JPH11318520A - チタン金属製腕時計用外装部品およびその表面処理方法 - Google Patents
チタン金属製腕時計用外装部品およびその表面処理方法Info
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Abstract
光沢のあるものにし、しかも細かな擦り傷がつき難くし
て、表面光沢の美しさを長時間保つことができるものと
することである。 【解決手段】 チタン金属からなる腕時計用外装部品の
表面を炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなるビッカ
ース硬さ(HV)500以上の浸炭層で形成し、この浸
炭層を銀色の光沢のある面に形成したチタン金属製腕時
計用外装部品とする。また、チタン金属製腕時計用外装
部品を、炭化水素系ガスの圧力0.1〜5Torr、7
00〜900℃の雰囲気におけるプラズマ浸炭処理によ
って炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなる浸炭層を
形成し、鏡面研磨するチタン金属製腕時計用外装部品の
表面処理方法とする。
Description
計用外装部品およびその表面処理方法に関する。
なるチタン金属は、空気中でその表面が酸化されやすく
酸化皮膜を有するが、このような酸化皮膜の保護作用に
よって腐食性環境でも優れた耐食性を示すものである。
ーニングガスで処理することによって表面の酸化膜を除
去し、その後にプラズマ浸炭法によって表層を浸炭処理
し、チタン金属表面の耐食性を低下させることなく摩擦
係数の低減および耐摩耗性の向上を図ることができる技
術を特開平7−90542号公報に開示した。
り、皮膚に触れてもいわゆるメタルアレルギーを起こし
難いので、腕時計用外装部品用の材料として適用でき
る。
ルバンド、裏蓋、側(バンド着脱部および竜頭の支持
部、胴とも呼ばれる)、ガラス縁、およびベゼル(回転
ベゼル)などが挙げられる。このようなチタン金属製腕
時計用外装部品は、その表面の一部または全面を鏡面研
磨して装飾的価値を高めて製品化されている。
品として使用する際に細かな擦り傷がつきやすく、表面
の美しさを長い時間保ち難いので、チタン金属表面を保
護する手法として金属アルコキシドで作られたガラス質
膜からなる多層の皮膜をコーティングする手法やイオン
プレーティングによりアルミナ(Al2 O3 )や窒化チ
タン(TiN)または炭化チタン(TiC)を蒸着する
方法が知られている。
表面をガラス質膜やアルミナ(Al2 O3 )蒸着で保護
すると、その表面の色は、光の干渉や膜そのものの色に
よって灰色を呈し、チタン金属本来の銀色の光沢のある
ものは得られないという問題点がある。
iCを蒸着したものは、耐摩耗性は改善されるが、薄膜
であるために使用中に衝撃荷重によって打痕が付きやす
いという問題点がある。
点を解決して、腕時計用外装部品をチタン金属本来の銀
色の光沢ある表面にし、しかも使用状態において細かな
擦り傷や打痕がつき難いものにすることであり、また表
面に鏡面光沢の美しさを長時間保つことができるものに
することであり、またはそのような腕時計用外装部品が
得られる表面処理方法を提供することである。
め、この発明においては、チタン金属からなる腕時計用
外装部品の表面に、炭化チタンおよび炭素固溶チタンか
らなるビッカース硬さ(HV)500以上の浸炭層を形
成したチタン金属製腕時計用外装部品としたのである。
前記浸炭層は、好ましくは層厚10μm以上に形成す
る。
では、好ましくはその表面を表面粗さ(Ra)=0.3
μm以下の研磨面に形成し、より好ましくは0.1μm
以下の鏡面に形成する。
の発明においては、チタン金属製腕時計用外装部品の表
面に、炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなる浸炭層
をプラズマ浸炭処理によって形成するチタン金属製腕時
計用外装部品の表面処理方法としたのである。
炭処理が、炭化水素系ガスの圧力0.1〜5Torr、
温度700〜900℃の条件におけるプラズマ浸炭処理
である条件を採用することができる。
面に、炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなる浸炭層
をプラズマ浸炭処理によって形成し、前記浸炭層を鏡面
研磨するチタン金属製腕時計用外装部品の表面処理方法
としたのである。
表面粗さ(Ra)=0.3μm以下、好ましくはRa=
0.1μm以下にする鏡面研磨であることが好ましい。
は、表面の炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなる浸
炭層を研磨したものであり、このような所定の浸炭層で
形成される腕時計用外装部品の表面を鏡面研磨したもの
は、チタン金属本来の銀色の光沢のあるものになり、し
かもビッカース硬さ(HV)500以上の硬質の面に形
成されるので、細かな擦り傷がつき難く、光沢の美しさ
を長時間保つことができる。
なる浸炭層は、プラズマ浸炭処理によって確実に形成す
ることができ、好ましくは層厚10μm以上、実用的に
は10〜100μmの層厚に形成できる。このような浸
炭層を形成することにより、腕時計の使用状態で打痕が
つき難くなり、鏡面光沢の美しさを長時間保つことがで
きる。
ガスの圧力0.1〜5Torr、温度700〜900℃
の条件におけるプラズマ浸炭処理である場合は、10〜
100μmの厚さでビッカース硬さ(HV)500以上
の硬質の浸炭層を確実に形成できる。
は、部品の形態を特に限定したものではなく、例えばメ
タルバンド、裏蓋、側(バンド着脱部および竜頭の支持
部、胴とも呼ばれる)、ガラス縁、およびベゼル(回転
ベゼル)その他、肌に触れる可能性のある腕時計用外装
部品が該当する。
ン、チタン合金またはチタンとその他の金属との金属間
化合物のいずれであってもよく、合金の場合はその組成
を限定するものではない。チタン合金の具体例として
は、Ti−6Al−4V、Ti−15V−3Al−3S
n−3Crなどが挙げられる。
表面に銀色の光沢面(緻密な平滑面、すなわち肉眼で見
ても銀色であることが判別できる光学的反射面)を形成
することをいう。なお、必要に応じて鏡面に近い状態に
研磨仕上げを行なうこともできる。すなわち、チタン金
属からなる腕時計用外装部品の表面に、炭化チタンおよ
び炭素固溶チタンからなるビッカース硬さ(HV)50
0以上の浸炭層からなる研磨面を形成したチタン金属製
腕時計用外装部品とすることもできる。この場合も前記
浸炭層からなる研磨面は銀色を呈し、研磨の程度に応じ
て光沢のある美しい表面を形成する。
用される周知の研磨方法であってよく、例えばバフ(羽
布)研磨、バレル研磨その他の機械研磨を採用できる。
表面を有機溶媒に浸漬し、または超音波を使用した洗浄
処理を行なうことが望ましい。またチタン金属をプラズ
マ浸炭処理する前に、上述の研磨処理により鏡面を形成
しておけば、後の工程で銀色の光沢面に研磨する工程を
容易に行なうことができるので表面処理の作業性が向上
する。
は、炭素と水素だけからなるガスの総称であり、鎖式炭
化水素でも環式炭化水素のいずれの化合物であってもよ
い。鎖式炭化水素の代表例としては、一般式Cn H2n+2
で示されるメタン系炭化水素の他、エチレン系炭化水素
(一般式Cn H2n)、アセチレン系炭化水素(一般式C
n H2n-2)が挙げられ、直鎖状であっても側鎖をもって
もよい。特に、常温で気体のメタン、エタン、プロパ
ン、ブタンは、使用に際して気化設備が不要であるの
で、好ましいものであるといえる。また、環式炭化水素
としては、芳香族化合物または脂環式化合物のいずれで
あってもよく、芳香族化合物の代表例としては、ベンゼ
ン(C6 H6 )が挙げられる。
にグラファイトファイバー等の断熱材で囲まれた処理室
を形成し、この処理室内をロッドグラファイトからなる
発熱体で加熱すると共に、処理室内の上部に直流グロー
放電の正極を接続し、かつ処理品の載置台に陰極を接続
し、また処理室内の要所にはガスマニホールドを設置し
て炭化水素、窒素、アルゴン、水素などのプロセスガス
またはクリーニング用ガスを適宜分散させながら導入す
るようにした公知の浸炭処理装置(例えば日本電子工業
社製)を用いることができる。
すると、先ず、処理室にチタン金属等を装入して排気し
た後、ヒータにより400〜900℃にまで加熱し、例
えばアルゴンガスなどの不活性ガスからなるクリーニン
グ用ガスを導入し、200〜1500Vの直流高電圧を
印加して10〜60分保持する。
るが、プラズマ中の電位は陽極から陰極までの大部分で
ほぼ一様であり、陰極付近で急激に電位が低下する。こ
のため、プラズマ中のアルゴンイオンAr+ などの不活
性ガスは、陰極降下によって加速され、チタン金属表面
に衝突して表面の付着物を跳ね飛ばしてチタン金属表面
をクリーニングする。クリーニング時間は長いほうが後
の浸炭は効率よく行われることになり浸炭層の硬度は上
昇するが、60分以上クリーニング処理してもそれ以上
格段に効果は向上せず、経済的に不利になる。
圧力0.1〜5Torrの範囲で導入すると、プラズマ
ガス中には、イオン化した活性炭素C+ が発生し、これ
がチタン金属表面に付着し、かつ金属内部に拡散する。
このとき、活性炭素の一部は炭素固溶チタンとして浸炭
層中に存在するようになり、残りはチタンと化合して炭
化チタンなどの炭化物となる。
素系ガスに水素ガス(H2 )を混合して希釈し、H2 の
還元性によって過剰なC+ を生成しないように調整した
り、炉内のガス圧を上げることにより電流の流れを良く
する場合がある。
釈用ガスとの混合ガスを使用する場合には、炭化水素系
ガスの分圧を0.1〜5Torrの範囲に調整する。具
体例を挙げると、C3 H8 、CH4 、C2 H2 などの炭
化水素系ガスのみで浸炭処理する場合の圧力は0.4〜
2Torrが好ましい。また、C3 H8 とH2 の混合ガ
スで浸炭処理する場合には、C3 H8 の分圧を0.1〜
5Torrとし、H2の分圧を0.2〜15Torrと
し、混合ガスの全圧力を0.3〜20Torrとするこ
とが好ましい。
である場合に所定圧力範囲未満の低圧では、浸炭層の炭
化物および炭素の固溶が生成され難く、浸炭層が充分に
深く形成できない。他方、前記の所定圧力範囲を越える
高圧では被処理チタン金属の表面にカーボン膜が形成さ
れ、内部への炭素の拡散が起こり難くなる。
材1の表面に前記所定の雰囲気内で所定条件のプラズマ
浸炭処理を行なうと、活性化された炭素イオンのうち、
金属内への進入(浸炭)を阻止された一部が非晶質性の
高いカーボン膜(ガラス状カーボン)2となって最表面
に形成されるが、このようなカーボン膜は、研磨を施す
際に容易に取り除くことができる。そして、カーボン膜
2の下に主として炭化チタン(TiC)からなる硬化層
3が形成され、その下に炭化チタンおよび炭素固溶チタ
ンからなる拡散硬化層4が形成される。
しい雰囲気温度は、700〜900℃である。700℃
未満の低温では、スーティングの発生が起こりやすくな
り、そのために希釈用ガスの分圧を高める必要があり、
浸炭反応が起こり難くなる。また、900℃を越える高
温では、チタン金属がα型からβ型に変態することにな
り、強度劣化と寸法精度が低下し変形も起こる。
5mm、厚さ3mmのリング状試験片の表面をバフ(bu
ff) 研磨してRa=0.3μm以下まで鏡面研磨仕上げ
し、次いでアセトン中で超音波洗浄し、以下の装置およ
び条件でプラズマ浸炭処理を行なった。
バー等の断熱材で囲まれた処理室を有し、この処理室内
をロッドグラファイトからなる発熱体で加熱すると共
に、処理室内の上部に直流グロー放電の正極を接続し、
かつ処理品の載置台に陰極を接続し、また処理室内の要
所にガスマニホールドを設置して炭化水素、窒素、アル
ゴン、水素などのプロセスガス(浸炭用ガスおよび希釈
用ガス)を適宜導入するようにした公知の浸炭処理装置
(日本電子工業社製)を用いた。
を処理室内に導入して所定時間(表1に示した)のクリ
ーニング処理を行ない、プラズマ浸炭処理条件として
は、ガス組成を100%プロパンガスとし、表1に示す
ようにガス圧力0.4Torrまたは0.7Torrと
して200〜700ボルト(V)の直流電圧を印加して
90〜180分保持し、浸炭処理後にアルゴンガスおよ
び窒素ガスを処理室内に圧入して試験片を常温にまで冷
却した。
て、表面から400μmまでの所定深さのビッカース硬
さ(HV,荷重25gf/15秒)を測定し、結果を表
2に示し、図2には表面から90μmまでの深さのビッ
カース硬さを示した。
線回折分析を行ない、そのチャートを図3に示し、得ら
れたピークをASTMカードにより同定した。
りである。測定法 ステップ、測定軸 2θ、ステップ
角度(°)0.040、計数時間1.00(秒)、管電
圧40.00(KV)、管電流30.00(mA)、タ
ーゲットCu、発散スリット1°、受光スリット0.2
mm、散乱スリット1°、スムージング点数15、スム
ージング回数1、2θ補正角度0.00。
に、拡散硬化層にはチタンおよび炭化チタンが存在する
ことがわかる。
その断面を研磨仕上げした後、フッ硝酸などの腐食液で
腐食させ、この断面の金属組織を光学顕微鏡で観察し
た。この金属組織を示す図4の光学顕微鏡写真からも明
らかなように、拡散硬化層部分における炭素固溶チタン
は、白色の層として観察された。
すると、拡散硬化層には炭化チタンおよび炭素固溶チタ
ンからなる浸炭層が形成されていることがわかる。
のうち、ビッカース硬さ(HV)500以上の浸炭層を
鏡面研磨することにより、高硬度の表面が形成でき、し
かもこの表面には、明らかに従来品のグレー色とは異な
るチタン金属本来の銀色の光沢があった。
(バンド着脱および竜頭の支持部、胴とも呼ばれる)お
よびガラス縁を形成しこれらを使用したが、細かな擦り
傷がつき難く光沢の美しさが長期間保たれており、これ
らの外装部品は使用条件に充分に耐えるものであった。
係る発明は、以上説明したように、外装部品の表層に炭
化チタンおよび炭素固溶チタンからなる高硬度の浸炭層
を形成したから、このような外装部品は、細かな擦り傷
がつき難く打痕も付き難いという利点がある。また、こ
の浸炭層を研磨した腕時計用外装部品は、チタン金属本
来の銀色の表面光沢にすることができる。
面処理方法は、プラズマ浸炭処理することにより炭化チ
タンおよび炭素固溶チタンからなる高硬度の浸炭層を形
成し、好ましくはこの浸炭層を研磨し、より好ましく鏡
面研磨する表面処理方法としたので、前記した利点を有
する腕時計用外装部品を確実に効率よく得られる表面処
理方法である。
示す説明図
ビッカース硬さの関係を示す図表
表
写真
Claims (5)
- 【請求項1】 チタン金属からなる腕時計用外装部品の
表面に、炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなるビッ
カース硬さ(HV)500以上の浸炭層を形成してなる
チタン金属製腕時計用外装部品。 - 【請求項2】 チタン金属からなる腕時計用外装部品の
表面に、炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなり層厚
10μm以上の浸炭層を形成してなるチタン金属製腕時
計用外装部品。 - 【請求項3】 チタン金属製腕時計用外装部品の表面
に、炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなる浸炭層を
プラズマ浸炭処理によって形成するチタン金属製腕時計
用外装部品の表面処理方法。 - 【請求項4】 前記プラズマ浸炭処理が、炭化水素系ガ
スの圧力0.1〜5Torr、温度700〜900℃の
条件におけるプラズマ浸炭処理である請求項3記載のチ
タン金属製腕時計用外装部品の表面処理方法。 - 【請求項5】 チタン金属製腕時計用外装部品の表面
に、炭化チタンおよび炭素固溶チタンからなる浸炭層を
プラズマ浸炭処理によって形成し、前記浸炭層を鏡面研
磨することからなるチタン金属製腕時計用外装部品の表
面処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15520198A JP2941260B1 (ja) | 1998-05-19 | 1998-05-19 | チタン金属製腕時計用外装部品およびその表面処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (2)
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| JP2941260B1 JP2941260B1 (ja) | 1999-08-25 |
| JPH11318520A true JPH11318520A (ja) | 1999-11-24 |
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ID=15600717
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1998
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