JP2020188901A

JP2020188901A - 白金材料，装飾品及びその製造方法

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Publication number: JP2020188901A
Application number: JP2019095242A
Authority: JP
Inventors: 秀治小林; Hideji Kobayashi
Original assignee: Brain Co Ltd
Current assignee: Brain Co Ltd
Priority date: 2019-05-21
Filing date: 2019-05-21
Publication date: 2020-11-26

Abstract

【課題】高硬度の装飾品を鋳造するのに好適な高純度白金材料、及びかかる白金材料を用いた装飾品及びその製造方法を提供する。【解決手段】 100重量％の白金（Pt）に対し、0.005〜0.02重量％のイットリウム（Y）と、スカンジウム（Sc）及び／又はボロン（B）とを含み、Y，Sc及びBの総量が0.01〜0.03重量％の範囲内であるか、又は0.005〜0.02重量％のイットリウム（Y）を含む白金材料。【選択図】なし

Description

本発明は白金材料，装飾品及びその製造方法に関し、特に高純度でありながら装飾品の製造に好適な白金材料及びそれを用いた装飾品並びにその製造方法に関する。

従来から、指輪，ネックレス等の装飾品として、高純度の白金（Pt）合金が好まれてきた。99.9重量％以上のPtを含む合金には、造幣局から＜999＞Ptのホールマークが付されるため、商品価値が高くなる。さらに純粋性・貴重性を付与するために、99.95重量％以上のPtを含む純白金に近い白金材料を用いることが求められている。しかしかかる白金材料は硬度が低く、表面が傷つきやすくて変形に弱いという問題がある。

特許文献１（特開平７-188808号）は、純Pt中に、Smを主添加元素とし、これと化合物を生成する元素Co，Ni，Sn，In，Cuの一種以上を副添加元素とし、これらを10〜1000 ppm含有する白金材料を開示している。特許文献１では、鋳造材を塑性加工することにより硬化させている。このように鍛造や圧延を用いて金属原材料から装飾品に塑性加工すれば、原材料時の硬度より加工された装飾品の硬度が増すという効果が得られる。しかし、指輪，ネックレス等の複雑な形状の装飾品を塑性加工で製造するのはコストと時間がかかりすぎ、鋳造する場合はこのような加工硬化は適用できない。

特許文献２（特開平７-310132号）は、指輪，ネックレス等の装飾品の素材材料として使用する高純度硬質白金に関し、99.9％以上の品位を有する高純度白金中にNd，Eu，Erのランタノイド系白金元素並びにBe，Ca，B，Siの１種、又は２種以上を合計で0.01〜0.1重量パーセントの範囲で添加してなる高純度硬質白金材料を開示している。特許文献２では、一次溶解，二次溶解を経て得られたインゴットを鍛造してセーバー切削，圧延ロール加工を行い、t 1.0×W 80×L 580 mmの板としている。しかし、複雑な形状の装飾品を鍛造で製造するのはコストと時間がかかり、鋳造する場合はこのような鍛造及び圧延による加工硬化は適用できない。

特開平７-188808号特開平７-310132号

従って本発明の目的は、高硬度の装飾品を鋳造するのに好適な高純度白金材料、及びかかる白金材料を用いた装飾品及びその製造方法を提供することである。

上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者らは、純白金に少量のイットリウム（Y）を添加するか、少量のイットリウム（Y）とスカンジウム（Sc）及び／又はボロン（B）とを添加することにより、高硬度の装飾品を鋳造するのに好適な高純度白金材料が得られること、及びそれを用いて高硬度の装飾品を歩留まり良く製造できることを発見し、本発明に想到した。

すなわち、本発明の一実施態様による高純度白金材料は、100重量％の白金（Pt）に対し、0.005〜0.02重量％のイットリウム（Y）と、スカンジウム（Sc）及び／又はボロン（B）とを含み、Y，Sc及びBの総量が0.01〜0.03重量％の範囲内であることを特徴とする。

本発明の別の実施態様による高純度白金材料は、100重量％の白金（Pt）に対し、0.005〜0.02重量％のイットリウム（Y）を含むことを特徴とする。

本発明の装飾品は、上記の高純度白金材料を有することを特徴とする。上記装飾品は、ビッカース硬度が130 HV以上であるのが好ましい。

本発明の装飾品の製造方法は、前記白金材料を真空中で鋳造し、得られた鋳造品に冷間鍛錬を行うことを特徴とする。鋳造温度を1700〜1900℃とするのが好ましい。

前記冷間鍛錬を行った鋳造品を荒仕上げし、再度冷間鍛錬を行った後、最終仕上げをするのが好ましい。

本発明によれば、高硬度の装飾品を鋳造するのに好適な高純度白金材料が得られ、それを用いて高硬度の装飾品を歩留まり良く製造することができる。

[1] 白金材料
(1) 第一の実施態様
本発明の第一の実施態様による高純度白金材料は、100重量％の白金（Pt）に対し、0.005〜0.02重量％のイットリウム（Y）と、スカンジウム（Sc）及び／又はボロン（B）とを含み、Y，Sc及びBの総量が0.01〜0.03重量％の範囲内である。Ptは純白金であるが、白金材料の特性に影響を与えない範囲で若干の不純物を含んでいる。不純物の多くは白金族元素であり、Sc，B及びSiは不純物として含まれていない。本発明の白金材料におけるPtの純度は少なくとも99.95重量％以上であるのが好ましい。白金材料には、上記不純物を除き、Y，Sc及びBのみが含まれているのが好ましい。

本発明の白金材料は、0.005〜0.02重量％のYを含んでいることにより、鋳造性が向上する上に、鋳造後に冷間鍛錬を行うことにより、純白金に近い組成でありながらビッカース硬度が130 HV以上と高硬度の鋳造品が得られる。Yが上記範囲内であると、良好な鋳造性と硬度をバランス良く得ることができる。Yの添加量は0.005〜0.015重量％であるのが好ましい。

本発明の白金材料は、Yに加えて、Sc及び／又はBを総量が0.01〜0.03重量％の範囲内でさらに含んでいることにより、優れた鋳造性及び高硬度の鋳造品が得られる。総量が0.03重量％超であると硬度は向上するが鋳造性が悪化する。総量が0.01重量％未満であると十分な硬度が得られない。

Scの添加量は0.01重量％以下であるのが好ましい。Scは鋳造性を向上させるが、白金材料の硬化にあまり影響を与えないため、この範囲の添加量とするのが望ましい。Scの添加量は0.0025〜0.01重量％であるのがより好ましい。Bの添加量は0.01重量％以下であるのが好ましい。Bを添加すると白金材料の硬化に貢献するが、鋳造性を悪化させるため、この範囲の添加量とするのが望ましい。Bの添加量は0.005重量％以下であるのがより好ましい。Sc及びBの添加量はYの添加量以下であるのが望ましい。

(2) 第二の実施態様
本発明の第二の実施態様による高純度白金材料は、100重量％の白金（Pt）に対し、0.005〜0.02重量％のイットリウム（Y）を含む。Ptは純白金であるが、第一の実施態様と同様に、白金材料の特性に影響を与えない範囲で若干の不純物を含んでおり、Ptの純度は少なくとも99.95重量％以上であるのが好ましい。白金材料には、上記不純物を除き、Yのみが含まれているのが好ましい。

Yが0.02重量％超であると鋳造性が悪化する。Yが0.005重量％未満であると十分な硬度が得られない。第二の実施態様では、純白金にYを単独添加しているため、低コストであり、製造工程が短くなるという利点がある。Yの添加量は0.005〜0.015重量％であるのが好ましい。

[2] 装飾品
上記の高純度白金材料を有する本発明の装飾品は、鋳造により製造されるため、種々の複雑な形状のものが採用できる。例えば、指輪，ネックレス，ブローチ，イアリング等が挙げられるが、本発明はこれに限定されない。本発明の装飾品は上記の白金材料からなるものでも良く、さらに宝石付きの装飾品や、金と組み合わせた装飾品など、本発明の白金材料と宝石や他の金属を組み合わせた装飾品でも良い。

[3] 装飾品の製造方法
本発明の装飾品の製造方法は、上記の白金材料を真空中で鋳造し、得られた鋳造品に冷間鍛錬を行う。真空度は100 Pa以下であるのが好ましい。窒素ガスやアルゴンガスなどの不活性ガスでガス置換を行うと、白金材料中の添加物が若干反応して腕割れ・巣の発生となる。

白金材料は、例えば、微小粒径の高純度白金粉末を調製し、添加する金属（Y，Sc，B）の微小粒径の粉末を添加し、分散させた後、熱間静水圧加圧（HIP）等により、ブロック状に成形することにより得られる。

鋳造は、装飾品を製造する従来の鋳造方法を用いることができる。例えば、ロストワックス製法を用いて複数の原型が湯道により連結したツリーを作成し、複数の装飾品を同時に鋳造しても良い。

鋳造する際の白金材料の鋳造温度は1700〜1900℃とするのが好ましい。この鋳造温度は、溶解した白金材料の溶湯の上表面を測定したものである。この鋳造温度が1900超であるとY等の添加物が揮発してしまう。この鋳造温度が1700未満であると溶湯の流動性が悪い。

本発明の白金材料を用いて鋳造した鋳造品は、ビッカース硬度が80 HV以上であるのが好ましい。それにより、良好な歩留まりを確保しつつ、後述の冷間鍛錬により130 HV以上までビッカース硬度を向上させることができる。

得られた鋳造品に冷間鍛錬を行う前に、研磨工程を行っても良い。研磨工程はバレル研磨で行うのが好ましい。バレル研磨は、回転バレル研磨，振動バレル研磨，遠心バレル研磨，流動バレル研磨が挙げられるが、回転バレル研磨が好ましい。得られた鋳造品に研磨工程を行うことにより、鋳造品の表面の硬度ムラを低減することができる。

鋳造品に冷間鍛錬を行うことにより、鋳造品の硬度を高めることができる。上記の鋳造工程により装飾品の形状に鋳造されているため、冷間鍛錬により鋳造品を変形することはなく、冷間鍛錬は鋳造品の硬度を高めることを目的とするものである。冷間鍛錬は、例えば常温でハンマにより連続して打撃を加えることにより、行うことができる。具体的には、角部を有する鋼製ハンマを高速回転させながら鋳造品に当てることにより、冷間鍛錬を行うことができる。

この冷間鍛錬により、鋳造品のビッカース硬度を約140 HV以上に向上させるのが望ましい。それにより後述の研磨工程により鋳造品の硬度が低減しても、最終製品である装飾品のビッカース硬度を130 HV以上とすることができる。

冷間鍛錬した鋳造品に荒仕上げを行うのが好ましい。荒仕上げは、例えばバフ研磨により行うことができる。荒仕上げを行った後、鋳造品のビッカース硬度が130 HV以上であるかを確認する。

得られた鋳造品に最終仕上げを行うのが好ましい。最終仕上げは、例えば荒仕上げより表面粗さの細かいバフ研磨により行うことができる。それにより、本発明の装飾品が得られる。このように、冷間鍛錬の後に荒仕上げを行い、再度冷間鍛錬を行うことにより、ビッカース硬度が130 HV以上であって、かつ表面に欠陥のない装飾品が得られる。

以下実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

実施例及１〜９及び比較例１〜５
100重量％のPt（純度99.95重量%）に対し、表１に示す金属を添加して白金材料を調製し、ワックスツリーを用いたロストワックス鋳造法により、真空度100 Pa及び鋳造温度1740℃として甲丸リング（幅2.0 mm，厚み1.7 mm，外径19.3 mm）を鋳造し、実施例及１〜９及び比較例１〜５のサンプルをそれぞれ10本作製した。鋳造された各サンプルのビッカース硬度を測定した。各サンプルに製品上問題となる腕割れ・巣の発生が発生していないかを調べ、各実施例及び比較例の10本のサンプルの鋳造状況について、腕割れ・巣の発生が１本も発生していなかった場合を○とし、８本以上発生していた場合を■とし、それ以外を△とした。また実施例及１〜９及び比較例１〜５の鋳造後の各サンプルのビッカース硬度を３ヶ所（３時，６時，９時）で測定し、その平均値をそれぞれ算出し、各実施例及び比較例の鋳造硬度とした。

注）*・・・比較例

表１の実施例１〜９に示すように、Ptに0.005〜0.02重量％のYを添加するか、0.005〜0.02重量％のYとSc及び／又はBとを総量で0.01〜0.03重量％の添加することにより、鋳造性に優れ、十分な鋳造硬度を有する装飾品が得られた。Yを0.03重量％添加した比較例１と0.04重量％添加した比較例２は鋳造性に劣っていた。またY，Sc及びBの他にケイ素を添加した比較例３〜５についても、全てのサンプルに腕割れ・巣が発生した。

さらに実施例１〜９の各サンプルについて、遠心回転バレル研磨機を用いて高速回転研磨を行った後、多角柱形状を有するアタッチメントを備えたハンディグラインダを用いて、鋳造品の形状に沿って均一に打撃を与えて冷間鍛錬を行った。冷間鍛錬後の各サンプルのビッカース硬度を測定し、ビッカース硬度の平均値をそれぞれ算出し、各実施例１〜９の冷間鍛錬硬度とした。実施例１〜９の冷間鍛錬硬度はいずれも160 HVを超えていた。このように冷間鍛錬により高硬度にすることにより、ビッカース硬度が130 HV以上の最終製品である装飾品を得ることができる。

比較例６及び７
100重量％のPt（純度99.95重量%）に対し、表２に示す金属を添加して白金材料を調製し、表２に示す雰囲気ガス中で鋳造を行った以外は実施例１と同様に、比較例６及び７のサンプルをそれぞれ10本作製した。実施例１と同様に、比較例６及び７の鋳造硬度、冷間鍛錬硬度及び鋳造状況をそれぞれ求めた。得られた結果を表２に示す。

注）*・・・比較例

表２に示すように、雰囲気ガスを窒素ガス又はアルゴンガスにして鋳造を行った場合、全てのサンプルに腕割れ・巣が発生した。これは窒素ガスやアルゴンガスが白金材料中の添加物が反応したためと考えられる。

実施例及10〜15
表３に示すサイズの甲丸リングを用いて、実施例２と同様の条件で鋳造してサンプルを作成し、鋳造硬度を求めた。さらに実施例２と同様に冷間鍛錬を行い、冷間鍛錬硬度を求めた。得られた結果を表３に示す。

表３に示すように、種々のサイズの甲丸リングを鋳造により成形した後、冷間鍛錬を行うことにより、177 HV超のビッカース硬度を有する高硬度の高純度白金リングが得られた。またいずれのサンプルにも腕割れ・巣が発生しておらず、鋳造性にも優れていることが分かった。

Claims

100重量％の白金（Pt）に対し、0.005〜0.02重量％のイットリウム（Y）と、スカンジウム（Sc）及び／又はボロン（B）とを含み、Y，Sc及びBの総量が0.01〜0.03重量％の範囲内であることを特徴とする白金材料。

100重量％の白金（Pt）に対し、0.005〜0.02重量％のイットリウム（Y）を含むことを特徴とする白金材料。

請求項１又は２に記載の白金材料を有する装飾品。

請求項３に記載の装飾品において、ビッカース硬度が130 HV以上であることを特徴とする装飾品。

請求項３又は４に記載の装飾品の製造方法であって、前記白金材料を真空中で鋳造し、得られた鋳造品に冷間鍛錬を行うことを特徴とする装飾品の製造方法。

請求項５に記載の装飾品の製造方法において、鋳造温度を1700〜1900℃とすることを特徴とする装飾品の製造方法。

請求項５又は６に記載の装飾品の製造方法において、前記冷間鍛錬を行った鋳造品を荒仕上げし、再度冷間鍛錬を行った後、最終仕上げをすることを特徴とする装飾品の製造方法。