関して、陰極アークプロセスよりも優れている。これらに限定されないが、ＤＣスパッタリング、反応性スパッタリング、または、マグネトロンスパッタリングなどのスパッタリングプロセスは、滑らかで高密度のフィルムを製造するために、既定のコーティングパラメーター（例えばバイアス電圧）と適切な装置によって正確に制御することができる。陰極アークは、微粒子、いわゆる液滴を生じるが、それにより高密度のフィルムが破断する可能性があり、結果的に耐食性が悪くなる。しかしながら、陰極アークプロセスでは、基板を貫通できるほどの高エネルギーの金属イオンによって基板に衝撃を与えるため、結果として優れた基板への付着強度が得られる。
【００３２】
それに続く考察はフードウェアに多層セラミックコーティングを使用することに主眼をおいているが、このようなコーティングはさらに他の物品にも用いることができる。例としては、これらに限定されないが、装飾用の物品、衛生器具、ハードウェアなどが挙げられる。
【００３３】
「フードウェア」は、調理器具、食品調理用品を意味し、例えば、刃物類、およびその他の手動の食品加工用品（例えば水切り器、ろ過器など）、食品配膳用品（例えば皿、ボウルなど）、および、食物を食べるための器具が挙げられる。「調理器具」は、レンジ上面で調理するための深鍋および平鍋、耐熱皿、鉄板、グリル、調理器具（例えばスプーン、へらなど）、ならびに、食物を調理するのに用いられる食品調理装置（例えば電気フライパン、炊飯器など）を意味する。「付着耐性を有する」は、フードウェア物品が少なくとも付着耐性を有することを意味し、それに加えて焦げ付きにくい特性を有していてもよい。
【００３４】
図３は、本発明の物品の一実施態様１００の断面を示す。これは、金属製物品１００である。金属基板１０５は、第一の表面１１０、および、第二の表面１１５を有する。金属基板は様々な材料であってよく、このような材料としては、これらに限定されないが、鋼、ステンレス鋼、プレーンな銅、アルミニウム、クラッドアルミニウム、鋳鉄、クラッド材、マグナリウム合金および合金類、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。金属基板は、固体金属または固体合金であってもよく、または、例えば金属表面を有する多層構造のようなクラッド材料であってもよい。多層構造の例としては、これらに限定されないが、ステンレス鋼被覆アルミニウムまたは銅、プラズマ溶射によるステンレス鋼皮膜を有するアルミニウム、または、例えばグラファイトなどの非金属のコア材料で囲まれた金属外層が挙げられる。
【００３５】
基板１０５の第一の表面１１０上に堆積させた基コーティング１２０、および、基コーティング１２０に隣接して堆積させたセラミックコーティング１２５が存在する。基コーティング全体の厚さは、典型的には約２〜約２０ミクロンであり、セラミックコーティング全体の厚さは、一般的には約１〜約２０ミクロンである。
【００３６】
基コーティング１２０は、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層１３０を含む。この組み合わせ層は、陰極アークプロセスとスパッタリングプロセスとの組み合わせを同時に稼働させることによって堆積される。このような組み合わせ層は、基コーティングの付着強度を高め、同時に、耐食性を妨げる可能性を減少させる。陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層は、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。このような層を形成するのに用いられるスパッタリングプロセスにおいて、金属および金属合金が用いられる可能性がある。適切な金属および金属合金としては、これらに限定されないが、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、および、ハフニウム、加えて様々な種類のステンレス鋼、例えば３０４または３１６、ＴｉＡｌおよびＡｌＣｒが挙げられる。このような層を形成するのに用いられる陰極アークプロセスにおいて、金属および金属合金が用いられる可能性がある。適切な金属および金属合金としては、これらに限定されないが、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、および、ハフニウムが挙げられる。望ましくは、陰極アークプロセスには純金属が用いられるが、なぜなら、このような金属はより優れた基板への貫通を可能にするためである。
【００３７】
陰極アークプロセスからの液滴を制御するために、陰極アークの（１またはそれより多くの）ターゲットによる全ての堆積は、陰極アークターゲットと（１またはそれより多くの）スパッタリングのターゲットとの組み合わせによる全ての堆積の約５〜約４０％である。
【００３８】
基コーティング１２０は、必要に応じて単一の層であってもよい。あるいは、例えば図３で示されるように１またはそれより多くの追加の層を含む。追加の層は、１またはそれより多くの追加の組み合わせ層、および／または、１またはそれより多くのスパッタ層、および／または、１またはそれより多くの陰極アーク層を含んでいてもよい。
【００３９】
図３で示されるように、基コーティング１２０は、スパッタ層１３５を含み、これは、スパッタリングプロセスによって陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層に隣接して堆積される。このようなスパッタ層のためのスパッタリングプロセスにおいて、金属および金属合金が用いられる可能性がある。適切な金属および金属合金としては、これらに限定されないが、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、および、ハフニウム、加えて様々な種類のステンレス鋼、例えば３０４または３１６、ＴｉＡｌ，および、ＡｌＣｒが挙げられる。
【００４０】
また、第一のスパッタ層に隣接して堆積させた、第二の陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層１４０も存在する。第二の組み合わせ層は、第一の組み合わせ層と同じ一般的なプロセスおよび材料を用いて作製される。しかしながら、これら２つの層のためのプロセスおよび材料は、必ずしも同一でなくてもよい（例えば、第一の組み合わせ層は、第二の組み合わせ層とは異なる金属を使用していてもよいし、および／または、異なるタイプのスパッタリングプロセスまたは陰極アークプロセスを使用していてもよい）。
【００４１】
組み合わせ層またはスパッタ層におけるスパッタリングプロセスのどちらにも適切なスパッタリングプロセスとしては、これらに限定されないが、反応性スパッタリング、ＤＣスパッタリング、および、マグネトロンスパッタリングが挙げられる。必要に応じて、追加のスパッタ層と組み合わせ層との交互の層を堆積させることができる。基コーティングの一番上の層は、必要に応じて、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層であってもよい。
【００４２】
最適な耐食性のために、基コーティングにおいて、スパッタ層は、組み合わせ層よりも厚い。また、スパッタ層と組み合わせ層との交互の層は、多層セラミックコーティングのための土台として役立つ基コーティングの硬度および靭性を高めることもできる。
【００４３】
基コーティングに隣接してセラミックコーティング１２５が存在する。セラミックコーティング１２５は、１またはそれより多くの層であってもよい。これらの層のうち少なくとも１つは、物理蒸着窒化物または炭窒化物である。
【００４４】
物理蒸着窒化物または炭窒化物層１４５は、基コーティング１２０に隣接して堆積される。物理蒸着窒化物または炭窒化物層は、優れた耐久性および熱安定性を有する変色しにくい表面を提供する。窒化物または炭窒化物の合金にとって適切な材料としては、これらに限定されないが、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＢＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）Ｎ、および、ＴｉＣＮ、ＣｒＣＮ、ＺｒＣＮ、ＢＣＮ、ＡｌＣｒＣＮ、ＴｉＡｌＣＮ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）ＣＮが挙げられる。Ｘとしては、これらに限定されないが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＢのうちの１種が挙げられる。
【００４５】
物理蒸着窒化物または炭窒化物層は、望ましくは生体適合性の材料で作製される。それにより、物品をフードウェアなどに用いることが可能になる。
必要に応じて、以下で説明されているような追加の窒化物または炭窒化物層が存在していてもよい。
【００４６】
様々な物理蒸着窒化物または炭窒化物層の組成は同じであってもよいし、または、必要に応じて層ごとに異なっていてもよい。例えば、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎが用いられる場合、Ｔｉ、ＡｌおよびＣｒの量は層により異なっていてもよい。あるいは、例えば（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、および、（Ｚｒ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎのような異なる元素が用いられる可能性がある。この組成は、当業界でよく知られているように、各層に使用しようとするターゲットの数およびタイプを変更することによって様々にすることができる。
【００４７】
適切な物理蒸着窒化物層の一例は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎである。滑らかな（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は表面に反応性がないという特徴を有し、その結果として少なくとも付着耐性が得られ、さらに多くの場合において焦げ付きにくい性能も得られる。必要に応じて、超格子の概念である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ／ＣｒＮ系は、例えばフードウェア物品のような基板への適用に適切な（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎのコーティングを作製するのに利用することができる。
【００４８】
交互の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ／ＣｒＮ層のコーティングは、多層コーティングの靭性をさらに改善するために望ましい。それにより、薄い多層コーティングを有する金属板を、成形プロセス中にコーティングに亀裂を入れることなく延伸することが可能になる。
【００４９】
第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５は、基コーティング１２０に隣接して堆積される。第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５は、強く、かき傷が付きにくく、付着耐性を有し、熱に対する安定性を有するベース層を提供する。第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は、この実施態様において基コーティング上に堆積されているように示されているが、必要に応じて、基コーティング１２０と第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５との間に１またはそれより多くの層が存在していてもよい。第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５の厚さは、典型的には約０．１〜約１．５ミクロンの範囲である。
【００５０】
任意に、第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５に隣接して堆積させた第一の窒化クロム層１５０が存在していてもよい。第一の窒化クロム層１５０は、第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５上に堆積されているように示されているが、この実施態様において、必要に応じて、第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５と第一の窒化クロム層１５０との間に１またはそれより多くの層が存在していてもよい。第一の窒化クロム層１５０の厚さは、一般的に約２ミクロン未満である。上部の層が浸食されたような状況においても、第一の窒化クロム層は、耐食性および耐酸化性を提供する。
【００５１】
第二の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１５５は、任意に、第一の窒化クロム層１５０上に堆積させてもよい。第二の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の厚さは、一般的に約１０ミクロン未満である。
【００５２】
必要に応じて、追加の窒化クロムと（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎとの交互の層を堆積させることができる。（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層および窒化クロムはそれぞれ、典型的には０．１〜約２．０ミクロンの範囲である。薄い層のほうが多層コーティングの物理的な耐性および耐食性が改善されるため、望ましい。
【００５３】
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は高い耐食性を有しているため、９６ｈｒ ＡＳＴＭ Ｂ３６８−９７５の耐食性のための苛酷試験である試験（銅によって促進された酢酸塩噴霧試験）に合格している。
【００５４】
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ多層コーティングを有する調理器具は、酸性の食物と塩を含む食物のいずれを調理するのにも適しており、変色しない。加えてこのような調理器具は、調理器具に与えるダメージを心配することなく、どのような高い調理温度でも使用可能である。
【００５５】
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎコーティングは（Ｔｉ，Ａｌ）ＮおよびＣｒＮよりもかなり硬いため、結果として高い耐摩耗性が得られる。（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は、極めて高い硬度と高い耐食性とを兼ね備えているため、調理器具の調理面に、かき傷耐性、付着耐性および耐久性を持たせることができる。それにより、調理器具のベース材料からのイオン滲出の問題がなくなる。一般的に、多層コーティングの一番上の層は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層である。
【００５６】
この例は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎおよび窒化クロム層を使用しているが、当然のことながら、本発明はこれらの層に限定されない。上記で考察したように、その他の層を用いてもよい。
【００５７】
１またはそれより多くのセラミックコーティングの層は、物理蒸着法、例えば蒸着、スパッタリング、陰極アーク、または、イオンビームを用いて堆積される。米国特許第６，９０６，２９５号および７，４６２，３７５号（これらは参照により本明細書に含める）は、陰極アークによる堆積法を説明している。
【００５８】
図４は、本発明の金属製物品のその他の実施態様の断面を示す。これは、第一の表面２１０と第二の表面２１５とを有する金属基板２０５である。基コーティング２２０は、第一の表面２１０上に堆積させ、セラミックコーティング２２５は、基コーティング２２０に隣接して堆積させる。
【００５９】
基コーティング２２０は、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層２３０、スパッタ層２３５、および、第二の陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層２４０を有する。さらに、追加のスパッタ層２７０、および、組み合わせ層２７５も存在する。
【００６０】
基コーティング２２０とセラミックコーティング２２５との間に追加の層２８０が存在する。層２８０は、例えば陰極アーク法によって堆積させたＣｒ層のような金属層であってもよい。
【００６１】
追加の層２８０上に堆積させた（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの第一の層２４５、および、窒化クロムの第一の層２５０、および、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ２５５の第二の層が存在する。追加の窒化クロム層２８５、および、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ２９０層が存在する。
【００６２】
図５は、本発明の平鍋のその他の実施態様の断面を示す。これは、第一の表面３１０と第二の表面３１５とを有する金属基板３０５である。基コーティング３２０、および、セラミックコーティング３２５は、基板３０５の両側３１０および３１５に堆積される。
【００６３】
一例として、フードウェア物品にコーティングを堆積させる１つの方法を説明する。当業者によく知られているように、その他のプロセスまたは工程を用いてもよい。
まずフードウェア物品を成形し、その次にコーティングしてもよいし、または、平坦な金属板をコーティングして、その次に平鍋に成形してもよい。このようなプロセスは、予め成形された平鍋のコーティングについて説明する。
【００６４】
滑らかな表面を作るために、堆積の前に、プレーンな銅製の平鍋を磨いてもよい。当業者によく知られているようなバフ磨きまたは研磨用のコンパウンドまたはその他の研磨媒体を用いてもよい。このような表面は可能な限り滑らかであるべきであり、一般的に、表面上の同心の基準線に直角に測定した場合に、約２０マイクロインチ未満であるか、または、約１６マイクロインチ未満であり、典型的には約１０〜約１６ミクロンインチの範囲であり、必ずしも過剰に輝く表面仕上げを達成しなくてもよいが、例えば約２〜約４ミクロンインチである。
【００６５】
続いてプレーンな銅製の平鍋を徹底的にクリーニングし、乾燥して、グリース、研磨の際に残留したり、はがれたり、および埋まったりした粒子、残留した酸化物、塩またはその他の異物をすべて除去する。典型的なクリーニングは、超音波クリーニングと共に、水を用いたクリーニングシステムを含むと予想される。
【００６６】
陰極アークによる堆積プロセスとスパッタリングによる堆積プロセスとは、堆積させる層に応じて、別々に稼働させてもよいし、または、同じ減圧室で両方同時に稼働させてもよい。陰極アーク陰極およびスパッタリング陰極はいずれも、それら自身の望ましい、金属または合金を含むターゲットを有していてもよい。このようなコーティングチャンバーで、真空ポンプシステム、ガス供給システム、パーツホルダー、プラネタリー式ローテーションシステム、動力源および様々な電気的なシステムなどの、望ましい工程を行うのに必要な本発明に係る方法を実行することができる。
【００６７】
図６は、本発明の一実施態様を実施するのに用ることができる堆積チャンバー４００の実施例の略図である。これは、例えば陰極アークシステム、および、スパッタリングシステムを含む多陰極システムである。図６で示されるように、このようなチャンバー中に適切な陰極アーク陰極４１５が設置される。例えば、純クロムの圧縮粉末の金属ターゲットと共に、５０％チタン／５０％アルミニウム（ａｔ）の圧縮粉末の金属ターゲットを用いてもよい。同じチャンバー中に、適切な長方形のスパッタリング陰極４２０が設置される。例えば、ステンレス鋼ターゲットまたはチタンターゲットを用いてもよい。陰極アーク陰極およびスパッタリング陰極の数およびタイプ、加えて用いられるターゲットの材料は、チャンバーのサイズ、および、堆積されるコーティングによって様々であると予想される。
【００６８】
平鍋４０５（例えばプレーンな銅製の平鍋）を適切な取り付け具に搭載し、望ましい回転のプラネタリー式動力装置４１０中に置く。示した通り、堆積中に全ての平鍋を回転させることができる。また、必要に応じて平鍋４０５を個々に回転させるすることもできる。
【００６９】
チャンバーの圧力をポンプで約１０−３Ｐａに下げる。平鍋を、平鍋を作製する材料のタイプに応じて約３５０°Ｆ〜約４５０°Ｆの範囲の温度に加熱する。
平鍋をミクロレベルでクリーニングするために、平鍋を約８００〜約１２００Ｖの負電圧でバイアスをかけることによってグロー放電を形成する。
【００７０】
基コーティングの組み合わせ接着層は、同時に稼働させたスパッタリングプロセスと陰極アークプロセスによって堆積させた混合型の層である。例えばチタン、クロムまたはステンレス鋼などがターゲットのスパッタリングは、約２００〜約５００Ｖの基板のバイアス電圧および約０．３〜約１．０Ｐａに制御された真空レベルにおける、希ガスのアルゴンの高エネルギーイオンを用いた衝撃によって達成される。スパッタリングのターゲットから放出された原子が基板上に堆積し、滑らかで高密度のフィルムが形成される。スパッタリングのパラメーターは、当業界でよく知られているように、様々なスパッタリングシステムに基づき正確に制御することができる。
【００７１】
同時に、陰極アークプロセスのターゲット、例えばクロムまたはチタンが、同じアルゴン雰囲気および真空レベルで、高電流低電圧のアークによって衝撃を受け、その結果として高レベルのイオン化多価イオン、中性粒子、クラスターおよび微粒子を含むプラズマジェットが形成される。高エネルギーイオン（Ｃｒ＋，Ｔｉ＋）は、基板への優れた付着強度を提供する深さにまで、基板に浸透することができる。、スパッタリングからの堆積と陰極アークプロセスからの堆積とによって、組み合わせ接着層中で多層が形成される。一般的に、組み合わせ接着層において、陰極アークプロセスからの蓄電したイオンよりも、スパッタリングプロセスからの蓄電した原子を多く含み、それにより、基板へ付着が優れた、滑らかで高密度の組み合わせ層が生じる。陰極アークプロセスからの堆積の量は、滑らかな接着層に対する微粒子の負の作用を制限しつつ、望ましい付着強度を提供するのに十分な量であるべきである。望ましくは、陰極アークプロセスによる堆積は、組み合わせ層の全ての堆積の約４０％以下である。組み合わせ層の厚さは、一般的に約０．１〜約３．０ミクロンの範囲である。
【００７２】
組み合わせ層に隣接して堆積させた基コーティングの一方の層は、スパッタ層である。これは、陰極アークプロセスのターゲットの全てへの印加を止めることによって作製することができる。スパッタリングは、必要に応じて、組み合わせ層の場合と同じ運転パラメーターを用いて連続的に行ってもよい。第一のスパッタ層の厚さは、典型的には約０．１〜約３ミクロンである。
【００７３】
基コーティングのもう一方の層は、第一の層に隣接して堆積させたその他の組み合わせ層である。この組み合わせ層は、上記で考察したようにスパッタリングプロセスと陰極アークプロセスとを用いて作製される。基コーティングの第二の組み合わせ層の厚さは、一般的に約０．１〜約３ミクロンである。
【００７４】
基コーティングに隣接して、機能性セラミックコーティング、例えば（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎを陰極アークプロセスによって堆積させる。
全てのスパッタリングのターゲットに印加される場合、例えばＡｌのような金属の層を基コーティングに隣接して堆積させることもできる。平鍋に、約６００〜約１０００Ｖのバイアス電圧および約１０−２Ｐａの真空レベルでイオン（Ｃｒ＋）の衝撃を与える。このような金属層は、約１ミクロン未満の厚さを有していてもよい。
【００７５】
全てのＴｉＡｌおよびＣｒターゲットに印加されると、この系に窒素を導入して、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎコーティングを形成することができる。印加した電圧は、約０．４〜約１．５Ｐａの真空レベルで約８０〜約２００Ｖである。
【００７６】
ＴｉＡｌ陰極は止められるが、一方で、Ｃｒ陰極は、約８０〜約２００Ｖのバイアス電圧および約０．４〜約１．５Ｐａの真空レベルで窒化クロム層への堆積を継続する。
続いて、その他の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層に堆積させるために、ＴｉＡｌ陰極を再び作動させる。この手法によれば、要求に応じて多数の窒化クロム層と（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層とを繰り返し堆積させることができる。堆積温度は、作製される平鍋の材料に応じて、堆積の最後の時点で約６００°Ｆ〜約９００°Ｆまで上げてもよい。
【００７７】
平鍋に、埋まった微粒子やコーティングの残留物がない表面を得るために、酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｊｅｗｅｌｅｒ Ｒｏｕｇｅ）、ダイヤモンドコンパウンド、または、当業者によく知られているようなその他の研磨媒体を用いて最終的な研磨仕上げを施してもよい。
【００７８】
それぞれの（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の組成は、同じでもよいし、または、必要に応じて層ごとに異なっていてもよい。この組成は、当業界でよく知られているように、各層に使用しようとするターゲットの数およびタイプを変更することによって様々にすることができる。
【００７９】
陰極アーク堆積プロセスにおいて、Ｃｒターゲットの数は、組み合わされたコーティング全体の物理特性（すなわち、付着耐性、耐酸化性、靭性、色安定性など）のバランスがとれるように、望ましくは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の堆積で用いられるＴｉＡｌターゲットの数よりも多いか、または、それに等しい。ＴｉＡｌの数がＣｒターゲットの数よりも多い場合、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎコーティングは、塩を含む食物を調理している間にわずかな変色を示すが、結果得られた（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎコーティングは、それでもなお付着耐性コーティングとして使用するのに十分適している。このような変色は、ある種の用途では外見的な理由で望ましくない場合があるが、その他の用途にとっては問題にならない場合もある。これは、バー・キーパーズ（Ｂａｒ Ｋｅｅｐｅｒｓ）クリーナー、または、数滴のレモン果汁を用いて容易に除去することができる。
【００８０】
例えば、図５に示される銅の平鍋は、本発明のコーティングで（一方の側で）３０ミクロン未満の厚さにコーティングされた、１．４ｍｍの全体の厚さを有するプレーンな銅の原料から構成することができる。このように銅材料の全体の厚さ１．４ｍｍと比較してコーティングが薄い（０．００３ｍｍ）ため、平鍋の熱伝導率に対するコーティングの影響は無視することができる。従ってＰＣＰ（プレーンな銅の物理蒸着）調理器具は、純銅と同じ熱伝導率を有し、これは、特有の特徴である。
【００８１】
表１では、本発明のコーティングの硬度を、３層および５層のクラッドステンレス鋼製調理器具における３０４ステンレス鋼の内部層と比較した。本発明のコーティングの硬度は、３０４ステンレス鋼の内部層よりもおよそ５〜７倍硬い。その結果として、ＰＣＰ調理器具の調理面の耐久性は、３層または５層のクラッドステンレス鋼の調理面よりも約５〜７倍優れており、これは、ＰＣＰ調理器具特有のその他の特徴である。
【００８２】
加えて、ＰＣＰ調理器具は、優れた熱安定性を示す。ＰＣＰ調理器具は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの機能性多層コーティングの結果として、約７００℃までの温度に耐えることができる。一般的な調理において、調理温度は典型的には約３００℃未満である。ＰＣＰ銅の平鍋と、５層クラッドステンレス製平鍋とを、両方の平鍋を３５０℃で１５分加熱することによって比較した。ＰＣＰ平鍋は色の変化は示さず、表面全体にわたってもとの光沢のある表面を維持した。５層のクラッド平鍋は、表面全体にわたり変色または焦げ付き（茶色）示し、これは、ステンレス鋼が高温で調理する際に熱に耐えられなかったことを示す指標である。
【００８３】
ＰＣＰ調理器具のその他の特有の特徴は、その優れた耐食性であり、すなわち変色しにくいということである。銅材料は変色しやすいことがよく知られている。本発明のコーティングでコーティングされたプレーンな銅製の調理器具は、変色しにくい。
【実施例】
【００８４】
実施例１
プレーンな銅で作製された１．４ｍｍの厚さを有する１０インチ平鍋の調理面全体に本発明のコーティングをコーティングした。多層セラミックコーティングは、約３〜５ミクロンの基コーティングを含んでいた。基コーティングは、Ａｌ、Ｔｉおよびステンレス鋼で作製された陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層（０．２〜０．４ミクロン）、Ｔｉおよびステンレス鋼のスパッタ層（０．３〜０．５ミクロン）、続いて４対の交互の陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層、および、前の層と同じ組成で作製されたスパッタ層であった。基コーティングの一番上の層は、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層であった。セラミックコーティングは約５〜６ミクロンであり、６対の交互の超格子（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、および、ＣｒＮ、続いてトップコーティングとして（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎを含んでいた。基コーティングおよびセラミックコーティングを含む全体のコーティング厚さは、約１０〜１２ミクロン（片側）であった。同じ多層セラミックコーティングを平鍋の外側にも施した。
【００８５】
ＰＣＰ平鍋を試験し、５層のステンレス鋼製調理器具（５層クラッド）、および、クラッド銅製調理器具（銅クラッド）と比較した。
表２は、１０インチＰＣＰ平鍋と、１０インチ５層クラッド平鍋との比較の結果を示す。それぞれの平鍋で同じ食物を調理した。これらの平鍋を、予熱時間、調理時間、平鍋に食物が付着したかどうか、および、クリーニングの容易さに関して評価した。
【００８６】
サンプル１−ストリップステーキ
ＰＣＰ平鍋は、より短い予熱時間を有し、合計調理時間は、より低温での加熱設定でも、５層クラッド平鍋よりもほぼ２分短かった。加えて、ＰＣＰ平鍋にステーキは付着しなかった。
【００８７】
サンプル２−パスタ・プリマヴェーラ
ＰＣＰ平鍋は、より低温での加熱設定でも、５層平鍋よりも速く熱くなり、さらにそれよりも速く調理できた。ＰＣＰ平鍋の場合、調理中に変色または焦げ付きはなかった。５層クラッド平鍋の調理面はひどく焦げ付いた。一般的な消費者によるクリーニング方法では、焦げた表面のクリーニングは困難であった。工業用のスコッチ（ｓｃｏｔｃｈ）パッドを用いてクリーニングしたところ全面にかき傷ができ、無理矢理こすり洗いすれば、材料の３０４層が除去される可能性がある。工業用スコッチパッドを用いてＰＣＰ平鍋の調理面をこすり洗いしても、かき傷は生じなかった。
【００８８】
サンプル３−レイクトラウト
ＰＣＰ平鍋は、５層クラッド平鍋よりも速く調理できた。トラウトは、ＰＣＰ平鍋の方がよりよく焼き色がつき、そのクリーニングも簡単であった。５層クラッド平鍋は、クリーニングのために多少のこすり洗いが必要であった。
【００８９】
サンプル４−フィレミニョン
平鍋で肉を焼き、続いて平鍋を３５０°Ｆのオーブンに１０分間置いた。ＰＣＰ平鍋の場合、フィレミニョンを焼いて望ましい焼き色を得るのに３５秒かかったが、５層クラッドでは同じ焼き色を得るのに１分かかった。次に両方の平鍋をオーブンに入れた。ＰＣＰ平鍋で調理したフィレミニョンは、より多くの肉汁を有していたが、これはなぜならＰＣＰ平鍋ではより短時間で焼き色が付くため、肉汁と水分が中に閉じこめられるためであり、さらに肉の味もより優れていた。５層クラッド平鍋で調理したフィレミニョンはわずかに乾燥していた。５層クラッド平鍋は調理中に焦げ付き、表面のこすり洗いが必要となり、多くのかき傷が生じた。
【００９０】
サンプル５−バルサミコ酢のシロップ
バルサミコ酢を粘度の極めて高いシロップになるまで沸騰させた。この実験を用いて、シロップ除去に関する平鍋のクリーニング能力を研究した。ＰＣＰ平鍋から全てのシロップを除去するのに、単に熱水ですすぐだけでわずか１０秒しかかからなかった。しかしながら、５層クラッド平鍋では、シロップを除去するのにこすり洗いが必要であった。
【００９１】
サンプル６−スターチをまぶした鶏肉の炒め物
この実験は、焦げ付きにくい性能を研究するために設計された。スターチをまぶした肉は平鍋に簡単に付着する。ＰＣＰ平鍋および５層平鍋を同量の油でコーティングし、平鍋を加熱し、続いて油が沸き立ち始めたら鶏肉を平鍋に入れた。
【００９２】
ＰＣＰ平鍋は、平鍋の優れた熱伝導性のために非常に熱いため、ＰＣＰ平鍋で炒めた鶏肉は付着しなかった。ＰＣＰ平鍋では短時間で肉に焼き色が付いたため、肉が付着しなかった。同じ加熱設定を用いたにもかかわらず、５層クラッド平鍋は、その劣った熱伝導性のためにＰＣＰ平鍋ほど熱くならず、そのため肉がひどく付着した。５層クラッド平鍋は全面で焦げ付き、クリーニングが困難であった。この平鍋は、表面をこすり洗いする前に熱水に数時間浸すことが必要であった。
【００９３】
サンプル７−目玉焼き
両方の平鍋に同量の食用油を噴霧した。平鍋を加熱し、油の多くをペーパータオルで拭き取った。油が沸き立ち始めたら卵を落した。ＰＣＰ平鍋で焼いた卵は付着しなかった。５層クラッド平鍋で焼いた卵は付着した。
【００９４】
実施例２
表３は、１０インチＰＣＰ平鍋と１０インチクラッド銅の平鍋との比較を示す。クラッド銅製調理器具は、現存する調理器具のなかで最良の熱伝導性を有することがわかっている。両方の平鍋で同じ食物を調理した。平鍋を、予熱時間、調理時間、平鍋に食物が付着したかどうか、および、クリーニングの容易さに関して評価した。
【００９５】
サンプル８−鶏肉の揚げ物
ＰＣＰ平鍋はより速く熱くなり、鶏肉にはより優れた焼き色が付いた。また、ＰＣＰ平鍋のクリーニングも、クラッド銅の平鍋は２分かかったのと比較して、より速く３５秒であった。
【００９６】
サンプル９−エビの揚げ物
ＰＣＰ平鍋はより速く熱くなり、エビにはより優れた焼き色が付いた。クラッド銅の平鍋の調理面は調理中に焦げ付いたが、ＰＣＰ平鍋は変色を示さなかった。焦げた表面のこすり洗いのために、かき傷が付いた。
【００９７】
サンプル１０−醤油を用いた牛肉の炒め物
ＰＣＰ平鍋はより速く熱くなり、肉にはより優れた焼き色が付いた。
実施例１および２によって、ＰＣＰ調理器具の特有の特徴が実証された。ＰＣＰ平鍋は優れた熱伝導性を有するため、結果として、それより熱伝導性が低い５層クラッドステンレス鋼の平鍋またはクラッド銅の平鍋と比較して、優れた調理性能が得られる。これらの特有の特徴は、調理器具のベース材料として柔らかくプレーンな銅の使用を可能にする多層コーティングによるものである。
【００９８】
ＰＣＰ調理器具は、銅の使用による高い熱伝導性を有する。結果として、平鍋は非常に迅速かつ均一に熱くなり、さらに極めて迅速に冷える。加えて、比較的低い加熱設定が用いられたとしても、なお優れた調理を維持する。
【００９９】
このような多層コーティングは、３０４ステンレス鋼よりも５〜７倍高い硬度を有する。
それゆえに、ＰＣＰ銅製調理器具は、３層および５層クラッドステンレス製調理器具や銅クラッド調理器具よりもかなり高い耐久性を有する。このようなコーティングは、優れたかき傷に対する耐性を提供するため、かき傷を作らずに研磨剤のスコッチグリット（ｓｃｏｔｃｈ ｇｒｉｔ）を使用することが可能になる。このような調理器具は、金属製用具にとって安全であり、クリーニングが簡単であり、さらに長持ちする。
【０１００】
このような調理器具は優れた耐食性を有し、変色しにくい。これらは、約７００℃までの高温に耐えることができる。塩を含む食物、または、酸ベースの食物と使用しても安全である。これらは、安心して食器洗い機で使用できる。
【０１０１】
プレーンな銅と多層コーティングとの利点を組み合わせることによって、ＰＣＰ調理器具は、純銅と同等の熱伝導性、優れた耐食性、高い耐久性、優れた調理特性、および、クリーニングの簡単さを有する。本発明により、変色しにくく、長持ちする、新しいプレーンな銅製の調理器具が現実のものとなる。
【０１０２】
本発明を説明するためだけに特定の代表的な実施態様および詳細を記載したが、添付の請求項で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書において開示された組成および方法の様々な変化を施すことが可能なことは、当業者には明らかであろう。
【０１０３】
【表１】
【０１０４】
【表２】
【０１０５】
【表３】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、全般的には金属製物品に関し、より具体的には、多層コーティングを有する金属製物品およびこのような金属製物品の製造方法に関する。一実施態様において、本発明は、全般的に、純銅のような付着耐性および優れた熱伝導性を有するプレーンな銅製のフードウェア物品に関し、より具体的には、多層の耐久性および付着耐性を有するセラミックコーティングを有するプレーンな銅製のフードウェア物品、および、このようなフードウェア物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
調理器具は、例えば鋳鉄、アルミニウム、クラッドアルミニウム、ステンレス鋼、および、クラッドステンレス鋼、および、クラッド銅などの様々なベース材料を用いて製造することができる。
【０００３】
シーズニングした鋳鉄の調理器具は、強靭で摩耗に強い表面を有する。しかしながら、鋳鉄はさびやすく、調理器具の表面にダメージを与えないように慎重にクリーニングしなければならない。加えて、食物中の酸は、表面からの鉄の滲出を引き起こす可能性があり、そのために、場合によっては健康問題が生じる恐れがある。
【０００４】
銅製調理器具は、優れた熱伝達性を有する。しかしながら銅製調理器具は、鋳鉄またはステンレス鋼などのその他の調理器具原料よりもかなり柔らかいため、かき傷がつきやすい。また銅は酸化しやすく、それにより変色が起こる。銅は、変色部分を除去するために磨いてもよいが、それには、表面仕上げを維持するためにかなりの努力が必要である。さらに銅イオンは食物に滲み出す可能性がある。
【０００５】
アルミニウム製調理器具は、優れた熱伝達性を有する。しかしながらアルミニウムもイオンの滲出を起こしやすい。この問題を少なくする一つの方法は、アルミニウムの表面をコーティングすることである。陽極処理アルミニウムは、酸化アルミニウムでコーティングされている。このようなアルミニウムは、酸化物層によって、未処理アルミニウムよりも硬度がかなり高くなる。（未処理アルミニウムは、空気中の酸素との反応によって生じた酸化アルミニウムの薄層を有する）。しかしながら、一般的には、調理中に油を使用しない限り、食物は陽極処理アルミニウム製調理器具に付着すると予想される。加えて陽極処理アルミニウム製調理器具は、典型的な自動食器洗いで生じる産物によって変色したり、または、腐食したりする可能性があるため、安心して食器洗い機で使用できない。
【０００６】
またアルミニウムは、滲出を予防するために溶射処理してもよい。しかしながらこのプロセスでは粗い表面が生じ、食物は、一般的に、処理されていない限り表面に付着すると予想される。
【０００７】
ステンレス鋼製調理器具が広く用いられている。ステンレス鋼製調理器具は、その強度および耐久性で知られている。ステンレス鋼はクリーニングが比較的簡単であり、銅よりも優れた輝きを保持する。しかしながら、ステンレス鋼は、シーズニングした鋳鉄よりもかなり食物が付着しやすい傾向を有する。過熱、塩水での調理、または、平鍋を「加熱料理により乾燥させること」によって、表面の変色が起こる。加えて、鉄、クロム、マンガンおよびニッケルのようなイオンの滲出は、一般的には極めて低い程度であるが、ステンレス鋼に関する懸念となる可能性がある。
【０００８】
加えてステンレス鋼は、あまりいい熱の伝導体ではない。２２５℃におけるステンレス鋼の熱伝導率はわずか１９Ｗ／ｍＫであるが、一方で、同じ温度で、銅は３９８Ｗ／ｍＫであり、アルミニウムは２５０Ｗ／ｍＫである。従って、銅は、ステンレス鋼よりも約２０倍高い熱伝達率を有する。
【０００９】
ステンレス鋼製調理器具の性能は、大部分は、どの程度よく平鍋に熱が広がるか、それによって「ホットスポット」をどれだけ減少させるか、または、なくすことができるかによって決定される。ステンレス鋼製調理器具の熱を分散させるため、ろう付けまたは高圧圧接を用いてアルミニウムまたは銅製のディスクを平鍋の底部に取り付けることができる（側壁はステンレス鋼である）。熱伝導性は改善されるが、平鍋全体の熱の分布は均一ではない。さらに、使用者が長時間過熱させながら食物を調理したり、または、平鍋が煮詰まって乾燥したりすると、ディスクが平鍋から分離する恐れがある。
【００１０】
ステンレス鋼製調理器具の熱を分散させるその他のアプローチは、調理器具のベース材料としてクラッドステンレス鋼を使用することである。クラッド材料は、ステンレス鋼と、それを間に挟んだアルミニウムまたは銅とで作製される。このような平鍋は、底部だけでなく側壁の上まで熱を均一に伝達する。クラッドステンレス鋼製調理器具は急速に熱くなるが、冷えるのも急速であり、これはなぜなら、銅またはアルミニウムのコアが、熱および冷気の優れた導体だからである。例えば、図１で示されるように、１．８７ｍｍの全体の厚さを有する５層の材料で作製されたクラッドステンレス鋼の平鍋５は、内部の３０４ステンレス鋼層（０．３３６ｍｍ）１０、アルミニウム層（０．１４０ｍｍ）１５、銅のコア（０．９４０ｍｍ）２０、アルミニウム層（０．１４０ｍｍ）２５、および、外部の４３０ステンレス鋼層（０．３１ｍｍ）３０を有していてもよい。一例として、２．７１ｍｍの全体の厚さを有する３層の材料は、内部の３０４ステンレス鋼層（０．３９４ｍｍ）、アルミニウムのコア（１．９３０ｍｍ）、および、外部の４３０ステンレス鋼層（０．３８６ｍｍ）を含む。クラッドステンレス鋼の熱伝導性は、全体の厚さの約２８〜３５％であるステンレス鋼層の不十分な伝導率と、アルミニウムまたは銅の優れた伝導率との組み合わせである。
【００１１】
３層および５層のステンレス鋼製調理器具は、調理面の変色およびかき傷といった一般的なステンレス鋼製調理器具と同じ不利益を有する。調理器具は高温で調理する際に焦げやすく、焦げた内部表面のクリーニングには長時間を要する。加えて、内部のステンレス鋼の表面層がこすり洗い中に剥がれる可能性がある。要求の多いレストランの多くでは、５層の深鍋（ｓｋｉｌｌｅｔ）はわずか約７〜８ヶ月しかもたないそうであり、これはなぜなら、銅のコアが露出し始めるためである。
【００１２】
よりよく熱を分散させるその他のアプローチは、調理器具のベース材料としてクラッド銅を使用することである。例えば図２で示されるように、２．２ｍｍの全体の厚さを有するクラッド銅材料で作製された平鍋４０は、内部の３０４ステンレス鋼層（０．４ｍｍ）４５、アルミニウム層（０．３ｍｍ）５０、および、銅の外部層（１．５ｍｍ）５５を有していてもよい。この場合、ステンレス鋼の層は、全体の１８％に低められている。このようにして得られたクラッド銅製調理器具の熱伝導性は、３層または５層のクラッドステンレス鋼製調理器具いずれの熱伝導性よりも優れている。しかしながら、内部のステンレス鋼表面は、変色／焦げ付きおよびかき傷といったその他のステンレス鋼製調理器具と同じ問題を有する。加えて、外部の銅表面は、容易に酸化しやすい。銅の表面仕上げを保持するには、上記で考察したようにかなりの努力が必要である。
【００１３】
付着を予防する表面処理が知られている。調理器具のためのよく知られた表面処理の一つは、ペルフルオロカーボンポリマーの使用に関するものである。ペルフルオロカーボンのコーティングは焦げ付きにくい表面を提供するが、これらは容易に削り取られてしまう。現在のペルフルオロカーボンのコーティングは以前使われていたものよりも強いものの、それらはそれでもなおかなり削られやすい。表面が削られたり、または、傷が入ったりすると、ペルフルオロカーボンのコーティングの薄片が調理される食物に入り込んでしまう。ペルフルオロカーボンの薄片は健康上の危険を引き起こすことがわかっていないにもかかわらず、このような剥離は多くの人々にとって望まれていない。加えて、ペルフルオロカーボンポリマーは一般的な調理温度で安全であるが、これらは高温でダメージを受ける可能性があり、毒性の煙を発する可能性がある。
【００１４】
その他の表面処理は、セラミックコーティングの使用に関するものである。米国特許第５，４４７，８０３号は、チタン層および窒化チタン層を堆積させたものを説明している。窒化チタンのコーティングは、高い硬度と金色を有する。窒化チタンのコーティングは、色を安定化するために酸化または窒化される場合があるが、これらの酸化物または窒化物コーティングは薄く、それでもなお削られる可能性があり、結果として平鍋の変色を起こす可能性がある。
【００１５】
米国特許第６，１９７，４３８号は、かき傷が付きにくい、および、焦げ付きにくい特性を達成するために、プライマーまたはトップコート層として窒化クロムまたは窒化アルミニウムの厚い層（約２〜５０ミクロン）を使用することを説明している。装飾的な、または、機能性トップコート層、例えば窒化ケイ素、アルミナ、または、ダイヤモンド状の炭素を追加してもよい。また、プラズマ溶射されたアルミニウム合金の基板をベースとするセラミックコーティングされたフードウェアも開示されている。
【００１６】
米国特許第６，３６０，４２３号は、調理器具への窒化ジルコニウムのコーティングの堆積を説明している。その表面は、付着耐性のコーティングを得るために窒化ジルコニウム層を堆積する前に、表面が非常に滑らかになるまで磨かなくてはならない。色を安定化するために窒化ジルコニウムのコーティングは酸化または窒化する必要はないにもかかわらず、窒化ジルコニウムは、過熱によって、または、塩を含む食物によって程度は様々だが変色する可能性がある。
【００１７】
米国特許第６，９０６，２９５号および７，４６２，３７５号は、多層のセラミックコーティングを有するフードウェア物品を説明しており、これは、付着耐性、かき傷耐性、熱に対する安定性、耐食性、および、色の安定性を有する。このようなフードウェア物品は、内部の食物接触面と外面とを有する金属製フードウェア物品を含む。食物接触面上に堆積させた接着層が存在し、これは、典型的には金属層である。（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの層は、接着層と隣接して堆積される。このようなコーティングは、任意にＣｒＮと（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎとが交互になった層を含んでいてもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】米国特許第６，１９７，４３８号
【特許文献２】米国特許第６，３６０，４２３号
【特許文献３】米国特許第６，９０６，２９５号
【特許文献４】米国特許第７，４６２，３７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
クラッドステンレス鋼製調理器具またはクラッド銅製調理器具よりも優れた熱伝導性を有するが、クラッドステンレスおよびクラッド銅製調理器具の内部のステンレス面に伴う変色／焦げ付きおよびかき傷の問題を有さない調理器具への必要性がある。加えて、純銅と同じ熱伝導性を有する調理器具への必要性があり、さらに、金属の外観を有し、高い調理温度での使用に適しており、ベースに酸および塩を含む食物のいずれとも使用することができる、かき傷が付きにくい、付着耐性、熱に対する安定性を有するセラミックコーティングへの必要性がある。
【００２０】
さらに、柔らかく多孔質のベース材料に対する付着が優れており、さらに、耐食性に優れたセラミックコーティングに対する必要性もある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明は、多層で、付着耐性を有し、変色しにくいコーティングを有する銅製フードウェア物品を提供することによってその必要性を満たすものである。このような銅製フードウェア物品は、銅の基板；銅の基板の第一の表面上に堆積させる基コーティング（ここで該基コーティングは、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を含む）；および、基コーティングに隣接して堆積させたセラミックコーティング（ここで該セラミックコーティングは、物理蒸着窒化物または炭窒化物層を含む）、を含む。
【００２２】
本発明のその他の形態は、付着耐性を有し、変色しにくい多層セラミックコーティングを有する金属製物品である。このような金属製物品は、金属基板；金属基板の第一の表面上に堆積させる基コーティング（ここで該基コーティングは、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を含む）；および、基コーティングに隣接して堆積させたセラミックコーティング（ここで該セラミックコーティングは、物理蒸着窒化物または炭窒化物層を含む）を含む。
【００２３】
本発明のその他の形態は、多層で、付着耐性を有し、変色しにくいコーティングを有する金属製物品の製造方法である。本方法は、金属基板を提供すること；金属基板の第一の表面上に基コーティングを堆積させること（ここでこの堆積は、陰極アークプロセスとスパッタリングプロセスとの組み合わせを用いて、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を堆積させることを含み、ここで陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層は、金属、合金またはそれらの組み合わせから選択される材料で作製される）；および、基コーティングに隣接してセラミックコーティングを堆積させること（ここでこの堆積は、物理蒸着プロセスを用いて物理蒸着窒化物または炭窒化物層を堆積させることを含む）を含む。
【００２４】
窒化物または炭窒化物層は、窒化物または炭窒化物の合金を意味する。このような窒化物および炭窒化物は、一般的に、周期表の第４族、第５族および第６族からの１種またはそれより多くの元素、ＡｌまたはＢであると予想される。典型的には、窒化物または炭窒化物は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＢのうち少なくとも１種を含むと予想される。窒化物および炭窒化物としては、これらに限定されないが、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＢＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）Ｎ、および、ＴｉＣＮ、ＣｒＣＮ、ＺｒＣＮ、ＢＣＮ、ＡｌＣｒＣＮ、ＴｉＡｌＣＮ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）ＣＮが挙げられる。
【００２５】
（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）Ｎ、または、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）ＣＮは、追加の元素を含む、窒化物または炭窒化物とアルミニウムおよびクロムとの合金を意味する。Ｘは、一般的に、
周期表の第４族、第５族および第６族からの１種またはそれより多くの元素、または、Ｂであると予想される。Ｘは、典型的には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＢのうちの１種である。窒化物および炭窒化物と、アルミニウム、クロムおよび追加の元素との合金としては、これらに限定されないが、窒化アルミニウムＸと、窒化クロムまたはその他の組み合わせとの超格子構造を有するコーティングが挙げられる。
【００２６】
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、または、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮは、窒化物または炭窒化物と、チタン、アルミニウムおよびクロムとの合金を意味する。窒化物と、チタン、アルミニウムおよびクロムとの合金としては、これらに限定されないが、窒化チタンアルミニウムと窒化クロムとの超格子構造を有するコーティングが挙げられる。炭窒化物と、チタン、アルミニウムおよびクロムとの合金としては、これらに限定されないが、炭窒化チタンアルミニウムと、炭窒化クロムとの超格子構造を有するコーティングが挙げられる。
【００２７】
生体適合性の、とは、コーティングが、ＩＳＯ１０９９３−１に従って行われた生体適合性試験を満たしていなければならないことを意味する。生体適合性のコーティングの例としては、これらに限定されないが、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＴｉＮ／ＴｉＣＮ、ＡｌＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＺｒＮ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎが挙げられる。
【００２８】
プレーンな銅は、クラッド層をまったく有さない銅を意味する。
「〜に堆積させる」は、間にまったく層を介在させないでその前の層に直接堆積させることを意味する。「〜に隣接して堆積させる」は、前の層の次に堆積させることを意味するが、必ずしも直接でなくてもよい。前の層に直接堆積させてもよいし、または、互いに隣接して堆積させた層と間に１またはそれより多くの介在層が存在していてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、５層のクラッドステンレス鋼で作製された平鍋の断面である。
【図２】図２は、クラッド銅で作製された平鍋の断面である。
【図３】図３は、本発明の物品の一実施態様の断面である。
【図４】図４は、本発明の物品のその他の実施態様の断面である。
【図５】図５は、本発明に従って作製された平鍋のその他の実施態様の断面である。
【図６】図６は、本発明において有用な堆積チャンバーの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、具体的には、銅およびアルミニウムのような柔らかく多孔質の基板を多層セラミックコーティングを堆積させることによってコーティングすることに関して設計されている。多層セラミックコーティングは、基コーティング、および、セラミックコーティングを含む。基コーティングおよびセラミックコーティングは、異なる機能を有する。基コーティングは、基板材料への優れた付着強度、および、優れた耐食性を提供する。セラミックコーティングは、例えば優れた耐久性、付着耐性、または、焦げ付きにくい性能、変色しにくい特性、および、熱に対して安定な特性などの望ましい機能性を提供する。
【００３１】
銅およびアルミニウムのような非鉄材料は、柔らかく多孔質である。このような材料に関する主な問題は、腐食である。従って、厚く、密度が高く、且つ滑らかな基板上に堆積させる基コーティングが必要である。スパッタリングプロセスは、優れた耐食性を提供することに関して、陰極アークプロセスよりも優れている。これらに限定されないが、ＤＣスパッタリング、反応性スパッタリング、または、マグネトロンスパッタリングなどのスパッタリングプロセスは、滑らかで高密度のフィルムを製造するために、既定のコーティングパラメーター（例えばバイアス電圧）と適切な装置によって正確に制御することができる。陰極アークは、微粒子、いわゆる液滴を生じるが、それにより高密度のフィルムが破断する可能性があり、結果的に耐食性が悪くなる。しかしながら、陰極アークプロセスでは、基板を貫通できるほどの高エネルギーの金属イオンによって基板に衝撃を与えるため、結果として優れた基板への付着強度が得られる。
【００３２】
それに続く考察はフードウェアに多層セラミックコーティングを使用することに主眼をおいているが、このようなコーティングはさらに他の物品にも用いることができる。例としては、これらに限定されないが、装飾用の物品、衛生器具、ハードウェアなどが挙げられる。
【００３３】
「フードウェア」は、調理器具、食品調理用品を意味し、例えば、刃物類、およびその他の手動の食品加工用品（例えば水切り器、ろ過器など）、食品配膳用品（例えば皿、ボウルなど）、および、食物を食べるための器具が挙げられる。「調理器具」は、レンジ上面で調理するための深鍋および平鍋、耐熱皿、鉄板、グリル、調理器具（例えばスプーン、へらなど）、ならびに、食物を調理するのに用いられる食品調理装置（例えば電気フライパン、炊飯器など）を意味する。「付着耐性を有する」は、フードウェア物品が少なくとも付着耐性を有することを意味し、それに加えて焦げ付きにくい特性を有していてもよい。
【００３４】
図３は、本発明の物品の一実施態様１００の断面を示す。これは、金属製物品１００である。金属基板１０５は、第一の表面１１０、および、第二の表面１１５を有する。金属基板は様々な材料であってよく、このような材料としては、これらに限定されないが、鋼、ステンレス鋼、プレーンな銅、アルミニウム、クラッドアルミニウム、鋳鉄、クラッド材、マグナリウム合金および合金類、ならびにそれらの組み合わせが挙げられる。金属基板は、固体金属または固体合金であってもよく、または、例えば金属表面を有する多層構造のようなクラッド材料であってもよい。多層構造の例としては、これらに限定されないが、ステンレス鋼被覆アルミニウムまたは銅、プラズマ溶射によるステンレス鋼皮膜を有するアルミニウム、または、例えばグラファイトなどの非金属のコア材料で囲まれた金属外層が挙げられる。
【００３５】
基板１０５の第一の表面１１０上に堆積させた基コーティング１２０、および、基コーティング１２０に隣接して堆積させたセラミックコーティング１２５が存在する。基コーティング全体の厚さは、典型的には約２〜約２０ミクロンであり、セラミックコーティング全体の厚さは、一般的には約１〜約２０ミクロンである。
【００３６】
基コーティング１２０は、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層１３０を含む。この組み合わせ層は、陰極アークプロセスとスパッタリングプロセスとの組み合わせを同時に稼働させることによって堆積される。このような組み合わせ層は、基コーティングの付着強度を高め、同時に、耐食性を妨げる可能性を減少させる。陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層は、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせを含んでいてもよい。このような層を形成するのに用いられるスパッタリングプロセスにおいて、金属および金属合金が用いられる可能性がある。適切な金属および金属合金としては、これらに限定されないが、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、および、ハフニウム、加えて様々な種類のステンレス鋼、例えば３０４または３１６、ＴｉＡｌおよびＡｌＣｒが挙げられる。このような層を形成するのに用いられる陰極アークプロセスにおいて、金属および金属合金が用いられる可能性がある。適切な金属および金属合金としては、これらに限定されないが、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、および、ハフニウムが挙げられる。望ましくは、陰極アークプロセスには純金属が用いられるが、なぜなら、このような金属はより優れた基板への貫通を可能にするためである。
【００３７】
陰極アークプロセスからの液滴を制御するために、陰極アークの（１またはそれより多くの）ターゲットによる全ての堆積は、陰極アークターゲットと（１またはそれより多くの）スパッタリングのターゲットとの組み合わせによる全ての堆積の約５〜約４０％である。
【００３８】
基コーティング１２０は、必要に応じて単一の層であってもよい。あるいは、例えば図３で示されるように１またはそれより多くの追加の層を含む。追加の層は、１またはそれより多くの追加の組み合わせ層、および／または、１またはそれより多くのスパッタ層、および／または、１またはそれより多くの陰極アーク層を含んでいてもよい。
【００３９】
図３で示されるように、基コーティング１２０は、スパッタ層１３５を含み、これは、スパッタリングプロセスによって陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層に隣接して堆積される。このようなスパッタ層のためのスパッタリングプロセスにおいて、金属および金属合金が用いられる可能性がある。適切な金属および金属合金としては、これらに限定されないが、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、および、ハフニウム、加えて様々な種類のステンレス鋼、例えば３０４または３１６、ＴｉＡｌ，および、ＡｌＣｒが挙げられる。
【００４０】
また、第一のスパッタ層に隣接して堆積させた、第二の陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層１４０も存在する。第二の組み合わせ層は、第一の組み合わせ層と同じ一般的なプロセスおよび材料を用いて作製される。しかしながら、これら２つの層のためのプロセスおよび材料は、必ずしも同一でなくてもよい（例えば、第一の組み合わせ層は、第二の組み合わせ層とは異なる金属を使用していてもよいし、および／または、異なるタイプのスパッタリングプロセスまたは陰極アークプロセスを使用していてもよい）。
【００４１】
組み合わせ層またはスパッタ層におけるスパッタリングプロセスのどちらにも適切なスパッタリングプロセスとしては、これらに限定されないが、反応性スパッタリング、ＤＣスパッタリング、および、マグネトロンスパッタリングが挙げられる。必要に応じて、追加のスパッタ層と組み合わせ層との交互の層を堆積させることができる。基コーティングの一番上の層は、必要に応じて、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層であってもよい。
【００４２】
最適な耐食性のために、基コーティングにおいて、スパッタ層は、組み合わせ層よりも厚い。また、スパッタ層と組み合わせ層との交互の層は、多層セラミックコーティングのための土台として役立つ基コーティングの硬度および靭性を高めることもできる。
【００４３】
基コーティングに隣接してセラミックコーティング１２５が存在する。セラミックコーティング１２５は、１またはそれより多くの層であってもよい。これらの層のうち少なくとも１つは、物理蒸着窒化物または炭窒化物である。
【００４４】
物理蒸着窒化物または炭窒化物層１４５は、基コーティング１２０に隣接して堆積される。物理蒸着窒化物または炭窒化物層は、優れた耐久性および熱安定性を有する変色しにくい表面を提供する。窒化物または炭窒化物の合金にとって適切な材料としては、これらに限定されないが、ＴｉＮ、ＣｒＮ、ＮｂＮ、ＺｒＮ、ＢＮ、ＡｌＣｒＮ、ＴｉＡｌＮ、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）Ｎ、および、ＴｉＣＮ、ＣｒＣＮ、ＺｒＣＮ、ＢＣＮ、ＡｌＣｒＣＮ、ＴｉＡｌＣＮ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）ＣＮが挙げられる。Ｘとしては、これらに限定されないが、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＢのうちの１種が挙げられる。
【００４５】
物理蒸着窒化物または炭窒化物層は、望ましくは生体適合性の材料で作製される。それにより、物品をフードウェアなどに用いることが可能になる。
必要に応じて、以下で説明されているような追加の窒化物または炭窒化物層が存在していてもよい。
【００４６】
様々な物理蒸着窒化物または炭窒化物層の組成は同じであってもよいし、または、必要に応じて層ごとに異なっていてもよい。例えば、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎが用いられる場合、Ｔｉ、ＡｌおよびＣｒの量は層により異なっていてもよい。あるいは、例えば（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、および、（Ｚｒ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎのような異なる元素が用いられる可能性がある。この組成は、当業界でよく知られているように、各層に使用しようとするターゲットの数およびタイプを変更することによって様々にすることができる。
【００４７】
適切な物理蒸着窒化物層の一例は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎである。滑らかな（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は表面に反応性がないという特徴を有し、その結果として少なくとも付着耐性が得られ、さらに多くの場合において焦げ付きにくい性能も得られる。必要に応じて、超格子の概念である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ／ＣｒＮ系は、例えばフードウェア物品のような基板への適用に適切な（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎのコーティングを作製するのに利用することができる。
【００４８】
交互の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ／ＣｒＮ層のコーティングは、多層コーティングの靭性をさらに改善するために望ましい。それにより、薄い多層コーティングを有する金属板を、成形プロセス中にコーティングに亀裂を入れることなく延伸することが可能になる。
【００４９】
第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５は、基コーティング１２０に隣接して堆積される。第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５は、強く、かき傷が付きにくく、付着耐性を有し、熱に対する安定性を有するベース層を提供する。第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は、この実施態様において基コーティング上に堆積されているように示されているが、必要に応じて、基コーティング１２０と第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５との間に１またはそれより多くの層が存在していてもよい。第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５の厚さは、典型的には約０．１〜約１．５ミクロンの範囲である。
【００５０】
任意に、第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５に隣接して堆積させた第一の窒化クロム層１５０が存在していてもよい。第一の窒化クロム層１５０は、第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５上に堆積されているように示されているが、この実施態様において、必要に応じて、第一の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１４５と第一の窒化クロム層１５０との間に１またはそれより多くの層が存在していてもよい。第一の窒化クロム層１５０の厚さは、一般的に約２ミクロン未満である。上部の層が浸食されたような状況においても、第一の窒化クロム層は、耐食性および耐酸化性を提供する。
【００５１】
第二の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層１５５は、任意に、第一の窒化クロム層１５０上に堆積させてもよい。第二の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の厚さは、一般的に約１０ミクロン未満である。
【００５２】
必要に応じて、追加の窒化クロムと（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎとの交互の層を堆積させることができる。（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層および窒化クロムはそれぞれ、典型的には０．１〜約２．０ミクロンの範囲である。薄い層のほうが多層コーティングの物理的な耐性および耐食性が改善されるため、望ましい。
【００５３】
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は高い耐食性を有しているため、９６ｈｒ ＡＳＴＭ Ｂ３６８−９７５の耐食性のための苛酷試験である試験（銅によって促進された酢酸塩噴霧試験）に合格している。
【００５４】
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ多層コーティングを有する調理器具は、酸性の食物と塩を含む食物のいずれを調理するのにも適しており、変色しない。加えてこのような調理器具は、調理器具に与えるダメージを心配することなく、どのような高い調理温度でも使用可能である。
【００５５】
（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎコーティングは（Ｔｉ，Ａｌ）ＮおよびＣｒＮよりもかなり硬いため、結果として高い耐摩耗性が得られる。（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層は、極めて高い硬度と高い耐食性とを兼ね備えているため、調理器具の調理面に、かき傷耐性、付着耐性および耐久性を持たせることができる。それにより、調理器具のベース材料からのイオン滲出の問題がなくなる。一般的に、多層コーティングの一番上の層は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層である。
【００５６】
この例は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎおよび窒化クロム層を使用しているが、当然のことながら、本発明はこれらの層に限定されない。上記で考察したように、その他の層を用いてもよい。
【００５７】
１またはそれより多くのセラミックコーティングの層は、物理蒸着法、例えば蒸着、スパッタリング、陰極アーク、または、イオンビームを用いて堆積される。米国特許第６，９０６，２９５号および７，４６２，３７５号（これらは参照により本明細書に含める）は、陰極アークによる堆積法を説明している。
【００５８】
図４は、本発明の金属製物品のその他の実施態様の断面を示す。これは、第一の表面２１０と第二の表面２１５とを有する金属基板２０５である。基コーティング２２０は、第一の表面２１０上に堆積させ、セラミックコーティング２２５は、基コーティング２２０に隣接して堆積させる。
【００５９】
基コーティング２２０は、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層２３０、スパッタ層２３５、および、第二の陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層２４０を有する。さらに、追加のスパッタ層２７０、および、組み合わせ層２７５も存在する。
【００６０】
基コーティング２２０とセラミックコーティング２２５との間に追加の層２８０が存在する。層２８０は、例えば陰極アーク法によって堆積させたＣｒ層のような金属層であってもよい。
【００６１】
追加の層２８０上に堆積させた（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの第一の層２４５、および、窒化クロムの第一の層２５０、および、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ２５５の第二の層が存在する。追加の窒化クロム層２８５、および、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ２９０層が存在する。
【００６２】
図５は、本発明の平鍋のその他の実施態様の断面を示す。これは、第一の表面３１０と第二の表面３１５とを有する金属基板３０５である。基コーティング３２０、および、セラミックコーティング３２５は、基板３０５の両側３１０および３１５に堆積される。
【００６３】
一例として、フードウェア物品にコーティングを堆積させる１つの方法を説明する。当業者によく知られているように、その他のプロセスまたは工程を用いてもよい。
まずフードウェア物品を成形し、その次にコーティングしてもよいし、または、平坦な金属板をコーティングして、その次に平鍋に成形してもよい。このようなプロセスは、予め成形された平鍋のコーティングについて説明する。
【００６４】
滑らかな表面を作るために、堆積の前に、プレーンな銅製の平鍋を磨いてもよい。当業者によく知られているようなバフ磨きまたは研磨用のコンパウンドまたはその他の研磨媒体を用いてもよい。このような表面は可能な限り滑らかであるべきであり、一般的に、表面上の同心の基準線に直角に測定した場合に、約２０マイクロインチ未満であるか、または、約１６マイクロインチ未満であり、典型的には約１０〜約１６ミクロンインチの範囲であり、必ずしも過剰に輝く表面仕上げを達成しなくてもよいが、例えば約２〜約４ミクロンインチである。
【００６５】
続いてプレーンな銅製の平鍋を徹底的にクリーニングし、乾燥して、グリース、研磨の際に残留したり、はがれたり、および埋まったりした粒子、残留した酸化物、塩またはその他の異物をすべて除去する。典型的なクリーニングは、超音波クリーニングと共に、水を用いたクリーニングシステムを含むと予想される。
【００６６】
陰極アークによる堆積プロセスとスパッタリングによる堆積プロセスとは、堆積させる層に応じて、別々に稼働させてもよいし、または、同じ減圧室で両方同時に稼働させてもよい。陰極アーク陰極およびスパッタリング陰極はいずれも、それら自身の望ましい、金属または合金を含むターゲットを有していてもよい。このようなコーティングチャンバーで、真空ポンプシステム、ガス供給システム、パーツホルダー、プラネタリー式ローテーションシステム、動力源および様々な電気的なシステムなどの、望ましい工程を行うのに必要な本発明に係る方法を実行することができる。
【００６７】
図６は、本発明の一実施態様を実施するのに用ることができる堆積チャンバー４００の実施例の略図である。これは、例えば陰極アークシステム、および、スパッタリングシステムを含む多陰極システムである。図６で示されるように、このようなチャンバー中に適切な陰極アーク陰極４１５が設置される。例えば、純クロムの圧縮粉末の金属ターゲットと共に、５０％チタン／５０％アルミニウム（ａｔ）の圧縮粉末の金属ターゲットを用いてもよい。同じチャンバー中に、適切な長方形のスパッタリング陰極４２０が設置される。例えば、ステンレス鋼ターゲットまたはチタンターゲットを用いてもよい。陰極アーク陰極およびスパッタリング陰極の数およびタイプ、加えて用いられるターゲットの材料は、チャンバーのサイズ、および、堆積されるコーティングによって様々であると予想される。
【００６８】
平鍋４０５（例えばプレーンな銅製の平鍋）を適切な取り付け具に搭載し、望ましい回転のプラネタリー式動力装置４１０中に置く。示した通り、堆積中に全ての平鍋を回転させることができる。また、必要に応じて平鍋４０５を個々に回転させるすることもできる。
【００６９】
チャンバーの圧力をポンプで約１０−３Ｐａに下げる。平鍋を、平鍋を作製する材料のタイプに応じて約３５０°Ｆ〜約４５０°Ｆの範囲の温度に加熱する。
平鍋をミクロレベルでクリーニングするために、平鍋を約８００〜約１２００Ｖの負電圧でバイアスをかけることによってグロー放電を形成する。
【００７０】
基コーティングの組み合わせ接着層は、同時に稼働させたスパッタリングプロセスと陰極アークプロセスによって堆積させた混合型の層である。例えばチタン、クロムまたはステンレス鋼などがターゲットのスパッタリングは、約２００〜約５００Ｖの基板のバイアス電圧および約０．３〜約１．０Ｐａに制御された真空レベルにおける、希ガスのアルゴンの高エネルギーイオンを用いた衝撃によって達成される。スパッタリングのターゲットから放出された原子が基板上に堆積し、滑らかで高密度のフィルムが形成される。スパッタリングのパラメーターは、当業界でよく知られているように、様々なスパッタリングシステムに基づき正確に制御することができる。
【００７１】
同時に、陰極アークプロセスのターゲット、例えばクロムまたはチタンが、同じアルゴン雰囲気および真空レベルで、高電流低電圧のアークによって衝撃を受け、その結果として高レベルのイオン化多価イオン、中性粒子、クラスターおよび微粒子を含むプラズマジェットが形成される。高エネルギーイオン（Ｃｒ＋，Ｔｉ＋）は、基板への優れた付着強度を提供する深さにまで、基板に浸透することができる。、スパッタリングからの堆積と陰極アークプロセスからの堆積とによって、組み合わせ接着層中で多層が形成される。一般的に、組み合わせ接着層において、陰極アークプロセスからの蓄電したイオンよりも、スパッタリングプロセスからの蓄電した原子を多く含み、それにより、基板へ付着が優れた、滑らかで高密度の組み合わせ層が生じる。陰極アークプロセスからの堆積の量は、滑らかな接着層に対する微粒子の負の作用を制限しつつ、望ましい付着強度を提供するのに十分な量であるべきである。望ましくは、陰極アークプロセスによる堆積は、組み合わせ層の全ての堆積の約４０％以下である。組み合わせ層の厚さは、一般的に約０．１〜約３．０ミクロンの範囲である。
【００７２】
組み合わせ層に隣接して堆積させた基コーティングの一方の層は、スパッタ層である。これは、陰極アークプロセスのターゲットの全てへの印加を止めることによって作製することができる。スパッタリングは、必要に応じて、組み合わせ層の場合と同じ運転パラメーターを用いて連続的に行ってもよい。第一のスパッタ層の厚さは、典型的には約０．１〜約３ミクロンである。
【００７３】
基コーティングのもう一方の層は、第一の層に隣接して堆積させたその他の組み合わせ層である。この組み合わせ層は、上記で考察したようにスパッタリングプロセスと陰極アークプロセスとを用いて作製される。基コーティングの第二の組み合わせ層の厚さは、一般的に約０．１〜約３ミクロンである。
【００７４】
基コーティングに隣接して、機能性セラミックコーティング、例えば（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎを陰極アークプロセスによって堆積させる。
全てのスパッタリングのターゲットに印加される場合、例えばＡｌのような金属の層を基コーティングに隣接して堆積させることもできる。平鍋に、約６００〜約１０００Ｖのバイアス電圧および約１０−２Ｐａの真空レベルでイオン（Ｃｒ＋）の衝撃を与える。このような金属層は、約１ミクロン未満の厚さを有していてもよい。
【００７５】
全てのＴｉＡｌおよびＣｒターゲットに印加されると、この系に窒素を導入して、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎコーティングを形成することができる。印加した電圧は、約０．４〜約１．５Ｐａの真空レベルで約８０〜約２００Ｖである。
【００７６】
ＴｉＡｌ陰極は止められるが、一方で、Ｃｒ陰極は、約８０〜約２００Ｖのバイアス電圧および約０．４〜約１．５Ｐａの真空レベルで窒化クロム層への堆積を継続する。
続いて、その他の（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層に堆積させるために、ＴｉＡｌ陰極を再び作動させる。この手法によれば、要求に応じて多数の窒化クロム層と（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層とを繰り返し堆積させることができる。堆積温度は、作製される平鍋の材料に応じて、堆積の最後の時点で約６００°Ｆ〜約９００°Ｆまで上げてもよい。
【００７７】
平鍋に、埋まった微粒子やコーティングの残留物がない表面を得るために、酸化鉄（ＩＩＩ）（Ｊｅｗｅｌｅｒ Ｒｏｕｇｅ）、ダイヤモンドコンパウンド、または、当業者によく知られているようなその他の研磨媒体を用いて最終的な研磨仕上げを施してもよい。
【００７８】
それぞれの（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の組成は、同じでもよいし、または、必要に応じて層ごとに異なっていてもよい。この組成は、当業界でよく知られているように、各層に使用しようとするターゲットの数およびタイプを変更することによって様々にすることができる。
【００７９】
陰極アーク堆積プロセスにおいて、Ｃｒターゲットの数は、組み合わされたコーティング全体の物理特性（すなわち、付着耐性、耐酸化性、靭性、色安定性など）のバランスがとれるように、望ましくは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ層の堆積で用いられるＴｉＡｌターゲットの数よりも多いか、または、それに等しい。ＴｉＡｌの数がＣｒターゲットの数よりも多い場合、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎコーティングは、塩を含む食物を調理している間にわずかな変色を示すが、結果得られた（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎコーティングは、それでもなお付着耐性コーティングとして使用するのに十分適している。このような変色は、ある種の用途では外見的な理由で望ましくない場合があるが、その他の用途にとっては問題にならない場合もある。これは、バー・キーパーズ（Ｂａｒ Ｋｅｅｐｅｒｓ）クリーナー、または、数滴のレモン果汁を用いて容易に除去することができる。
【００８０】
例えば、図５に示される銅の平鍋は、本発明のコーティングで（一方の側で）３０ミクロン未満の厚さにコーティングされた、１．４ｍｍの全体の厚さを有するプレーンな銅の原料から構成することができる。このように銅材料の全体の厚さ１．４ｍｍと比較してコーティングが薄い（０．００３ｍｍ）ため、平鍋の熱伝導率に対するコーティングの影響は無視することができる。従ってＰＣＰ（プレーンな銅の物理蒸着）調理器具は、純銅と同じ熱伝導率を有し、これは、特有の特徴である。
【００８１】
表１では、本発明のコーティングの硬度を、３層および５層のクラッドステンレス鋼製調理器具における３０４ステンレス鋼の内部層と比較した。本発明のコーティングの硬度は、３０４ステンレス鋼の内部層よりもおよそ５〜７倍硬い。その結果として、ＰＣＰ調理器具の調理面の耐久性は、３層または５層のクラッドステンレス鋼の調理面よりも約５〜７倍優れており、これは、ＰＣＰ調理器具特有のその他の特徴である。
【００８２】
加えて、ＰＣＰ調理器具は、優れた熱安定性を示す。ＰＣＰ調理器具は、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎの機能性多層コーティングの結果として、約７００℃までの温度に耐えることができる。一般的な調理において、調理温度は典型的には約３００℃未満である。ＰＣＰ銅の平鍋と、５層クラッドステンレス製平鍋とを、両方の平鍋を３５０℃で１５分加熱することによって比較した。ＰＣＰ平鍋は色の変化は示さず、表面全体にわたってもとの光沢のある表面を維持した。５層のクラッド平鍋は、表面全体にわたり変色または焦げ付き（茶色）示し、これは、ステンレス鋼が高温で調理する際に熱に耐えられなかったことを示す指標である。
【００８３】
ＰＣＰ調理器具のその他の特有の特徴は、その優れた耐食性であり、すなわち変色しにくいということである。銅材料は変色しやすいことがよく知られている。本発明のコーティングでコーティングされたプレーンな銅製の調理器具は、変色しにくい。
【実施例】
【００８４】
実施例１
プレーンな銅で作製された１．４ｍｍの厚さを有する１０インチ平鍋の調理面全体に本発明のコーティングをコーティングした。多層セラミックコーティングは、約３〜５ミクロンの基コーティングを含んでいた。基コーティングは、Ａｌ、Ｔｉおよびステンレス鋼で作製された陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層（０．２〜０．４ミクロン）、Ｔｉおよびステンレス鋼のスパッタ層（０．３〜０．５ミクロン）、続いて４対の交互の陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層、および、前の層と同じ組成で作製されたスパッタ層であった。基コーティングの一番上の層は、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層であった。セラミックコーティングは約５〜６ミクロンであり、６対の交互の超格子（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、および、ＣｒＮ、続いてトップコーティングとして（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎを含んでいた。基コーティングおよびセラミックコーティングを含む全体のコーティング厚さは、約１０〜１２ミクロン（片側）であった。同じ多層セラミックコーティングを平鍋の外側にも施した。
【００８５】
ＰＣＰ平鍋を試験し、５層のステンレス鋼製調理器具（５層クラッド）、および、クラッド銅製調理器具（銅クラッド）と比較した。
表２は、１０インチＰＣＰ平鍋と、１０インチ５層クラッド平鍋との比較の結果を示す。それぞれの平鍋で同じ食物を調理した。これらの平鍋を、予熱時間、調理時間、平鍋に食物が付着したかどうか、および、クリーニングの容易さに関して評価した。
【００８６】
サンプル１−ストリップステーキ
ＰＣＰ平鍋は、より短い予熱時間を有し、合計調理時間は、より低温での加熱設定でも、５層クラッド平鍋よりもほぼ２分短かった。加えて、ＰＣＰ平鍋にステーキは付着しなかった。
【００８７】
サンプル２−パスタ・プリマヴェーラ
ＰＣＰ平鍋は、より低温での加熱設定でも、５層平鍋よりも速く熱くなり、さらにそれよりも速く調理できた。ＰＣＰ平鍋の場合、調理中に変色または焦げ付きはなかった。５層クラッド平鍋の調理面はひどく焦げ付いた。一般的な消費者によるクリーニング方法では、焦げた表面のクリーニングは困難であった。工業用のスコッチ（ｓｃｏｔｃｈ）パッドを用いてクリーニングしたところ全面にかき傷ができ、無理矢理こすり洗いすれば、材料の３０４層が除去される可能性がある。工業用スコッチパッドを用いてＰＣＰ平鍋の調理面をこすり洗いしても、かき傷は生じなかった。
【００８８】
サンプル３−レイクトラウト
ＰＣＰ平鍋は、５層クラッド平鍋よりも速く調理できた。トラウトは、ＰＣＰ平鍋の方がよりよく焼き色がつき、そのクリーニングも簡単であった。５層クラッド平鍋は、クリーニングのために多少のこすり洗いが必要であった。
【００８９】
サンプル４−フィレミニョン
平鍋で肉を焼き、続いて平鍋を３５０°Ｆのオーブンに１０分間置いた。ＰＣＰ平鍋の場合、フィレミニョンを焼いて望ましい焼き色を得るのに３５秒かかったが、５層クラッドでは同じ焼き色を得るのに１分かかった。次に両方の平鍋をオーブンに入れた。ＰＣＰ平鍋で調理したフィレミニョンは、より多くの肉汁を有していたが、これはなぜならＰＣＰ平鍋ではより短時間で焼き色が付くため、肉汁と水分が中に閉じこめられるためであり、さらに肉の味もより優れていた。５層クラッド平鍋で調理したフィレミニョンはわずかに乾燥していた。５層クラッド平鍋は調理中に焦げ付き、表面のこすり洗いが必要となり、多くのかき傷が生じた。
【００９０】
サンプル５−バルサミコ酢のシロップ
バルサミコ酢を粘度の極めて高いシロップになるまで沸騰させた。この実験を用いて、シロップ除去に関する平鍋のクリーニング能力を研究した。ＰＣＰ平鍋から全てのシロップを除去するのに、単に熱水ですすぐだけでわずか１０秒しかかからなかった。しかしながら、５層クラッド平鍋では、シロップを除去するのにこすり洗いが必要であった。
【００９１】
サンプル６−スターチをまぶした鶏肉の炒め物
この実験は、焦げ付きにくい性能を研究するために設計された。スターチをまぶした肉は平鍋に簡単に付着する。ＰＣＰ平鍋および５層平鍋を同量の油でコーティングし、平鍋を加熱し、続いて油が沸き立ち始めたら鶏肉を平鍋に入れた。
【００９２】
ＰＣＰ平鍋は、平鍋の優れた熱伝導性のために非常に熱いため、ＰＣＰ平鍋で炒めた鶏肉は付着しなかった。ＰＣＰ平鍋では短時間で肉に焼き色が付いたため、肉が付着しなかった。同じ加熱設定を用いたにもかかわらず、５層クラッド平鍋は、その劣った熱伝導性のためにＰＣＰ平鍋ほど熱くならず、そのため肉がひどく付着した。５層クラッド平鍋は全面で焦げ付き、クリーニングが困難であった。この平鍋は、表面をこすり洗いする前に熱水に数時間浸すことが必要であった。
【００９３】
サンプル７−目玉焼き
両方の平鍋に同量の食用油を噴霧した。平鍋を加熱し、油の多くをペーパータオルで拭き取った。油が沸き立ち始めたら卵を落した。ＰＣＰ平鍋で焼いた卵は付着しなかった。５層クラッド平鍋で焼いた卵は付着した。
【００９４】
実施例２
表３は、１０インチＰＣＰ平鍋と１０インチクラッド銅の平鍋との比較を示す。クラッド銅製調理器具は、現存する調理器具のなかで最良の熱伝導性を有することがわかっている。両方の平鍋で同じ食物を調理した。平鍋を、予熱時間、調理時間、平鍋に食物が付着したかどうか、および、クリーニングの容易さに関して評価した。
【００９５】
サンプル８−鶏肉の揚げ物
ＰＣＰ平鍋はより速く熱くなり、鶏肉にはより優れた焼き色が付いた。また、ＰＣＰ平鍋のクリーニングも、クラッド銅の平鍋は２分かかったのと比較して、より速く３５秒であった。
【００９６】
サンプル９−エビの揚げ物
ＰＣＰ平鍋はより速く熱くなり、エビにはより優れた焼き色が付いた。クラッド銅の平鍋の調理面は調理中に焦げ付いたが、ＰＣＰ平鍋は変色を示さなかった。焦げた表面のこすり洗いのために、かき傷が付いた。
【００９７】
サンプル１０−醤油を用いた牛肉の炒め物
ＰＣＰ平鍋はより速く熱くなり、肉にはより優れた焼き色が付いた。
実施例１および２によって、ＰＣＰ調理器具の特有の特徴が実証された。ＰＣＰ平鍋は優れた熱伝導性を有するため、結果として、それより熱伝導性が低い５層クラッドステンレス鋼の平鍋またはクラッド銅の平鍋と比較して、優れた調理性能が得られる。これらの特有の特徴は、調理器具のベース材料として柔らかくプレーンな銅の使用を可能にする多層コーティングによるものである。
【００９８】
ＰＣＰ調理器具は、銅の使用による高い熱伝導性を有する。結果として、平鍋は非常に迅速かつ均一に熱くなり、さらに極めて迅速に冷える。加えて、比較的低い加熱設定が用いられたとしても、なお優れた調理を維持する。
【００９９】
このような多層コーティングは、３０４ステンレス鋼よりも５〜７倍高い硬度を有する。
それゆえに、ＰＣＰ銅製調理器具は、３層および５層クラッドステンレス製調理器具や銅クラッド調理器具よりもかなり高い耐久性を有する。このようなコーティングは、優れたかき傷に対する耐性を提供するため、かき傷を作らずに研磨剤のスコッチグリット（ｓｃｏｔｃｈ ｇｒｉｔ）を使用することが可能になる。このような調理器具は、金属製用具にとって安全であり、クリーニングが簡単であり、さらに長持ちする。
【０１００】
このような調理器具は優れた耐食性を有し、変色しにくい。これらは、約７００℃までの高温に耐えることができる。塩を含む食物、または、酸ベースの食物と使用しても安全である。これらは、安心して食器洗い機で使用できる。
【０１０１】
プレーンな銅と多層コーティングとの利点を組み合わせることによって、ＰＣＰ調理器具は、純銅と同等の熱伝導性、優れた耐食性、高い耐久性、優れた調理特性、および、クリーニングの簡単さを有する。本発明により、変色しにくく、長持ちする、新しいプレーンな銅製の調理器具が現実のものとなる。
【０１０２】
本発明を説明するためだけに特定の代表的な実施態様および詳細を記載したが、添付の請求項で定義される本発明の範囲から逸脱することなく、本明細書において開示された組成および方法の様々な変化を施すことが可能なことは、当業者には明らかであろう。
【０１０３】
【表１】
【０１０４】
【表２】
【０１０５】
【表３】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
付着耐性を有し、変色しにくい多層セラミックコーティングを有する金属製フードウェア物品であって、該物品は、
金属基板；
金属基板の第一の表面上に堆積させる基コーティング（ここで該基コーティングは、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を含む）；および、
基コーティングに隣接して堆積させたセラミックコーティング（ここで該セラミックコーティングは、物理蒸着窒化物または炭窒化物層を含む）、
を含む、上記物品。
【請求項２】
前記金属基板が、プレーンな銅である、請求項１に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項３】
前記金属基板が、アルミニウム、クラッドアルミニウム、鋼、鋳鉄、ステンレス鋼、クラッド銅、クラッドステンレス鋼、または、それらの合金から選択される材料で作製される、請求項１に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項４】
陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層と、セラミックコーティングとの間に堆積させた少なくとも１つの追加の層をさらに含み、ここで該追加の層は、スパッタ層、陰極アーク層、または、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層から選択され、該追加の層は、金属、合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項５】
前記陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層は、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、ステンレス鋼、または、それらの合金から選択される材料で作製される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項６】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、第４族、５族または６族、ＡｌまたはＢのうちの少なくとも１種の元素の窒化物または炭窒化物から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項７】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）Ｎ、または、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）ＣＮを含み、ここでＸは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＢから選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項８】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、または、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項９】
物理蒸着窒化物または炭窒化物層に隣接して堆積させた少なくとも１つの追加の層をさらに含み、該少なくとも１つの追加の層は、ＣｒＮと（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、または、ＣｒＣＮと（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ、または、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＮとＣｒＮ、または、（Ｔｉ，Ａｌ、Ｃｒ）ＣＮとＣｒＣＮの交互の層から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１０】
前記基コーティングの厚さが、約０．２〜約２０ミクロンの範囲であり、前記セラミックコーティングの厚さが、約１．０〜約２０ミクロンの範囲である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１１】
前記基板が、基コーティングの堆積の前に、約２０ミクロンインチ未満の表面仕上げを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１２】
前記陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層において、１種またはそれより多くの陰極アークのターゲットによる全ての堆積は、１種またはそれより多くの陰極アークのターゲット、および、１種またはそれより多くのスパッタリングのターゲットの組み合わせによる全ての堆積の約５%〜約４０％の範囲である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１３】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が生体適合性である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１４】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物が、スパッタリング、反応性スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、または、陰極アークプロセスから選択される物理蒸着法プロセスによって堆積される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１５】
多層で、付着耐性を有し、変色しにくいコーティングを有する金属製フードウェア物品の製造方法であって、該方法は、
金属基板を提供すること；
金属基板の第一の表面上に基コーティングを堆積させること（ここでこの堆積は、陰極アークプロセスとスパッタリングプロセスとの組み合わせを用いて、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を堆積させることを含み、ここで陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層は、金属、合金またはそれらの組み合わせから選択される材料で作製される）；および、
基コーティングに隣接してセラミックコーティングを堆積させること（ここでこの堆積は、物理蒸着プロセスを用いて窒化物または炭窒化物層を堆積させることを含む）、
を含む、上記方法。
【請求項１】
付着耐性を有し、変色しにくい多層セラミックコーティングを有する金属製フードウェア物品であって、該物品は、
金属基板；
金属基板の第一の表面上に堆積させる基コーティング（ここで該基コーティングは、金属、金属の合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を含む）；および、
基コーティングに隣接して堆積させたセラミックコーティング（ここで該セラミックコーティングは、物理蒸着窒化物または炭窒化物層を含む）、
を含む、上記物品。
【請求項２】
前記金属基板が、プレーンな銅である、請求項１に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項３】
前記金属基板が、アルミニウム、クラッドアルミニウム、鋼、鋳鉄、ステンレス鋼、クラッド銅、クラッドステンレス鋼、または、それらの合金から選択される材料で作製される、請求項１に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項４】
陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層と、セラミックコーティングとの間に堆積させた少なくとも１つの追加の層をさらに含み、ここで該追加の層は、スパッタ層、陰極アーク層、または、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層から選択され、該追加の層は、金属、合金またはそれらの組み合わせから選択される材料を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項５】
前記陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる層は、チタン、クロム、ジルコニウム、ニオブ、ハフニウム、ステンレス鋼、または、それらの合金から選択される材料で作製される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項６】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、第４族、５族または６族、ＡｌまたはＢのうちの少なくとも１種の元素の窒化物または炭窒化物から選択される、請求項１〜５のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項７】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、（Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、（Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮ、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）Ｎ、または、（Ａｌ，Ｃｒ，Ｘ）ＣＮを含み、ここでＸは、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、ＭｏまたはＢから選択される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項８】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）Ｎ、または、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＣＮを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項９】
物理蒸着窒化物または炭窒化物層に隣接して堆積させた少なくとも１つの追加の層をさらに含み、該少なくとも１つの追加の層は、ＣｒＮと（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ、または、ＣｒＣＮと（Ｔｉ，Ａｌ）ＣＮ、または、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｃｒ）ＮとＣｒＮ、または、（Ｔｉ，Ａｌ、Ｃｒ）ＣＮとＣｒＣＮの交互の層から選択される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１０】
前記基コーティングの厚さが、約０．２〜約２０ミクロンの範囲であり、前記セラミックコーティングの厚さが、約１．０〜約２０ミクロンの範囲である、請求項１〜９のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１１】
前記基板が、基コーティングの堆積の前に、約２０ミクロンインチ未満の表面仕上げを有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１２】
前記陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層において、１種またはそれより多くの陰極アークのターゲットによる全ての堆積は、１種またはそれより多くの陰極アークのターゲット、および、１種またはそれより多くのスパッタリングのターゲットの組み合わせによる全ての堆積の約５%〜約４０％の範囲である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１３】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物層が生体適合性である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１４】
前記物理蒸着窒化物または炭窒化物が、スパッタリング、反応性スパッタリング、マグネトロンスパッタリング、または、陰極アークプロセスから選択される物理蒸着法プロセスによって堆積される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の金属製フードウェア物品。
【請求項１５】
多層で、付着耐性を有し、変色しにくいコーティングを有する金属製フードウェア物品の製造方法であって、該方法は、
金属基板を提供すること；
金属基板の第一の表面上に基コーティングを堆積させること（ここでこの堆積は、陰極アークプロセスとスパッタリングプロセスとの組み合わせを用いて、陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層を堆積させることを含み、ここで陰極アークとスパッタリングとの組み合わせによる接着層は、金属、合金またはそれらの組み合わせから選択される材料で作製される）；および、
基コーティングに隣接してセラミックコーティングを堆積させること（ここでこの堆積は、物理蒸着プロセスを用いて窒化物または炭窒化物層を堆積させることを含む）、
を含む、上記方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２０１２−５２３５００（Ｐ２０１２−５２３５００Ａ）
【公表日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−５０４７０１（Ｐ２０１２−５０４７０１）
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２８５８９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１７６４９
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０５３１５９６０）ナショナル・マテリアル・エルピー (3)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２４年１０月４日（２０１２．１０．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月２５日（２０１０．３．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０２８５８９
【国際公開番号】ＷＯ２０１０／１１７６４９
【国際公開日】平成２２年１０月１４日（２０１０．１０．１４）
【出願人】（５０５３１５９６０）ナショナル・マテリアル・エルピー (3)
【Ｆターム（参考）】
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