JPH0141698B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、各種外装部品、眼鏡の縁、文房具、
装身具、装飾品などに応用可能な金色を呈する物
品に関するものである。

（従来の技術） 従来より窒化チタンや窒化タンタルなどの窒化
物が或る条件の下で金色を呈することが知られて
おり、高価な金メツキの代替技術として各種装飾
品や外装ケースに利用され始めている。この公知
技術は、金属チタンや金属タンタルを窒素雰囲気
中にてスパツタリングまたは蒸着またはイオンプ
レーテイングし、対象素材上にチタンやタンタル
などの窒化物をコーテイングするものであつた。

（発明が解決しようとする問題点） この公知技術において、チタンやタンタルの窒
化物を形成する際の反応雰囲気中の窒素ガスの圧
力が、形成される窒化物の色調を大きく左右させ
る。特に金色を呈する窒素ガスの圧力範囲は非常
に限られた範囲である。例えば、窒化チタンを例
にとつて説明すると、横軸に窒素雰囲気の圧力を
とり、縦軸に比抵抗をとつて示した第２図示のグ
ラフのように、金色を呈する膜が形成される圧力
範囲Ａは非常に限られた範囲であり、その範囲よ
り低い圧力範囲では銀白色を呈し、それより高い
圧力範囲では赤褐色から茶褐色を呈する。この色
調の変化は膜表面の結晶構造の変化が主な要因で
あり、金色を呈するのは、膜表面の結晶構造が立
方晶形の（111）面を主面として（200）面が表面
に現れた場合であり、このときの両者の割合は約
５：１である。このように若干の窒素ガスの圧力
変動が色調を大きく左右させるので、金固有の美
しい高級感のある色調を再現性よく得るために
は、窒素ガスの分圧を高精度に管理することが要
求される。しかしそれは、工業的に大量生産する
場合、非常に困難なことである。

そこで、再現性よく美しい金色を得るために、
特公昭59−26664号公報では、窒化チタンや窒化
タンタルなどよりなる金色硬質化合物を形成し、
さらにその表面に金あるいは金合金による金色被
覆層を形成することを提案してている。この改良
技術によれば、美しい金色を呈するが、それは表
面の金による被覆層の輝きによつて得られるもの
である。金色被覆層はコストの点から極めて薄く
形成される。金色被覆層は容易に摩耗を生じる
が、その下層の硬質化合物自体も一応金色を呈し
ていることから、金色被覆層が摩耗してもそれが
目立たないというものであつた。しかし、この改
良技術は、製造に手間がかかり、金を必要とする
分だけコストが高くつく問題があつた。

そこで本発明は、高価な金の代替品として利用
可能は金色を呈する物品を低コストで提供するこ
とを目的とするものである。

本発明の他の目的は、工程管理を厳格にするこ
となく再現性よく同一色調を得ることが可能な金
色物品を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の特徴は、部材の表面上に、窒化チタン
と周期率表のａ族またはａ族の中の少なくと
も一つの元素の窒化物とを複合する複合膜が形成
してあり、この複合膜の表面にさらに窒化チタン
膜が形成してあるところある。

（作用） 素材の表面に形成される複合膜は多結晶であ
り、立方晶形の（111）面を主面として（200）面
が表面に現れた構造をしている。これはチタンな
どの窒化物が金色が呈するときの結晶構造と一致
している。この複合膜上に析出される窒化チタン
膜は、下層の複合膜の表面結晶構造に従つて成長
してゆく。その結果として上層の窒化チタン膜の
結晶構造も複合膜と同様に立方晶形の（111）面
を主面として（200）面が表面に現れた構造とな
り、安定した金色を呈することになる。

（発明の効果） 本発明は、上層の窒化チタン膜の結晶構造をそ
の下層の複合膜にて決定するようにしたため、再
現性よく同一の結晶構造を有する窒化チタン膜が
得られ、安定して同じ色調の金色の膜を得ること
が容易である。複合膜の結晶構造は、複合する窒
化チタンと、ａ族元素またはａ族元素の中の
少なくとも一つの元素の窒化物との成分比で決定
されから、反応性雰囲気としての窒素ガスの圧力
変動の色調に対する影響を少なくすることができ
る。

（実施例） 窒化チタンと窒化タンタルとからなる複合膜を
用いた実施例について説明する。

ターゲツトとして金属チタンと金属タンタルと
を用い、窒素ガスの分圧を（2.5〜4.0）×10^-2Pa
の圧力とし、それに不活性ガスとしてアルゴンガ
スを加え、窒素ガスとアルゴンガスの混合ガスの
圧力を（1.0〜10）×10^-1Paとして、直流または高
周波にて金属チタンと金属タンタルを同時にスパ
ツタリングする。この場合、最終的な複合膜の成
分比がタンタル25〜55重量％の範囲内になるよう
に調合した金属チタンと金属タンタルの場合ター
ゲツトを用いてもよい。また金属チタンと金属タ
ンタルを別々同時にスパツタリングする場合は、
両ターゲツト上にシヤツターを設置し、シヤツタ
ーの開閉度により成分比を制御する。このように
成分比を決定してスパツタリングし、複合膜をコ
ーテイングする。その後で別の金属チタンターゲ
ツトを用い、または金属チタンターゲツトのみを
同様の条件でスパツタリングし、複合膜上に窒化
チタン膜をコーテイングする。

以下にこの具体例を更に詳細に説明する。

実施例 １ ABS樹脂にて形成した部品をスパツタリング
装置内に入れ、（1.0〜2.0）×10^-3Pa程度の真空に
減圧したのち、窒素ガスを3.0×10^-2Paの圧力ま
で注入し、さらにアルゴンガスを加え、この混合
ガスの圧力を6.0×10^-1Paの圧力とし、金属チタ
ン、金属タンタルの両ターゲツト上にシヤツター
を設けて、金属チタン上のシヤツターを全開、金
属タンタル上のシヤツターを1/3開とし、高周波
出力8Watt／cm²にて反応性スパツタリングを行な
つた。ABS樹脂上にコーテイングされた複合膜
には、窒化チタン、窒化タンタル、窒素と反応し
なかつた若干の金属チタンや金属タンタルが含ま
れているが、タンタルの成分比は45重量％であつ
た。

その後で窒素ガスとアルゴンガスの条件をその
ままにし、金属チタンのみを高周波出力8Watt／
cm²にて反応性スパツタリングを行ない、上記複合
膜上に窒化チタン膜をコーテイングした。この場
合スパツタリング法によるため、成膜時の温度を
70℃以下に制御できるので、樹脂の変形等はな
く、金属感がありかつ光沢のある金色のコーテイ
ングが得られた。またその硬度、密着性、耐触性
が窒化チタン単体の場合よりも優れるなど、耐摩
耗性、耐蝕性に優れ、しかも装飾性に富んだ金色
硬質膜が得られた。

また、窒化チタンと窒化タンタルとを複合した
複合膜は多結晶膜であり、立方晶形の（111）面
を主面として（200）面が表面に現われた構造を
示し、これは窒化チタンが金色を呈するときの構
造と一致している。この複合膜上に析出される窒
化チタンは、下層の複合膜の表面結晶構造に従つ
て結晶成長してゆく。その結果、上層の窒化チタ
ン膜の結晶構造も複合膜と同様に立方晶形の
（111）面を主面として（200）面が表面に現われ
た構造となり、上層の窒化チタン膜は安定した金
色を呈することになる。

この窒化チタン膜の組織をＸ線回折した結果を
第１図に示す。このグラフにおいて、窒化チタン
の（111）面は（200）面の約５倍に達し、主面と
なつており、（200）面も表面に現われていること
が判る。

複合膜の結晶構造が前述の構造を示し、この複
合膜の上に成膜した窒化チタン膜も同じ構造とな
つて金色を呈するのは、複合膜におけるタンタル
成分比が25〜55重量％の範囲のときである。

複合膜のタンタル成分比が25重量％より少ない
場合には、立腹晶形の（111）面のみが表面に現
われた構造を示し、また55重量％より多い場合に
は、成分比の増大と共に（200）面の割合が増大
し、75重量％で完全に（111）面と（200）面が逆
転し、（200）面が主面となる構造を示し、いずれ
の場合にも上層の窒化チタン膜は金色を呈しな
い。

実施例 ２ ターゲツトとして金属チタンと金属バナジウム
を用い、上記と同様の条件でABS樹脂製部品上
に窒化チタンと窒化バナジウムとからなる複合膜
をコーテイングし、その上に窒化チタン膜をコー
テイングした。この場合、上層の窒化チタン膜が
金色を呈するのは、下層の複合膜のバナジウム成
分比が10〜31重量％の範囲のときであつた。

実施例 ３ ターゲツトとして金属チタンと金属ニオブを用
い、上記と同様の条件でABS樹脂製部品上に窒
化チタンと窒化ニオブとからなる複合膜をコーテ
イングし、その上に窒化チタン膜をコーテイング
した。この場合、上層の窒化チタン膜が金色を呈
するのは、下層複合膜のニオブ成分比が14〜39重
量％の範囲のときであつた。

実施例 ４ ターゲツトとして金属チタンと金属クロムを用
い、上記と同様の条件でABS樹脂製部品上に窒
化チタンと窒化クロムとからなる複合膜をコーテ
イングし、その上に窒化チタン膜をコーテイング
した。この場合、上層の窒化チタン膜が金色を呈
するのは、下層複合膜のクロム成分比が12〜35重
量％の範囲のときであつた。

実施例 ５ ターゲツトとして金属チタンと金属モリブデン
を用い、上記と同様の条件でABS樹脂製部品上
に窒化チタンと窒化モリブデンとからなる複合膜
をコーテイングし、その上に窒化チタン膜をコー
テイングした。この場合、上層の窒化チタン膜が
金色を呈するのは、下層複合膜のモリブデン成分
比が17〜43重量％の範囲のときであつた。

実施例 ６ ターゲツトとして金属チタンと金属タングステ
ンを用い、上記と同様の条件でABS樹脂製部品
上に窒化チタンと窒化タングステンとからなる複
合膜をコーテイングし、その上に窒化チタン膜を
同様にしてコーテイングした。この場合、上層の
窒化チタン膜が金色を呈するのは、下層の複合膜
のタングステン成分比が27〜59重量％の範囲のと
きであつた。

なお、蒸着、イオンプレーテイングにて成膜す
る際に、蒸発源としてEB（電子ビーム）法を採用
する場合は、一つの装置内に２つの電子銃および
るつぼを設け、金属チタンや金属タンタルなど所
定の添加元素を独立に適当な蒸発速度条件のもと
に窒素雰囲気中にて蒸着およびイオンプレーテイ
ングを行ない、複合膜を成膜する。このとき複合
膜の添加元素の成分比が上記した範囲となるよう
な蒸発速度条件を選べばよい。なお１つの電子銃
およびるつぼの場合には、あらかじめ適当な成分
比調合した試料を入れて同時に蒸発させてもよ
い。

また、本発明は合成樹脂、金属またはセラミツ
クなど被着対象となる素材を特に限定するもので
はないが、これら素材上にニツケルやクロムなど
の下地被膜をメツキ等の方法で形成し、その上に
上記したような複合膜をコーテイングしてもよ
い。またはこれら素材上にあらかじめスパツタリ
ング、蒸着、イオンプレーテイングにてクロム、
ニクロム、ニツケル等の金属を下地コーテイング
し、その後連続して前述したような複合膜のコー
テイングを実施してもよい。

すなわち密着性向上の目的で、また特に素材が
耐食性に劣る金属である場合には、その耐食性向
上の目的も兼ねて下地被膜が設けられることもあ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による上層の窒化チタン膜の組
織をＸ線回折装置にて分析した結晶構造分析図、
第２図は従来法にて窒化チタン膜を形成した場合
の窒素ガスの圧力変化と窒化チタン膜の色調の変
化を説明する説明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 部材の表面上に、窒化チタンと周期率表の
   ａ族またはａ族の中の少なくとも一つの元素の
   窒化物とを複合する複合膜が形成してあり、この
   複合膜の表面に窒化チタン膜が形成してあること
   を特徴とする金色を呈する物品。 ２ 上記複合膜は、窒化チタンと窒化タンタルと
   を複合したものであつて、タンタルの成分比が25
   〜55重量％であることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の金色を呈する物品。 ３ 上記複合膜は、窒化チタンと窒化バナジウム
   とを複合したものであつて、バナジウムの成分比
   が10〜31重量％であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の金色を呈する物品。 ４ 上記複合膜は、窒化チタンと窒化ニオブとを
   複合したものであつて、ニオブの成分比が14〜39
   重量％であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の金色を呈する物品。 ５ 上記複合膜は、窒化チタンと窒化クロムとを
   複合したものであつて、クロムの成分比が12〜35
   重量％であることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の金色を呈する物品。 ６ 上記複合膜は、窒化チタンと窒化モリブデン
   とを複合したものであつて、モリブデンの成分比
   が17〜43重量％であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の金色を呈する物品。 ７ 上記複合膜は、窒化チタンと窒化タングステ
   ンとを複合したものであつて、タングステンの成
   分比が27〜59重量％であることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項に記載の金色を呈する物品。 ８ 上記複合膜は、蒸着またはスパツタリングま
   たはイオンプレーテイングのいずれかによつて形
   成されたものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項乃至第７項に記載の金色を呈する物
   品。 ９ 上記部材の素材は、合成樹脂、金属またはセ
   ラミツク等からなり、この素材表面にはメツキま
   たはコーテイング処理によつてニツケル、クロム
   等の下地被膜が形成されていることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第７項に記載の金色を
   呈する物品。