JP2731272B2 - 彫金性の良好なチタン材料からなる装飾品 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は彫金性の良好なチタン材料からなる装飾品に
関する。

（従来の技術） 装飾品部材は、金属やプラスチックなどに代表され、
服飾アクセサリーをはじめとして時計や眼鏡部品など様
々な美術工芸品に用いられている。このような中で最近
では、デザインがスマートでかつ機能が優れているとい
う点からチタンなど金属性の装飾品部材が注目されてい
る。ここでいう機能とは耐摩耗性および金属への“刻み
やすさ”であり、この“刻みやすさ”を本発明において
は“彫金性”という言葉を用いてあらわす。装飾材料の
用途は上記のように多岐に渡っているが、ここでは彫金
性の良好なチタンを材料とした印鑑，眼鏡部品，ブロー
チを代表例として述べる。

従来から、高級印材として象牙が主流をしめている
が、最近、象の密猟，乱護を招く日本の象牙輸入に国際
的非難が集まり、象牙に代わる加工性，きめの細かき，
耐摩耗性に優れた印材が求められている。即ち印鑑は、
印面においては紙と接触するために耐摩耗性が必要とさ
れ、更に、個人を象徴するという性質から装飾性も重要
な要素とされている。これらの観点から、印材としては
象牙，水牛の角，ツゲ，石といった従来のものに加え、
最近ではチタン，金，銀などの金属が注目されている。
特にチタンは摩耗がごく少なく腐食や変形の心配がない
などの点から優れた印材といえる。

しかしながら、チタンは高価な上、極めて硬く、即ち
彫金性に優れず、専用機にかける等特別な刻印技術が必
要となるため、制作時間が長い，職人気質を満たせない
などの問題点があった。

更に本願発明者らが検討したところ、従来のチタンを
印材とした印鑑に第１図に示す「山野辺」という名字を
刻印する際、「野」という文字に注目してみると、さと
へんの一部「田」の４箇所の穴が「十」を上手に彫り残
せないために繋がりやすく、また、このような緻密な技
術を要する箇所を彫るのに極めて時間がかかり、作業効
率が著しく悪いという問題点、即ち加工性の中でも特に
微妙な彫金性が欠如していることを見い出した。

次に、もう一つの装飾品例として注目した眼鏡は第２
図に示すように、テンプル1,アイリム2,やま3,はこ4,あ
し5,リムロック6,ヒンジ7,わたり8,かざり9,ねじ10など
の各種部品が組み合わされて形成されている。これらの
眼鏡部品に使用される材料においても最近は金属がその
機能の優秀さと意匠形状の目新しさなどのために注目さ
れてきている。従来、このような金属性眼鏡の部品を構
成する金属材料としては、ニッケルクロム合金、ステン
レス鋼、洋白、りん青銅等が用いられており各々の特性
を利用して各眼鏡部品に使い分けられている。これらの
材料には、バネ特性および耐食性が良好であり、高強度
で光沢や研磨性に優れていることが要求される。例え
ば、テンプル、アイリム、わたり、やま、あしは、装着
時の安定性に影響を及ぼすことからバネ特性がすぐれて
いることが必要とされ、更に人体に接触する機会が多い
テンプルには耐食性が必要とされる。すなわち眼鏡は取
扱いにおいて人間の肌に直接触れる部分が多く、また、
手で触れる部分もあり、さらに組立上や装飾上の観点な
どからして前記の特性のいくつかを各部品がそれぞれ必
要としており、それに適合した金属材料が用いられてい
る。そこで、耐摩耗性及び装飾上の観点からチタンが注
目されているが、やはり高価であり、かつ彫金性に劣
り、はこ４やヒンジ10などに小さい穴をあけたり複雑な
構造を成形することが困難であり、また細かい模様を刻
みにくいという欠点があった。

ブローチにおいても装身具の装飾に必要とされる機
能、即ち複雑な構造を成形する、細かい模様を刻む、美
しい色調を呈する等が可能である材料が望まれている。
しかしながら、チタンは耐摩耗性及び装飾上の観点から
は優れているものの、装身具として細工するには硬すぎ
る、つまり彫金性に劣るという問題点があった。

（発明が解決しようとする課題） このように、従来のチタンは極めて彫金性に劣る為、
種々の装飾品部材として緻密に細工することが困難であ
った。本発明は以上のような欠点を除去し、例えば短時
間に、しかも容易に細工できる程度の良好な彫金性を有
するチタン材料からなる装飾品を提供することを目的と
しており、更にチタン材料の表面に硬い層を設け、耐摩
耗性及び装飾性を向上させることができるというもので
ある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段及び作用） 本発明者らは、チタンの耐摩耗性及び装飾性について
広範囲に実験検討した結果、チタン中のガス成分、特に
酸素含有量を600ppm以下、炭素含有量を10ppm未満に減
少させ高純度化すると、印鑑等に必要とされる微妙な彫
金性つまり“刻みやすさ”が著しく増大することを見い
出した。

すなわち、第１の発明は実質的に酸素含有量600ppm以
下、炭素含有量を10ppm未満、その他付随的不純物より
なることを特徴とする彫金性の良好なチタン材料からな
る装飾品である。付随的不純物としては、窒素，炭素，
鉄，ニッケル，クロム，アルミニウム，カリウム，ナト
リウムなどがある。これらの不純物は加工性および耐食
性を害するため少ない方が良いが、目的物の機能を妨害
しない程度であるなら含まれていてもよい。

酸素は、チタン材料における含有量の減少に伴いその
彫金性を向上させ、即ち複雑な構造を成形したり細かい
模様を刻むことを著しく容易にする元素である。よって
具体的には、その含有量は600ppm以下であることが本願
発明では必要である。望ましくは250ppm以下、さらに望
ましくは100ppm以下が良い。尚、副次的にはチタン表面
の耐摩耗性および色彩的装飾性を向上させる効果を併せ
持つ元素である。

窒素は、酸素と同様にチタン材料における含有量の減
少に伴いその彫金性を向上させる効果をもつ一方で、チ
タン表面の耐摩耗性及び装飾性を向上させるために有効
な元素である。よって、その含有量は、50ppm以下，更
に望ましくは20ppm以下が良い。尚、窒素の含有量は酸
素の含有量減少にともない必然的に減少するものであ
る。

炭素は、本発明の装飾品においては、窒素と同様にチ
タン材料における含有量の減少に伴いその彫金性を向上
させる効果をもつため、少ない方が好ましく、具体的に
その含有量は、10ppm未満が良い。

第２の発明は、第１の発明で用いたチタン材料の硬さ
が特殊な手段を用いずとも短時間にしかも容易に緻密な
細工を施すことができる程度であるというものである。
即ち、装飾品としてまず印鑑について考えてみると、第
１図に示すように「山野辺」という文字を刻む際に、細
かい技術を要する箇所、例えば「野」のさとへん「里」
の一部「田」の４箇所の穴や「辺」の曲線を彫るには印
材の彫金性がある程度良好であることが必要である。し
かし、今までのチタンでは酸素含有量の低減が不十分で
あったため熟練工でも容易にこれらの作業を行うことが
できず、本発明によって初めて装飾品部材に必要とされ
る優れた彫金性が得られた。また、第２図に示される眼
鏡部品においてもテンプル1,アイリム2,やま3,など特殊
な形をプレスで一体成形したり複雑な模様を刻み込むに
は材料にある程度の彫金性が必要であり、加えて光沢の
ある色彩を呈する等の装飾性も必要である。更に個々の
眼鏡部品を連結するために設けられた細かい穴は一対の
眼鏡に数十個含まれ、量産品として生産効率を上げるた
めにはチタン材料にこれらの細かい正確な穴を短時間で
開ける切削性が必要となってくる。具体的には一個の穴
を開けるのに従来は２秒かかっていたが、本願発明を用
いて切削性を向上させることにより、穴を開ける時間が
短縮され１秒になる。従って、眼鏡全体では数十個の穴
を有する為、一対の眼鏡に換算すると生産効率が数十倍
と著しく上がりコストダウンが可能となる。本発明者ら
はこれらの性質を併わせもつ今までにはない装飾品部材
として彫金性の良好なチタン材料を見い出した。同様
に、第３図に示すようなブローチなどのアクセサリーも
顔の輪郭や起伏など複雑な構造を成形したり、髪の一本
一本を刻み込み、更には装飾品部材にふさわしい色を呈
する等の機能が必要であり“本発明のチタン”が極めて
有効である。

第３、第４の発明は、チタン材料表面の一部にビッカ
ース硬さで500以上の硬い層を設けたものである。即
ち、成形後または模様を刻み込んだ後は上記装身具の耐
久性を高めるため装飾品部材の表面は耐摩耗性を有する
ことが必要である。特に印鑑は文字を彫刻した印面が紙
と直接接触するため耐摩耗性が不可欠である。本発明者
らはこの耐摩耗性について検討した結果、第５の発明と
して、チタン材料の表面に化学処理を施し酸化層または
窒化層を設けることによって耐摩耗性が高まり、装飾性
と耐久性を同時に兼ね備えるようになることを見い出し
た。尚、硬い層の成分は、第１の発明の装飾品に用いる
チタン材料とは別成分である。純チタン上の酸化層およ
び窒化層では、硬さに多少の違いを生じるが、これらの
耐摩耗性を保持するに十分な硬さを両者ともに有してい
る。また、層の厚さは0.5〜５μが好ましい。層が薄す
ぎると耐摩耗性の効果がそれほど期待できなくなり、逆
に、厚すぎると層が剥がれやすくなる。また、層の厚さ
は色にも影響を与えており、例えば酸化層の場合、層の
厚さによって紫や青など微妙に変化する。この層の厚さ
は酸素濃度、処理時間および処理温度に依存する。

第６の発明は、チタン材料の表面層に再結晶模様を有
するというものである。すなわち、上記の酸化層および
窒化層において、酸素または窒素雰囲気中、再結晶温度
以上で熱処理すると印材表面に第４図のようなうろこ状
または線状の再結晶模様を生じることも本発明者らは見
い出した。この性質は本発明の純チタンが装飾品部材と
して非常に有用であることを示している。

このように本発明の装飾品に用いられる酸素含有量60
0ppm以下、炭素含有量10ppm未満の彫金性の良好な高純
度チタンは、刻み込みやすさは象牙や金，銀などの貴金
属に劣らず、または優れ、化学処理を行うことにより生
じる例えば酸化層，窒化層などの表面層の耐摩耗性も従
来用いられていた材料に比較して劣らない。加えてこれ
らの層は紫色や黄金色など独特の色彩を帯び、更に結晶
模様を醸し出すことができるという装飾性を併せもつた
め、耐摩耗性および装飾性を必要とする印鑑、眼鏡をは
じめとする装身具の材料として極めて効果的である。そ
の他、該純チタンは、本発明の要旨を逸脱しない範囲
で、種々変形して実施することができる。

本発明の装飾品に用いられるTi材は例えば次のように
して製造することができる。

まず最初に、溶融塩電解法によって針状Tiを製造す
る。Ti原料としては例えばスポンジTiを用いる。電解浴
としては、KCl−NaClなどが好ましく、また電解温度は7
30〜755℃，電圧6.0〜8.0Vが好適である。

このような条件下で溶融塩電解することにより、通常
は、酸素70〜160ppm;Fe,Cr,Niがそれぞれ0.75〜6ppm;N
a,Kがそれぞれ96〜325ppmである針状Tiが得られる。

得られた針状Tiは次に、外部からの汚染を防止しなが
らEB溶解炉に送入される。上記の溶融塩電解法によって
得られた針状Tiを通常はプレスでコンパクト化し、これ
を電極としてEB溶解することが考えられるが、しかし、
その場合は工具との接触及びコンパクト成形時の変形で
汚染するので、本発明においては、この外部汚染を防止
するために、針状Tiをそのまま真空中でバイブレーター
式グラニュー投入したのちEB溶解を実施することが好ま
しい。

EB溶解炉においては、炉内を５×10^-5mbar以下，好ま
しくは２×10^-5mbar以下の真空度に保持し、かつフレオ
ンバッフルを使用して拡散ポンプオイルの炉内への混入
を防止しつつ、針状TiのEB溶解を行う。

EB溶解時における操作条件は格別限定されるものでは
ないが、酸素等の汚染吸収を考慮して溶解速度を選定す
ることが求められる。例えば、1.75〜2.3Kg/hrが好まし
い条件である。

この過程で得られたEB鋳造材において酸素含有量は60
0ppm以下，好ましくは250ppm以下，更に好ましくは100p
pm以下に抑制される。また、炭素含有量も10ppm未満に
抑制される。

例えば、以上の方法により本発明の装飾品に用いられ
るTi材は製造される。

（実施例） 次に、本発明を実施例により具体的に説明する。

第１表に示す高純度チタンは以下の製法により得られ
た。

「実施例１」 反応容器中にスポンジチタンを入れ、ヨウ素ガスを送
り、TiI₄を生成後1200℃のフィラメント上にTiのみを析
出精製し結晶Tiを製造した。次いで5.0×10^-5Torrの真
空中で、この結晶Tiを消耗電極として吊り下げて電子線
により溶解し、銅製鋳型で水冷しインゴットを製造し
た。このインゴットを冷間鍛造、冷間圧延後再結晶温度
以下約700℃で焼きなましてチタン材を得た。

「実施例２」 電解槽に電解浴として塩化物系のKCl−NaClなどを満
たし、スポンジチタンを730〜755℃、6.0〜8.0Vで電解
精製した。次いで、このスポンジチタンを5.0×10^-5Tor
rの真空中で、消耗電極として吊り下げて電子線により
溶解し、銅製鋳型で水冷しインゴットを製造した。この
インゴットを冷間鍛造、冷間圧延後再結晶温度以下約70
0℃で焼きなましてチタン材を得た。

「実施例３」 電解槽に電解浴として塩化物系のKCl−NaClなどを満
たし、スポンジチタンを730〜755℃、6.0〜8.0Vで電解
精製した。次いで、このスポンジチタンを1.0×10^-5Tor
rの真空中で、消耗電極として吊り下げて電子線により
溶解し、銅製鋳型で水冷しインゴットを製造した。この
インゴットを冷間鍛造、冷間圧延後再結晶温度以下約75
0℃で焼きなましてチタン材を得た。

「実施例４」 電解槽に電解浴として塩化物系のKCl−NaClなどを満
たし、スポンジチタンを730〜755℃、6.0〜8.0Vで電解
精製した。次いで、このスポンジチタンを消耗電極とし
アーク炉で溶解精製しインゴットを製造した。このイン
ゴットを冷間鍛造、冷間圧延後再結晶温度以下約800℃
で焼きなましてチタン材を得た。

「比較例１」 酸素含有量の少ない市販のスポンジチタンをプレス後
これを電極とし、5.0×10^-5Torrの高真空中アーク炉で
溶解精製した後、銅製鋳型で水冷しインゴットを得再結
晶温度以上で３時間熱処理し本発明の高純度チタン表面
に再結晶模様を有する窒化層または酸化層を設けた。
尚、この層は耐摩耗性を向上させるため、１） 文字ま
たは装飾模様を刻みこんだ後、全体を窒化または酸化処
理する。２） 文字または装飾模様を刻みこむ面に予め
窒化ホウソを塗布して窒化または酸化を防止し、先に他
の表面に層を設けた後、文字または装飾模様を刻み込
み、改めてその面だけ窒化または酸化するという方法を
用いた。また、これらの層は紫色あるいは黄金色を呈す
るため再結晶模様を含めて装飾用部材に最適である。

上記手段により得られた装飾用部材を用い一例として
印鑑を製作し、耐摩耗性試験を行った。コピー紙に押圧
3kgの荷重で捺印し、押圧をかけたまま紙をぬきとる操
作を繰り返して行い、印面の摩耗度を測定した。この結
果、第２表に示されるように本発明の高純度チタンを用
いた印鑑は象牙に比べて摩耗量が少なかった。

以上、本発明の装飾品に用いる高純度チタンは、象牙
や金，銀をはじめとする貴金属に劣らない彫金性および
装飾性を有し、しかも耐摩耗性はこれらより優れるとい
うものである。

［発明の効果］ 以上詳述したように、本発明の装飾品に用いられる彫
金性の良好なチタン材料は、文字や装飾模様を刻み込む
ことが極めて容易であり、また耐摩耗性を有する化学処
理層は装飾性を併わせもつという優れた装飾用部材であ
り、特に本発明のような各種装飾品に極めて有用であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の純チタンに刻印した文字の捺印、第２図
は眼鏡を示す斜視図、第３図は本発明の高純度チタンに
人の顔を刻み込んだブローチ、第４図はチタン材料表面
に生じた再結晶模様である。 １……テンプル、２……アイリム ３……やま、４……はこ ５……あし、６……リムロック ７……ヒンジ、８……わたり ９……かざり、10……ねじ 11……再結晶模様

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０２Ｃ 11/02 Ｇ０２Ｃ 11/02

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】酸素含有量が600ppm以下、炭素含有量が10
   ppm未満、残部は実質的にチタンよりなる彫金性の良好
   なチタン材料からなることを特徴とする装飾品。
2. 【請求項２】前記チタン材料は少なくともその表面の一
   部に硬い層を設けたことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の装飾品。
3. 【請求項３】前記チタン材料表面の硬い層は硬度がビッ
   カース硬さで500以上であることを特徴とする特許請求
   の範囲第２項に記載の装飾品。
4. 【請求項４】前記硬い層の厚さは0.5〜５μであること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の装飾品。
5. 【請求項５】前記硬い層が窒化層または酸化層であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載の装飾品。
6. 【請求項６】前記層表面の少なくとも一部に再結晶模様
   を有することを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
   の装飾品。
7. 【請求項７】前記装飾品は印鑑であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項乃至第６項に記載の装飾品。
8. 【請求項８】前記装飾品はメガネ部品であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項乃至第６項に記載の装飾
   品。
9. 【請求項９】前記装飾品は装身具であることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項乃至第６項に記載の装飾品。