JP2001295074A - 硬化層が形成された装飾部材およびその製造方法 - Google Patents

硬化層が形成された装飾部材およびその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 表面から任意の深さで硬化層が形成された装
飾部材の表面に、より高い表面硬度を与え、かつ装飾的
価値を高める。 【解決手段】 硬化層が形成された部材表面の上に、硬
質被膜が被覆されることを特徴とする。硬化層は部材に
窒素原子、酸素原子、炭素原子を固溶させる。例えば浸
炭処理等により炭素原子を固溶させる。硬化層の上に更
に硬質被膜である炭化物、酸化物、窒化物が被覆された
装飾部材である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、表面から任意の深
さで硬化層が形成された装飾部材と、その製造方法に関
する。
【0002】
【従来の技術】装飾部材、たとえば腕時計のバンド、ベ
ゼル、ケース、裏蓋、中留、文字板などの外装部材に
は、ステンレス鋼、チタン鋼、あるいはチタン合金鋼が
用いられる。特に、ステンレス鋼としては、耐食性と装
飾性に優れるオーステナイト系ステンレス鋼が多用され
る。たとえば、オーステナイト系ステンレス鋼であるS
US316系材、あるいはSUS304系材より成る板
材に冷間鍛造を施す。さらに、任意に切削加工や孔開け
加工を施し、腕時計バンドの駒の形状に仕上げる。そし
て、このようにして得られる駒と駒とを連結してバンド
を完成させる。
【0003】近年、かかるオーステナイト系ステンレス
鋼の優れた耐食性を維持したまま、そのステンレス鋼表
面を硬質化させる技術が試みられている。たとえば、特
開平9−71854号公報、特開平9−268364号
公報、および特開平9−302456号公報に開示され
た技術では、オーステナイト系ステンレス鋼に、フッ素
系ガス雰囲気下で300〜500℃というような低温で
フッ化処理を施す。よって、不動態皮膜を炭素原子の浸
透が容易なフッ化皮膜に変化させる。その後、浸炭性ガ
ス雰囲気下で400〜500℃というような低温でオー
ステナイト系ステンレス鋼にガス浸炭処理を施す。さら
に酸洗処理または機械的研磨(たとえばバレル研磨)を
施す。
【0004】このようにして得られた部材、たとえば腕
時計のバンドは、耐食性を維持したまま、表面から5〜
50μmの深さで硬質な硬化層、すなわち浸炭層が形成
される。よって、部材は美しい鏡面を呈すると共に、そ
の鏡面の表面硬度はビッカース硬度(HV)で500〜
700というステンレス鋼では得られない高い硬度を有
する。このように表面が硬質化された装身具は、傷つき
にくいため、長い間にわたり美観を維持できるという利
点があった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように表面が硬質化されたステンレス部材であっても、
鋭利で大きな外力が負荷されると傷つくことがあった。
よって、より高い表面硬度が望まれていた。
【0006】また、腕時計の外装部材やブレスレットな
どにおいては、装身具として、他の装飾品と同じく装飾
的な価値を求められる。そのために、このような装身具
の表面には、しばしば装飾的な被膜が被覆される。装飾
的な被膜としては、湿式メッキ法によって被覆される金
合金被膜などが広く使われる。しかしながら、これらの
金合金被膜は軟らかく、傷つきやすい。よって、硬質化
された装身具の表面に、このような軟らかい金合金被膜
を被覆しても、金合金被膜に傷がつくため、装飾品とし
ての美観を損ねてしまう。故に、表面を硬質化したとい
う利点が生かされないという問題があった。
【0007】本発明の目的は、表面から任意の深さで硬
化層が形成された装飾部材の表面に、より高い表面硬度
を与えることにある。また、本発明の別の目的は、表面
から任意の深さで硬化層が形成された装飾部材の表面
に、表面硬度を低下させずに、金色をはじめ、様々な色
調を与えることにある。また、本発明の別の目的は、上
記の目的を達する製造方法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、「表面から任意の深さで固溶原子が固
溶された硬化層が形成された装飾部材であって、部材表
面の上に、硬質被膜が被覆されること」を特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】(硬化層の具体的説明)まず、実
施例に先立って、本発明に係る硬化層について具体的に
説明する。以下、本発明に係る装飾部材としては、具体
的には、ステンレス鋼、チタン金属、チタン合金などが
挙げられる。ステンレス鋼としては、特にオーステナイ
ト系ステンレス鋼が好ましく用いられる。また、チタン
金属とは、純チタンを主体とする金属材料を意味し、J
IS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。そして、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。
【0010】本発明においては、上記のような装飾部材
の表面に固溶原子を固溶させて硬化層が形成される。固
溶原子としては、炭素原子、窒素原子および酸素原子か
らなる群から選ばれる少なくとも1種の原子が用いられ
る。ステンレス鋼、たとえばオーステナイト系ステンレ
ス鋼に炭素原子を固溶させる。あるいは、ステンレス鋼
に窒素原子と酸素原子を固溶させる。チタンあるいはチ
タン合金に窒素原子と酸素原子を固溶させても良い。ま
た、チタンあるいはチタン合金に炭素原子を固溶させて
も良い。
【0011】硬化層は、装飾部材の表面から5〜50μ
mの深さにわたって形成することが好ましい。硬化層の
鏡面の表面硬度は、ビッカース硬度(HV)で500以
上であることが好ましい。
【0012】本発明において、たとえばチタン金属を含
まないオーステナイト系ステンレス鋼からなる装飾部材
に、硬化層として浸炭層を形成する場合、以下のような
工程を経ることが好ましい。
【0013】(1)フッ化処理 浸炭層を形成する前に、フッ素系ガス雰囲気下に100
〜500℃、好ましくは150〜300℃で、装飾部材
にフッ化処理を施すことが好ましい。このオーステナイ
ト系ステンレス鋼は、たとえばFe−Cr−Ni−Mo
系ステンレス、Fe−Cr−Mn系ステンレスなどが挙
げられる。本発明で用いられるオーステナイト系ステン
レスとしては、浸炭硬化層深さおよび価格の面からは、
Ni含有量が出来るだけ小さい安定型のステンレスが望
ましい。耐食性の面からは、Ni含有量が多く、しか
も、有価元素であるMoを1.5〜4重量%程度含有す
るステンレスが望ましい。また、最も好適なオーステナ
イト系ステンレスとしては、クロム含有量が15〜25
重量%で、常温で加工してもオーステナイト相の安定な
安定型ステンレスに、Moを1.5〜4重量%添加した
ものが挙げられる。
【0014】上記のフッ化処理に際して用いられるフッ
素系ガスとしては、具体的には、NF3、CF4、S
4、C26、BF3、CHF3、HF、SF6、WF6
SiF4、C13などのフッ素化合物ガスが挙げられ
る。これらのフッ素化合物ガスは、1種単独で、あるい
は2種以上組み合わせて用いることができる。また、こ
れらのガス以外に、分子内にフッ素を含む他のフッ素化
合物ガスも上記フッ素系ガスとして用いることができ
る。さらにまた、このようなフッ素化合物ガスを熱分解
装置で熱分解させて生成させたF2ガス、あるいは予め
調製したF2ガスも上記フッ素系ガスとして用いること
ができる。このようなフッ素化合物ガスとF2ガスと
は、任意に混合して用いられる。
【0015】上記フッ素化合物ガス、F2ガス等のフッ
素系ガスは、それぞれ1種単独で用いることもできる
が、通常は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスで
希釈されて使用される。このような希釈されたガスにお
けるフッ素系ガス自身の濃度は、通常10,000〜1
00,000容量ppm、好ましくは20,000〜7
0,000容量ppm、さらに好ましくは30,000
〜50,000容量ppmである。本発明で最も好まし
く用いられるフッ素系ガスは、NF3である。NF3は、
常温でガス状であり、化学的安定性が高く、取り扱いが
容易である。このNF3ガスは、通常、窒素ガスと組み
合わせて上記の濃度範囲内で用いられる。
【0016】本発明におけるフッ化処理は、たとえば所
定の形状に加工した装飾部材を、上記濃度のフッ素系ガ
ス雰囲気下に、100〜500℃の温度で行なわれる。
フッ化処理時間は、処理物の種類・大きさ等により異な
るが、通常は、十数分から数時間である。
【0017】このようなフッ化処理を行なうことによ
り、装飾部材表面に、炭素原子の浸透性が良好なフッ化
被膜を形成することができる。よって、次に行なわれる
硬化処理としてのガス浸炭処理により、ステンレス鋼表
面から内部に炭素原子が浸透拡散し、浸炭硬化層を容易
に形成することができる。
【0018】(2)ガス浸炭処理 上記のフッ化処理が施された装飾部材に、一酸化炭素を
含む浸炭性ガス雰囲気下に、400〜500℃、好まし
くは400〜480℃でガス浸炭処理を施す。この浸炭
処理の際に用いられる浸炭性ガスとしては、炭素源ガス
として一酸化炭素を用い、通常、この一酸化炭素と水
素、二酸化炭素、窒素の混合ガスの形で用いられる。
【0019】本発明では、ガス浸炭処理温度を400〜
500℃という低温にすることにより、浸炭硬化層中に
Cr23C6 等の結晶質のクロム炭化物が析出せず、オ
ーステナイト系ステンレス鋼中のクロム原子が消費され
ない。よって、浸炭硬化層の優れた耐食性を維持するこ
とができる。また、浸炭処理温度が低温であるため、こ
の浸炭処理により、Cr236、Cr73、Cr32
の結晶質のクロム炭化物の粗大化も起こらず、しかも、
ステンレス鋼内部の軟化による強度低下も少ない。
【0020】このようなガス浸炭処理法によれば、オー
ステナイト系ステンレス鋼からなる装飾部材の表面に浸
炭硬化層(炭素の拡散浸透層)が均一に形成される。し
かも、上記ガス浸炭処理により結晶質のクロム炭化物が
生成せず、母材中のクロム原子を消費しないことから、
浸炭硬化層は、オーステナイト系ステンレス鋼が本来有
している優れた耐食性と同程度の耐食性を保持する。ガ
ス浸炭処理後の装飾部材の表面には、主としてステンレ
ス鋼中のFeとCが共存する層、おそらくはFe2O3な
どの鉄の酸化物を含む「黒皮」が形成される。
【0021】(3)酸洗処理 次いで、上記のガス浸炭処理が施された時計外装部品用
母材に、酸洗処理を施す。具体的には、時計外装部品用
母材を酸性溶液に浸漬する。この酸洗処理で用いられる
酸性溶液としては、特に限定されるものではなく、たと
えばフッ酸、硝酸、塩酸、硫酸、フッ化アンモニウムな
どが用いられる。これらの酸は、単独で用いることがで
きるが、フッ化アンモニウムと硝酸との混合液、硝酸と
フッ酸との混合液、硝酸と塩酸との混合液、硫酸と硝酸
との混合液として用いることもできる。
【0022】これらの酸性溶液の濃度は、適宜決定され
るが、たとえば硝酸と塩酸との混合液では、硝酸濃度が
15〜40重量%程度、塩酸濃度が5〜20重量%程度
であることが好ましい。また、硝酸溶液の濃度は10〜
30重量%程度が好ましい。また、これらの酸性溶液
は、常温で用いることができるし、高温で用いることも
できる。
【0023】さらに、酸洗処理として、硝酸、硫酸等の
電解溶液を使用して電解処理を行なってもよい。酸性溶
液への浸漬時間は、酸性溶液の種類にもよるが、通常は
約15〜90分程度である。この酸洗処理により、時計
外装部品用母材の表面に形成された浸炭処理に起因する
黒皮に含まれている鉄が酸化溶解し、黒皮が除去される
が、この酸洗処理のみでは、黒皮を完全に除去すること
はできない。しかも、ガス浸炭処理により形成された浸
炭硬化層の表面は、酸性溶液への浸漬により鉄が溶解
し、粗面化される。
【0024】(4)水洗処理 次いで、上記酸洗処理後、時計外装部品用母材に水洗処
理を施す。この水洗処理により、時計外装部品用母材か
ら剥離しかかっている黒皮を洗い流すとともに、時計外
装部品用母材に付着している酸性溶液を完全に洗い流
し、酸性溶液による浸炭硬化層の粗面化がさらに進行し
ないようにする。上記の酸洗処理および水洗処理によ
り、時計外装部品用母材の表面に形成された黒皮を完全
に除去することはできない。
【0025】(5)研磨処理 次いで、水洗処理された時計外装部品用母材の表面をバ
レル研磨する。具体的には、時計外装部品用母材をバレ
ル研磨装置のバレル槽の内部に設置し、研磨媒体として
好ましくはクルミのチップとアルミナ系研磨材をバレル
槽内に入れる。そして、約10時間かけてバレル研磨を
行ない、浸炭硬化層の最表面に形成された粗い面と、残
っている黒皮を研磨する。
【0026】上記の酸洗処理、水洗処理およびバレル研
磨を併用することにより、時計外装部品用母材の表面に
形成された黒皮を完全に除去することができる。この時
計外装部品用母材が複雑な形状を成していても、この黒
皮を完全に除去することができる。また、このバレル研
磨により、時計外装部品用母材の表面を鏡面とすること
ができる。
【0027】なお、バレル研磨に代えてバフ研磨を行な
うと、時計外装部品用母材の表面に形成された黒皮を完
全に除去することは非常に困難である。かかるバレル研
磨後の浸炭層の表面硬度(HV)は、50g荷重で50
0以上あれば、時計外装部品の硬さとしては充分であ
る。好ましくは50g荷重で600以上あればよい。
【0028】本発明においては、バレル研磨した時計外
装部品用母材の表面を、さらにバフ研磨してもよい。か
かるバフ研磨後の浸炭層の表面硬度(HV)は、50g
荷重で500以上あれば、時計外装部品の硬さとしては
充分である。好ましくは50g荷重で600以上あれば
よい。
【0029】以下、本発明を実施例により説明するが、
本発明は、これらの実施例に何ら限定されるものではな
い。
【0030】(実施例1)オーステナイト系ステンレス
鋼であるSUS316系材から成る母材に、熱間鍛造、
冷間鍛造、切削加工、孔開け加工などを施し、腕時計の
バンドの駒を作製した。次いで、各駒に穿設されたピン
孔に連結部品を挿入し、複数の駒と駒とを互いに回動可
能に連結し、かかる駒の表面をバフ研磨などで研磨して
鏡面に仕上げ、腕時計のバンドを完成した。
【0031】なお、この多数の駒を連結して成る腕時計
のバンドの幾つかの駒は、携帯者の手首の太さに合わせ
てバンドの長さを調整できるように、隣接する駒から取
り外し可能な駒、いわゆる長さ調整用駒である。長さ調
整用駒以外の駒は、隣接する駒から容易に分離できない
ように連結される駒である。また、連結部品として、長
さ調整用駒に用いられる連結部品(長さ調整用ピン)
と、その他の駒に用いられる連結部品(連結ピンと割パ
イプ、ローレットピン)を使用した。
【0032】次いで、この腕時計のバンドを、金属製の
マッフル炉内に装入した後、480℃まで昇温した。次
いで、フッ素系ガス(5容量%のNF2と95容量%の
2との混合ガス)をマッフル炉内に15分間吹き込
み、フッ化処理を行なった。次いで、フッ素系ガスを排
出した後、浸炭性ガス(10容量%のCOと、20容量
%のH2と、1容量%のCO2と、69容量%のN2との
混合ガス)を吹き込み、480℃で12時間保持して浸
炭処理を行なった後、バンドをマッフル炉より取り出し
た。
【0033】取り出した浸炭処理後のバンドの表面に黒
皮が形成されていた。次いで、このバンドを、フッ化ア
ンモニウム3〜5容量%と硝酸2〜3容量%を含む酸性
水溶液に20分間浸漬した。この酸洗処理により、バン
ドの駒表面に形成されていた黒皮中に含まれている鉄が
酸化溶解し、黒皮の大部分は除去されていた。また、互
いに隣接する駒と駒における相対する面や、ピン孔の内
壁、さらに駒と駒とを連結する連結部品である、連結ピ
ン、割パイプ、長さ調整用ピンにも、黒皮は観察されな
かった。
【0034】しかしながら、バンドの駒の表面、すなわ
ち、浸炭処理により形成された浸炭層の表面は、酸性水
溶液への浸漬により鉄が溶解し、粗い面となっていた。
次いで、酸洗処理されたバンドを水洗した。次いで、水
洗したバンドをバレル研磨装置のバレル槽の内部に設置
し、研磨媒体として、くるみのチップとアルミナ系研磨
剤をバレル槽内に入れた。そして、約10時間かけてバ
レル研磨を行ない、駒の浸炭層の最表面に形成された粗
い面を研磨した。これにより、浸炭層の表面から1〜2
μmの深さの領域が除去され、駒の表面、すなわち浸炭
層の最表面が鏡面となった。
【0035】以上の工程により、得られた鏡面を呈する
腕時計バンドは、耐傷付き性に優れ、SUS316系材
が本来有している優れた耐食性と同等の耐食性を保持し
ていた。浸炭層の表面硬度(HV)は、50g荷重で7
00に達した。
【0036】このように、予め多数の駒をまとめてバン
ドの形態にしてから、フッ化処理、ガス浸炭処理、酸洗
処理、水洗処理およびバレル研磨処理を行なうので、こ
れらの処理工程における駒の取り扱いが容易で生産性に
優れる。処理作業にかかる人手と時間が削減され、処理
コストを安価にすることができる。
【0037】また、連結部品も浸炭処理されるため、連
結部品の表面から数十μmの深さの領域に硬質な浸炭層
が形成された。その結果、連結部品の硬度が高くなり、
バンドの長手方向に沿ってバンドが引っ張られても、連
結ピンや長さ調整用ピンが曲がったり、折れたりしにく
くなった。
【0038】しかしながら、連結ピンや長さ調整用ピン
などの連結部品は、各駒に穿設されたピン孔内に留まっ
ているので、酸洗処理や研磨処理を施しても、連結部品
に形成された黒皮は除去しにくい。酸洗処理や研磨処理
の後、なお連結部品に黒皮が残存するときは、黒皮が残
存する連結部品を新しい連結部品と交換すれば良い。す
ると、連結部品のみ浸炭層が形成されていないバンドを
得る。
【0039】特に、連結部品のうち、長さ調整用ピンに
黒皮が残存すると、このピンが駒より抜けにくくなる。
すると、携帯者の手首の太さに合わせてバンドの長さを
調整することが困難になる。この場合、連結部品のう
ち、長さ調整用の連結部品のみを新しい部品と交換すれ
ば良い。すると、長さ調整用の連結部品のみ浸炭層が形
成されていないバンドを得る。
【0040】次に、各駒の浸炭層の上に、金色色調の硬
質被膜を被覆する。この説明には図1が参照される。図
に示す通り、バンドの駒1の表面に形成された浸炭層2
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窒化チタンから成
るTiN被膜3が被覆される。
【0041】TiN被膜3の形成方法を説明する。ま
ず、浸炭層2が形成されたバンド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。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かまわないので、その説明は図面を
含めて省略する。
【0042】次いで、装置内を1.0×10-5Torr
まで排気した後、不活性ガスとしてアルゴンガスを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。同時にバンドに−
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。
【0043】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電子銃でプラズマを
発生させた後、チタンを10分間蒸発させて、バンドの
表面全体、すなわちち駒1の浸炭層2の上にTiN被膜
3を0.5μmの膜厚で形成した。
【0044】このようにして得られたバンドは、TiN
被膜3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、バンドの装飾的な
価値をさらに高めることができた。また、このTiN被
膜3を被覆した駒1の表面硬度(HV)は、50g荷重
で800に達した。TiN被膜3を被覆した駒1は、優
れた耐摩耗性、耐食性、耐擦傷性を備えていた。このよ
うに、浸炭層2より硬質な被膜3を被覆することによ
り、表面硬化処理を施した駒1が、さらに傷つきにくく
なった。
【0045】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、スパッタリング法や真
空蒸着法などの公知の手段を用いることができる。
【0046】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。
【0047】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ZrN
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、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、被覆にかかる時間
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0.1〜10
μmの範囲、さらに好ましくは0.2〜5μmの範囲に
制御される。
【0048】(実施例2)実施例1と同じ方法によって
浸炭層が形成された駒の上に、実施例1とは異なる色調
の硬質被膜を被覆する。この説明には図2が参照され
る。図に示すように、バンドの駒1の表面に形成された
浸炭層2の上に、乾式メッキ法によって、白色色調の硬
質被膜として炭化チタンから成るTiC被膜4が被覆さ
れる。乾式メッキ法の1つであるイオンプレティーング
法を用いて、エチレンガス雰囲気中でチタンを蒸発さ
せ、バンドの駒1の表面にTiC被膜4を被覆した。そ
の他の被覆条件は、実施例1に準じた。
【0049】このようにして得られたバンドは、TiC
被膜4の被覆により、均一な白色色調を呈した。これに
より、バンドの装飾的な価値をさらに高めることができ
た。また、TiC被膜4を被覆した駒1の表面硬度(H
V)は、50g荷重で800に達した。TiC被膜4T
iN被膜3を被覆した駒1は、優れた耐摩耗性、耐食
性、耐擦傷性を備えていた。このように、浸炭層2より
硬質な被膜4を被覆することにより、表面硬化処理を施
した駒1が、さらに傷つきにくくなった。
【0050】(実施例3)実施例1と同じ方法によって
浸炭層が形成された駒の上に、黒色色調の硬質被膜とし
て炭素硬質被膜を被覆する。炭素硬質被膜は、ダイヤモ
ンドに似た優れた特性を備えることから、ダイヤモンド
・ライク・カーボン(DLC)として、広く知られてい
る。この説明には図3が参照される。図に示すように、
バンドの駒1の表面に形成された浸炭層2の上に、乾式
メッキ法によって黒色の炭素硬質被膜5が被覆される。
【0051】炭素硬質被膜5の形成方法は、例えば以下
の通りである。まず、浸炭層2が形成されたバンドをイ
ソプロピルアルコール等の有機溶剤で洗浄し、真空装置
内に配置した。そして、高周波プラズマCVD法を用い
て、以下の条件にしたがって、浸炭層2の上に炭素硬質
被膜5を2μm形成した。 〔形成条件〕 ガス種 :メタンガス 成膜圧力 :0.1Torr 高周波電力 :300ワット 成膜速度 :毎分0.1μm このようにして、炭素硬質被膜5が浸炭層2の上に密着
良く被覆された。
【0052】このようにして得られたバンドは、炭素硬
質被膜5の被覆により均一な黒色色調を呈した。これに
より、バンドの装飾的な価値をさらに高めることができ
た。また、この炭素硬質被膜5を被覆した駒1の表面硬
度(HV)は、3000から5000に達した。このよ
うに、浸炭層2より硬質な被膜5を被覆することによ
り、表面硬化処理を施した駒1が、さらに傷つきにくく
なった。
【0053】炭素硬質被膜5の膜厚は、好ましくは0.
1〜5μmの範囲、さらに好ましくは0.5〜3μmの
範囲に制御される。また、炭素硬質被膜4を被覆するに
は、RFP−CVD法の他に、DCプラズマCVD法や
ECR法などの様々気相成膜法を用いることができる。
また、イオンビーム法、スパッタリング法、あるいはイ
オンプレティーング法などの物理蒸着法を採用してもよ
い。
【0054】また、図4に示すように、浸炭層2と炭素
硬質被膜5との間に中間層被膜6を形成すると、炭素硬
質被膜5が駒1の表面にさらに強く密着するので好まし
い。中間層6の形成方法は、例えば以下の通りである。
乾式メッキ法、たとえばスパッタリング法により、チタ
ン被膜であるTi被膜6aを浸炭層2の上に0.1μm
被覆した。さらに、スパッタリング法により、シリコン
被膜であるSi被膜6bをTi被膜6aの上に0.3μ
m被覆した。その後、たとえば、高周波プラズマCVD
法を用いて、前述の条件にしたがって、炭素硬質被膜5
をSi被膜6bの上に2μm被覆すれば良い。
【0055】上記のTi被膜6aは、クロム(Cr)被
膜に代えることができる。また、上記のSi被膜6b
は、ゲルマニウム(Ge)被膜に代えることができる。
中間層としては、このような積層被膜の他にも、IVa
族、あるいはVa族金属の炭化物の単層を被覆しても良
い。特に、過剰な炭素を含有する炭化チタンの被膜は、
炭素硬質被膜との密着強度が高いので好ましい。
【0056】(実施例4)実施例1と同じ方法によって
浸炭層が形成された駒の表面の一部分に、金色色調の硬
質被膜が被覆される。この説明には図5から7が参照さ
れる。図7に示す通り、バンドの駒1の表面の一部分
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、金色色調の硬質被膜として窒化チタンから成
るTiN被膜7が被覆される。
【0057】以下、金色のTiN被膜7の部分的形成方
法について説明する。まず、図5に示すように、浸炭層
2が形成された駒1それぞれ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8を形成した。次
に、マスキング層8を形成したバンドの駒1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。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かまわないので、
その説明は図面を含めて省略する。
【0058】次いで、装置内を1.0×10-5Torr
まで排気した後、不活性ガスであるアルゴンガスを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。同時にバンドの駒
1それぞれに−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。
【0059】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分間蒸発させてた。よ
って、図6に示すように、バンドの駒1それぞれの硬化
層2の表面にTiN被膜7、およびマスキング層8の表
面にTiN被膜7aを共に0.5μmの膜厚で形成し
た。
【0060】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8を膨潤
させ、リフトオフ法により、マスキング層8およびその
上に積層されたTiN被膜7aを剥離した。よって、図
7に示すように、TiN被膜7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ステンレ
ス鋼の銀白色を呈する部分とを有するバンドの駒を得
た。これにより、バンドの装飾的価値をさらに高めるこ
とができた。
【0061】なお、マスキング手段としては、本実施例
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、予め駒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
せられていた駒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。
【0062】また、本実施例では、駒1の表面に部分的
に被覆される硬質被膜として窒化チタン被膜を用いた例
で説明した。しかしながら、実施例1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、窒炭酸化物を採用できる。特に、実
施例2で用いた炭化チタン被膜を、駒1の表面に部分的
に被覆することができる。すると、炭化チタン被膜が被
覆された白色色調を呈する部分と、炭化チタン被膜が被
覆されていないステンレス鋼の銀白色を呈する部分とを
有する駒を得る。あるいは、実施例3で用いた炭素硬質
被膜を、部分的に被覆される硬質被膜として採用しても
良い。すると、炭素硬質被膜が被覆された黒色色調を呈
する部分と、炭素硬質被膜が被覆されていないステンレ
ス鋼の銀白色を呈する部分とを有する駒を得る。
【0063】(実施例5)実施例1と同じ方法によって
浸炭層が形成された駒の表面に、金色色調の硬質被膜が
被覆される。さらに、金色の硬質被膜の上に金合金被膜
被膜が被覆される。この説明には図8が参照される。図
に示す通り、浸炭層2が形成された駒1の表面に、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、金色の硬質被膜である窒化チタンから成るTiN被
膜9が被覆される。TiN被膜9の上に、金合金被膜と
しての金−チタン合金被膜10が被覆される。
【0064】以下、本実施例におけるTiN被膜9と金
−チタン合金被膜10の形成方法を説明する。まず、浸
炭層2が形成されたバンド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。イオンプレティーング装置は、一般に使用され
ているものでかまわないので、その説明は図面を含めて
省略する。次いで、装置内を1.0×10-5Torrま
で排気した後、不活性ガスであるアルゴンガスを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。同時にバンドの駒
1それぞれに−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。
【0065】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、駒1の表面全体にTiN被膜9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1.0×10-3Tor
r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−チタン合金被膜10を形成した。そして、金
−チタン合金被膜10の厚みが0.3μmになったとこ
ろで金−チタン混合物の蒸発を止めた。
【0066】このようにして得られバンドの駒は、均一
な金色色調を呈した。これにより、バンドの装飾的な価
値を高めることができた。また、最外層被膜に金−チタ
ン合金被膜10を被覆したことにより、TiN被膜9よ
りさらに暖かみのある金色色調を呈するバンドを得た。
これにより、バンドの美観をさらに高めることができ
た。
【0067】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、本実施例においては、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。TiN
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。
【0068】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、装身具として
のバンドの美観、及び装飾的価値を維持することができ
る。
【0069】また、本実例では、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、
上記した金−チタン合金層以外にも、Al、Si、V、
Cr、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、Z
r、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、I
n、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。
【0070】しかしながら、上記の組み合わせから選ば
れるいくつかの金合金被膜を被覆した装身具が皮膚に接
触すると、汗などの電解溶液により金属イオンが溶出す
る。すると、装身具が接触する皮膚に金属アレルギーを
引き起こす可能性がある。特に、溶出されるニッケルイ
オンは、金属アレルギーの症例が最も多い金属イオンと
して知られている。逆に、鉄は、金属アレルギーの症例
が極めて少ない金属である。チタンに関する金属アレル
ギーの症例は、未だ報告されていない。よって、金属ア
レルギーを考慮するならば、最外層被膜に用いる金合金
被膜としては、金−鉄合金、あるいは金−チタン合金が
好ましい。
【0071】(実施例6)さらに、実施例4に記載し
た、浸炭層が形成された駒の表面に部分的に被覆された
金色色調の硬質被膜の上のみに、実施例5に記載した金
合金被膜を被覆しても良い。この例を図9と10に示
す。
【0072】以下、金色色調の硬質被膜として窒化チタ
ンから成るTiN被膜11、および金合金被膜として金
−チタン合金被膜12を部分的に形成する方法について
簡単に説明する。浸炭層2が形成された駒1それぞれの
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13を形成した。次に、マスキング層13を形成し
たバンドの駒1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。
【0073】次に、乾式メッキ法の1つであるイオンプ
レティーング法を用いて、バンドの駒1の浸炭層2の表
面、およびマスキング層13の表面にTiN被膜11、
11aを0.5μmの膜厚で形成した。次いで、TiN
被膜11、11aの上に金−チタン合金被膜12、12
aを0.3μmの膜厚で形成した。
【0074】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って、マスキング層13
を膨潤させ、リフトオフ法により、マスキング層13お
よびその上に積層されたTiN被膜11a、および金−
チタン合金被膜12aを剥離した。よって、 TiN被
膜11と金−チタン合金被膜12が被覆された金色色調
を呈する部分と、それらがの被膜が被覆されていないス
テンレス鋼の銀白色を呈する部分とを有するバンドを得
た。
【0075】本実施例においても、実施例5に記載した
ように、窒化チタン被膜以外の様々な硬質被膜を採用で
きる。また、金−チタン合金層以外にも、様々な金合金
層を採用できる。
【0076】(実施例7)実施例1と同じ方法によって
浸炭層が形成された駒の表面に、第1の硬質被膜が被覆
される。さらに、第1の硬質被膜の表面に一部分に、第
1の硬質被膜とは異なる色調の第2の硬質被膜が被覆さ
れる。この説明には図11から13が参照される。
【0077】図11に示すように、実施例1と同じ方法
によって、浸炭層2が形成された駒1の表面に、第1の
硬質被膜である金色色調の窒化チタンから成るTiN被
膜3を被覆した。TiN被膜3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
ングインクを印刷するなどして、マスキング層13を形
成した。
【0078】次いで、図12に示すように、実施例2と
同じ方法によって、TiN被膜3の表面に、第2の硬質
被膜である白色色調の炭化チタンから成るTiC被膜1
4を、マスキング層13の表面にTiC被膜14aを被
覆した。
【0079】次いで、剥離溶液によりマスキング層13
を膨潤させ、リフトオフ法により、マスキング層13お
よびその上に積層されたTiC被膜14aを剥離した。
よって、図13に示すように、金色のTiN被膜3の表
面の一部分に、白色のTiC被膜14が積層された。こ
のようにして、TiN被膜3に被覆された金色色調を呈
する部分と、TiC被膜14が被覆された白色を呈する
部分とを有するバンドの駒を得た。これにより、バンド
の装飾的価値をさらに高めることができた。また、浸炭
層2より硬質な被膜13と14を被覆することにより、
表面硬化処理を施した駒1が、さらに傷つきにくくなっ
た。
【0080】本実施例における硬質被膜として、実施例
5に記載したように、窒化チタンや炭化チタン被膜以外
の様々な硬質被膜を採用できる。あるいは、第1の硬質
被膜と第2の硬質被膜のいずれかを、実施例3に記載し
た炭素硬質被膜とすることができる。また、それらの被
膜の種類に合わせて、マスキング層13と剥離溶液の種
類は適宜選択できる。
【0081】また、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、第
1の硬質被膜と第2の硬質被膜を共にMNx被膜とする
こともできる。この場合、第1の硬質被膜における窒化
度を示すxの値と、第2の硬質被膜におけるxの値が異
なるように被覆すれば、第1の硬質被膜と第2の硬質被
膜の色調が異なるように被覆できる。炭化物、酸化物、
窒炭化物、窒炭酸化物についても同様である。
【0082】(実施例8)実施例1と同じ方法によって
浸炭層が形成された駒の表面の一部分に、第1の硬質被
膜が被覆される。さらに、駒の表面の他の一部分に、第
1の硬質被膜とは異なる色調の第2の硬質被膜が被覆さ
れる。この説明には図14から16が参照される。
【0083】図14に示すように、実施例4と同じ方法
によって、浸炭層2が形成された駒1の表面の一部分
に、第1の硬質被膜である金色色調の窒化チタンから成
るTiN被膜7を被覆した。TiN被膜7の表面、およ
びそれと連続する駒1の表面の所望の一部分に、マスキ
ング層15を形成した。
【0084】次いで、図15に示すように、実施例2と
同じ方法によって、TiN被膜7、マスキング層15、
および残された駒1の表面に、第2の硬質被膜である白
色色調の炭化チタンから成るTiC被膜16をを被覆し
た。
【0085】次いで、剥離溶液によりマスキング層15
を膨潤させ、リフトオフ法により、マスキング層15お
よびその上に積層されたTiC被膜16を剥離した。よ
って、図16に示すように、TiN被膜7に被覆された
金色色調を呈する部分と、TiC被膜16が被覆された
白色を呈する部分と、駒1の表面が露出した部分とを有
する3色のバンドの駒を得た。これにより、バンドの装
飾的価値をさらに高めることができた。
【0086】第1の硬質被膜と第2の硬質被膜の選択
肢、あるいは剥離溶液やマスキング層の選択肢は、実施
例7の記載に準ずる。また、第1の硬質被膜と第2の硬
質被膜のいずれか、あるいは双方の上に、実施例5に記
載した金合金被膜被膜を被覆すしても良い。
【0087】なお、上記の実施例2、および4から8で
は乾式メッキ法としてイオンプレティーング法を用いた
が、スパッタリング法や真空蒸着法などの公知の被覆手
段を用いることができる。
【0088】また、上記のすべての実施例において、腕
時計のバンドの駒を例に挙げた。しかしながら、本発明
は、腕時計のケースのように、機械的、あるいは電子的
な駆動機構を収納するものにも適用できる。また、本発
明は他のあらゆる装飾部材にも適用できる。
【0089】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、表
面から任意の深さで硬化層が形成された装飾部材の表面
に、より高い表面硬度を与えることができる。また、本
発明によれば、表面から任意の深さで硬化層が形成され
た装飾部材の表面に、表面硬度を低下させずに、金色を
はじめ、様々な色調を与えて、装飾的価値を高めること
ができる。また、それらの装飾部材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】本発明の実施例1におけるバンドの駒の構造を
示す模式図である。
【図2】本発明の実施例2におけるバンドの駒の構造を
示す模式図である。
【図3】本発明の実施例3におけるバンドの駒の構造を
示す模式図である。
【図4】本発明の実施例3におけるバンドの駒の構造を
示す模式図である。
【図5】本発明の実施例4におけるバンドの駒の表面処
理工程を示す模式図である。
【図6】本発明の実施例4におけるバンドの駒の表面処
理工程を示す模式図である。
【図7】本発明の実施例4におけるバンドの駒の構造を
示す模式図である。
【図8】本発明の実施例5におけるバンドの駒の構造を
示す模式図である。
【図9】本発明の実施例6におけるバンドの駒の表面処
理工程を示す模式図である。
【図10】本発明の実施例6におけるバンドの駒の構造
を示す模式図である。
【図11】本発明の実施例7におけるバンドの駒の表面
処理工程を示す模式図である。
【図12】本発明の実施例7におけるバンドの駒の表面
処理工程を示す模式図である。
【図13】本発明の実施例7におけるバンドの駒の構造
を示す模式図である。
【図14】本発明の実施例8におけるバンドの駒の表面
処理工程を示す模式図である。
【図15】本発明の実施例8におけるバンドの駒の表面
処理工程を示す模式図である。
【図16】本発明の実施例8におけるバンドの駒の構造
を示す模式図である。
【符号の説明】
1 駒 2 浸炭層 3 TiN被膜 3 ヒ−タ− 4 TiC被膜 5 炭素硬質被膜 6 中間層 7 TiN被膜 8 マスキング層 9 TiN被膜 10 金−チタン合金被膜 11 TiN被膜 12 金−チタン合金被膜 13 マスキング層 14 TiC被膜 15 マスキング層 16 TiC被膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C23C 14/06 C23C 14/06 N 14/16 14/16 C Fターム(参考) 4K028 AA01 AB01 AB02 AB06 AC08 4K029 AA02 BA07 BA17 BA22 BA32 BA34 BA35 BA41 BA54 BA55 BA57 BA58 BA60 BB02 BC07 BD06 FA06 4K044 AA03 AA06 AB06 BA08 BA12 BA18 BB04 BB10 BC06 CA12 CA13

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 表面から任意の深さで固溶原子が固溶さ
    れた硬化層が形成された装飾部材であって、部材表面の
    上に、硬質被膜が被覆されることを特徴とする硬化層が
    形成された装飾部材。
  2. 【請求項2】 固溶原子は、炭素原子、窒素原子および
    酸素原子からなる群から選ばれる少なくとも1種の原子
    である請求項1に記載の硬化層が形成された装飾部材。
  3. 【請求項3】 装飾部材がステンレス、あるいはチタン
    からなる請求項1に記載の硬化層が形成された装飾部
    材。
  4. 【請求項4】 硬質皮膜が部材表面の色調とは異なる色
    調を呈する請求項1から3のいずれかに記載の硬化層が
    形成された装飾部材。
  5. 【請求項5】 硬質皮膜の表面硬度が部材の表面硬度よ
    り大きい請求項1から4のいずれかに記載の硬化層が形
    成された装飾部材。
  6. 【請求項6】 硬質被膜が、周期律表の4a、5a、6
    a族元素の窒化物、炭化物、酸化物、窒炭化物あるいは
    窒炭酸化物である請求項1から5のいずれかに記載の硬
    化層が形成された装飾部材。
  7. 【請求項7】 硬質被膜が、炭素硬質皮膜である請求項
    1から5のいずれかに記載の硬化層が形成された装飾部
    材。
  8. 【請求項8】 炭素硬質被膜と部材の表面の間に中間層
    が形成される請求項7に記載の装飾部材。
  9. 【請求項9】 中間層が、部材表面に形成されるTi、
    あるいはCrからなる下層と、該下層の表面に形成され
    るSi、あるいはGeからなる上層から成る請求項8に
    記載の硬化層が形成された装飾部材。
  10. 【請求項10】 少なくとも2種類の硬質被膜が、部材
    表面に被覆される請求項1から7のいずれかに記載の硬
    化層が形成された装飾部材。
  11. 【請求項11】 少なくとも2種類の硬質被膜が、部材
    表面に積層される請求項1から7のいずれかに記載の硬
    化層が形成された装飾部材。
  12. 【請求項12】 硬質被膜が、部材表面の一部分に被覆
    される請求項1から10のいずれかに記載の硬化層が形
    成された装飾部材。
  13. 【請求項13】 硬質被膜の上に金合金被膜が被覆され
    る請求項1から12のいずれかに記載の硬化層が形成さ
    れた装飾部材。
  14. 【請求項14】 金合金被膜が、Al、Si、V、C
    r、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Y、
    Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、I
    n、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請求項10に記
    載の硬化層が形成された装飾部材。
  15. 【請求項15】 表面から任意の深さで浸炭層が形成さ
    れたステンレスから成る部材であって、部材表面の上
    に、硬質被膜を被覆したことを特徴とする硬化層が形成
    された装飾部材の製造方法。
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