JP2016020526A

JP2016020526A - 高硬度と高圧縮強度を有する９９９金合金及び９９９銀合金、並びにその製造方法

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Publication number: JP2016020526A
Application number: JP2014144290A
Authority: JP
Inventors: 公晶中山; Kimiaki Nakayama
Original assignee: GLOBAL CORP KK
Current assignee: GLOBAL CORP KK
Priority date: 2014-07-14
Filing date: 2014-07-14
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2034-07-14
Also published as: JP6302780B2

Abstract

【課題】充分な硬度・強度を持ち、加工が容易である公的資産価値９９９を維持したままの金（Ａｕ）又は銀（Ａｇ）製の実用品（身飾品、宝飾品等）が製作可能となる合金の提供。
【解決手段】純度９９．９重量％以上であって、微小量のＡｌをＡｕ又はＡｇの薄板で包んで鋳造した、Ａｌ含有量が０．１重量％以下の金合金、銀合金。各合金のビッカース硬度がおのおの７５Ｈｖ、５０Ｈｖ以上、１０％変形圧縮強度が１０ｋｆｇ以上、５ｋｆｇ以上であり、装身具、宝飾品に好適に用いることが出来る金合金、銀合金。
【選択図】図３

Description

本発明は、９９９（３ナイン、又はスリーナイン）の純度を有するにもかかわらず、高硬度と高圧縮強度を有する金合金及び銀合金、並びにその製造方法に関するものである。
ここで３ナインとは、（イ）品位検定独立法人造幣局の基準値９９．９％（ロ）独立行政法人造幣局ホールマークＰｔ９９９、又は（ハ）リング・ペンダント・ピアスなど貴金属製品品位の単位を表記している１００分率９９９／１０００、等をいう。

金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）は、資産価値の高い貴金属として、また高級宝飾品（身飾品）の材料として、極めて重要な元素（物質）である。
従来、金又は銀の加工品を製作するには、その加工特性を考慮して、少量の他の金属を配合して鋳造・溶融することが行われている。

特開平６−２６４１６３特開平１０−６０５５７特開２００３−３２８０５９特開平７−２５８８３０特開２０１１−２０２２３

ところが、金又は銀の有する高級感（金属色、光沢、重量感）や資産価値を考慮して、純度の高い金又は銀の加工品（宝飾品、身飾品）の製作を試みても、その硬度や強度が不足し、加工が困難である。
すなわち、３ナインの純度を維持する金又は銀のビッカーズ硬度は、金は高々７０Ｈｖ、銀は４５Ｈｖ程度しかないため、実用品たる宝飾品や身飾品として加工しても、加工が困難であるばかりでなく、その機能や変形を防止（恒常性を維持）することができなかった。

発明者は、９９９（スリーナイン）の純度を維持する金、又は銀に、極めて微量のＡｌを配合して溶融することにより、金のビッカーズ硬度を７５以上に、叉銀のビッカーズ硬度を５０以上に上げることに成功し、本発明を完成した。

本願発明は、下記の請求項１〜請求項１６により構成されている。
＜請求項１＞９９９（スリーナイン）の純度を有すると共に、幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍの平内リングのビッカーズ硬度が７５Ｈｖ以上である金合金。
＜請求項２＞９９９（スリーナイン）の純度を有すると共に、幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍの平内リングの１０％変形圧縮強度が１０ｋｇｆ以上である金合金。
＜請求項３＞鋳造法により作製される請求項１又は請求項２のいずれかに記載する金合金。
＜請求項４＞金合金が、身飾品、又は宝飾品である請求項1〜請求項３のいずれかに記載する金合金。
＜請求項５＞高純度のＡｕに微小量のＡｌを加えて鋳造する請求項３に記載する金合金の製造方法。
＜請求項６＞微小量のＡｌをＡｕで被覆して鋳造する請求項５に記載する金合金の製造方法。
＜請求項７＞微小量のＡｌをＡｕの薄板で包んで鋳造する請求項５又は請求項６のいずれかに記載する金合金の製造方法。
＜請求項８＞金合金が、身飾品、又は宝飾品である請求項５〜請求項７のいずれかに記載する金合金の製造方法。
＜請求項９＞９９９（スリーナイン）の純度を有すると共に、幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍの平内リングのビッカーズ硬度が５０Ｈｖ以上である銀合金。
＜請求項１０＞９９９（スリーナイン）の純度を有すると共に、幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍの平内リングの１０％変形圧縮強度が５ｋｇｆ以上である銀合金。
＜請求項１１＞鋳造法により作製される請求項９又は請求項１０のいずれかに記載する銀合金。
＜請求項１２＞銀合金が、身飾品、又は宝飾品である請求項９〜請求項１１のいずれかに記載する銀合金。
＜請求項１３＞高純度のＡｇに微小量のＡｌを加えて鋳造する請求項１１に記載する銀合金の製造方法。
＜請求項１４＞微小量のＡｌをＡｇで被覆して鋳造する請求項１３に記載する銀合金の製造方法。
＜請求項１５＞微小量のＡｌをＡｇの薄板で包んで鋳造する請求項１３又は請求項１４のいずれかに記載する銀合金の製造方法。
＜請求項１６＞銀合金が、身飾品、又は宝飾品である請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載する銀合金の製造方法。

本願発明を以上のように構成する理由は、次のとおりである。
（ａ）従来、単なる地金以外に、公的に９９９が保証されたＡｕ又はＡｇ（以下貴金属ともいう）の実用品（身飾品、宝飾品等）は、硬度や強度等が不足し、その加工性、機能性、耐久性（恒常性）等を付加（維持）することが困難なため、ほとんど存在しない。
（ｂ）貴金属は、純品に不純物（貴金属以外の元素）を含有させることによって、その加工性、機能性、恒常性（変形防止等）を付加することができるが、純度９９９を維持するためには不純物の総量を０．１重量部以下に抑える必要がある。したがって貴金属に配合するＡｌは、０．１重量％以下に制限される（１００／１００．１＝０．９９９００…）。
（ｂ）貴金属に、前記特性を付加するために配合できる不純物（貴金属以外の元素、本願ではＡｌ）の量は、Ａｕ９９９又はＡｇ９９９の純度を維持する必要があるため、極めて微量に制限されるので、鋳造方法及び、合金方法を工夫し、厳密に管理する必要がある。
（ｃ）貴金属にＡｌを配合して鋳造する際には、その鋳造工程を真空状態（減圧下）で行うが、Ａｌは貴金属地金に含まれる微量の酸素や溶解炉内に残留する微量の酸素と反応し、貴金属と化合する前に酸化アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を形成し、貴金属と規定量化合せず、貴金属の地金母体内に酸化アルミナとして残留し、叉鋳造時ルツボ内にノロとしてルツボに残ってしまい、強度が得られない。
すなわち、微量金属（Ａｌ）は、単に溶解容器（坩堝）内に投入するだけでは、その全量が貴金属と反応せず残ってしまうので、貴金属で包んで溶解容器（坩堝）内に投入し、溶解する必要がある。

本願発明の金合金、又は銀合金によれば、公的に９９９が保証されたＡｕ、又はＡｇの実用品（身飾品、宝飾品等）が製作できるので、資産価値を維持したまま製作された実用品を、実生活に利用して楽しむことができるという効果を有する。

ＡｌをＡｕに挟み込む状態を示す図である。ＡｌをＡｕに挟み込む操作が完了した状態を示す図である。Ａｕ−Ａｌ平打ちリングを示す図である。平内リングのビッカーズ硬度の測定をしている図である。（Ａ）：平打ちリングにダイヤモンドの圧痕を付ける図（Ｂ）：微小硬度距離を測定している図平内リングの圧縮強度の測定をしている図である。（Ａ）：万能試験機全体を示す図（Ｂ）：圧縮強度を測定している図Ａｇ−Ａｌ平打ちリングを示す図である。Ａｕ−Ａｌ系合金状態図を示す図である。

下記に記載する配合と方法により金合金の地金を鋳造した。
（１）地金（合金）の配合
（イ）Ａｕ（純度９９．９９重量％以上）：１００重量部
（ロ）Ａｌ：０．０５重量部
（２）鋳造条件
使用鋳造機：TR式高周波発振器型式NTR−0502SHI−S 出力5Kw 周波数50KHz カーボン坩堝使用（株）日精販売メーカー（株）日電高周波
電気炉：（株）安井インターテック
鋳型温度：７８０℃
鋳造温度：１１００℃
鋳型へセットしてから鋳造までの時間：３分３０秒
なお、鋳造に際し、Ａｌは、圧延して板状にしたＡｕで上下を挟んで鋳型にセットした（図１、図２参照）。

（３）平打ちリング（図３）の作製
検体の寸法：幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍ
検体数：２０本
使用合金（前記製作した地金）量：１００ｇ
使用鋳造機：TR式高周波発振器型式NTR−0502SHI−S 出力5Kw 周波数50KHz
カーボン坩堝使用（株）日精販売メーカー（株）日電高周波
電気炉：（株）安井インターテック

前記リングの作製において、ツリー形状（鋳型になる形状）、埋没方法、脱漏方法、及び鋳造方法は、下記の条件で行った。
ツリー形状：直径８ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円柱に、試験資材を円柱に対して、上方向へ角度２５度で上から４本ずつ配置し、２０ｍｍ下の段から付けて、５段のツリー形状とした。
埋没方法：（株）ノリタケカンパニー社のギフトを使用し、水との混合比３８％で、（株）愛工舎製作所の混和器で２分混合し、（株）安井インターテックの脱法器で1分空気を抜き、1時間乾燥の為放置した（室温２５℃、湿度６０％）。
脱漏方法：（株）カトーの温風ヒーターを使用し、温度設定１５０℃、１時間タイマーオフで中のワックスを抜いた。
鋳造方法：鋳型温度７８０℃、鋳造温度１１００℃、鋳型へセットしてから鋳造までの時間は、約３分３０秒であった。

以下、通常の磨き仕上げ工程（電解研磨、磁気バレル、表面処理、形状成型、磨き工程等）を経て平打ちリングを得た（ｂ）。

前記〔００１０〕〜〔００１３〕と同様の方法により、下記の（ａ）及び（ｃ）の配合で平打ちリングを作製した。
（ａ）Ａｕ９９９９
（ｃ）Ａｕ９９９９＋Ａｌ（０．０９重量部）
なお、前記（ａ）〜（ｃ）の平打ちリングは、９９９の純度を保持していた。

（４）ビッカーズ硬度の測定
ビッカーズ硬度の測定（微小硬度試験）は、アカシ微小硬度試験器ＭＶＫ−Ｇ３５００ＡＴを用いた（図４）。
ビッカーズ硬度は、平打ちリングにダイヤモンドの圧痕を付け（図４（Ａ）、微小硬度測定１）、次に微小硬度距離（図４（Ｂ））を測定し、硬度表を参照して数値をだした。
測定はJIS規格の測定方法に則り、硬度測定を５回行い、その最低数値及び最高数値の2つを切り捨て、中旬値である、３つの数値の平均値を算出した。
表１に測定結果を示す。
表中（ｂ）及び（ｃ）は、Ａｕ９９９９１００重量部にＡｌを０．０５又は０．０９重量部配合した合金を表す。

表１の結果は、Ａｕ−Ａｌの金属間化合物においては、Ａｕに対してＡｌが多くなれば、表面硬度が増すことを示している。
更に、（ｂ）及び（ｃ）は、ビッカーズ硬度が増大し、スリーナインの純度をクリアしているので、本願の目的を達成した実用品を製作することができる。

（５）変形圧縮強度の測定
変形圧縮強度の測定（微小硬度試験）は、万能試験機オリエンティックＲＴＣ１３１０を用いた。（図５）。
検体は、ビッカーズ硬度の測定と同一の製造方法で作製したものを用いた。測定結果を表２に示す。
なお、表中（ｂ）及び（ｃ）は、〔００１５〕に記載したものと同様に、Ａｕ９９９９１００重量部にＡｌをそれぞれ０．０５又は０．０９重量部配合した合金を表す。なお、これらの平打ちリングは、９９９の純度を保持していた。

表２の測定結果は、ユーザーが本発明に係る９９９Ａｕを、身飾品等として身に付けたとき、何キロの圧力に耐えるかを示しているものである。
Ａｌの値が大きい（ｃ）が、Ａｌの値の小さい（ｂ）よりも圧縮強度が小さいのは、金属間化合物の脆さの影響が出たためと思われる。Ａｕ−Ａｌ金属間化合物は、Ａｌの０．０５％前後が、母体金属であるＡｕに対し、圧縮強度を増すのに最も適した分量だと言える。

表２の結果は、（ｂ）は、圧縮強度が増加しているので、９９９を維持したまま実用品を製作することができることを示している。

なお、従来知られているＡｕ−Ａｌ系合金状態図（図７）によれば、本願の金合金のＡｕ−Ａｌ化合物は、最も安定なＡｕ_４Ａｌとして存在することが推定される。

下記に記載する配合と方法により銀合金の地金を鋳造した。
（１）地金（合金）の配合
（イ）Ａｇ（純度９９．９９重量％以上）：１００重量部
（ロ）Ａｌ：０．０５重量部
（２）鋳造条件
使用鋳造機：TR式高周波発振器型式NTR−0502SHI−S 出力5Kw 周波数50KHz カーボン坩堝使用（株）日精販売メーカー（株）日電高周波
電気炉：（株）安井インターテック
鋳型温度：６００℃
鋳造温度：１０６０℃
鋳型へセットしてから鋳造までの時間：３分３０秒
なお、鋳造に際し、Ａｌは、圧延して板状にしたＡｇの上下を挟んで、金合金の場合と同様に鋳型にセットした（図１、図２参照）。

（３）平打ちリング（図６）の作製
検体の寸法：幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍ
検体数：２０本
使用合金（前記製作した地金）量：１００ｇ
使用鋳造機：TR式高周波発振器型式NTR−0502SHI−S 出力5Kw 周波数50KHz
カーボン坩堝使用（株）日精販売メーカー（株）日電高周波
電気炉：（株）安井インターテック

前記リングの作製において、ツリー形状（鋳型になる形状）、埋没方法、脱漏方法、及び鋳造方法は、下記の条件で行った。
ツリー形状：直径８ｍｍ、高さ１２０ｍｍの円柱に、試験資材を円柱に対して、上方向へ角度２５度で上から４本ずつ配置し、２０ｍｍ下の段から付けて、５段のツリー形状とした。
埋没方法：（株）ノリタケカンパニー社のギフトを使用し、水との混合比３８％で、（株）愛工舎製作所の混和器で２分混合し、（株）安井インターテックの脱法器で1分空気を抜き、1時間乾燥の為放置した（室温２５℃、湿度６０％）。
脱漏方法：（株）カトーの温風ヒーターを使用し、温度設定１５０℃、１時間タイマーオフで中のワックスを抜いた。
鋳造方法：鋳型温度６００℃、鋳造温度１０６０℃、鋳型へセットしてから鋳造までの時間は３分３０秒であった。

以下、通常の磨き仕上げ工程（電解研磨、磁気バレル、表面処理、形状成型、磨き工程等）を経て検体をえた（ｂ）。

前記〔００２３〕〜〔００２６〕と同様の方法により、下記の（ａ）及び（ｃ）の配合で平打ちリングを作製した。
（ａ）Ａｇ９９９９
（ｃ）Ａｇ９９９９+Ａｌ（０．０９重量部）
なお、前記（ａ）〜（ｃ）の平打ちリングは、スリーナインの純度を保持していた。

（４）ビッカーズ硬度の測定
ビッカーズ硬度の測定（微小硬度試験）は、金合金と同様に、アカシ微小硬度試験器ＭＶＫ−Ｇ３５００ＡＴを用いた（図４）。
ビッカーズ硬度は、平打ちリングにダイヤモンドの圧痕を付け（微小硬度測定１）、次に微小硬度距離を測定し、硬度表を参照して数値をだした。
測定はJIS規格の測定方法に則り、硬度測定を５回行い、その最低数値及び最高数値の２つを切り捨て、中旬値である、３つの数値の平均値を算出した。
表３に測定結果を示す。
表中（ｂ）及び（ｃ）は、Ａｇ９９９９、１００重量部に、Ａｌを０．０５又は０．０９重量部配合した合金を表す。

表１によれば、すなわち、（ｂ）および（ｃ）は、９９９を維持したまま、ビッカーズ硬度が増大しているので、実用品を製作することができる。

（５）変形圧縮強度の測定
変形圧縮強度の測定（微小硬度試験）は、金合金と同様に、万能試験機オリエンティックＲＴＣ１３１０を用いた。（図５）。
検体は、ビッカーズ硬度の測定と同一の製造方法で作製したものを用いた。測定結果を表４に示す。
この測定は、ユーザーが本発明に係る９９９Ａｇを、身飾品等として身に付けたとき、何キロの圧力に耐えるかを測定しているものである。
表中（ｂ）及び（ｃ）は、〔００２７〕に記載したものと同様に、Ａｇ９９９９、１００重量部に、Ａｌを０．０５又は０．０９重量部配合した合金を表す。

表４の測定結果は、ユーザーが本発明に係る９９９Ａｇを、身飾品等として身に付けたとき、何キロの圧力に耐えるかを示しているものである。
Ａｌの値が大きい（ｃ）が、Ａｌの値の小さい（ｂ）よりも圧縮強度が小さいのは、金属間化合物の脆さの影響が出たためと思われる。Ａｇ−Ａｌ金属間化合物は、Ａｌの０．０５％前後が、母体金属であるＡｇに対し、圧縮強度を増すのに適した分量だと言える。

表４の結果は、（ｂ）及び（ｃ）は、圧縮強度が増加しているので、９９９を維持したまま実用品を製作することができることを示している。

本願発明に係る金合金、又は銀合金からは、公的に９９９の純度が保証された金又は銀の実用品（身飾品、宝飾品等）が製作できる。
したがって、資産価値を維持したままの金又は銀を、実生活に利用して楽しむことができ、宝飾（ジュエリー）業界の需要を刺激し、活性化させることができるので十分な産業上の利用可能性がある。

１Ａｌ片
２Ａｕ板

Claims

９９９（スリーナイン）の純度を有すると共に、幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍの平内リングのビッカーズ硬度が７５Ｈｖ以上である金合金。
９９９（スリーナイン）の純度を有すると共に、幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍの平内リングの１０％変形圧縮強度が１０ｋｇｆ以上である金合金。
鋳造法により作製される請求項１又は請求項２のいずれかに記載する金合金。
金合金が、身飾品、又は宝飾品である請求項１〜請求項３のいずれかに記載する金合金。
高純度のＡｕに微小量のＡｌを加えて鋳造する請求項３に記載する金合金の製造方法。
微小量のＡｌをＡｕで被覆して鋳造する請求項５に記載する金合金の製造方法。
微小量のＡｌをＡｕの薄板で包んで鋳造する請求項５又は請求項６のいずれかに記載する金合金の製造方法。
金合金が、身飾品、又は宝飾品である請求項５〜請求項７のいずれかに記載する金合金の製造方法。
９９９（スリーナイン）の純度を有すると共に、幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍの平内リングのビッカーズ硬度が５０Ｈｖ以上である銀合金。
９９９（スリーナイン）の純度を有すると共に、幅４．００ｍｍ、厚み１．５０ｍｍの平内リングの１０％変形圧縮強度が５ｋｇｆ以上である銀合金。
鋳造法により作製される請求項９又は請求項１０のいずれかに記載する銀合金。
銀合金が、身飾品、又は宝飾品である請求項９〜請求項１１のいずれかに記載する銀合金。
高純度のＡｇに微小量のＡｌを加えて鋳造する請求項１１に記載する銀合金の製造方法。
微小量のＡｌをＡｇで被覆して鋳造する請求項１３に記載する銀合金の製造方法。
微小量のＡｌをＡｇの薄板で包んで鋳造する請求項１３又は請求項１４のいずれかに記載する銀合金の製造方法。
銀合金が、身飾品、又は宝飾品である請求項１３〜請求項１５のいずれかに記載する銀合金の製造方法。