JP2001081544A - チタン、あるいはチタン合金製食器およびその表面処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 美観を損なわず外観品質が優れたチタンおよ
びチタン合金製食器およびその表面処理方法を提供す
る。 【解決手段】 真空槽内にチタン、あるいはチタン合金
製食器を配置し、加熱して焼鈍処理した後、微量の酸素
成分を含有する窒素主体の混合ガスを真空槽内に導入
し、所定の減圧状態下で該真空槽内を７００〜８００℃
の温度で所定時間加熱し、チタン、あるいはチタン合金
製食器の表面から内部へ窒素および酸素を拡散固溶させ
た後、チタン、あるいはチタン合金製食器を常温まで冷
却する。この結果、チタン、あるいはチタン合金製食器
に、窒素および酸素を固溶する第１の硬化層と、酸素を
固溶する第２の硬化層とを含む表面硬化層を形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、食器（刃物類、あ
るいはナイフ、フォーク、スプーンなどの食卓用金物
等）に関する。詳しくは、チタン、あるいはチタン合金
製食器を硬質化する技術に係わる。

【０００２】

【従来の技術】現在、食器として、ステンレススティー
ル製のナイフ、フォーク、スプーンなどが広く使われて
いる。しかしながら、ステンレススティール製の食器は
重いため、食事がしにくかった。特に、幼児や高齢者に
は、重いステンレススティール製の食器は、はなはだ扱
いにくかった。

【０００３】また、ステンレススティール製の食器は、
酢やマヨネーズを用いた料理に使用していると、ステン
レススティールから鉄イオンなどが微量に遊離する。よ
って、料理に鉄の匂いが混ざってしまい、料理の味が落
ちるおそれがあった。

【０００４】このため、近年、チタン、あるいはチタン
合金製の食器が使われ出した。かかる食器は、軽く、か
つイオン化しにくいという長所をもつ。しかしながら、
チタン、あるいはチタン合金製の食器は、その表面硬度
が低いため傷つきやすく、長い間使用していると、食器
の鏡面が傷で曇ってしまい、外観が劣ってくるという問
題があった。

【０００５】そこで、チタン、あるいはチタン合金の表
面硬度の低さを補うため、種々の表面硬化処理が試みら
れている。チタン、あるいはチタン合金製の食器自体を
硬化処理する技術としては、イオン注入、イオン窒化、
浸炭などが知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、かかる
表面硬化処理では、処理時間が長く、生産性が悪いとい
う問題があった。また、処理温度が高いため、表面の結
晶粒が粗大化したり、窒素や酸素などの固容される元素
とチタンが化合物層を形成して表面が粗くなってしま
い、食器の表面を美しい鏡面に保つことができない欠点
があった。さらに、表面から深い領域に達する硬化層を
得ることが難しいので、長い間使用していると、傷が生
じ、食器の外観品質が低下するという問題があった。

【０００７】本発明は、上記従来の間題点を解決し、表
面から深い領域に達する硬化層を得ることによって、長
時間の使用しても表面を美しい鏡面に保つことができる
優れた外観品質を有するチタン、あるいはチタン合金製
食器を提供することを目的とする。また、前記優れた外
観品質を得るために、チタン、あるいはチタン合金製食
器に施す生産性の高い表面処理方法を提供することを目
的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明のうちで請求項１の発明に係わるチタ
ン、あるいはチタン合金製食器は、表面から任意の深さ
で表面硬質層が形成されたチタン、あるいはチタン合金
製食器であつて、前記表面硬質層は、表面から任意の深
さまでの領域に形成された窒素および酸素を固溶する第
１の硬化層と、該第１の硬化層より深い任意の領域に形
成された第２の硬化層とを含むことを特徴とする。

【０００９】また、請求項２の発明に係わるチタン、あ
るいはチタン合金製食器は、請求項１記載のチタン、あ
るいはチタン合金製食器において、前記第１の硬化層
が、０．６〜８．０重量％の窒素と１．０〜１４．０重
量％の酸素とを固溶しており、前記第２の硬化層が、
０．５〜１４．０重量％の酸素とを固溶していることを
特徴とする。

【００１０】また、請求項３の発明に係わるチタン、あ
るいはチタン合金製食器は、請求項１記載のチタン、あ
るいはチタン合金製食器において、前前記第１の硬化層
が、表面からほぼ１μｍの深さの領域に形成され、前記
第２の硬化層が、前記第１の硬化層よりも深く、表面か
らほぼ２０μｍの深さの領域に形成されていることを特
徴とする。

【００１１】また、請求項４の発明に係わるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の表面処理方法は、真空槽内に
チタン、あるいはチタン合金製食器を配置して、加熱し
て焼鈍処理する加熱行程と、前記加熱行程の後、微量の
酸素成分を含有する窒素主体の混合ガスを前記真空槽内
に導入し、所定の減圧状態下該で真空槽内を７００〜８
００℃の温度で所定時間加熱することにより、前記チタ
ン、あるいはチタン合金製食器の表面から内部へ窒素お
よび酸素を拡散固溶させる硬化処理工程と、前記硬化処
理工程の後、前記チタン、あるいはチタン合金製食器を
常温まで、冷却する冷却冷却工程と、前記冷却工程の
後、前記カラトリーを研磨する研磨工程とを含むことを
特徴とする。

【００１２】また、請求項５の発明に係わるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項４記
載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方法
おいて、前記加熱工程は、前記真空槽内を真空排気した
減圧状態の下で行うことを特徴とする。

【００１３】また、請求項６の発明に係わるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項４記
載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方法
おいて、前記加熱工程は、前記真空槽内を真空排気した
後、該真空槽内に不活性ガスを導入した減圧状態の下で
行うことを特徴とする。

【００１４】また、請求項７の発明に係わるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項４記
載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方法
おいて、前記冷却工程は、前記真空槽内を高真空排気し
て前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合ガスを
除去するとともに、該真空雰囲気の下で行うことを特徴
とする。

【００１５】また、請求項８の発明に係わるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項４記
載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方法
おいて、前記冷却工程は、前記真空槽内を高真空排気し
て前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合ガスを
除去し、続いて前記真空槽内に不活性ガスを導入した減
圧状態の下で行うことを特徴とする。

【００１６】また、請求項９の発明に係わるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項４記
載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方法
おいて、前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合
ガスが、窒素ガスに、微量の酸素ガスを含有したもので
あることを特徴とする。

【００１７】また、請求項１０の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項９
記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方
法おいて、前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混
合ガスが、微量の水素ガスを含有したものであることを
特徴とする。

【００１８】また、請求項１１の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項４
記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方
法おいて、前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混
合ガスが、窒素ガスに、微量の水蒸気を含有したもので
あることを特徴とする。

【００１９】また、請求項１２の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項１
１記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
方法おいて、前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の
混合ガスが、微量の二酸化炭素ガスまたは一酸化炭素ガ
スを含有したものであることを特徴とする。

【００２０】また、請求項１３の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項４
記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方
法おいて、前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混
合ガスが、窒素に、微量のアルコールガスを含有したも
のであることを特徴とする。

【００２１】また、請求項１４の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、真空槽内
にチタン、あるいはチタン合金製食器を配置して、加熱
して焼鈍処理する加熱行程と、前記加熱行程の後、前記
真空槽内を真空排気して前記不活性ガスを除去し、続い
て微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合ガスを前記
真空槽内に導入するとともに同真空槽内を大気圧に調整
し、かつ該真空槽内を７００〜８００℃の温度で所定時
間加熱することにより、前記チタン、あるいはチタン合
金製食器の表面から内部へ窒素および酸素を拡散固溶さ
せる硬化処理工程と、前記硬化処理工程の後、前記チタ
ン、あるいはチタン合金製食器を常温まで、冷却する冷
却冷却工程と、前記冷却工程の後、前記カラトリーを研
磨する研磨工程とを含むことを特徴とする。

【００２２】また、請求項１５の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項１
４記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
方法において、前記加熱工程が、前記真空槽内を真空排
気した減圧状態の下で行われることを特徴とする。

【００２３】また、請求項１６の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項１
４記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
方法おいて、前記加熱工程が、前記真空槽内を真空排気
した後、該真空槽内に不活性ガスを導入して大気圧に調
整した雰囲気の下で行われることを特徴とする。

【００２４】また、請求項１７の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項１
４記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
方法おいて、前記冷却工程が、前記真空槽内を高真空排
気して前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合ガ
スを除去するとともに、該真空雰囲気の下で行われるこ
とを特徴とする。

【００２５】また、請求項１８の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項１
４記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
方法おいて、前記冷却工程が、前記真空槽内を高真空排
気して前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合ガ
スを除去し、続いて前記真空槽内に不活性ガスを導入し
て大気圧に調整した雰囲気の下で行われることを特徴と
する。

【００２６】また、請求項１９の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項１
４記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
方法おいて、前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の
混合ガスが、窒素ガスに、微量の酸素ガスを含有したも
のであることを特徴とする。

【００２７】また、請求項２０の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器の表面処理方法は、請求項１
４記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
方法おいて、前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の
混合ガスが、窒素ガスに、微量の水蒸気を含有したもの
であることを特徴とする。

【００２８】また、請求項２１の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器は、請求項１から請求項３の
いずれか１項に記載のチタン、あるいはチタン合金製食
器において、前記第１の硬化層の上に、硬質被膜が被覆
されていることを特徴とする。

【００２９】また、請求項２２の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器は、請求項２１に記載のチタ
ン、あるいはチタン合金製食器において、前記硬質被膜
が、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素の窒化物、炭化
物、酸化物、窒炭化物あるいは窒炭酸化物であることを
特徴とする。

【００３０】また、請求項２３の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器は、請求項２１又は請求項２
２に記載のチタン、あるいはチタン合金製食器におい
て、前記硬質被膜が、金色色調を呈することを特徴とす
る。

【００３１】また、請求項２４の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器は、請求項２３に記載のチタ
ン、あるいはチタン合金製食器において、前記硬質被膜
の上に金合金被膜が被覆されることを特徴とする。

【００３２】また、請求項２５の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器は、請求項２４に記載のチタ
ン、あるいはチタン合金製食器において、前記金合金被
膜が、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、
Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、
Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔから選ばれた少なくとも１つの金属と金
との合金であることを特徴とする。

【００３３】また、請求項２６の発明に係わるチタン、
あるいはチタン合金製食器は、請求項１から３のいずれ
か１項に記載のチタン、あるいはチタン合金製食器にお
いて、前記第１の硬化層の表面を研磨処理したことを特
徴とする。

【００３４】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１、図
２、図３及び図４を用いて本発明の第１の実施の形態を
説明する。図１は、本発明方法により表面硬化処理した
被処理部材のビッカース硬度を測定した結果を示す図で
ある。図２は、本実施形態におけるチタン、あるいはチ
タン合金製食器の表面部分の断面状態を示す模式図であ
る。図３は、本実施形態で使用した表面処理装置の概要
を示す模式図である。図４は、チタン、あるいはチタン
合金製食器の表面からの深さに対する窒素含有量及び酸
素含有量を測定した結果を示す図である。以下図を用い
て詳細に説明する。

【００３５】図２に示すように、チタン、あるいはチタ
ン合金製食器１００の表面部分には、表面硬化層１０１
が形成されている。この表面硬化層１０１は、表面から
ほぼ２０μｍの深さまで広がっている。この表面硬化層
１０１は、窒素１０４および酸素１０５が固溶している
第１の硬化層１０２と、酸素１０５が固溶している第２
の硬化層１０３とに分けられる。第１の硬化層１０２
は、表面からほぼ１μｍの深さまでの領域に認められ、
それ以上の深さ領域が第２の硬化層１０３となってい
る。窒素１０４および酸素１０５が固溶している第１の
硬化層１０２は、特に硬度が高く部材表面の傷付きを防
止する機能を有している。また、第２の硬化層１０３
は、部材の深部まで硬化範囲を広げ、耐衝撃性を向上さ
せる機能を有している。

【００３６】このように窒素および酸素が固溶した第１
の硬化層と、酸素が固溶した第２の硬化層とをもって表
面硬化層を形成することにより、表面粗れがなく外観品
質に優れるとともに、充分な硬度を備えることが可能と
なった。ここで、窒素および酸素の固溶可能な範囲は、
第１の硬化層において、窒素が０．６〜８．０重量％、
酸素が１．０〜１４．０重量％であった。また、第２の
硬化層においては、酸素が０．５〜１４．０重量％であ
った。したがって、上記の固溶可能な範囲でなるべく多
くの窒素または酸素を固溶していることが好ましい。た
だし、良好な外観品質を保持する観点から、表面粗れを
生じない範囲で窒素または酸素の固溶濃度を選定する必
要がある。

【００３７】また、窒素および酸素を固溶する第１の硬
化層は、概ね部材表面から１．０μｍまでの深さに形成
することが好ましい。このような深さに第１の硬化層を
形成することで、結晶粒の粗大化による表面粗れを抑制
するとともに、充分な表面硬度を得ることができた。一
方、酸素を固溶する第２の硬化層は、第１の硬化層より
深い領域で概ね２０μｍまでの深さに形成することが好
ましい。このような深さに第２の硬化層を形成すること
で、表面硬度を一層向上させることができる。

【００３８】次に本実施形態に用いた表面処理装置の概
要について説明する。図３に示す表面処理装置は、真空
槽１を中心に構成してある。真空槽１の内部には、チタ
ン、あるいはチタン合金製食器１００を載置するトレイ
２、および加熱手段としてのヒータ３が配設してある。
また、真空槽１には、ガス導入管４とガス排気管５が接
続してある。ガス導入管４は、図示しないガス供給源と
連通している。このガス導入管４の中間部にはガス導入
弁６が設けてあり、このガス導入弁６の開閉操作によ
り、真空槽１内に所要のガスを導入することができる。
一方、ガス排気管５は真空ポンプ７と連通しており、真
空ポンプ７の吸引力で真空槽１内のガスを吸引して排気
できるようになっている。なお、ガス排気管５の中間部
には、真空吸引動作の実行／停止を制御するための電磁
弁８が設けてある。さらに、真空槽１には大気開放管９
が接続してあり、同管９の中間部に設けたベント弁１０
を開放することにより、真空槽１内の圧力を大気圧とす
ることができる。

【００３９】次に、表面処理方法について説明する。本
実施形態における表面処理方法は、次の行程を含むこと
を特徴とする。 （１）真空槽内にチタン、あるいはチタン合金製食器１
００を配置し、加熱して焼鈍処理する加熱工程。 （２）加熱工程の後、微量の酸素成分を含有する窒素主
体の混合ガスを前記真空槽内に導入し、所定の減圧状態
下で該真空槽１内を７００〜８００℃の温度で所定時間
加熱することにより、チタン、あるいはチタン合金製食
器１００の表面から内部へ窒素および酸素を拡散固溶さ
せる硬化処理工程。 （３）硬化処理工程の後、チタン、あるいはチタン合金
製食器１００を常温まで冷却する冷却工程。

【００４０】前記加熱行程は、熱間鍛造加工や、その後
の研磨加工によって、前記チタン、あるいはチタン合金
製食器１００の表面に発生する加工歪層を緩和する目的
で、前記チタン、あるいはチタン合金製食器１００を加
熱し焼鈍処理する行程である。研磨加工により生ずる加
工歪層は、研磨加工時の応力が格子歪として残存するも
ので、アモルファス相か、あるいは結晶性が低下した状
態となっている。研磨加工後のチタン、あるいはチタン
合金製食器１００に対し、焼鈍処理する加工工程を省略
して次の硬化処理工程を実施した場合、同硬化処理工程
において、加工歪層を緩和しながら窒素および酸素の拡
散、固溶を進行させることになる。

【００４１】その結果、チタン、あるいはチタン合金製
食器１００の表面における窒素と酸素との反応量が高ま
り、内部への拡散、固溶量が減少するとともに、表面近
傍に着色物質である窒化物および酸化物が形成される。
これら着色物質の形成は、外観品質を低下させるため好
ましくない。このため、本実施形態においては硬化処理
工程の前に加熱工程を挿入して加工歪を事前に除去し、
硬化処理工程における窒素および酸素の固溶を促進して
いる。この加熱工程は、真空槽内を真空排気した減圧状
態の下で行なうことが好ましい。あるいは、真空槽内を
真空排気した後、該真空槽内に不活性ガスを導入した減
圧状態下で行なうことが好ましい。加加熱工程をこのよ
うな雰囲気下で行なうことにより、チタン、あるいはチ
タン合金製食器が窒素および酸素成分（硬化処理工程で
導入）以外の不純物と反応することを防止することがで
きる。

【００４２】次に硬化処理工程では、微量の酸素成分を
含有する窒素主体の混合ガスを前記真空槽内に導入し、
チタン、あるいはチタン合金製食器１００の表面から内
部へ窒素および酸素を拡散固溶させる。この硬化処理工
程によって、前記チタン、あるいはチタン合金製食器１
００の表面近傍に、窒素と酸素が固溶した第１の硬化層
を形成するとともに、前記チタン、あるいはチタン合金
製食器１００の深さ方向に酸素が深く固溶した第２の硬
化層が形成される。混合ガスに含有される微量の酸素成
分としては、酸素を含有する各種のガスを利用できる。
例えば、酸素ガス、水素ガス、水蒸気、エチルアルコー
ルやメチルアルコールなどが上記酸素成分としてあげら
れる。さらに、水蒸気とともに二酸化炭素ガスまたは一
酸化炭素ガスを含有させてもよい。

【００４３】この硬化処理工程においては、前記チタ
ン、あるいはチタン合金製食器ン１００に対し、窒素と
微量の酸素成分が化合物を形成することなく前記チタ
ン、あるいはチタン合金製食器１００の内部へと拡散、
固溶されなければならない。そのためには、同工程にお
ける処理温度が重要となる。そこで、この最適処理温度
を求めるため、ＪＩＳ規格で定義された鏡面外観を有す
るチタン第２種材を被処理部材とし、処理温度を６３０
〜８３０℃の範囲で変化させて本発明方法に基づく表面
処理を実施した。微量の酸素成分を含有する窒素主体の
混合ガスとしては、９９．４％の窒素に、２０００ｐｐ
ｍ（０．２％）の酸素と、４０００ｐｐｍ（０．４％）
の水素とを添加した混合ガスを用いた。真空槽内は減圧
状態とし、５時間の加熱処理を行なった。

【００４４】硬化処理後の被処理部材に対し、そのビッ
カース硬度を測定した結果を図１に示す。同図から明ら
かなように、処理温度が７００℃より低いと、ビッカー
ス硬度がＨｖ＝７５０以下となり、充分な硬化処理がな
されなかった。これは、７００℃より低い処理温度で
は、被処理部材に対し、窒素および酸素が充分に拡散、
固溶しないため、第１の硬化層および第２の硬化層が適
正に形成されないことに起因する。一方、処理温度が８
００℃より高温の場合、被処理部材に対し窒素と酸素の
拡散、固溶速度が大きく、深い領域まで硬化層が得られ
る。このためビッカース硬度はＨｖ＝１１００以上とな
った。

【００４５】しかし、処理温度が８００℃を越えると、
被処理部材の結晶粒が粗大化して表面粗れが発生するこ
とがわかった。したがって、８００℃を越える処理温度
とした場合、外観品質を良好に保てない。この場合、表
面粗れが発生するため、後工程に表面研磨などを挿入す
る必要があった。以上の結果を踏まえ、７００〜８００
℃の温度範囲内で硬化処理工程を実施することとした。
上述した窒素主体の混合ガスにおける酸素成分の含有濃
度は任意でよいが、好ましくは窒素に対して酸素成分の
濃度を１００〜３００００ｐｐｍに調整する。すなわ
ち、酸素成分の濃度が１００ｐｐｍ（０．０１％）より
小さいと酸素の固溶が充分に行なわれず、一方、酸素成
分の濃度が３００００ｐｐｍ（３％）を越えると、チタ
ン、あるいはチタン合金製食器の表面に酸化物層が形成
され、表面粗れを発生するおそれがある。

【００４６】また、上述した硬化処理工程の減圧の程度
は任意でよいが、好ましくは０．０１〜１０Ｔｏｒｒの
範囲内に真空槽内の圧力を調整する。また、硬化処理工
程において用いられる混合ガスに含有される微量の酸素
成分としては、酸素を含有する各種のガスを利用でき
る。例えば、酸素ガス、水素ガス、水蒸気、エチルアル
コールやメチルアルコールなどのアルコールガスなどが
上記酸素成分としてあげられる。さらに、水蒸気ととも
に二酸化炭素ガスまたは一酸化炭素ガスを含有させても
よい。

【００４７】次に冷却行程について説明する。冷却工程
は、硬化処理工程を終了した前記チタン、あるいはチタ
ン合金製食器１００を、速やかに常温まで下げることを
目的とする。この冷却工程は、硬化処理工程と同一のガ
ス雰囲気で実施しないようにすることが好ましい。硬化
処理工程と同一のガス雰囲気で冷却工程を実施した場
合、前記チタン、あるいはチタン合金製食器１００の表
面に窒化物や酸化物が形成され、外観品質を低下させて
しまうおそれがある。そこで、この冷却工程は、アルゴ
ン、ヘリウムなどの不活性ガス雰囲気で実施することが
好ましい。すなわち、冷却工程は、真空槽内を高真空排
気して微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合ガスを
除去し、続いて真空槽内に不活性ガスを導入した減圧状
態下で常温まで冷却することが好ましい。なお、冷却工
程は、真空雰囲気の下で実施してもよい。

【００４８】以下、本実施形態における表面処理方法の
具体的な処理条件について述べる。まず、チタン、ある
いはチタン合金製食器（被処理部材）として、ＪＩＳ規
格で定義されたチタン第２種材を熱間鍛造、冷間鍛造、
あるいは両者の組み合わせによって、所望の形状に加工
したチタン、あるいはチタン合金製食器を製作した。ま
た、チタン、あるいはチタン合金製食器１００の形状が
鍛造加工で得にくい場合には、切削加工を施しても良
い。次いで、前記チタン、あるいはチタン合金製食器１
００をバフ研磨で研磨して、食器の表面を鏡面に仕上げ
た。

【００４９】次に、図３に示す表面処理装置を用いて、
前記チタン、あるいはチタン合金製食器１００の表面硬
化処理を行った。まず、前記表面処理装置の真空槽１の
内部をガス排気管５を通じて残留ガス雰囲気の影響が排
除される１×１０^-5Ｔｏｒｒ以下の圧力まで高真空排気
した後、ヒータ３によりチタン、あるいはチタン合金製
食器１００を６５０〜８３０℃の温度で加熱する。この
加熱状態を３０分間保持して、チタン、あるいはチタン
合金製食器１００を焼鈍処理する（加熱工程）。

【００５０】次いで、ガス導入管４から反応ガスとし
て、９９．５％の窒素に５０００ｐｐｍ（０．５％）の
酸素を添加した混合ガスを導入する。そして、真空槽１
の内部圧力を０．２Ｔｏｒｒに調整するとともに、焼鈍
処理したときの温度（６５０〜８３０℃）をほぼ保ちな
がら５時間の加熱を実行する。この硬化処理工程によ
り、チタン、あるいはチタン合金製食器１００の表面に
窒素１０４および酸素１０５を吸着、拡散させるととも
に、チタン、あるいはチタン合金製食器１００の表面か
ら内部へ窒素１０４および酸素１０５を固溶させること
により、第１の硬化層１０２と第２の硬化層１０３から
なる表面硬化層１０１が形成される（図２参照）。（硬
化処理工程）。この後、上記混合ガスの供給を停止し
て、真空排気を行ないながら常温まで冷却した（冷却工
程）。

【００５１】本実施形態では、チタン、あるいはチタン
合金製食器（被処理部材）として、図１３に示すＪＩＳ
規格で定義されたチタン第２種材からなる鏡面外観を有
するスプーンを使用した。加熱工程および硬化処理工程
は、６５０〜８３０℃の温度範囲で処理温度を種々変化
させて実行した。その後、硬さ、窒素および酸素の拡散
深さと濃度、表面粗れ、表面組織における結晶粒の大き
さを、それぞれ測定評価した。硬さは、ビッカース硬度
計により測定し、表面から１．０μｍの深さでの硬度Ｈ
ｖ＝７５０以上を合格とした。窒素および酸素の拡散深
さと濃度は、２次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）により
測定した。表面粗れは、表面粗さ計を使用して平均表面
粗さＲａを測定し、０．４μｍ以下を合格とした。結晶
粒Ｒｃの大きさは、表面の結晶組織を電子顕微鏡により
測定し、２０〜６５μｍの範囲内にあるものを合格とし
た。これらの測定結果を表１に示す。

【００５２】

【表１】

【００５３】表１において、試料番号Ｓ１〜Ｓ４は、加
熱工程および硬化処理工程における処理温度を変えて得
られたチタン、あるいはチタン合金製食器としてのスプ
ーンである。なお、試料番号Ｓｃは未処理の純チタン製
食器である。表１に示したように、試料番号Ｓ１（処理
温度６５０℃）は、表面処理後の平均表面粗さＲａおよ
び結晶粒の大きさＲｃについては、ともに未処理の純チ
タン製食器（試料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を
保持していた。しかし、表面から１．０μｍの深さにお
ける硬さがＨｖ＝３８０と低い値を示した。そこで、同
深さ部分の窒素含有量をみると０．０５重量％であり、
ほとんど窒素を含有していない。すなわち、図２に示す
第１の硬化層１０２が形成されていないことがわかる。
さらに、表面から２０μｍの深さ部分の酸素含有量も
０．０１重量％であり、第２の硬化層１０３も形成され
ていないことがわかる。

【００５４】試料番号Ｓ４（処理温度８３０℃）は、表
面から１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ＝１３２０
と高いものの、平均表面粗さがＲａ＝１．０μｍと大き
く、また結晶粒もＲｃ＝８０〜２００μｍに粗大化して
おり、表面粗れが顕著に認められた。チタン、あるいは
チタン合金製食器に用いるには、かかる表面粗れの程度
は許容範囲を逸脱している。これらに対し、試料番号Ｓ
２およびＳ３は、表面から１．０μｍの深さにおける硬
さがＨｖ＝８２０〜９３５と充分に高い値を示し、かつ
平均表面粗さＲａ＝０．２５〜０．３μｍ、結晶粒の大
きさＲｃ＝３０〜６０μｍで、未処理の純チタン製食器
（試料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持してい
た。

【００５５】これら試料番号Ｓ２およびＳ３は、表面か
ら１．０μｍまでの深さに０．６〜８．０重量％（具体
的には、０．８〜１．６重量％）の窒素、および１．０
〜１４．０重量％（具体的には、１．７〜２．６重量
％）の酸素をそれぞれ含有しており、図２に示した第１
の硬化層１０２が形成されていることがわかる。さら
に、表面から２０μｍまでの深さに０．５〜１４．０重
量％（具体的には、０．７〜１．０重量％）の酸素を含
有しており、図２に示した第２の硬化層１０３も形成さ
れていることがわかる。図４は、表面からの深さに対す
る窒素含有量および酸素含有量を測定した結果を示す図
である。測定対象は、試料番号Ｓ２のチタン、あるいは
チタン合金製食器を用いた。

【００５６】同図から明らかなように、本実施例で表面
硬化処理された試料番号Ｓ２のチタン、あるいはチタン
合金製の食器は、表面から深さ１μｍまでの領域に多く
の窒素および酸素を固溶しており、さらに深い領域では
多くの酸素を固溶していることがわかる。かくして、表
面硬化層を備えるチタン、あるいはチタン合金製食器を
得ることができた。前記試料番号Ｓ２、Ｓ３のチタン、
あるいはチタン合金製食器は、表面硬化処理前のチタ
ン、あるいはチタン合金製食器と同等の鏡面品質を保持
していた。

【００５７】次に、前記表面硬化層を備えるチタン、あ
るいはチタン合金製食器をバレル研磨でさらに研磨し
た。研磨方法について以下に述べる。まず、遠心バレル
研磨機のバレル層内に食器を配置する。次いで研磨媒体
として、くるみのチップとアルミナ系研磨剤をバレル層
内に入れる。そして、約１０時間かけてバレル研磨を行
ない、前記チタン、あるいはチタン合金製食器の表面に
形成された硬質層における、その表面から０．７μｍの
部分を除去する。これによって、前記チタン、あるいは
チタン合金製食器の表面にあった微細な歪みが除去さ
れ、前記チタン、あるいはチタン合金製食器の表面がさ
らに円滑に均一化された。よって、さらに均一な銀白色
の光沢を放つ鏡面を備えたチタン、あるいはチタン合金
製食器を得た。従って、チタン、あるいはチタン合金製
食器の鏡面の美観を向上させ、装飾的価値を高めるため
に、かかるバレル研磨は重要である。

【００５８】なお、上記の実施形態ではバレル研磨を用
いたが、研磨手段としては、バフ研磨、あるいはバレル
研磨とバフ研磨の組み合わせなど、公知のの機械的研磨
手段を用いればよい。また、第１の硬化層の表面を内部
に向かって深く研磨しすぎると、窒素及び酸素の含有
量、特に窒素の含有量が少ない領域が表面に露呈してし
まう。すなわち、研磨すればするほど、硬度の低い領域
が露呈するため、食器の表面の硬度は低下してしまう。
逆に、研磨する深さが浅いと、美しい鏡面を得ることが
できない。故に、研磨する深さは、第１の硬化層の表面
から、０．１〜３．０μｍに設定される。好ましくは、
０．２〜２．０μｍ、さらに好ましくは、０．５〜１．
０μｍである。研磨する深さを上記の範囲に設定するこ
とにより、食器の表面硬度を実用に耐えられる硬さに維
持しつつ、平滑な鏡面を得ることが出来る。詳しくは、
研磨後の食器に、１００ｇ荷重で５００〜８００Ｈｖの
硬度が得られれば良い。

【００５９】上記の表面硬化処理は、従来のイオン注
入、イオン窒化、浸炭などの硬化処理と比べ、処理時間
が短く、生産性に優れる。かつ、上記の表面硬化処理を
経たチタン、あるいはチタン合金製食器は、その表面か
ら２０μｍもの深い領域まで達する硬化層を備えるの
で、長い間使用しても傷がつかない。特に、図１５に示
すナイフなどに応用した場合は、刃先が鈍らないので、
切れ味が劣化することがない。また、図１４に示すフォ
ークの刃先についても同様の効果を奏する。以上のよう
に、バレル研磨によって均一な光沢を放つ鏡面を備える
ことができるため、装飾的な価値を更に高めることがで
きる。

【００６０】また、前記硬化処理工程において、真空槽
１内に導入する微量の酸素成分を含有する窒素主体の反
応ガスとして、下記の混合ガスを選択しても、同等の結
果が得られた。以下にこれらの測定結果を示す。まず、
混合ガスとして、９９．７％の窒素に３０００ｐｐｍ
（０．３％）の水蒸気を添加した混合ガスを選択した場
合の測定結果を表２に示す。

【００６１】

【表２】

【００６２】表２において、試料番号Ｓ５〜Ｓ８は、加
熱工程および硬化処理工程における処理温度を変えて得
られたチタン、あるいはチタン合金製食器である。表２
に示したように、試料番号Ｓ５（処理温度６５０℃）
は、表面処理後の平均表面粗さＲａおよび結晶粒の大き
さＲｃについては、ともに未処理の純チタン製食器（試
料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持していた。
しかし、表面から１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ
＝４０５と低い値を示した。そこで、同深さ部分の窒素
含有量をみると０．０６重量％であり、ほとんど窒素を
含有していない。すなわち、図２に示す第１の硬化層１
０２が形成されていないことがわかる。さらに、表面か
ら２０μｍの深さ部分の酸素含有量も０．０１重量％で
あり、第２の硬化層１０３も形成されていないことがわ
かる。

【００６３】試料番号Ｓ８（処理温度８３０℃）は、表
面から１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ＝１４００
と高いものの、平均表面粗さがＲａ＝１．２μｍと大き
く、また結晶粒もＲｃ＝８０〜２５０μｍに粗大化して
おり、表面粗れが顕著に認められた。チタン、あるいは
チタン合金製食器を装飾品に用いるには、かかる表面粗
れの程度は許容範囲を逸脱している。これらに対し、試
料番号Ｓ６およびＳ７は、表面から１．０μｍの深さに
おける硬さがＨｖ＝８２０〜９４０と充分に高い値を示
し、かつ平均表面粗さＲａ＝０．２５〜０．３μｍ、結
晶粒の大きさＲｃ＝３０〜６０μｍで、未処理の純チタ
ン製食器（試料番号Ｓｃ）と未処理の純チタンと同等な
良好の外観品質を保持していた。

【００６４】これら試料番号Ｓ６およびＳ７は、表面か
ら１．０μｍまでの深さに０．６〜８．０重量％（具体
的には、０．９〜１．６重量％）の窒素、および１．０
〜１４．０重量％（具体的には、２．０〜２．５重量
％）の酸素をそれぞれ含有しており、図２に示した第１
の硬化層１０２が形成されていることがわかる。さら
に、表面から２０μｍまでの深さに０．５〜１４．０重
量％（具体的には、０．８〜１．２重量％）の酸素を含
有しており、図２に示した第２の硬化層１０３も形成さ
れていることがわかる。図５は、表面からの深さに対す
る窒素含有量および酸素含有量を測定した結果を示す図
である。測定対象は、試料番号Ｓ６のチタン、あるいは
チタン合金製食器を用いた。同図から明らかなように、
本実施例で表面硬化処理された試料番号Ｓ６のチタン、
あるいはチタン合金製食器は、表面から深さ１．０μｍ
までの領域に多くの窒素および酸素を固溶しており、さ
らに深い領域では多くの酸素を固溶していることがわか
る。

【００６５】次に、混合ガスとして、９９．４％の窒素
に２０００ｐｐｍ（０．２％）の酸素、および４０００
ｐｐｍ（０．４％）の水素を添加した混合ガスを選択し
た場合の測定結果を表３に示す。

【００６６】

【表３】

【００６７】表３において、試料番号Ｓ９〜Ｓ１２は、
加熱工程および硬化処理工程における処理温度を変えて
得られたチタン、あるいはチタン合金製食器である。表
３に示したように、試料番号Ｓ９（処理温度６５０℃）
は、表面処理後の平均表面粗さＲａおよび結晶粒の大き
さＲｃについては、ともに未処理の純チタン製食器（試
料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持していた。
しかし、表面から１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ
＝３７０と低い値を示した。試料番号Ｓ１２（処理温度
８３０℃）は、表面から１．０μｍの深さにおける硬さ
がＨｖ＝１３００と高いものの、平均表面粗さがＲａ＝
１．１μｍと大きく、また結晶粒もＲｃ＝８０〜２００
μｍに粗大化しており、表面粗れが顕著に認められた。
チタン、あるいはチタン合金製食器を装飾品に用いるに
は、かかる表面粗れの程度は許容範囲を逸脱している。
これらに対し、試料番号Ｓ１０およびＳ１１は、表面か
ら１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ＝８１０〜９２
０と充分に高い値を示し、かつ平均表面粗さＲａ＝０．
２５〜０．３μｍ、結晶粒の大きさＲｃ＝３０〜６０μ
ｍで、未処理の純チタン製食器（試料番号Ｓｃ）と同等
な良好の外観品質を保持していた。

【００６８】この結果から、試料番号Ｓ１１およびＳ１
２は、先に示した実施例１における試料番号Ｓ２、Ｓ３
のチタン、あるいはチタン合金製食器と同様、表面から
１．０μｍまでの深さに０．６〜８．０重量％の窒素、
および１．０〜１４．０重量％の酸素をそれぞれ含有し
ており、図２に示した第１の硬化層１０２を形成してい
ることが容易に推測できる。さらに、表面から２０μｍ
までの深さに０．５〜１４．０重量％の酸素を含有して
おり、図２に示した第２の硬化層１０３を形成している
ことも容易に推測できる。

【００６９】次に、混合ガスとして、９９．７％の窒素
に２５００ｐｐｍ（０．２５％）の水蒸気、および５０
０ｐｐｍ（０．０５％）の二酸化炭素を添加した混合ガ
スを選択した場合の測定結果を表４に示す。

【００７０】

【表４】

【００７１】表４において、試料番号Ｓ１３〜Ｓ１６
は、加熱工程および硬化処理工程における処理温度を変
えて得られたチタン、あるいはチタン合金製食器であ
る。表４に示したように、試料番号Ｓ１３（処理温度６
５０℃）は、表面処理後の平均表面粗さＲａおよび結晶
粒の大きさＲｃについては、ともに未処理の純チタン製
食器（試料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持し
ていた。しかし、表面から１．０μｍの深さにおける硬
さがＨｖ＝３４０と低い値を示した。試料番号Ｓ１６
（処理温度８３０℃）は、表面から１．０μｍの深さに
おける硬さがＨｖ＝１２４０と高いものの、平均表面粗
さがＲａ＝１．０μｍと大きく、また結晶粒もＲｃ＝８
０〜２００μｍに粗大化しており、表面粗れが顕著に認
められた。チタン、あるいはチタン合金製食器を装飾品
に用いるには、かかる表面粗れの程度は許容範囲を逸脱
している。これらに対し、試料番号Ｓ１４およびＳ１５
は、表面から１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ＝８
００〜８５０と充分に高い値を示し、かつ平均表面粗さ
Ｒａ＝０．２５〜０．３μｍ、結晶粒の大きさＲｃ＝３
０〜６０μｍで、未処理の純チタン製食器（試料番号Ｓ
ｃ）と同等な良好の外観品質を保持していた。

【００７２】この結果から、試料番号Ｓ１４およびＳ１
５は、先に示した実施例１における試料番号Ｓ２、Ｓ３
のチタン、あるいはチタン合金製食器と同様、表面から
１．０μｍまでの深さに０．６〜８．０重量％の窒素、
および１．０〜１４．０重量％の酸素をそれぞれ含有し
ており、図２に示した第１の硬化層１０２を形成してい
ることが容易に推測できる。さらに、表面から２０μｍ
までの深さに０．５〜１４．０重量％の酸素を含有して
おり、図２に示した第２の硬化層１０３を形成している
ことも容易に推測できる。

【００７３】次に、混合ガスとして、９９．３％の窒素
に、７０００ｐｐｍ（０．３％）のエチルアルコールガ
スを添加した混合ガスを選択した場合の測定結果を表５
に示す。

【００７４】

【表５】

【００７５】表５において、試料番号Ｓ１７〜Ｓ２０
は、加熱工程および硬化処理工程における処理温度を変
えて得られたチタン、あるいはチタン合金製食器であ
る。表５に示したように、試料番号Ｓ１７（処理温度６
５０℃）は、表面処理後の平均表面粗さＲａおよび結晶
粒の大きさＲｃについては、ともに未処理の純チタン製
食器（試料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持し
ていた。しかし、表面から１．０μｍの深さにおける硬
さがＨｖ＝３３０と低い値を示した。

【００７６】試料番号Ｓ２０（処理温度８３０℃）は、
表面から１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ＝１２０
０と高いものの、平均表面粗さがＲａ＝１．０μｍと大
きく、また結晶粒もＲｃ＝８０〜１８０μｍに粗大化し
ており、表面粗れが顕著に認められた。チタン、あるい
はチタン合金製食器を装飾品に用いるには、かかる表面
粗れの程度は許容範囲を逸脱している。これらに対し、
試料番号Ｓ１８およびＳ１９は、表面から１．０μｍの
深さにおける硬さがＨｖ＝７８０〜８３０と充分に高い
値を示し、かつ平均表面粗さＲａ＝０．２５〜０．３μ
ｍ、結晶粒の大きさＲｃ＝３０〜５５μｍで、未処理の
純チタン製食器（試料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品
質を保持していた。

【００７７】この結果から、試料番号Ｓ１８およびＳ１
９は、先に示した実施例１における試料番号Ｓ２、Ｓ３
のチタン、あるいはチタン合金製食器と同様、表面から
１．０μｍまでの深さに０．６〜８．０重量％の窒素、
および１．０〜１４．０重量％の酸素をそれぞれ含有し
ており、図２に示した第１の硬化層１０２を形成してい
ることが容易に推測できる。さらに、表面から２０μｍ
までの深さに０．５〜１４．０重量％の酸素を含有して
おり、図２に示した第２の硬化層１０３を形成している
ことも容易に推測できる。

【００７８】上述した実施形態では、加熱工程を高真空
排気した後、真空雰囲気中で加熱し焼鈍処理を実施した
が、真空雰囲気に限らず、この加熱工程をチタン、ある
いはチタン合金製食器が反応しないヘリウム、アルゴン
などの不活性ガス雰囲気中で実施してもよい。ただし、
この場合にも真空槽内は減圧状態とすることが好まし
い。

【００７９】また、上述した実施形態では、冷却工程を
真空排気しながら実施したが、真空雰囲気に限らず、こ
の冷却工程をチタン、あるいはチタン合金製食器が反応
しないヘリウム、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で
実施してもよい。ただし、この場合にも真空槽１内は減
圧状態とすることが好ましい。

【００８０】（第２の実施形態）次に第２の実施形態に
ついて説明する。第２の実施形態における各工程の目的
および基本的作用は、先に説明した第１の実施形態と同
じである。第２の実施形態は、先の第１の発明方法と大
気圧の下において加熱工程および硬化処理工程を実施す
る点で異なっている。また、大気圧の下で加熱工程を実
施する際、チタン、あるいはチタン合金製食器が活性な
金属であることから、同部材が窒素および酸素成分以外
の不純物成分と反応することを防止するために真空槽内
に不活性ガスを導入している点である。この第２の実施
形態においても、加熱工程は、真空槽内を真空排気した
後、該真空槽内に不活性ガスを導入して大気圧に調整し
た雰囲気の下で行なうことが好ましいが、真空槽内を真
空排気した減圧状態の下で行なっても良い。加熱工程を
このような雰囲気下で行なうことにより、チタン、ある
いはチタン合金製食器が窒素および酸素成分（硬化処理
工程で導入）以外の不純物と反応することを防止するこ
とができる。

【００８１】加熱工程の後の硬化処理工程は、真空槽内
を高真空排気して不活性ガスを除去し、続いて微量の酸
素成分を含有する窒素主体の混合ガスを真空槽内に導入
するとともに同真空槽内を大気圧に調整し、かつ該真空
槽１内を７００〜８００℃の温度で所定時間加熱するこ
とにより、チタン、あるいはチタン合金製食器の表面か
ら内部へ窒素および酸素を拡散固溶させる。この硬化処
理工程において用いられる混合ガスに含有される微量の
酸素成分としては、酸素を含有する各種のガスを利用で
きる。例えば、酸素ガス、水素ガス、水蒸気、エチルア
ルコールやメチルアルコールなどのアルコールガスなど
が上記酸素成分としてあげられる。さらに、水蒸気とと
もに二酸化炭素ガスまたは一酸化炭素ガスを含有させて
もよい。

【００８２】硬化処理工程の後、チタン、あるいはチタ
ン合金製食器を常温まで冷却する冷却工程は、第１の実
施形態と同様、硬化処理工程と同一のガス雰囲気で実施
しないようにすることが好ましい。すなわち、冷却工程
は、真空槽内を高真空排気して微量の酸素成分を含有す
る窒素主体の混合ガスを除去し、続いて真空槽内に不活
性ガスを導入して大気圧に調整し、常温まで冷却するこ
とが好ましい。なお、冷却工程は、真空雰囲気の下で実
施してもよい。

【００８３】以下、本実施形態における表面処理方法の
具体的な処理条件について述べる。まず、第１の実施形
態と同様に、チタン、あるいはチタン合金製食器（被処
理部材）として、ＪＩＳ規格で定義されたチタン第２種
材を熱間鍛造、冷間鍛造、あるいは両者の組み合わせに
よって、所望の形状に加工したチタン、あるいはチタン
合金製食器を製作した。次いで、前記チタン、あるいは
チタン合金製食器１００をバフ研磨で研磨して、食器の
表面を鏡面に仕上げた。次に、図３に示す表面処理装置
を用いて、前記チタン、あるいはチタン合金製食器１０
０の表面硬化処理を行った。まず、真空槽１の内部をガ
ス排気管５を通して真空ポンプ７により真空吸引し、残
留ガス雰囲気の影響が排除される１×１０^-2Ｔｏｒｒ以
下の圧力まで真空排気した後、電磁弁８を閉じる。続い
て、ガス導入弁６を開き、ガス導入管４を通して真空槽
１内へアルゴンガス（不活性ガス）を導入するととも
に、大気開放管９のベント弁１０を開いて真空槽１内の
圧力を大気圧に調整する。この雰囲気の下で、ヒータ３
によりチタン、あるいはチタン合金製食器１００を６５
０〜８３０℃まで３０分間加熱し焼鈍処理する（加熱工
程）。次いで、大気開放管９のベント弁１０およびガス
導入管４のガス導入弁６を閉塞するとともに、ガス排気
管５の電磁弁８を開いて真空ポンプ７による真空排気を
実行する。真空排気は、真空槽１内が１×１０^-2Ｔｏｒ
ｒ以下の圧力になるまで続ける。

【００８４】その後、ガス排気管５の電磁弁８を閉塞す
るとともに、ガス導入管４のガス導入弁６を開き、真空
槽１内へ９９．７％の窒素に３０００ｐｐｍ（０．３
％）の水蒸気を添加した混合ガスを導入する。このと
き、大気開放管９のベント弁１０を開き、真空槽１内の
圧力を大気圧に調整する。そして、焼鈍処理したときの
温度（６５０〜８３０℃）をほぼ保ちながら５時間の加
熱を実行する（硬化処理工程）。この硬化処理工程によ
り、チタン、あるいはチタン合金製食器１００の表面に
窒素１０４および酸素１０５を吸着、拡散させるととも
に、同部材１００の表面から内部へ窒素１０４および酸
素１０５を固溶させることにより、第１の硬化層１０２
と第２の硬化層１０３からなる表面硬化層１０１が形成
される（図２参照）。

【００８５】硬化処理工程を終了した後、大気開放管９
のベント弁１０およびガス導入管４のガス導入弁６を閉
じるとともに、ガス排気管５の電磁弁８を開いて、真空
ポンプ７により真空槽１内を１×１０^-2Ｔｏｒｒ以下の
圧力まで真空排気して、上記混合ガスを除去する。続い
て、ガス排気管５の電磁弁８を閉じるとともに、ガス導
入管４のガス導入弁６を開き、アルゴンガスを導入す
る。同時に大気開放管９のベント弁１０を開き、真空槽
１内の圧力を大気圧に調整する。この雰囲気中でチタ
ン、あるいはチタン合金製食器を常温まで冷却した（冷
却工程）。

【００８６】この第２の実施形態では、チタン、あるい
はチタン合金製食器（被処理部材）として、図１４に示
すＪＩＳ規格で定義されたチタン第２種材からなる鏡面
外観を有するフォークを使用した。加熱工程および硬化
処理工程は、６５０〜８３０℃の温度範囲で処理温度を
種々変化させて実行した。その後、硬さ、表面粗れ、表
面組織における結晶粒の大きさを、それぞれ測定評価し
た。硬さは、ビッカース硬度計により測定し、表面から
１．０μｍの深さでの硬度Ｈｖ＝７５０以上を合格とし
た。表面粗れは、表面粗さ計を使用して平均表面粗さＲ
ａを測定し、０．４μｍ以下を合格とした。結晶粒Ｒｃ
の大きさは、表面の結晶組織を電子顕微鏡により測定
し、２０〜６５μｍの範囲内にあるものを合格とした。
これらの測定結果を表６に示す。

【００８７】

【表６】

【００８８】表６において、試料番号Ｓ２１〜Ｓ２４
は、加熱工程および硬化処理工程における処理温度を変
えて得られたチタン、あるいはチタン合金製食器であ
る。表６に示したように、試料番号Ｓ２１（処理温度６
５０℃）は、表面処理後の平均表面粗さＲａおよび結晶
粒の大きさＲｃについては、ともに未処理の純チタン製
食器（試料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持し
ていた。しかし、表面から１．０μｍの深さにおける硬
さがＨｖ＝３６０と低い値を示した。試料番号Ｓ２４
（処理温度８３０℃）は、表面から１．０μｍの深さに
おける硬さがＨｖ＝１４１０と高いものの、平均表面粗
さがＲａ＝１．３μｍと大きく、また結晶粒もＲｃ＝８
０〜２５０μｍに粗大化しており、表面粗れが顕著に認
められた。チタン、あるいはチタン合金製食器を装飾品
に用いるには、かかる表面粗れの程度は許容範囲を逸脱
している。

【００８９】これらに対し、試料番号Ｓ２２およびＳ２
３は、表面から１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ＝
８４０〜１０５０と充分に高い値を示し、かつ平均表面
粗さＲａ＝０．２５〜０．３５μｍ、結晶粒の大きさＲ
ｃ＝３０〜６０μｍで、未処理の純チタン製食器（試料
番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持していた。こ
の結果から、試料番号Ｓ２２およびＳ２３は、先に示し
た実施例１における試料番号Ｓ２、Ｓ３のチタン、ある
いはチタン合金製食器と同様、表面から１．０μｍまで
の深さに０．６〜８．０重量％の窒素、および１．０〜
１４．０重量％の酸素をそれぞれ含有しており、図２に
示した第１の硬化層１０２を形成していることが容易に
推測できる。

【００９０】さらに、表面から２０μｍまでの深さに
０．５〜１４．０重量％の酸素を含有しており、図２に
示した第２の硬化層１０３を形成していることも容易に
推測できる。かくして、表面硬化層を備える食器を得
る。試料番号Ｓ２２、Ｓ２３の食器は、表面硬化処理前
の食器と同等の鏡面品質を保持していた。また、硬化処
理工程において、真空槽１内に導入する不活性ガスとし
て、ヘリウムガスを選択しても、同等の結果が得られ
た。なお、加熱工程および硬化処理工程は、第２の実施
形態と同じく６５０〜８３０℃の温度範囲で処理温度を
種々変化させて実行し、その後、硬さ、表面粗れ、表面
組織における結晶粒の大きさを、それぞれ測定評価し
た。以下、不活性ガスとしてヘリウムガスを選択した場
合の測定結果を表７に示す。

【００９１】

【表７】

【００９２】表７において、試料番号Ｓ２５〜Ｓ２８
は、加熱工程および硬化処理工程における処理温度を変
えて得られたチタン、あるいはチタン合金製食器であ
る。表７に示したように、試料番号Ｓ２５（処理温度６
５０℃）は、表面処理後の平均表面粗さＲａおよび結晶
粒の大きさＲｃについては、ともに未処理の純チタン製
食器（試料番号Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持し
ていた。しかし、表面から１．０μｍの深さにおける硬
さがＨｖ＝３３０と低い値を示した。試料番号Ｓ２８
（処理温度８３０℃）は、表面から１．０μｍの深さに
おける硬さがＨｖ＝１２２０と高いものの、平均表面粗
さがＲａ＝１．０μｍと大きく、また結晶粒もＲｃ＝８
０〜２００μｍに粗大化しており、表面粗れが顕著に認
められた。チタン、あるいはチタン合金製食器を装飾品
に用いるには、かかる表面粗れの程度は許容範囲を逸脱
している。

【００９３】これらに対し、試料番号Ｓ２６およびＳ２
７は、表面から１．０μｍの深さにおける硬さがＨｖ＝
７８０〜８４０と充分に高い値を示し、かつ平均表面粗
さＲａ＝０．２５〜０．３μｍ、結晶粒の大きさＲｃ＝
３０〜６０μｍで、未処理の純チタン製食器（試料番号
Ｓｃ）と同等な良好の外観品質を保持していた。この結
果から、試料番号Ｓ２６およびＳ２７は、先に示した実
施例１における試料番号Ｓ２、Ｓ３のチタン、あるいは
チタン合金製食器と同様、表面から１．０μｍまでの深
さに０．６〜８．０重量％の窒素、および１．０〜１
４．０重量％の酸素をそれぞれ含有しており、図２に示
した第１の硬化層１０２を形成していることが容易に推
測できる。

【００９４】さらに、表面から２０μｍまでの深さに
０．５〜１４．０重量％の酸素を含有しており、図２に
示した第２の硬化層１０３を形成していることも容易に
推測できる。なお、本実施形態では加熱工程を大気圧の
アルゴン雰囲気で、または大気圧のヘリウム雰囲気で実
施したが、これらの雰囲気に限らず、この加熱工程を真
空雰囲気で実施してもよい。また、本実施形態では冷却
工程を大気圧のアルゴン雰囲気で、または大気圧のヘリ
ウム雰囲気で実施したが、これらの雰囲気に限らず、こ
の冷却工程を真空雰囲気で実施してもよい。

【００９５】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。上記各実施形態では、ヒータ３を
用いてチタン、あるいはチタン合金製食器を加熱し、窒
素および酸素を固溶させていたが、その他にも例えば、
プラズマを利用してチタン、あるいはチタン合金製食器
へ窒素および酸素を固溶させてもよい。また、硬化処理
工程において真空槽１内に導入する微量の酸素成分を含
有する窒素主体の混合ガスとしては、上記各実施例で使
用したものに限定されず、例えば、窒素ガスに一酸化窒
素、二酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素などの酸素成
分を含むガスを添加したものであってもよい。さらに加
えて、ヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガスや、
水素成分、ホウ素成分、炭素成分を含むガスを微量添加
してもよい。

【００９６】また、各実施形態において、加熱工程の処
理時間は３０分間に設定したが、これに限定されるもの
ではなく、例えば３０分〜２時間の範囲で任意に設定す
ることができる。さらに、各実施形態において、硬化処
理工程の処理時間は５時間に設定したが、これに限定さ
れるものではなく必要に応じて任意に設定することがで
きる。ただし、硬化処理工程の処理時間が１時間に満た
ないと、窒素および酸素の拡散固溶が充分に進行せず、
必要な硬度を得られないおそれがある。一方、硬化処理
工程の処理時間が１０時間を越えるとチタン、あるいは
チタン合金製食器に表面粗れを生じるおそれがある。し
たがって、硬化処理工程の処理時間は、１〜１０時間の
範囲内に設定することが好ましい。

【００９７】（第３の実施形態）次に、第３の実施形態
について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態に
よって得られるチタン、あるいはチタン合金製食器の構
造を示す模式図である。本実施形態は、第１の実施形
態、あるいは第２のの実施形態で得られたチタン、ある
いはチタン合金製食器１００の表面硬化層１０１の上
に、乾式メッキ法の１つであるイオンプレティーング法
によって金色の硬質被膜としての窒化チタンから成るＴ
ｉＮ被膜２０１を形成し、チタン、あるいはチタン合金
製食器２００を得たことを特徴とする。

【００９８】以下、本実施形態における金色の硬質被膜
としての窒化チタンから成るＴｉＮ被膜２０１の形成方
法を説明する。まず、第１の実施形態、または第２の実
施形態で得られた前記チタン、あるいはチタン合金製食
器１００をイソプロピルアルコール等の有機溶剤で洗浄
し、イオンプレティーング装置内に配置した。（図示せ
ず）なお、イオンプレティーング装置は、一般に使用さ
れているものであり、装置の説明は省略する。次いで、
装置内を１．０×１０^-5Ｔｏｒｒまで排気した後、アル
ゴンガスを３．０×１０^-3Ｔｏｒｒまで導入した。

【００９９】次に、装置内部に備えられた熱電子フィラ
メントとプラズマ電極を駆動させて、アルゴンのプラズ
マを形成した。同時に前記チタン、あるいはチタン合金
製食器１００に−５０Ｖの電位を印加して、１０分間ボ
ンバードクリーニングを行った。次に、アルゴンガスの
導入を止めた後、装置内に窒素ガスを２．０×１０^-3Ｔ
ｏｒｒまで導入した。そして、装置内部の備えられたプ
ラズマ銃でプラズマを発生させた後、チタンを１０分間
蒸発させて、前記チタン、あるいはチタン合金製食器１
００の表面全体、即ち前記チタン、あるいはチタン合金
製食器１００の表面硬化層１０１の上にＴｉＮ被膜２０
１を０．５μｍの膜厚で形成し、チタン、あるいはチタ
ン合金製食器２００を得た。

【０１００】このようにして得られたチタン、あるいは
チタン合金製食器２００は、ＴｉＮ被膜２０１が金と同
じような光学的特性を備えるが故に、均一な金色色調を
呈した。これにより、チタン、あるいはチタン合金製食
器の装飾的な価値をさらに高めることができた。また、
硬質であるＴｉＮ被膜２０１は、優れた耐摩耗性、耐食
性、耐擦傷性を備えるため、表面硬化処理を施した食器
がさらに傷つきにくくなった。なお、乾式メッキ法とし
ては、上記したイオンプレティーング法に限らず、スパ
ッタ法や真空蒸着法などの公知の手段を用いることがで
きる。

【０１０１】また、乾式メッキ法で被覆される金色の硬
質被膜として、周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素（Ｔ
ｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ）の
窒化物、炭化物、酸化物、窒炭化物、窒炭酸化物を採用
することができる。周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素
をＭで表わし、Ｍの窒化物をＭＮｘで表わしたとき、窒
化度を示すｘの値が１より小さくなるにしたがって、前
記Ｍの窒化物ＭＮｘの被膜の色調は金色から淡黄色に近
づく。また、窒化度を示すｘの値が１より大きくなるに
したがって、被膜の金色は、赤味を帯びてくる。また、
窒化度を示すｘの値が、０．９〜１．１の範囲であれ
ば、金、あるいは金合金の色調に近い金色を窒化物ＭＮ
ｘの被膜上形成することができる。特に、窒化度を示す
ｘの値が、ｘ＝１の時、Ｍの窒化物ＭＮｘの被膜は、充
分な硬度を備える硬質被膜であると同時に、金、あるい
は金合金の色調に最も近い金色を呈する。

【０１０２】前記周期律表の４ａ、５ａ、６ａ族元素Ｍ
の炭化物、酸化物、窒炭化物、窒炭酸化物についても、
それらの炭化度、酸化度、窒化度を所定の範囲に制御す
ることにより、それらの被膜に金、あるいは金合金の色
調に最も近い金色を付与できる。特に、ＴｉＮ被膜とＺ
ｒＮ被膜は、充分な硬度を備える硬質被膜であると同時
に、金、あるいは金合金の色調に最も近い金色を呈する
ので好ましい。また、前記Ｍの窒化物ＭＮｘの膜厚が薄
いと、被膜に有効な耐摩耗性、耐食性、耐擦傷性を得る
ことができない。逆に、被膜の膜厚が厚いと、被膜にか
かる時間が長くなって、被膜のコストが高くなる。よっ
て、Ｍの窒化物ＭＮｘの被膜の膜厚は、好ましくは０．
１〜１０μｍの範囲、さらに好ましくは０．２〜５μｍ
の範囲に制御される。

【０１０３】（第４の実施形態）次に、第４の実施形態
について図７、図８、及び図９用いて説明する。図７と
図８は、硬質被膜を部分的に被覆する工程を示す図であ
り、図９は、本実施形態によってチタン、あるいはチタ
ン合金製食器に硬質被膜が部分的に被覆形成された状態
を示す構造模式図である。本実施形態は、第１の実施形
態、あるいは第２のの実施形態で得られたチタン、ある
いはチタン合金製食器１００の表面硬化層１０１の上
に、乾式メッキ法の１つであるイオンプレティーング法
によって窒化チタンから成る金色の硬質被膜３０１を部
分的に形成し、チタン、あるいはチタン合金製食器３０
０を得たことを特徴とする。以下、本実施形態における
窒化チタンから成る金色の硬質被膜３０１の部分的形成
方法について説明する。

【０１０４】まず、第１の実施形態、あるいは第２の実
施形態で得られたチタン、あるいはチタン合金製食器１
００の表面硬化層１０１の上、即ち、前記チタン、ある
いはチタン合金製食器１００の表面の所望の部分に、エ
ポキシ系樹脂から成る有機マスク剤、あるいはマスキン
グインクを印刷して、マスキング層３０２を形成した。
次に、マスキング層３０２を形成した前記チタン、ある
いはチタン合金製食器１００をイソプロピルアルコール
等の有機溶剤で洗浄し、イオンプレティーング装置内に
配置した。（図示せず）なお、イオンプレティーング装
置は、一般に使用されているものであり、装置の説明は
省略する。

【０１０５】次いで、装置内を１．０×１０^-5Ｔｏｒｒ
まで排気した後、アルゴンガスを３．０×１０^-3Ｔｏｒ
ｒまで導入した。次に、装置内部に備えられた熱電子フ
ィラメントとプラズマ電極を駆動させて、アルゴンのプ
ラズマを形成した。同時に前記チタン、あるいはチタン
合金製食器１００に−５０Ｖの電位を印加して、１０分
間ボンバードクリーニングを行った。次に、アルゴンガ
スの導入を止めた後、装置内に窒素ガスを２．０×１０
^-3Ｔｏｒｒまで導入した。そして、装置内部の備えられ
たプラズマ銃でプラズマを発生させた後、チタンを１０
分間蒸発させて、前記チタン、あるいはチタン合金製食
器１００の表面硬化層１０１の表面、およびマスキング
層３０２の表面にＴｉＮ被膜３０１、３０１ａを０．５
μｍの膜厚で形成した。

【０１０６】次に、エチルメチルケトン（ＥＭＫ）、あ
るいはエチルメチルケトン（ＥＭＫ）に蟻酸および過酸
化水素を添加した剥離溶液によりマスキング層３０２を
膨潤させ、リフトオフ法により、マスキング層３０２お
よびその上に積層されたＴｉＮ被膜３０１ａを剥離し
た。よって、ＴｉＮ被膜３０１が被覆された金色色調を
呈する部分と、ＴｉＮ被膜が被覆されていない銀白色を
呈する部分とを有するツートーンのチタン、あるいはチ
タン合金製食器３００を得た。これにより、さらに、チ
タン、あるいはチタン合金製食器の美観を向上させ、装
飾的価値を高めることができた。

【０１０７】なお、前記マスキング手段としては、本実
施形態で説明したような化学的マスキング層を設ける他
に、機械的なマスキング手段を用いても良い。すなわ
ち、窒化チタン被膜を被覆する前に、予めチタン、ある
いはチタン合金製食器の任意の部分に金属製のキャップ
を被せておき、窒化チタン被膜を被覆後、かかるキャッ
プを取除けば良い。すると、キャップが被せられていた
前記チタン、あるいはチタン合金製食器の部分には窒化
チタン被膜が被覆されず、キャップが被せられなかった
部分には窒化チタン被膜が被覆される。また、本実施形
態では、硬質被膜として窒化チタン被膜を用いた例で説
明したが、第３の実施形態で説明したように、乾式メッ
キ法で被覆される金色の硬質被膜として、周期律表の４
ａ、５ａ、６ａ族元素の窒化物、炭化物、酸化物、窒炭
化物、窒炭酸化物を採用することができる。

【０１０８】（第５の実施形態）次に、第５の実施形態
について図１０を用いて説明する。図１０は、本実施形
態によって得られるチタン、あるいはチタン合金製食器
の構造を示す模式図である。本実施形態は、第１の実施
形態、あるいは第２のの実施形態で得られたチタン、あ
るいはチタン合金製食器１００の表面硬化層１０１の上
に、乾式メッキ法の１つであるイオンプレティーング法
によって窒化チタンから成る金色の硬質被膜２０１を形
成し、前記硬質被膜２０１の上に金合金被膜としての金
−チタン金合被膜４０１を形成することによって、チタ
ン、あるいはチタン合金製食器４００を得たことを特徴
とする。以下、本実施形態における窒化チタンから成る
金色の硬質被膜２０１、及び金合金被膜４０１の形成方
法を説明する。

【０１０９】まず、第１の実施形態、あるいは第２のの
実施形態で得られた前記チタン、あるいはチタン合金製
食器１００をイソプロピルアルコール等の有機溶剤で洗
浄し、イオンプレティーング装置内に配置した。（図示
せず）なお、イオンプレティーング装置は、一般に使用
されているものであり、装置の説明は省略する。次い
で、装置内を１．０×１０^-5Ｔｏｒｒまで排気した後、
アルゴンガスを３．０×１０^-3Ｔｏｒｒまで導入した。
次に、装置内部に備えられた熱電子フィラメントとプラ
ズマ電極を駆動させて、アルゴンのプラズマを形成し
た。同時にチタン、あるいはチタン合金製食器１００に
−５０Ｖの電位を印加して、１０分間ボンバードクリー
ニングを行った。次に、アルゴンガスの導入を止めた
後、装置内に窒素ガスを２．０×１０^-3Ｔｏｒｒまで導
入した。

【０１１０】そして、装置内部の備えられたプラズマ銃
でプラズマを発生させた後、チタンを１０分間蒸発させ
て、チタン、あるいはチタン合金製食器１００の表面全
体にＴｉＮ被膜１０２を０．５μｍの膜厚で形成した。
次いで、チタンの蒸発と窒素ガスの導入を止め、装置内
を１．０×１０^-5Ｔｏｒｒまで排気した。次いで、装置
内にアルゴンガスを１．０×１０^-3Ｔｏｒｒまで導入し
てプラズマを発生させた後、金５０原子％とチタン５０
原子％とからなる金−チタン混合物を蒸発させ、金合金
被膜としての金−チタン金合被膜４０１を形成した。そ
して、前記金−チタン金合被膜４０１の厚みが０．３μ
ｍになったところで金−チタン混合物の蒸発を止め、前
記硬質被膜２０１、及び金−チタン金合被膜４０１が形
成されたチタン、あるいはチタン合金製食器４００を得
た。

【０１１１】このようにして得られたチタン、あるいは
チタン合金製食器４００は、均一な金色色調を呈した。
これにより、チタン、あるいはチタン合金製食器の装飾
的な価値をさらに高めることができた。また、最外層被
膜に金−チタン金合被膜４０１を被覆したことにより、
窒化チタン被膜２０１よりさらに暖かみのある金色色調
を呈するチタン、あるいはチタン合金製食器を得た。こ
れにより、さらにチタン、あるいはチタン合金製食器の
美観を向上させ、装飾的価値を高めることができた。

【０１１２】一般的に金合金被膜自体は、１０μｍを越
える厚い膜厚でなければ、有効な耐摩耗性、耐食性、あ
るいは耐擦傷性を得ることができない。金は、非常に高
価な金属である。よって、かかる金合金被膜を厚く被覆
することは、被膜のコストを大幅に高くしてしまう。し
かしながら、本実施形態においては、金合金被膜からな
る最外層被膜の下に、硬質なＴｉＮ被膜を設けた。Ｔｉ
Ｎ被膜が、優れた耐摩耗性、耐食性、耐擦傷性を備える
ため、金合金被膜からなる最外層被膜は薄くても良い。
これにより、高価な金の使用量が減るため、被膜のコス
トが安価にすることができるという利点がある。

【０１１３】また、薄く被覆された金合金被膜からなる
最外層被膜が部分的に摩耗して、その下のＴｉＮ被膜が
露見する可能性があるが、いかなる局部的な最外層被膜
の摩耗も決して目立つことはない。なぜならば、ＴｉＮ
被膜は、金と同じような光学的特性を備え、金色色調を
有するからである。金色色調の金合金被膜からなる最外
層被膜が摩耗した部分の下から、同じ金色色調のＴｉＮ
被膜が現れる。従って、金合金被膜からなる最外層被膜
を薄くしても、その摩耗が視認されなく、チタン、ある
いはチタン合金製食器の美観、及び装飾的価値を維持す
ることができる。

【０１１４】また、本実施形態では、硬質被膜として窒
化チタン被膜を用いたが、この他に乾式メッキ法で被覆
される金色の硬質被膜として、周期律表の４ａ、５ａ、
６ａ族元素の窒化物、炭化物、酸化物、窒炭化物、窒炭
酸化物を採用することができる。また、金合金被膜とし
ては、上記した金−チタン合金層以外にも、Ａｌ、Ｓ
ｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、
Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃ
ｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔから選ば
れた少なくとも１つと金との合金を形成させることがで
きる。

【０１１５】さらに、第４の実施形態に記載したよう
に、前記チタン、あるいはチタン合金製食器１００の表
面に部分的に被覆された窒化チタン被膜の上に、かかる
金合金被膜を被覆しても良い。この例を図１１と、図１
２に示す。図１１は、前記チタン、あるいはチタン合金
製食器１００の表面に硬質被膜を部分的に被覆し、前記
部分的に被覆された硬質被膜の表面に金合金被膜を被覆
する工程を示す図であり、図１２は、前記チタン、ある
いはチタン合金製食器１００の表面に硬質被膜、及び金
合金被膜が部分的に被覆形成された状態を示す構造模式
図である。

【０１１６】以下、硬質被膜、及び金合金被膜を部分的
に形成する方法について簡単に説明する。まず、第１の
実施形態、あるいは第２の実施形態で得られたチタン、
あるいはチタン合金製食器１００の表面硬化層１０１の
上、即ち、前記チタン、あるいはチタン合金製食器１０
０の表面の所望の部分に、エポキシ系樹脂から成る有機
マスク剤、あるいはマスキングインクを印刷して、マス
キング層５０２を形成した。次に、マスキング層５０２
を形成した前記チタン、あるいはチタン合金製食器１０
０をイソプロピルアルコール等の有機溶剤で洗浄し、イ
オンプレティーング装置内に配置した。

【０１１７】次にイオンプレティーング法を用いて、本
実施形態と同じ作業条件で前記チタン、あるいはチタン
合金製食器１００の表面硬化層１０１の表面、およびマ
スキング層５０２の表面に金色の硬質被膜である窒化チ
タンから成るＴｉＮ被膜５０１、５０１ａを０．５μｍ
の膜厚で形成し、前記ＴｉＮ被膜５０１、５０１ａの上
に金合金被膜としての金−チタン金合被膜５０３、５０
３ａを０．３μｍの膜厚で形成した。

【０１１８】次に、エチルメチルケトン（ＥＭＫ）、あ
るいはエチルメチルケトン（ＥＭＫ）に蟻酸および過酸
化水素を添加した剥離溶液によりマスキング層５０２を
膨潤させ、リフトオフ法により、マスキング層５０２お
よびその上に積層されたＴｉＮ被膜５０１ａ、及び金−
チタン金合被膜５０３ａを剥離した。よって、金−チタ
ン金合被膜５０３が被覆された金色色調を呈する部分
と、金−チタン金合被膜５０３及び、ＴｉＮ被膜５０１
が被覆されていない銀白色を呈する部分とを有するツー
トーンのチタン、あるいはチタン合金製食器５００を得
た。

【０１１９】なお、上記の第３、第４、及び第５の実施
形態では、金色色調の硬質被膜を採用したが、周期律表
の４ａ、５ａ、６ａ族元素の窒化物、炭化物、酸化物、
窒炭化物、窒炭酸化物における炭化度、酸化度、窒化度
を低くすることにより、かかる硬質被膜の色調を銀白色
に近い色調にすることもできる。この結果、硬質被膜が
被覆されていないチタン、あるいはチタン合金製食器の
金属色と同じ色調の硬質被膜を被覆できる。さらに、か
かる銀白色の硬質被膜の上に、金の含有量を低くした同
じく銀白色の金合金被膜を被覆することもできる。

【０１２０】なお、本発明において、チタンとは、純チ
タンを主体とする金属材料を意味し、ＪＩＳ規格で定義
されているチタン第１種、チタン第２種、チタン第３種
などをいう。また、チタン合金とは、純チタンを主体と
する金属にアルミニウム、バナジウム、鉄などを添加し
た金属材料を意味し、ＪＩＳ規格で定義されているチタ
ン６０種、チタン６０Ｅ種などをいう。この他にも、各
種チタン合金および各種チタン基の金属間化合物が、チ
タン合金材料に含まれる。

【０１２１】また、本実施形態においては、チタン、あ
るいはチタン合金製食器として、スプーン、ナイフ、フ
ォーク等を例として説明したが、これに限定されるもの
ではなく、箸、皿、コップ等の多くの食器に適用するこ
とが可能である。

【０１２２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、表面
から深い領域に達する硬化層を得ることによって、長時
間の使用しても傷が付きにくく、表面を美しい鏡面に保
つことができる優れた外観品質を有するチタン、あるい
はチタン合金製食器を得ることが出来る。特にナイフな
どに応用した場合は、刃先が鈍らないので、切れ味が劣
化することがない。また、ＴｉＮ被膜が被覆された金色
色調を呈する部分と、ＴｉＮ被膜が被覆されていない銀
白色を呈する部分とを有するツートーンのチタン、ある
いはチタン合金製食器を得ることが可能となり、チタ
ン、あるいはチタン合金製食器の美観を更に向上させ、
装飾的価値を高めることができる。また、前記優れた外
観品質を有するチタン、あるいはチタン合金製食器を得
るための生産性の高い表面処理方法を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法により表面硬化処理した被処理部材
のビッカース硬度を測定した結果を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態及び第２の実施形態に
おけるチタン、あるいはチタン合金製食器の構造を示す
模式図である。

【図３】本発明者の実施形態において使用した表面処理
装置の概要を示す模式図である。

【図４】本発明の第１の実施形態におけるチタン、ある
いはチタン合金製食器の表面からの深さに対する窒素含
有量および酸素含有量を測定した結果を示す図である。

【図５】本発明の第２の実施形態におけるチタン、ある
いはチタン合金製食器の表面からの深さに対する窒素含
有量および酸素含有量を測定した結果を示す図である。

【図６】本発明の第３の実施形態におけるチタン、ある
いはチタン合金製食器の構造を示す模式図である。

【図７】本発明の第４の実施形態におけるチタン、ある
いはチタン合金製食器の表面処理工程を示す模式図であ
る。

【図８】本発明の第４の実施形態におけるチタン、ある
いはチタン合金製食器の表面処理工程を示す模式図であ
る。

【図９】本発明の第４の実施形態におけるチタン、ある
いはチタン合金製食器の構造を示す模式図である。

【図１０】本発明の第５の実施形態におけるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の構造を示す模式図である。

【図１１】本発明の第５の実施形態におけるチタン、あ
るいはチタン合金製食器に部分的に硬質被膜を形成する
行程を示す模式図である。

【図１２】本発明の第５の実施形態において、部分的な
硬質被膜を形成したチタン、あるいはチタン合金製食器
の構造を示す模式図である。

【図１３】本発明の第１の実施形態におけるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の具体例を示す図である。

【図１４】本発明の第１の実施形態におけるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の具体例を示す図である。

【図１５】本発明の第１の実施形態におけるチタン、あ
るいはチタン合金製食器の具体例を示す図である。

【符号の説明】

１ 真空槽 ３ ヒ−タ− ４ ガス導入管 ５ ガス排気管 ６ ガス導入弁 ７ 真空ポンプ ８ 電磁弁 ９ 大気解放管 １０ ベント弁 １００ チタン、あるいはチタン合金製食器 １０１ 表面硬化層 １０２ 第１の硬化層 １０３ 第２の硬化層 １０４ 窒素 １０５ 酸素 ２０１ ＴｉＮ 被膜 ３０２ マスキング層 ４０１ 金ーチタン合金被膜

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面から任意の深さで表面硬質層が形成
   されたチタン、あるいはチタン合金製食器であつて、前
   記表面硬質層は、表面から任意の深さまでの領域に形成
   された窒素および酸素を固溶する第１の硬化層と、該第
   １の硬化層より深い任意の領域に形成された第２の硬化
   層とを含むことを特徴とするチタン、あるいはチタン合
   金製食器。
2. 【請求項２】 前記第１の硬化層が、０．６〜８．０重
   量％の窒素と１．０〜１４．０重量％の酸素とを固溶し
   ており、前記第２の硬化層が、０．５〜１４．０重量％
   の酸素とを固溶していることを特徴とする請求項１記載
   のチタン、あるいはチタン合金製食器。
3. 【請求項３】 前記第１の硬化層が、表面からほぼ１μ
   ｍの深さの領域に形成され、前記第２の硬化層が、前記
   第１の硬化層よりも深く、表面からほぼ２０μｍの深さ
   の領域に形成されていることを特徴とする請求項１記載
   のチタン、あるいはチタン合金製食器。
4. 【請求項４】 真空槽内にチタン、あるいはチタン合金
   製食器を配置して、加熱して焼鈍処理する加熱行程と、
   前記加熱行程の後、微量の酸素成分を含有する窒素主体
   の混合ガスを前記真空槽内に導入し、所定の減圧状態下
   該で真空槽内を７００〜８００℃の温度で所定時間加熱
   することにより、前記チタン、あるいはチタン合金製食
   器の表面から内部へ窒素および酸素を拡散固溶させる硬
   化処理工程と、前記硬化処理工程の後、前記チタン、あ
   るいはチタン合金製食器を常温まで、冷却する冷却冷却
   工程と、前記冷却工程の後、前記カラトリーを研磨する
   研磨工程とを含むチタン、あるいはチタン合金製食器の
   表面処理方法。
5. 【請求項５】 前記加熱工程は、前記真空槽内を真空排
   気した減圧状態の下で行うことを特徴とする請求項４記
   載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方
   法。
6. 【請求項６】 前記加熱工程は、前記真空槽内を真空排
   気した後、該真空槽内に不活性ガスを導入した減圧状態
   の下で行うことを特徴とする請求項４記載のチタン、あ
   るいはチタン合金製食器の表面処理方法。
7. 【請求項７】 前記冷却工程は、前記真空槽内を高真空
   排気して前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合
   ガスを除去するとともに、該真空雰囲気の下で行うこと
   を特徴とする請求項４記載のチタン、あるいはチタン合
   金製食器の表面処理方法。
8. 【請求項８】 前記冷却工程は、前記真空槽内を高真空
   排気して前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混合
   ガスを除去し、続いて前記真空槽内に不活性ガスを導入
   した減圧状態の下で行うことを特徴とする請求項４記載
   のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方法。
9. 【請求項９】 前記微量の酸素成分を含有する窒素主体
   の混合ガスが、窒素ガスに、微量の酸素ガスを含有した
   ものであることを特徴とする請求項４記載のチタン、あ
   るいはチタン合金製食器の表面処理方法。
10. 【請求項１０】 前記微量の酸素成分を含有する窒素主
    体の混合ガスが、微量の水素ガスを含有したものである
    ことを特徴とする請求項９記載のチタン、あるいはチタ
    ン合金製食器の表面処理方法。
11. 【請求項１１】 前記微量の酸素成分を含有する窒素主
    体の混合ガスが、窒素ガスに、微量の水蒸気を含有した
    ものであることを特徴とする請求項４記載のチタン、あ
    るいはチタン合金製食器の表面処理方法。
12. 【請求項１２】 前記微量の酸素成分を含有する窒素主
    体の混合ガスが、微量の二酸化炭素ガスまたは一酸化炭
    素ガスを含有したものであることを特徴とする請求項１
    １記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
    方法。
13. 【請求項１３】 前記微量の酸素成分を含有する窒素主
    体の混合ガスが、窒素に、微量のアルコールガスを含有
    したものであることを特徴とする請求項４記載のチタ
    ン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方法。
14. 【請求項１４】 真空槽内にチタン、あるいはチタン合
    金製食器を配置して、加熱して焼鈍処理する加熱行程
    と、前記加熱行程の後、前記真空槽内を真空排気して前
    記不活性ガスを除去し、続いて微量の酸素成分を含有す
    る窒素主体の混合ガスを前記真空槽内に導入するととも
    に同真空槽内を大気圧に調整し、かつ該真空槽内を７０
    ０〜８００℃の温度で所定時間加熱することにより、前
    記チタン、あるいはチタン合金製食器の表面から内部へ
    窒素および酸素を拡散固溶させる硬化処理工程と、前記
    硬化処理工程の後、前記チタン、あるいはチタン合金製
    食器を常温まで、冷却する冷却冷却工程と、前記冷却工
    程の後、前記カラトリーを研磨する研磨工程とを含むこ
    とを特徴とするチタン、あるいはチタン合金製食器の表
    面処理方法。
15. 【請求項１５】 前記加熱工程は、前記真空槽内を真空
    排気した減圧状態の下で行うことを特徴とする請求項１
    ４記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
    方法。
16. 【請求項１６】 前記加熱工程は、前記真空槽内を真空
    排気した後、該真空槽内に不活性ガスを導入して大気圧
    に調整した雰囲気の下で行うことを特徴とする請求項１
    ４記載のチタン、あるいはチタン合金製食器の表面処理
    方法。
17. 【請求項１７】 前記冷却工程は、前記真空槽内を高真
    空排気して前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混
    合ガスを除去するとともに、該真空雰囲気の下で行うこ
    とを特徴とする請求項１４記載のチタン、あるいはチタ
    ン合金製食器の表面処理方法。
18. 【請求項１８】 前記冷却工程は、前記真空槽内を高真
    空排気して前記微量の酸素成分を含有する窒素主体の混
    合ガスを除去し、続いて前記真空槽内に不活性ガスを導
    入して大気圧に調整した雰囲気の下で行うことを特徴と
    する請求項１４記載のチタン、あるいはチタン合金製食
    器の表面処理方法。
19. 【請求項１９】 前記微量の酸素成分を含有する窒素主
    体の混合ガスが、窒素ガスに、微量の酸素ガスを含有し
    たものであることを特徴とする請求項１４記載のチタ
    ン、あるいはチタン合金製食器の表面処理方法。
20. 【請求項２０】 前記微量の酸素成分を含有する窒素主
    体の混合ガスが、窒素ガスに、微量の水蒸気を含有した
    ものであることを特徴とする請求項１４記載のチタン、
    あるいはチタン合金製食器の表面処理方法。
21. 【請求項２１】 前記第１の硬化層の上に、硬質被膜が
    被覆されていることを特徴とする請求項１から３のいず
    れか１項に記載のチタン、あるいはチタン合金製食器。
22. 【請求項２２】 前記硬質被膜が、周期律表の４ａ、５
    ａ、６ａ族元素の窒化物、炭化物、酸化物、窒炭化物あ
    るいは窒炭酸化物であることを特徴とする請求項２１に
    記載のチタン、あるいはチタン合金製食器。
23. 【請求項２３】 前記硬質被膜が、金色色調を呈するこ
    とを特徴とする請求項２１又は請求項２２に記載のチタ
    ン、あるいはチタン合金製食器。
24. 【請求項２４】 前記硬質被膜の上に金合金被膜が被覆
    されることを特徴とする請求項２３に記載のチタン、あ
    るいはチタン合金製食器。
25. 【請求項２５】 前記金合金被膜が、Ａｌ、Ｓｉ、Ｖ、
    Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、
    Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃ
    ｄ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｉｒ、Ｐｔから選ば
    れた少なくとも１つの金属と金との合金であることを特
    徴とする請求項２４に記載のチタン、あるいはチタン合
    金製食器。
26. 【請求項２６】 前記第１の硬化層の表面を研磨処理し
    たことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記
    載のチタン、あるいはチタン合金製食器。