JP2007084855A - 黒色表面を有するチタン部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】、黒色表面を有するチタン部材を提供する。
【解決手段】本発明のチタン部材は、チタンまたはチタン合金からなり、所定の形状を有する本体２０と、２つの極大を有する粒度分布を持つ黒色微粒子２１、２２であって、前記本体の表面に固着された黒色微粒子２１、２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、着色されたチタン部材およびその製造方法に関し、特に黒色表面を有するチタン部材およびその製造方法に関する。

チタンは鉄に比べて、構造部材あるいは機能部材として必要な物性に優れている。具体的には、チタンの密度は鉄よりも小さく、比重に対する引っ張り強度などの強度が高い。また、ヤング率も鉄の半分程度であり、優れた弾性特性を示す。このため、チタンを用いることにより、軽くて強度が高く、弾性に富む構造部材や機能部材を形成することができる。また、チタンに種々の元素を添加し、チタン合金を形成することにより、これらの特性をさらに改善することが可能である。

こうした利点にもかかわらず、チタンあるいはチタン合金を用いる構造部材や機能部材は航空機やゴルフクラブのシャフトなど特殊な用途でしか用いられることはなかった。従来チタンやチタン合金を得るコストは鉄に比べ高かったからである。しかし、近年、低コストでチタン合金を製造する方法が開発され、チタン合金を構造部材や機能部材として用いる場合のコスト上の制約は解消しつつある。このため、上述したチタンの利点を生かし、さまざまな分野の製品にチタンおよびチタン合金を用いられてきている。

例えば、ノート型パーソナルコンピュータやＰＤＡ、携帯オーディオプレーヤーなどの小型電子機器の外装筐体に、チタンあるいはチタン合金が用いられてきている。また、自動二輪車のマフラやフレーム、自動車のホイールなどにチタンあるいはチタン合金が用いられるようになってきている。

こうした用途の部材においては、部材の表面に発色皮膜を生成することにより、装飾性を高めている。従来技術によるチタンの着色方法としては、大気酸化法および陽極酸化法が知られている。大気酸化法は、大気中においてチタン表面を加熱することにより、酸化皮膜を形成する。また、陽極酸化法は、直流電流または交流電流をチタン部材に印加しながらチタン表面に酸化膜を形成する。いずれの方法によっても、形成した酸化膜の厚さに応じた干渉色が得られる。また、特許文献１は放電加工によりチタン部材の表面を着色する方法を開示している。
特開平１０−２３０４１４号公報 山口英俊他、表面技術、４１、５（１９９０）、１００

しかしながら、従来の方法によれば、酸化皮膜の厚さを調整することにより、金色、青色、緑色および明るい灰色にチタン部材の表面を着色することは可能であったが、黒色表面を得ることはできなかった。

非特許文献１は、硫酸やフッ酸、塩酸、硝酸などを組み合わせて用いることによりチタン部材の表面に酸化皮膜を形成し、酸化皮膜の微細構造を制御することにより黒色あるいは明度の低い表面を得る方法を開示している。しかし、この方法では種々の強酸を用いる必要があるため、取り扱いが困難である。

また、従来の方法では、酸化膜の厚さや微細構造によって表面の色調を調整している。このため、部材が熱に曝される場合、熱によって酸化膜がさらに成長し、表面の色が変化したり、熱によって色むらが生じたりする可能性がある。

本発明はこのような従来技術の課題を解決し、黒色表面を有するチタン部材およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明のチタン部材は、チタンまたはチタン合金からなり、所定の形状を有する本体と、２つの極大を有する粒度分布を持つ黒色微粒子であって、前記本体の表面に固着された黒色微粒子とを備える。

ある好ましい実施形態において、前記本体は１００Ｈｖ以上３００Ｈｖ以下の硬度を有し、前記黒色微粒子は２０００Ｈｖ以上の硬度を有する。

ある好ましい実施形態において各黒色微粒子の少なくとも一部は前記表面から内部に埋め込まれている。

ある好ましい実施形態において、チタン部材は、透明微粒子をさらに含み、前記透明微粒子が表面に固着されている。

ある好ましい実施形態において前記透明微粒子の少なくとも一部は溶融することにより、前記本体の表面を覆っている。

ある好ましい実施形態において前記黒色微粒子が固着した前記表面のＣＩＥＬＡＢ色空間によるＬ＊の値は４５以下である。

ある好ましい実施形態において、チタン部材は、前記本体表面の前記黒色微粒子に覆われていない部分に形成された、チタンまたはチタン合金の酸化膜をさらに備える。

ある好ましい実施形態において前記黒色微粒子は、ＳｉＣ、Ｂ₄Ｃ、黒色酸化鉄の少なくともいずれか１つからなる粒子である。

ある好ましい実施形態において前記透明微粒子は、ガラスからなる。

本発明の自動二輪車用排気管は、上記いずれかに規定されるチタン部材を含む。

本発明の自動二輪車は、上記自動二輪車用排気管を備える。

本発明のチタン部材の製造方法は、チタンまたはチタン合金からなる本体へ第１の黒色微粒子を投射し、前記第１の黒色微粒子を前記本体の表面に固着させる工程（Ａ）と、前記第１の黒色微粒子より小さい粒径を有する第２の黒色微粒子を前記本体へ投射し、前記第２の黒色微粒子を前記本体の表面に固着させる工程（Ｂ）とを包含する。

ある好ましい実施形態において、チタン部材の製造方法は、前記工程（Ｂ）の後、前記本体を加熱する工程（Ｃ）をさらに包含する。

ある好ましい実施形態において前記工程（Ｃ）は、大気中において前記本体を４００℃以上の温度で加熱する。

ある好ましい実施形態において、チタン部材の製造方法は、前記工程（Ｂ）と（Ｃ）との間に前記本体へ透明微粒子を投射し、前記透明微粒子を前記本体の表面に固着させる工程（Ｄ）をさらに包含する。

ある好ましい実施形態において 前記本体は１００Ｈｖ以上３００Ｈｖ以下の硬度を有し、前記第１の黒色微粒子および第２の黒色微粒子は、２０００Ｈｖ以上の硬度を有する。

ある好ましい実施形態において前記第１の黒色微粒子は、１８０メッシュ以上８０メッシュ以下の粒径を有し、前記第２の黒色微粒子は、６００メッシュ以上２２０メッシュ以下の粒径を有する。

ある好ましい実施形態において前記第１および第２の黒色微粒子は、ＳｉＣ、Ｂ₄Ｃ、黒色酸化鉄の少なくともいずれか１つからなる。

ある好ましい実施形態において前記透明微粒子は、ガラスからなる。

本発明のチタン部材によれば、粒径の大きい黒色粒子および粒径の小さい黒色粒子をチタン部材の本体表面に固着させているため、黒色粒子によって本体表面を高い被覆率で覆うことができる。また、大きな黒色粒子を固着させることにより粒子による層を厚くすることができる。したがって、明度の低い黒色表面を有するチタン部材が実現する。

以下、図面を参照しながら、本発明によるチタン部材およびチタン部材の製造方法の実施形態を説明する。

本発明のチタン部材は、黒色表面を有するチタン部材が所望される種々の分野に用いることが可能である。具体的には、本発明のチタン部材は、自動車や自動二輪車、自転車、船舶などの輸送手段、ノート型パーソナルコンピュータやＰＤＡ、携帯オーディオプレーヤーなどの小型電子機器、眼鏡や腕時計、カメラ、装飾品など、種々の分野において好適に用いられる。

なお、本願発明のチタン部材が有する表面の黒色とは、無彩色の黒色に限られず、明度が一定以下の有彩色および無彩色を意味している。具体的には、本願発明における黒色は、ＣＩＥＬＡＢ色空間（ＣＩＥ１９７６Ｌ＊ａ＊ｂ＊色空間）におけるＬ＊の値が４５以下の色彩を全て含む。つまり、Ｌ＊の値が４５以下である限り、ａ＊およびｂ＊の値に特に限定はない。

図１は、本発明によるチタン部材１０の一部分の表面近傍における断面構造を模式的に示している。チタン部材１０は、本体２０と微粒子２１および２２とを備えている。本体２０は、チタンまたはチタン合金からなる。本体２０は、純チタンと一般的に分類される限り、チタン以外の微量元素を含んでいてもよい。また、チタン合金はどのような組成を有していてもよく、α合金、β合金およびα−β合金のいずれであってもよい。例えば、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、Ｔｉ−１．５Ａｌ、Ｔｉ−１５Ｖ−３Ｃｒ−３Ｓｎ−３Ａｌを本体２０に用いることができる。チタンまたはチタン合金の組成および形成方法などによって本体２０の硬度は異なるが、本体２０を構成するチタンまたはチタン合金は、ビッカース法による１００Ｈｖ以上３００Ｈｖ以下の硬度を有していることが好ましい。本体２０は、用途に応じた所定の形状を有し、表面２０ａを備えている。

微粒子２１および２２は黒色表面を有し、本体２０の表面２０ａに固着されている。微粒子２１および２２は本体２０の黒色表面が所望されている部分に固着されていればよく、本体２０表面の全体に微粒子２１および２２が固着されている必要はない。図１に示すように、微粒子２１および２２は、本体２０の表面２０ａから内部に埋め込まれていることによって本体２０に固着されていることが好ましい。以下において詳細に説明するように、微粒子２１および２２は、好ましくはショット材であり、微粒子２１および２２を本体２０の表面に向けて投射することによって、微粒子２１および２２が本体２０に埋没し、固着している。

微粒子２１は微粒子２２に比べて相対的に粒子径が大きい。つまり、本体２０の表面には大きさの異なる２つの黒色微粒子が固着されている。図３は、本体２０の表面に固着した微粒子２１および微粒子２２の粒度分布をまとめて示す模式的なグラフである。図３に示すように、粒度分布のグラフは２つの極大Ｍ１およびＭ２を有している。微粒子２２の粒度分布は極大Ｍ１（ピーク）を有し、微粒子２１の粒度分布は極大Ｍ２を有する。微粒子２１の平均粒径は１５０μｍ以上２５０μｍ以下であることが好ましく、微粒子２２の平均粒径は２４μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。微粒子２１および微粒子２２の平均粒径は、概ね投射する微粒子２１および微粒子２２の大きさに一致している。以下において詳細に説明するように、粒径の異なる２つの微粒子を投射することによって、本体２０の表面に多くの微粒子を固着させ、黒色表面を形成することができる。また、粒径の大きな微粒子２１を本体２０の表面から内部へ埋め込むことによって、黒色皮膜を本体２０の表面に厚く形成したのと同様の効果を得ることができ、表面の明度をより小さくすることができる。

微粒子２１および２２は黒色を有し、微粒子２１および２２の色がチタン部材１０の外観に表れるチタン部材１０の色となる。このため、微粒子２１および２２はＣＩＥＬＡＢ色空間におけるＬ＊の値が３０以下であることが好ましい。Ｌ＊の値が３０より大きい場合、微粒子２１および２２が本体２０の表面に固着しても本体の表面が十分黒くはならない。また、微粒子２１の色は熱によって変色しないことが好ましい。

微粒子２１および２２が投射によって本体２０の表面に固着するように、本体２０よりも十分大きな硬度を備えていることが好ましい。具体的には微粒子２１および２２は、２０００Ｈｖ以上であることが好ましい。また、投射の際、十分な運動エネルギが得られるように微粒子２１および２２の比重は大きいほうが好ましい。具体的には比重２．５以上の物質によって形成されていることが好ましい。硬度および比重がこれらの条件を満たさない場合、微粒子２１および２２が本体の表面から内部に埋没し、十分な強度で本体２０に固着しにくくなる。

このような条件を満たす微粒子として、黒色顔料、黒色研磨剤などを用いることができる。黒色顔料としては、コバルトおよびマンガンの酸化物（（Ｃｏ、Ｍｎ）Ｏ）、鉄およびクロムの酸化物（（Ｆｅ、Ｃｒ）₂Ｏ₃₎、酸化鉄（Ｆｅ₃Ｏ₄）などがある。また、黒色研磨剤としては、炭化珪素（ＳｉＣ）、炭化ホウ素（Ｂ₄Ｃ）などがある。微粒子２１と微粒子２２は、同じ物質から形成されていなくてもよい。以下の表１に微粒子２１および２２として用いることのできる黒色顔料および黒色研磨剤を例示する。

図１に示すように、本体２０の表面２０ａのうち、微粒子２１および２２に覆われていない部分は、酸化膜２３によって覆われていることが好ましい。酸化膜２３は、本体２０を構成しているチタンまたはチタン合金を酸化することによって形成されている。なお、図１においては、酸化膜２３の形成を示すため、微粒子２１および２２の相互の間隔を広く取っている。実際のチタン部材１０においては、本体２０の表面２０ａは大部分が微粒子２１および２２で覆われており、酸化膜２３が形成されている領域より微粒子２１および２２が固着している領域の方が多くなっている。

酸化膜２３は、表面２３の微粒子２１および２２に覆われていない部分が加熱によって変色しないように設けられている。また、酸化膜２３は、その膜厚に応じた干渉色を呈するため、本体２０の表面２０ａにおいて部分的に酸化膜２３が形成されていることによって、微粒子２１および２２の黒色の間に酸化膜２３による干渉色が表れる。これにより、チタン部材１０の表面は単純な黒色ではない深みのある黒色を示し、高級感のある黒色を表現することができる。

なお、図１に示す構造を備えたチタン部材１０は、微粒子２１および２２の色が支配的であり、つや消しの（マットな）黒色を呈する。光沢のある黒色表面を有するチタン部材が必要な場合には、図２に示す構造を採用してもよい。図２に示すチタン部材１１は、本体２０と、微粒子２１および２２と、透明微粒子２５とを備えている。本体２０および微粒子２１および２２の構造やこれらを構成する物質はチタン部材１０と同じである。

透明微粒子２５は、微粒子２１および２２と同様、本体２０の表面２０ａに固着されている。好ましくは、透明微粒子２５も表面２０ａから本体２０の内部に埋め込まれている。透明微粒子２５は、ソーダガラス（ＮａＯ−ＣａＯ−ＳｉＯ₂系）、石英ガラス（１００％ＳｉＯ₂）などのガラスからなる。表１に本発明に用いることのできるガラスを例示する。黒色表面に光沢を与えるために用いられるので、透明微粒子２５は無色透明なガラスからなることが好ましい。しかし、黒色表面に深みのある色彩を得る場合には、透明微粒子２５は濃紺、黒などの色彩を有する透明であってもよい。透明微粒子２５の平均粒径は５０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。透明微粒子２５は一般に十分な硬度を有しないため、透明微粒子２５を本体２０へ向けて投射すると、本体２０の表面２０ａに衝突することによって破砕し、破片が表面２０ａに固着されやすい。また、透明微粒子２５の融点によっては酸化膜２３を形成する際、透明微粒子２５も溶融し、溶融した透明微粒子２５’が表面２０ａの一部を覆っていてもよい。本体２０の表面に透明微粒子２５が固着されているため、ガラスの光沢がチタン部材１１の表面に表れ、チタン部材１１は光沢のある黒色を呈する。

このような構造を有するチタン部材１０および１１によれば、黒色の微粒子によって表面が覆われるため、黒色表面を有するチタン部材が実現する。熱に対して安定な微粒子を用いることによって、加熱しても変色や色むらの発生しない耐熱性チタン部材を得ることができる。

次に本発明によるチタン部材の製造方法を説明する。まず、つや消しの黒色表面を有するチタン部材の製造方法を説明する。図４は、本発明によるチタン部材の製造方法を説明するフローチャートであり、図５（ａ）から（ｄ）は、各製造工程における模式的断面図を示している。まず、図５（ａ）に示すように、チタン部材の本体２０を用意する（ステップＳ１０１）。上述したように、本体２０はチタンまたはチタン合金からなり、用途に応じた所望の形状を備えている。図５（ａ）に示すように本体２０の表面に自然酸化膜２０’が形成されていてもよい。

次に図５（ｂ）に示すように、第１回目の微粒子の投射を行う（ステップＳ１０２）。第１回目の投射に用いる微粒子２１は、相対的に大きな粒径を有している。具体的には、１８０メッシュ以上８０メッシュ（平均粒径６３μｍ以上１８０μｍ以下）以下の微粒子２１を用いる。８０メッシュよりも平均粒径が大きい場合、本体への衝突エネルギが大きくなるため、圧縮残留応力が過大に発生して反りや変形が生じる。また、１８０メッシュよりも平均粒径が小さい場合、１回目の投射粒子が表面を薄く覆い、２回目の粒子が本体２０へ埋没あるいは固着しにくくなるため、黒色の隠ぺい力が発揮されないという問題が生じる。微粒子２１の材質は前述したとおりである。本体２０に固着しやすいように、微粒子２１は角ばっているほうが好ましい。微粒子２１を投射する条件は、微粒子２１の硬度、粒子形状、粒径破砕性と、本体２０の硬度などに依存する。設定する条件には、投射圧、ノズル計、ノズルから本体２０までの距離、ショット時間などあり、微粒子２１が本体２０に固着するように条件を設定する。

微粒子２１を投射することによって、まず、本体２０の表面に形成されていた酸化膜２０’が除去される。その後、微粒子２１が本体２０の表面２０ａを削りながら微粒子２１が本体２０の内部へ埋め込まれ、本体２０に固着する。微粒子２１の一部は衝突により破砕し、破砕した破片が本体２０に固着することもある。この時、固着した微粒子２１の一部は表面２０ａから突出しており、完全には本体２０の内部に埋め込まれていないものも存在する。また、図５（ｂ）に示すように、本体２０の表面２０ａは、微粒子２１の衝突によって一部が削り取られたり、衝突のエネルギによって凹みが生じることによって粗くなる。表面が粗くなることによって、表面２１ａの面積は投射前よりも大きくなっている。

次に図５（ｃ）に示すように、微粒子２２を用いて第２回目の投射を行う(ステップＳ１０３)。第２回目の投射に用いる微粒子２２は、相対的に小さい粒径を有している。具体的には、６００メッシュ以上２２０メッシュ以下（平均粒径２４μｍ以上５３μｍ以下）の微粒子２２を用いる。２２０メッシュよりも平均粒径が大きい場合、１回目の投射で粗くした面の谷間や固着した微粒子２１間の隙間に微粒子２２が入り込まず、隠ぺい力が劣ってしまうという問題が生じる。また、６００メッシュよりも平均粒径が小さい場合、微粒子２２の衝突エネルギが小さくなり本体２０へ埋没できないという問題が生じる。微粒子２２の材質は前述したとおりである。

第２回目の微粒子２２は、第１回目の微粒子２１に比べて相対的に小さい。このため、微粒子２１によって表面２０ａがある程度覆われ、露出している表面が小さくなっていても、小さい微粒子２２は露出した部分に衝突することができる。このため、衝突により、微粒子２２が本体２０に埋め込まれることによって、本体２０に固着する。微粒子２１と同様、微粒子２２の一部は衝突により破砕し、破砕した破片が本体２０に固着することもある。また、第１回目の投射によって表面２１が粗くなり、表面積が拡大している。このため、表面２０ａの一部が微粒子２１に覆われていても、多くの第２の微粒子２２を本体２１に埋め込むことができる。

第２の微粒子２２を投射する際、微粒子２２は、本体２０に既に固着されている微粒子２１にも衝突する。この衝突によって、微粒子２１が本体２０のより内部へ埋め込まれる。したがって、微粒子２１の本体２０への固着強度が高められる。また、第２の微粒子２２の投射によって、表面２０ａは第１回目の投射後に比べて平滑になる。

次に図５（ｄ）に示すように、微粒子２１および２２が固着した本体２０を加熱する（ステップＳ１０５）。安定な酸化膜２３が本体表面の露出した部分に形成される温度で本体２０を加熱することが好ましく、作製したチタン部材が使用される温度以上の温度で加熱することがより好ましい。たとえば、チタン部材が室温で使用される場合には、少なくとも３５０℃よりも高い温度で本体２０を加熱することが好ましい。以下において説明するように、チタン部材が自動二輪車の排気管である場合には、排気管が排気ガスにより３５０℃程度に加熱されることを考慮して、４００℃よりも高い温度で本体２０を加熱することが好ましい。酸化皮膜を形成するため、酸素が含まれている雰囲気下、たとえば、大気雰囲気下で加熱を行う。加熱により、微粒子２１および２２に覆われていない本体の表面部分が酸化し、酸化膜２３が形成される。これにより、つや消しの黒色表面を有するチタン部材が得られる。

光沢黒色を有するチタン部材を製造する場合には、第２回目の投射を行った後、透明微粒子をさらに投射する。図５（ｃ）に示すように第２回目の投射を行った後(ステップＳ１０３）、図６（ａ）に示すように、透明微粒子をさらに投射する（ステップＳ１０４）。透明微粒子２５の平均粒径は、２８０メッシュ以上１５０メッシュ（平均粒径４５μｍ以上７５μｍ以下）以下であることが好ましい。１５０メッシュよりも平均粒径が大きい場合、粒子が破砕しやすく、砕けた大きな破砕粒が表面を削ったり面粗度を粗くするという問題が生じる。また、２８０メッシュよりも平均粒径が小さい場合、衝突エネルギが小さいため、表面を平坦にする能力が小さかったり、破砕するとすぐに分級され、粒子の消耗が激しいという問題が生じる。透明微粒子の材質は前述した通りであり、球状が好ましい。

投射により、透明微粒子２５は、本体２０に衝突する。このとき、本体２０の表面は微粒子２１および２２に大部分が覆われているため、本体２０が露出している面積は小さく、あまり多くの透明微粒子２５は固着できない。しかし、透明微粒子２５はチタン部材にある程度の光沢を与えればよく、多くの微粒子が固着する必要はない。また、透明微粒子２５は本体２０と衝突することにより破砕し、生じた微小な破片が露出している表面に埋め込まれ、本体２０に固着することができる。

透明微粒子２５の投射後、加熱処理を行う（ステップＳ１０５）。加熱処理は、上述したのと同様の方法により行う。この際、加熱温度および透明微粒子２５の融点によっては、図６（ｂ）に示すように透明微粒子２５が溶融し、溶融した透明微粒子２５’が本体２０の表面を覆うこともある。これにより、光沢のある黒色表面を有するチタン部材が得られる。

このように、本発明によるチタン部材の製造方法によれば、粒径の大きな微粒子２１をまず投射して、本体２０に固着させ、次に粒径の小さな微粒子２１を投射し、本体に固着させる。この順番で投射をおこなうことによって、多くの黒色微粒子を本体２０の表面に固着させることができる。本願発明者の詳細な検討によれば、粒径の大きな微粒子２１のみ、または、粒径の小さな微粒子２１のみを投射する場合、いくら投射時間を長くしても、明度が十分に低い黒色表面を得ることはできない。

粒径の大きな微粒子２１のみを投射する場合、ある程度の量の微粒子２１が本体に固着すると、本体２０の表面２０ａのうち、微粒子２１に覆われていない領域は表面２０ａに固着した微粒子２１に囲まれ、狭くかつ細長くなる。このため、微粒子２２が微粒子２１に覆われていない領域に衝突しても、微粒子２２の一部はすでに固着している微粒子２１と接触し、微粒子２２が本体２０内へめり込んで固着しにくくなる。その結果、微粒子２１によってある程度、本体２０の表面２０ａが被覆されると、それ以上、被覆率は高くならないと考えられる。これに対し、本発明によるチタン部材の製造方法によれば、粒径の小さい微粒子２２を用いて第２回目の投射を行うため、微粒子２１では固着できないような小さな領域であっても、衝突によって本体２０の内部にめり込み、固着することができる。

また、粒径の小さな微粒子２２のみを投射する場合、粒径の大きな微粒子２１のみを投射する場合に比べて高い被覆率で本体２０の表面２０ａを微粒子２２で覆うことができる。しかし、微粒子２２のみによる連続的な被膜である場合、粒径が小さいため被膜としての厚さは小さくなってしまう。このため、十分な黒さを得ることができない。これに対し、本発明では、粒径の大きな微粒子２１をまず本体２０へ固着させているため、被膜としての微粒子の厚さも十分であり、明度の低い黒色を得ることができる。

さらに、粒径の小さな微粒子２１を先に投射し、粒径の大きな微粒子２１を後で投射する場合も、粒径の大きな微粒子２１のみを投射する場合と同様、微粒子２１を投射する際に、微粒子２１が既に固着された微粒子２２と接触するため、微粒子２２が本体２０内へめり込んで固着しにくくなる。

次に、本発明によるチタン部材を備えた自動二輪車の実施形態を説明する。図７は、チタン部材としてマフラのテールキャップに本発明によるチタン部材を用いた自動二輪車１００の模式的側面図である。自動二輪車１００は、燃料タンク１０１、メインフレーム１０２、シートフレーム１０４、内燃機関１０８、前輪１１６および後輪１２６を備える。自動二輪車１００はライダーが跨って乗る鞍乗型車両である。

メインフレーム１０２は、車両の前方に位置するヘッドパイプ１１２から後方へ延びる一対のフレームを含み、フレームは自動二輪車１００の中央部において下方へ延びるよう湾曲部を形成している。シートフレーム１０４の一端は、メインフレーム１０２の湾曲部に接続されている。メインフレーム１０２およびシートフレーム１０４は自動二輪車１００の車体を構成する。

ヘッドパイプ１１２には、回転可能なようにフロントフォーク１１４が取り付けられている。フロントフォーク１１４の一端には前輪１１６が回転自在に支持されている。フロントフォーク１１４の他端にはハンドル１１０が固定されている。

燃料タンク１０１は、自動二輪車１００の中央部近傍において、メインフレーム１０２およびシートフレーム１０４に跨って取り付けられている。燃料タンク１０１の前方にはエアクリーナ１２８が設けられている。また、燃料タンク１０１には燃料注入口（図示せず）を覆うキャップ１３０が設けられている。

内燃機関１０８は、燃料タンク１０１の下方に位置するよう、メインフレーム１０２に支持されている。内燃機関１０８の前方には、ラジエータ１０６が設けられている。内燃機関１０８の排気口には排気管１１８が接続されている。排気管１１８はエンジンの下方を通ってシートフレーム１０４に沿って後方へ導かれている。排気管１１８には消音器１２０が接続されており、端部にテールキャップ１２０ａが設けられている。

図７に示すように、メインフレーム１０２にはリアアーム１２２が接続され、後輪１２６が回転自在にリアアーム１２２に支持されている。内燃機関１０８の回転駆動力は、チェーン１２４を介して後輪１２６へ伝達される。

自動二輪車１００は、このほか燃料タンク１０１の下部を覆う化粧カバー１３４、ライダーシート１３６、リアカバー１３７、サイドカバー１３８、およびパッセンジャーシート１３９を備えている。これらの部材は、シートフレーム１０４を明瞭に示すため、図７において破線で示されている。シートフレーム１０４には、フットレスト１４５が設けられている。

自動二輪車１００はスポーツタイプであり、運動性能を高めるため、軽量化が図られている。具体的には、メインフレーム１０２、シートフレーム１０４および燃料タンクはアルミニウム合金からなる。また、排気管１１８、消音器１２０およびテールキャップ１２０ａはチタン合金からなる。テールキャップ１２０ａは黒色表面を有し、図１に示す構造を備えている。

テールキャップ１２０ａは特に自動二輪車１００を後方から見た場合における自動二輪車１００の意匠に重要な部分である。テールキャップ１２０ａが黒色を有しているため、スポーツタイプの自動二輪車らしい精悍な外観を表現している。また、テールキャップ１２０ａには排気ガスが通過するための孔が設けられている。このため、走行中テールキャップ１２０ａは、３００℃程度に加熱される。しかし、テールキャップ１２０ａは上述した構造を備えるため、高温になっても変色せず色調の変化も生じない。このため、軽量化による高い運動性能と、黒色の表面を用いた優れた意匠を備えた自動二輪車が実現する。

次に、チタン部材の実験例を説明する。以下の表２に示す材質からなる黒色微粒子および透明微粒子を用い、種々の条件で自動二輪車の消音器に取り付けられるテールキャップを作製した。

テールキャップには、Ｔｉ−０．１５Ｆｅ−０．１５Ｏの組成を有するチタン合金（純チタン２種）を用いた。試料１から６は微粒子としてＳｉＣを用い、試料７および８は微粒子としてＦｅ₃Ｏ₄を用いた。また、試料２、４、６および８は、黒色微粒子に加えて、透明微粒子をさらに投射した。微粒子の投射には直圧式エアーブラスト機を用い、４９０ｋＰａの投射圧でノズルと本体との距離を１５０ｍｍに設定して投射を行った。微粒子の投射後、試料１〜４および７〜８については４５０℃で、試料５、６については４３０℃で、大気中において４０分間加熱した。Ｌ＊値は色差計を用い、ＪＩＳのＸＹＺ表示におけるＬ＊、ａ＊、ｂ＊を測定した。

図８は、カバーレッジと着色力の関係を示すグラフである。カバーレッジは、第１回目および第２回目の合計の投射時間であり、試料の表面全体に完全に微粒子が投射された時間をカバーレッジ１００（％）とし、投射時間をカバーレッジで示している。図８に示すように、投射開始直後は、テールキャップに微粒子が固着していないため、衝突した微粒子は、大部分、テールキャップに固着する。このため、Ｌ＊値が急激に低下する。カバーレッジ１００％を超えると、Ｌ＊値の変化は小さくなる。これは、テールキャップ表面の大部分が微粒子で覆われ、新たに固着する微粒子は少なくなってくることを示している。図８から明らかなようにカバーレッジが１５０％を超えると、Ｌ＊値は、ほとんど変化しなくなる。図８から、おおよそカバーレッジが１５０％以上であれば、微粒子は十分固着していると考えられる。

図９は、得られた試料１、２、３、７および８のＣＩＥＬＡＢ空間のａ＊-Ｌ＊座標上における位置を示している。ａ＊軸上の正の値は赤の量を表わし、負の値は緑の量を表わす。また、Ｌ＊は明度を表わし、０および１００が黒および白を表わす。図９に示すように、何れの資料のＬ＊値も４０以下であり、十分に黒い表面が得られていることが分かる。また、ＳｉＣからなる微粒子よりもＦｅ₃Ｏ₄からなる微粒子を用いたほうが明度の低い黒色表面が得られることがわかる。これはＦｅ₃Ｏ₄からなる微粒子の方がＳｉＣからなる微粒子よりもＬ＊が小さく、より黒い粒子であるためと考えられる。Ｆｅ₃Ｏ₄からなる微粒子を用いた場合、透明微粒子をさらに投射すると、明度Ｌ＊はわずかに上昇する。これに対しＳｉＣからなる微粒子を用いた場合、明度Ｌ＊値はほとんど変化しない。これは、Ｆｅ₃Ｏ₄からなる微粒子自体の表面が光沢の少ない黒色であるためと考えられる。

図１０は（ａ)から（ｃ）は、それぞれ試料２、４および７の外観を示す写真である。これらの図から明らかなように、ＳｉＣからなる微粒子よりもＦｅ₃Ｏ₄からなる微粒子を用いたほうが明度の低い黒色表面が得られることがわかる。また、図１０（ａ）および（ｂ）から明らかなように、透明微粒子を投射することによりテールキャップの表面に光沢が得られていることがわかる。このように本発明によれば、黒色表面を有するチタン部材を得ることができる。

本発明のチタン部材は、自動車や自動二輪車、自転車、船舶などの輸送手段、ノート型パーソナルコンピュータやＰＤＡ、携帯オーディオプレーヤーなどの小型電子機器、眼鏡や腕時計、カメラ、装飾品など、種々の分野において好適に用いられる。

本発明によるチタン部材の実施形態を示す模式的な断面図である。 本発明によるチタン部材の他の実施形態を示す模式的な断面図である。 図１および図２に示すチタン部材において用いられている黒色微粒子の粒度分布を示す模式図である。 本発明によるチタン部材の製造方法を説明するフローチャートである。 （ａ）から（ｄ）は、それぞれ図１に示すチタン部材を製造する方法を説明する工程断面である。 （ａ）および（ｂ）は、それぞれ図２に示すチタン部材を製造する方法を説明する工程断面図である。 本発明による自動二輪車の実施形態を示す模式図である。 微粒子の投射によるカバーレッジと着色力との関係を示すグラフである。 本発明によるチタン部材の明度を計測した結果を示す図である。 （ａ）から（ｃ）は本発明によるテールキャップを示す写真である。

符号の説明

１0、１１ チタン部材
２０ 本体
２１、２２ 微粒子
２３ 酸化膜
２５ 透明微粒子
１００ 自動二輪車
１０２ メインフレーム
１０４ シートフレーム
１０８ 内燃機関
１１６ 前輪
１１８ 排気管
１２０ 消音器
１２０ａ テールキャップ
１２６ 後輪

Claims (19)

1. チタンまたはチタン合金からなり、所定の形状を有する本体と、
   ２つの極大を有する粒度分布を持つ黒色微粒子であって、前記本体の表面に固着された黒色微粒子と、
   を備えたチタン部材。
2. 前記本体は１００Ｈｖ以上３００Ｈｖ以下の硬度を有し、前記黒色微粒子は２０００Ｈｖ以上の硬度を有する請求項１に記載のチタン部材。
3. 各黒色微粒子の少なくとも一部は前記表面から本体内部に埋め込まれている請求項２に記載のチタン部材。
4. 透明微粒子をさらに含み、前記透明微粒子が表面に固着されている請求項１から３のいずれかに記載のチタン部材。
5. 前記透明微粒子の少なくとも一部は溶融することにより、前記本体の表面を覆っている請求項４に記載のチタン部材。
6. 前記黒色微粒子が固着した前記表面のＣＩＥＬＡＢ色空間によるＬ＊の値は４５以下である請求項１から５のいずれかに記載のチタン部材。
7. 前記本体表面の前記黒色微粒子に覆われていない部分に形成された、チタンまたはチタン合金の酸化膜をさらに備える請求項１から６のいずれかに記載のチタン部材。
8. 前記黒色微粒子は、ＳｉＣ、Ｂ₄Ｃ、黒色酸化鉄の少なくともいずれか１つからなる請求項１から７のいずれかに記載のチタン部材。
9. 前記透明微粒子は、ガラスからなる請求項４または５に記載のチタン部材。
10. 請求項１から９のいずれかに規定されるチタン部材を含む自動二輪車用排気管。
11. 請求項１０に規定される自動二輪車用排気管を備えた自動二輪車。
12. チタンまたはチタン合金からなる本体へ第１の黒色微粒子を投射し、前記第１の黒色微粒子を前記本体の表面に固着させる工程（Ａ）と、
    前記第１の黒色微粒子より小さい粒径を有する第２の黒色微粒子を前記本体へ投射し、前記第２の黒色微粒子を前記本体の表面に固着させる工程（Ｂ）と、
    を包含するチタン部材の製造方法。
13. 前記工程（Ｂ）の後、前記本体を加熱する工程（Ｃ）をさらに包含する請求項１２に記載のチタン部材の製造方法。
14. 前記工程（Ｃ）は、大気中において前記本体を４００℃以上の温度で加熱する請求項１３に記載のチタン部材の製造方法。
15. 前記工程（Ｂ）と（Ｃ）との間において、前記本体へ透明微粒子を投射し、前記透明微粒子を前記本体の表面に固着させる工程（Ｄ）をさらに包含する請求項１４に記載のチタン部材の製造方法。
16. 前記本体は１００Ｈｖ以上３００Ｈｖ以下の硬度を有し、前記第１の黒色微粒子および第２の黒色微粒子は、２０００Ｈｖ以上の硬度を有する請求項１２から１５のいずれかに記載のチタン部材の製造方法。
17. 前記第１の黒色微粒子は、１８０メッシュ以上８０メッシュ以下の粒径を有し、前記第２の黒色微粒子は、６００メッシュ以上２２０メッシュ以下の粒径を有する請求項１２から１６のいずれかに記載のチタン部材の製造方法。
18. 前記第１および第２の黒色微粒子は、ＳｉＣ、Ｂ₄Ｃ、黒色酸化鉄の少なくともいずれか１つからなる請求項１２から１７のいずれかに記載のチタン部材の製造方法。
19. 前記透明微粒子は、ガラスからなる請求項１２から１８のいずれかに記載のチタン部材の製造方法。