具有選擇性粘接層的炊具的制作方法
【專利說明】具有選擇性粘接層的炊具
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求了 2013年3月15日提交的題目為“具有選擇性粘接(bonded)層的炊具”的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/787041的優(yōu)先權(quán)，該文獻(xiàn)其全部內(nèi)容由此被引用作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總的來說涉及炊具及其制造方法，更具體地說涉及具有多層選擇性粘接復(fù)合結(jié)構(gòu)的炊具，該結(jié)構(gòu)提供改進(jìn)的烹調(diào)性能并且清潔更方便。本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及將多層材料粘接(bonding)在一起來制作出近凈成形的復(fù)合還件以便減少廢料損耗的方法。
【背景技術(shù)】
[0004]長期以來已知的是，制造多層粘接復(fù)合炊具，其中各種材料粘接在一起以將每種材料的所期望物理特性組合成復(fù)合體。例如，不銹鋼的耐腐蝕性對(duì)于烹調(diào)表面以及炊具的外表面而言是理想的，但是不銹鋼的導(dǎo)熱性相對(duì)較低。另一方面，鋁和/或銅具有更高的導(dǎo)熱性并且已經(jīng)用來粘接在不銹鋼上以提供公知的復(fù)合炊具制品例如鍋、平底鍋等。在美國專利Nos.4004892,6267830和7820304中披露了這些公知的復(fù)合炊具結(jié)構(gòu)和制造方法，這里只是提及一些。
[0005]粘接的鋁和/或銅層在賦予更高導(dǎo)熱性以便加熱更快的同時(shí)還會(huì)導(dǎo)致在烹調(diào)表面上的熱點(diǎn)，這會(huì)使得所要烹調(diào)的食物粘連并且使得不銹鋼烹調(diào)表面更難清潔。也可以將不粘表面例如PTFE材料施加在烹調(diào)表面上以解決粘鍋問題，但是在PTFE烹調(diào)表面下面的表面還是容易出現(xiàn)熱點(diǎn)，這些熱點(diǎn)會(huì)使得PTFE由于局部熱點(diǎn)而過早地?zé)嵬嘶虼私档土似涫褂脡勖?。因此，我之前已?jīng)研制出一種復(fù)合結(jié)構(gòu)，它具有至少一層導(dǎo)熱性較低的不銹鋼或鈦粘接芯層，它在復(fù)合材料中用作“阻熱層”以使得施加在炊具上的熱量徑向傳導(dǎo)，從而防止沿著烹調(diào)表面出現(xiàn)熱點(diǎn)。因此，PTFE(或類似材料)不粘表面的使用壽命延長。例如參見美國專利Nos.6926971、7278231和7906221，所有都是WiIlian A.Grail的專利。還已知的是，常規(guī)PTFE不粘表面在采用金屬工具的情況下容易刮壞，因此在這種不粘涂層的情況下必須更加小心以便延長其使用壽命。即使在小心使用的情況下，PTFE涂層的使用壽命也有限，因?yàn)樵谕繉又械挠袡C(jī)材料容易隨著時(shí)間自然退化并且喪失其潤滑性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的多層復(fù)合炊具包括有選擇性粘接(或連接)在一起的至少兩層材料。在一個(gè)實(shí)施方案中，該炊具的最終烹調(diào)表面具有多個(gè)基本上均勻間隔開的凸起波紋(dimpled)部或鼓泡，并且在相鄰?fù)蛊鸬墓呐葜g具有平坦表面。所述至少兩層中的帶有凸起鼓泡的第一層通過在高溫下施加壓力固態(tài)粘接在下面的第二層上。由于相對(duì)于粘接層的表面沿著垂直方向施加的壓力或力以及高溫，所以在凸起鼓泡區(qū)域中在第一層和第二層之間的粘接小于在相鄰?fù)蛊鸸呐葜g的平坦區(qū)域之間的粘接。由于這種粘接差異，與通過凸起鼓泡傳導(dǎo)的熱能相比，來自烹調(diào)范圍或諸如此似熱量的更大量熱能通過平坦表面?zhèn)鲗?dǎo)傳遞。這樣，平底鍋受熱均勻，并且凸起鼓泡消除或減小了粘鍋問題。
[0007]在本發(fā)明的一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方案中，復(fù)合炊具采用平底煎鍋形式，例如包括三層選擇性粘接的材料。在該實(shí)施方案中，這三層包括帶有波紋部或鼓泡的不銹鋼材料烹調(diào)表面，該烹調(diào)表面選擇性粘接至鋁材料內(nèi)部芯層，該內(nèi)部芯層又均勻粘接至形成平底煎鍋外部的不銹鋼材料底層。在烹調(diào)表面上的波紋部或鼓泡由多孔模板形成，該多孔模板在選擇性粘接操作之前設(shè)置在不銹鋼層的外側(cè)上。在這個(gè)三層平底煎鍋的實(shí)施例中，將一疊三層材料(在該情況下為不銹鋼、鋁和不銹鋼)彼此層疊放置(一個(gè)放在另一個(gè)上面)，并且將多孔模板設(shè)置于用來形成烹調(diào)表面的不銹鋼層的外側(cè)并且與之相鄰。然后將鋁和不銹鋼層設(shè)置在下方。向?qū)盈B排列施加例如15000psi至35000psi的力。該力沿著于層疊材料層的平面垂直的方向施加，在施加力的期間同時(shí)將該層疊件加熱至500至1000° F。在所施加的垂直力和高溫作用下，在這些材料層之間出現(xiàn)固態(tài)粘接。高溫還使得內(nèi)部鋁層壓靠在不銹鋼層上尤其是壓在具有設(shè)置在其外表面上的多孔模板的第一不銹鋼層上熱膨脹。熱膨脹的鋁層壓靠在第一不銹鋼層上，從而使得不銹鋼向外變形進(jìn)入到模板中的通孔或孔中以在模板的間隔開的通孔上形成波紋部或鼓泡。在模板中的通孔之間的平坦空間接觸不銹鋼的上表面以便在第一不銹鋼層和下面的鋁層之間實(shí)現(xiàn)非常強(qiáng)的粘接(bond)，同時(shí)在不銹鋼和鋁之間的粘接在鼓泡的區(qū)域中最少或不存在。在鋁和下面的第二不銹鋼層之間的粘接相當(dāng)均勻，這是因?yàn)樵阡X和下面的第二不銹鋼層之間是平坦表面。因?yàn)樵诠呐輩^(qū)域中的粘接選擇地不存在或減小，所以在那些區(qū)域中的導(dǎo)熱性同樣減小，從而減少了在接觸鼓泡/波紋部區(qū)域的食物上的熱點(diǎn)。
[0008]本發(fā)明的另一個(gè)方面涉及采用在這里所述的擴(kuò)散粘接方法形成多個(gè)沒有鼓泡的不同材料復(fù)合坯件的方法。
【附圖說明】
[0009]圖1為在制作本發(fā)明一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方案中所使用的順序排列的各個(gè)材料層組的剖面示意圖；
[0010]圖2A為類似于圖1的剖面示意圖，顯示出在加熱情況下在沿著垂直方向施加的壓力作用下在粘接步驟期間順序排列的各個(gè)材料層組；
[0011]圖2B為類似于圖2A的放大剖面示意圖，但是去除了多孔模板以便粘接不同的材料層，從而提供與普通卷繞粘接制造方法相比廢料損耗最小或沒有廢料耗損的近凈成形粘接坯料；
[0012]圖3為用在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中的多孔模板的平面圖；
[0013]圖4為圖3的多孔模板的照片；
[0014]圖5為本發(fā)明的選擇性粘接復(fù)合坯料的照片，顯示出在烹調(diào)表面上的波紋部或鼓泡；
[0015]圖6為圖5的剝離排列坯件的照片；
[0016]圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的最終炊具的照片，顯示出在其烹調(diào)表面上的凸起波紋部/鼓泡；并且
[0017]圖8為用在本發(fā)明的方法中的壓合夾緊裝置的簡化側(cè)視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]參照這些附圖中的圖1、2A和2B，在其中一個(gè)最簡化的形式中，本發(fā)明包括有序材料布置，包括第一不銹鋼材料層2，它設(shè)置在鋁材料的芯層4的上表面上，該芯層設(shè)置在第二不銹鋼材料層6的上表面上。這些層2、4和6優(yōu)選為圓盤，其直徑適用于制造粘接復(fù)合坯料以便隨后成形為平底煎鍋的形狀。如也在圖3和4中所示的一樣，多孔模板10在圖1和2A中所示的順序?qū)盈B的材料布置中設(shè)置在第一不銹鋼層2的頂部上。多孔模板10包含有在模板10的中央?yún)^(qū)域中在閉合平坦部分16之間錯(cuò)開的多個(gè)間隔開的通孔14。模板10的外邊界區(qū)域沒有任何孔。在當(dāng)前優(yōu)選的實(shí)施方案中，多孔模板10的表面積的大約50%包含有通孔14。通孔14與閉合部分16的這個(gè)表面積比例在模板10的中央?yún)^(qū)域中可以在大約25-75%之間變化。目前，大約50%的孔洞率似乎是非?？山邮艿?。這些孔可以為圓形或可以是其它形狀，例如矩形、方形、六邊形等。在這些附圖中所示的一個(gè)當(dāng)前實(shí)施方案中，在多孔模板10中每個(gè)通孔14的圓孔直徑為0.287英寸，并且每個(gè)孔中心之間的孔間距為
0.375英寸。在中央部分中的孔14用來沿著炊具的烹調(diào)表面形成鼓泡20，而外邊界(沒有孔)用來形成炊具的平滑側(cè)壁區(qū)域。
[0019]圖2A示意圖(未按比例)顯示出一個(gè)當(dāng)前優(yōu)選實(shí)施方案的順序布置結(jié)構(gòu)的粘接操作，該操作將第一不銹鋼層2粘接到鋁芯層4以及下面的第二不銹鋼層6上，其中在大約15000-35000psi的壓力作用下借助上壓板12或14和下壓板8使得軸向施加的力作用在層疊布置結(jié)構(gòu)上，包括多孔模板10，其中該力沿著與層疊結(jié)構(gòu)10、2、4、6的平面成垂直90°方向施加。在施加最好大約為20000psi的壓力期間，還施加大約800-900° F或者更寬的是750-950° F的熱量，其加熱時(shí)間足以實(shí)現(xiàn)在不銹鋼層2、鋁層4和不銹鋼層6之間的粘接。在加熱加壓期間，鋁層4熱膨脹，從而迫使第一不銹鋼層2膨脹到多孔模板10的通孔14中以在第一不銹鋼層2中形成多個(gè)波紋部或鼓泡20。模板10也優(yōu)選由不銹鋼形成，這將不會(huì)在加熱加壓期間與第一不銹鋼層2形成粘接。因此，一旦加熱加壓粘接操作完成，當(dāng)在去除力時(shí)，如圖2A所示，模板10將不會(huì)粘接在第一不銹鋼層2上，并且可以在隨后的粘接操作中重復(fù)使用。
[0020]圖5顯示出在粘接操作之后的扁平坯件，其中將多孔模板10從粘接坯件中去除，該粘接坯件包括粘接在鋁芯層4上的第一不銹鋼層2和粘接在芯層4上的下面的第二不銹鋼層6。從在圖2A、2B以及在圖5中的照片中所示的成型坯件30中顯示出凸起的波紋部或鼓泡20。
[0021]然后將在圖2A、圖2B和圖5中所示的圓形三層復(fù)合粘接坯件30插入在成型機(jī)例如液壓成型拉深機(jī)或類似機(jī)器中，該機(jī)器通過將圓形坯30拉深成最終平