JP4308656B2 - 軟質金属及びその製造方法並びに時計外装部品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、ステンレス鋼、鉄基合金、チタン及びチタン合金、アルミニウム及びアルミニウム合金、黄銅、銅及び銅合金、マグネシウム及びマグネシウム合金等からなり、耐摩耗性及び耐蝕性が高くて丈夫な軟質金属及びその製造方法並びに丈夫で腐食しにくく耐久性に優れ、外観に高級感が得られる時計外装部品及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ステンレス鋼、鉄基合金、チタン及びチタン合金、アルミニウム及びアルミニウム合金、黄銅、銅及び銅合金、マグネシウム及びマグネシウム合金等の軟質金属は軽量で安価であることから様々な分野で各種の部品に加工して使用されている。その軟質金属を加工して形成される軟質金属部材の中には、時計ケース、時計ベゼル、時計裏蓋、時計バンド、中留め及び竜頭などの時計外装部品がある。
【0003】
ところが、軟質金属は、それ自身の表面硬度がビッカース硬度でHv=200以下と低硬度であるため耐摩耗性の面で劣りその表面に傷が付きやすい。また、ステンレス鋼とチタン及びチタン合金を除く鉄基合金、アルミニウム及びアルミニウム合金、黄銅、銅及び銅合金、マグネシウム及びマグネシウム合金等のより軟質な軟質金属は耐蝕性が弱いため腐食を生じやすいという性質を有している。そのため、軟質金属部材は従来からその材料となる軟質金属の耐摩耗性と耐蝕性の改善を図ることを目的として、その表面を硬化させる様々な表面硬化処理が試みられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、軟質金属の表面硬化法としては、その表面を被覆する被膜を形成する方法と、軟質金属自身を硬化させる方法とがある。
軟質金属の表面に被膜を形成する方法には、湿式メッキ、イオンプレーティング等の手法があげられる。湿式メッキとしては、ニッケルメッキ、ニッケルリンメッキ、ニッケルパラジウムメッキ等が広く用いられているが、いずれの手法によるメッキ被膜も膜質が軟らかく、衝撃による傷の形成を解消するまでには至っていない。
【0005】
一方、イオンプレーティングとしては硬質カーボン膜や窒化チタン膜等の被膜を形成する手法があげられる。しかし、硬質カーボン膜は、アルミニウム及びアルミニウム合金、黄銅、銅及び銅合金等の軟質金属に直接被覆することが困難で、シリコン、ゲルマニウム、チタン等からなる中間層を介して形成しなければならない。そのため、軟質金属に直接被覆する場合よりもその中間層の存在によって界面が多くなり、硬質カーボン膜はそれだけ剥離しやすいという性質がある。また、窒化チタン膜は、内部応力が高いので軟質金属に対する密着性が低く、剥離しやすいという性質がある。このように、イオンプレーティングは、いずれの被膜を形成してもその膜が剥離しやすいという問題が完全には解決されていない。また肝心の被膜が剥離してしまうと、軟質金属そのものが露出してこの部分から腐蝕が発生し、軟質金属部材としての使用が不可能となってしまう点にも問題がある。
【0006】
そして、軟質金属自体を直接硬化する方法としては、イオン注入やイオン窒化、ガス窒化、浸炭等が知られている。しかし、いずれの方法も硬化処理に長時間を要するため、軟質金属部材を効率的に生産することができない。しかも、その硬化処理に要する温度が高いためいずれの方法を用いても軟質金属の結晶粒を粗大化させてしまい、表面粗れを発生させてしまうおそれがある。例えば、軟質金属部材に予め鏡面研磨処理を施した上でガス窒化処理を施すと、その処理後の軟質金属部材の表面は、結晶粒が粗大化して200〜300μmの表面粗れが発生して鏡面が消失してしまう。こうなると、その後に研磨加工を施しても、そのガス窒化処理を行う前の鏡面状態を回復することができなくなってしまい、外観の装飾面での品質を著しく低下させてしまう。特に、時計外装部品の場合、中でも腕時計に用いられる時計ケース、ベゼル、裏蓋などの時計外装部品では、外観の装飾面での品質が重要な要素であり、外観の装飾面での品質の低下は重要な問題である。
【0007】
一方、時計外装部品は、一般に軟質金属のほか、樹脂やセラミックス等の絶縁材から製造される場合があるが、この場合も時計外装部品である以上、外観の装飾面での品質が重要な要素であることはいうまでもない。したがって、絶縁材から製造される時計外装部品でも、表面の耐摩耗性を高めて傷付きにくくするとともに、耐蝕性を高めて外観の装飾面での品質を高め、製造される時計、特に腕時計の外観に高級感が得られるようにすることが重要である。
【0008】
この発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、軟質金属及びその製造方法並びに時計外装部品及びその製造方法において、表面の耐摩耗性を高めて傷付き難くするとともに、耐蝕性を高めて腐蝕を生じさせないようにすることによって、耐久性に優れ外観に高級感が得られるようにすることを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】
この発明による軟質金属は、硬化層が表面に形成されている軟質金属であって、上記硬化層は、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなるものであることを特徴とする。この硬化層は、結晶相、アモルファス相のいずれもビッカース硬度が高くて機械的強度が高い。また、長時間浸漬する等して酸性やアルカリ性を示す物質に接触させても、何ら腐蝕を生じさせないという性質を有している。
【0010】
また、この軟質金属は、上記硬化層が、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び上記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下であるものであってもよい。この条件を満たす場合、硬化層は耐摩耗性が高くて耐蝕性が高く、この発明の目的とするより好ましい軟質金属が得られる。
さらに、上記硬化層が、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む合金からなる中間硬化層を介して形成されているとよい。この場合、軟質金属は、表面の硬度が一層高まり、耐摩耗性が向上して表面が傷付きにくくなる。
【0012】
そして、上記軟質金属は、硬化層におけるモリブデンの含有量が30重量%以上60重量%以下であるとよく、上記硬化層が上記添加元素を含む場合は、硬化層を構成するモリブデン及び添加元素の合計含有量が30重量%以上55重量%以下であることが好ましい。この場合、硬化層がアモルファス相となるため軟質金属の表面が鏡面になり、CVD法で成膜した被膜と同様に平滑な膜になる。
【0013】
またこの発明は、軟質金属と、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、その真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、その不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、上記合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を上記軟質金属の表面に形成する工程とを有する軟質金属の製造方法を提供する。
また、上記の軟質金属の製造方法において、合金ターゲットとして、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び上記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下である合金ターゲットを用いる軟質金属の製造方法も提供する。
【0014】
また、この発明は、軟質金属と、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む第1の合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、その真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、その不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、上記第1の合金ターゲットを構成する金属からなる中間硬化層を上記軟質金属の表面に形成する工程と、引き続き上記真空装置内にモリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる第2の合金ターゲットを配置して不活性ガスプラズマを発生させ、その不活性ガスプラズマ雰囲気中で、上記第2の合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を上記中間硬化層の表面に形成する工程とを有する軟質金属の製造方法を提供する。
【0015】
また、上記の軟質金属の製造方法において、第2の合金ターゲットとして、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び上記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下である合金ターゲットを用いる軟質金属の製造方法も提供する。
【0016】
そして、この発明は、硬化層が軟質金属からなる金属外装基材の表面に形成されている時計外装部品であって、上記硬化層は、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる時計外装部品を提供する。
この時計外装部品は、上記硬化層が、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び上記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下であるものであってもよい。
また上記硬化層が、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む合金からなる中間硬化層を介して形成されていると好ましい。
【0018】
上記時計外装部品は、硬化層を構成するモリブデンの含有量が30重量%以上60重量%以下であるとよく、上記硬化層が上記添加元素を含む場合は、上記硬化層におけるモリブデン及び添加元素の合計含有量が30重量%以上55重量%以下であることが好ましい。
【0019】
さらにこの発明は、硬化層が絶縁物からなる絶縁外装基材の表面に形成されている時計外装部品であって、上記硬化層は、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる時計外装部品を提供する。
この時計外装部品は、上記硬化層が、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び上記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下であるものであってもよい。
上記硬化層が、樹脂からなる中間層を介して形成されていると好ましい。
また、上記硬化層の表面に透明な樹脂からなる保護膜が形成されているとなお好ましい。
【0021】
そして、上記時計外装部品は、上記硬化層におけるモリブデンの含有量が30重量%以上60重量%以下であるとよい。上記硬化層が添加元素を含む場合は、その硬化層におけるモリブデン及び添加元素の合計含有量が30重量%以上55重量%以下であるとよい。
上記絶縁外装基材は樹脂又はセラミックスからなるものが好ましい。
また、上記硬化層が、スパッタリング法により形成された金属膜であるとよい。
【0022】
さらに、この発明は、軟質金属からなる金属外装基材と、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、その真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、その不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、上記合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を上記金属外装基材の表面に形成する工程とを有する時計外装部品の製造方法を提供する。
また、上記の時計外装部品の製造方法において、合金ターゲットとして、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットを用いる軟質金属の製造方法も提供する。
【0023】
また、上記中間硬化層を形成する場合の時計外装部品の製造方法は、軟質金属からなる金属外装基材と、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む第1の合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、その真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、その不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、上記第1の合金ターゲットを構成する金属からなる中間硬化層を上記金属外装基材の表面に形成する工程と、引き続き、上記真空装置内に、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる第2の合金ターゲットを配置して不活性ガスプラズマを発生させ、その不活性ガスプラズマ雰囲気中で、上記第2の合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を上記中間硬化層の表面に形成する工程とを有する。
また、上記の時計外装部品の製造方法において、第2の合金ターゲットとして、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び上記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下である合金ターゲットを用いてもよい。
【0024】
さらに、この発明は、絶縁物からなる絶縁外装基材と、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、その真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性プラズマを発生させる工程と、その不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、上記合金ターゲットを構成する金属の原子をスパッタリング法により付着させて、上記絶縁外装基材の表面にその金属の原子からなる硬化層を形成する工程とを有する時計外装部品の製造方法を提供する。
また、上記の時計外装部品の製造方法において、合金ターゲットとして、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットを用いてもよい。
【0025】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による軟質金属及びその製造方法並びに時計外装部品及びその製造方法を実施するための最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
(第1の実施の形態)
1)軟質金属の構造及び製造方法
図1は、この発明による軟質金属1の要部を拡大して模式的に示す断面図であり、図2は、同じく軟質金属15の要部を拡大して模式的に示す断面図である。軟質金属1は軟質金属部2の表面にジルコニウム(Zr)及びモリブデン(Mo)を含む硬化層3が形成されている。軟質金属15は軟質金属部2の表面に硬化層13が形成されていて、その硬化層13は、Zr及びMoのほか、そのZr及びMoに対して全率固溶する元素、すなわち、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)のうち、いずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素を含んでいる。なお、硬化層3、硬化層13とも、膜厚が軟質金属部2の厚さに比べて薄いため、図1及び図2では、左右両側と下側を省略して示している。
【0026】
硬化層3と、硬化層13は、結晶相の場合、アモルファス相の場合のいずれもビッカース硬度が高くて機械的強度が高い。また、長時間浸漬する等して酸性やアルカリ性を示す物質に接触させても、何ら腐蝕を生じさせないという性質を有している。したがって、軟質金属1と軟質金属15は、それぞれ硬化層3と硬化層13が形成されていることにより、耐摩耗性と耐蝕性が良好になっている。
【0027】
次に、軟質金属1及び軟質金属15の構造、製造方法及びその作用効果について詳しく説明する。なお、軟質金属1と軟質金属15はその表面に形成された硬化層の組成が異なるだけでその他の構造及び製造方法は同じであるから、次に述べる軟質金属部材5を例にとって説明する。
軟質金属部材5は、ステンレス鋼、鉄基合金、チタン及びチタン合金、アルミニウム及びアルミニウム合金、黄銅、銅及び銅合金、マグネシウム及びマグネシウム合金等からなる軟質金属を所望の各種部品形状に加工して得られる軟質金属部材6を用い、その軟質金属部材6の表面に硬化層3又は硬化層13を形成したものである。硬化層3を形成した軟質金属部材5が軟質金属1に対応し、硬化層13を形成した軟質金属部材5が軟質金属15に対応している。
【0028】
軟質金属部材5は次のようにして製造する。
まず、図5に示すように、真空装置100の内部に軟質金属部材6と合金ターゲット4を配置する。この合金ターゲット4は、ZrとMoを含む合金(以下「Zr−Mo合金」という)と、ZrとMoに上述の添加元素を含む合金(以下「Zr−Mo添加元素合金」という)とを用意する。前者は硬化層3の形成に用い、後者は硬化層13の形成に用いる。次いで、ポンプ101から排気して真空装置100内を真空にし、その後不活性ガス(例えば、アルゴン(Ar)ガス)を導入し、内部の圧力を3×10−3Torr(約0.4Pa)程度に保持して不活性ガスプラズマを発生させる。そして、その不活性ガスプラズマ雰囲気中でスパッタ法(スパッタリング法ともいう)により、合金ターゲット4を構成する金属からなる被膜を軟質金属部材6の表面に形成すると、軟質金属部材5が得られる。ここで、合金ターゲット4にZr−Mo合金を用いると表面に硬化層3が形成された軟質金属部材5が得られ、Zr−Mo添加元素合金を用いると表面に硬化層13が形成された軟質金属部材5が得られる。
【0029】
2)時計外装部品の構造及び製造方法
次に、時計外装部品の構造及び製造方法について説明する。図3はこの発明による時計外装部品の一例である時計ケース16とその拡大した要部を模式的に示す断面図であり、図4は同じく時計ケース26とその拡大した要部を模式的に示す断面図である。時計ケース16は軟質金属からなる金属外装基材12の表面に上述の硬化層3が形成され、時計ケース26は金属外装基材12の表面に硬化層13が形成されている。
【0030】
時計ケース16,26は、それぞれ硬化層3,硬化層13が形成されているから、軟質金属1,15と同様に耐摩耗性と耐蝕性が高く良好になっている。したがって、時計ケース16,26は、表面に傷が付き難くて外観の装飾面での品質も高く、特に腕時計に用いると、その外観に高級感を持たせることができる。
【0031】
時計ケース16,26は、時計ケースの形状を有する金属外装基材12を用いて軟質金属部材5と同様の方法で製造している。すなわち、図6に示すように、真空装置100の内部に金属外装基材12と合金ターゲット4を配置する。この合金ターゲット4は、Zr−Mo合金とZr−Mo添加元素合金のそれぞれについて用意する。次いで、ポンプ101から排気して真空装置100内を真空にし、その後不活性ガスを導入し、内部の圧力をプラズマ発生可能な圧力、例えば3×10−3Torr(約0.4Pa)程度に保持して不活性ガスプラズマを発生させる。その不活性ガスプラズマ雰囲気中でスパッタ法により、合金ターゲット4を構成する金属からなる被膜を金属外装基材12の表面に形成し、時計ケース16,26を製造する。ここで、合金ターゲット4にZr−Mo合金を用いると時計ケース16が得られ、Zr−Mo添加元素合金を用いると時計ケース26が得られる。
【0032】
3)軟質金属と時計外装部品の第1の実施例
上述の軟質金属と時計外装部品について具体的な実施例(サンプル)を作製した。その実施例について表1から表3を参照して説明する。ここでは、軟質金属として図13に示すような平板状の軟質金属部材を用いて上述の要領で軟質金属部材5を製造した。その際、材料となる軟質金属には、2種類のステンレス鋼(SUS316L、SUS304)、チタン(Ti)、黄銅及びアルミニウム(Al)の合計5種類を使用した。合金ターゲット4は、Zr−Mo合金とZr−Mo添加元素合金のそれぞれについて、各金属の組成を適宜変更して数種類づつ用意した。
【0033】
時計外装部品は、上述の時計ケース16,26のほか、時計ベゼル(以下「ベゼル」という)、時計バンド、時計裏蓋(以下「裏蓋」という)、中留について、軟質金属部材5と同様の軟質金属の中から適切なものを用いて、それぞれ数種類づつ製造した。合金ターゲット4は、Zr−Mo合金とZr−Mo添加元素合金のそれぞれについて、各金属の組成を適宜変更して数種類づつ用意した。
また、こうして製造した軟質金属部材5の実施例と比較のためのサンプル(比較例)も作製した。その比較例は、ステンレス鋼(SUS316L)、チタン(Ti)を用いてその表面にNi−Pメッキ膜を湿式メッキ法により形成している。さらに、この発明の目的とするより好ましい軟質金属及び時計外装部品を得るための比較例(比較例5から20)も作製した。
【0034】
そして、製造した軟質金属部材5と時計外装部品の実施例及び比較例のそれぞれにつき、ICP発光分析を行って形成された被膜の合金組成を調べた。その結果は、「硬化層の組成」としている。また、被膜の特性を評価するための項目(以下この項目を「評価項目」という)として、「硬度」、「表面粗れ」、「密着性」、「耐蝕性」の4つを選び出して、各項目に基準値を設定し、この発明の目的とするより好ましい軟質金属部材と時計外装部品を得るための条件を検討した。各項目についての評価は次の要領で行った。
【0035】
「硬度」は、表面の硬度をビッカース硬度計により測定し、負荷荷重を50gfとする条件下でビッカース硬度Hv=600以上を合格とした。「表面粗れ」は、表面粗さ計を使用して平均表面粗さRaを測定し、そのRaが0.4μm以下を合格とした。「密着性」は、表面を引っかく引っかき試験を行って剥離開始荷重を測定し、剥離開始荷重が500gf以上を合格とした。耐蝕性はCASS試験溶液に48時間浸漬を行って腐蝕が全く発生しないものを合格とした。そして、以上の「硬度」、「表面粗れ」、「密着性」、「耐蝕性」の4通りの項目すべてが合格とされた場合を総合評価で合格とし、いずれか1つでも不合格の場合は、総合評価を不合格とした。評価の結果は次の通りである。
【0036】
A)Zr−Mo合金を用いた場合
この場合は、表1と表3に示されている。表1に示すように、比較例1から4は、耐蝕性は「なし」である。しかし、硬度が最高でもHv=360(比較例3)であり、表面粗さRaは0.1μm、密着性は最高でも350gf(比較例3)に過ぎないから、総合評価は不合格である。
これに対し、実施例については表1の実施例1から12及び表3の実施例51から56に示すとおり、硬度はHv=620以上である。また、平均表面粗さRaは0.35μm以下であり、剥離開始荷重は500gf以上である。腐蝕はすべて「なし」である。したがって、表1に示す実施例1から12及び表3に示す実施例51から56(以下「第1の対象実施例」という)は総合評価が合格である。
【0037】
この第1の対象実施例のほか、比較例5から10に示すとおり、硬化層3はMoの含有量が増えるにしたがって硬度が上昇している。この点を考慮しつつ第1の対象実施例と、表3に示す比較例5から10とを比較すると以下のことが理解される。
Moの含有量が増えるにしたがって硬度が上昇するという点からすれば、被膜の硬度をより高くするためには、Moの含有量を増やせばよい。しかし、比較例5から7に示すように、Moの含有量が76重量%に達し、75重量%を越えてしまうと、平均表面粗さRaが0.45μmになる。このとき、硬化層は形成されるものの、結晶性のMo2Zrが形成されるため、結晶粒界が隆起して表面粗れが多くみられるようになる。そのため、その硬化層は軟質金属や時計外装部品の外観の装飾性に影響を与えるおそれがある。Moの含有量が75重量%以下で60重量%を越える範囲内では、硬化層にMo2Zrは形成されるが、結晶粒界は粗大化せず表面粗れはほとんど発生しない。したがって、Moの含有量は76重量%未満であるのがよく、約75重量%以下であるのが好ましい。
【0038】
一方、比較例8から10に示すように、Moの含有量が29重量%になり、30重量未満になると、硬度が基準値Hv=600を満たさないため、この発明の目的とする性質を十分に備えた硬化層にならないおそれがある。したがって、Moの含有量は、29重量%を越えるのがよく、約30重量%以上であるのが好ましい。
以上から、Moの含有量は29重量%を越えてかつ76重量%未満であるのがよく、約30重量%以上で約75重量%以下であるのが好ましい。Moの含有量がこの条件を満たせば、第1の対象実施例に示すように、形成される被膜は4つの評価項目すべてが合格となるため、この発明の目的とするより好ましい軟質金属及び時計外装部品が得られる。
【0039】
B)Zr−Mo添加元素合金を用いた場合
この場合は表2と表3に示されている。表2の実施例13から46及び表3の実施例57から66に示すとおり、硬度はHv=610以上である。また、平均表面粗さRaは0.35μm以下であり、剥離開始荷重は500gf以上である。腐蝕はすべて「なし」である。したがって、表2に示す各実施例及び表3に示す実施例57から66(以下「第2の対象実施例」という)は総合評価が合格である。この第2の対象実施例と、表3に示す比較例11から20とを比較すると以下のことが理解される。
【0040】
この場合も、被膜の硬度をより高くするためには、Moの含有量を増やせばよい。しかし、比較例11から14に示すように、Moの含有量が66重量%に達し、65重量%を越えてしまうと、表面粗さRaが0.45μmになる。このとき、硬化層は形成されるものの、結晶性のMo2Zrが形成されるため、結晶粒界が隆起して表面粗れが多くみられるようになる。そのため、その硬化層は軟質金属や時計外装部品の外観の装飾性に影響を与えるおそれがある。したがって、Moの含有量は66重量%未満であるのがよく、約65重量%以下であるのが好ましい。
【0041】
一方、比較例15から17に示すように、Moの含有量が24重量%になり、25重量%未満になると、硬度が基準値Hv=600を満たさないため、この発明の目的とする性質を十分に備えた硬化層にならないおそれがある。したがって、Moの含有量は、24重量%を越えるのがよく、約25重量%以上であるのが好ましい。
以上から、Moの含有量は24重量%を越えてかつ66重量%未満であるのがよく、約25重量%以上で約65重量%以下であるのが好ましい。
【0042】
Moの含有量がこの条件を満たしても、比較例18から20に示すように、添加元素の合計含有量が26重量%に達してしまい、25重量%を越える場合は、表面粗さRaが0.45μmになる。このときも、硬化層は形成されるものの、結晶性のMo2Zrが形成されるため、結晶粒界が隆起して表面粗れが多くみられるようになる。そのため、その硬化層は軟質金属や時計外装部品の外観の装飾性に影響を与えるおそれがある。したがって、添加元素の合計含有量は26重量%未満であるのがよく、約25重量%以下であるのが好ましい。
【0043】
さらに、Mo及び添加元素の合計含有量に着目した場合は次のようになる。比較例11から14に示すように、Mo及び添加元素の合計含有量が81重量%に達し、80重量%を越える場合は、表面粗さRaが0.45μmになり、結晶性のMo2Zrが形成され、結晶粒界が隆起して表面粗れが多くみられるようになる。また、比較例15から17に示すように、Mo及び添加元素の合計含有量が29重量%になり、30重量%未満になると、硬度が基準値Hv=600を満たさないため、この発明の目的とする性質を十分に備えた硬化層にならないおそれがある。Mo及び添加元素の合計含有量が80重量%以下で55重量%を越える範囲内では、硬化層にMo2Zrは形成されるが、結晶粒界は粗大化せず表面粗れはほとんど発生しない。したがって、Mo及び添加元素の合計含有量は、29重量%を越えてかつ81重量%未満であるのがよく、約30重量%以上で約80重量%以下であるのが好ましい。
【0044】
以上まとめると、硬化層がZr−Mo添加元素合金の場合において、以下の条件a)及びb)を満たす場合、又はc)を満たす場合はこの発明の目的とする好ましい軟質金属及び時計外装部品を得ることができる。
a)Moの含有量が24重量%を越えて66重量%未満であり、好ましくはMoの含有量が約25重量%以上約65重量%以下であること
b)添加元素の合計含有量が26重量%未満、好ましくは約25重量%以下であること
c)Mo及び添加元素の合計含有量が29重量%を越えて81重量%未満であり、好ましくはMo及び添加元素の合計含有量が約30重量%以上約80重量%以下であること
【0045】
4)軟質金属と時計外装部品の第2の実施例
上述の軟質金属と時計外装部品について、合金ターゲットの組成を工夫して硬化層がアモルファス相になる実施例(サンプル)を作製した。材料となる軟質金属は、合金ターゲット4をZr−Mo合金とした場合はステンレス(SUS304)と黄銅の2種類を用い、Zr−Mo添加元素合金とした場合はステンレス(SUS304とSUS316L)と、チタン、黄銅の4種類を用いた。いずれの場合も、軟質金属部材は平板状の軟質金属部材とし、時計外装部品は時計ケース、ベゼル、時計バンド及び裏蓋とした。
【0046】
そして、製造した軟質金属と時計外装部品について、上述の評価項目に加えて形成した被膜の結晶性について調べた。その結晶性は、X線回折(θ−2θ法)による測定を行い、アモルファス合金特有のブロードなピークを示したものをアモルファス相とし、結晶ピークが観察されたものは結晶相と判定した。評価の結果は次の通りである。
【0047】
A)Zr−Mo合金を用いた場合
この場合は表4に示されている。硬化層は、上述したように、結晶相でも、アモルファス相でも、ビッカース硬度が高くて機械的強度が高く、酸性やアルカリ性を示す物質に接触させても、腐蝕が全く発生しないという性質を有している。したがって、結晶性の評価がいずれであっても、この発明の目的とする軟質金属と時計外装部品を得ることができる。しかし、硬化層は、その結晶性がアモルファス相になると表面が鏡面になり、CVD法で成膜した被膜と同様に平滑な膜になるから、表面を指で触れても指紋がつきにくくなるという性質がある。したがって、硬化層がアモルファス相になれば、軟質金属と時計外装部品の外観の装飾性を一層良好にして高級感を出すことができ、特に時計外装部品は腕時計用として好ましいものとなる。
【0048】
実施例203から216に示すように、Moの含有量が30重量%以上60重量%以下である場合は、総合評価が合格であり、その被膜(硬化層)はアモルファス相となる。その一方、実施例201,202のように、Moの含有量が60重量%を越える場合は、総合評価は合格でも結晶質のMo2Zrが形成され、硬化層は結晶相となってしまう。Moの含有量が30重量%未満では、総合評価が合格にならない場合があるから、Moの含有量は約30重量%以上であるのが好ましい。Moの含有量が約30重量%以上約60重量%以下であれば、結晶質のMo2Zrは形成されずに硬化層はアモルファス相となる。したがって、硬化層をアモルファス相とするため、Moの含有量は約30重量%以上約60重量%以下であるのが好ましい。
【0049】
B)Zr−Mo添加元素合金を用いた場合
この場合は表5に示されている。実施例304から348に示すように、Mo及び添加元素の合計含有量が30重量%以上55重量%以下の場合は、総合評価が合格であり、その被膜(硬化層)はアモルファス相となる。その一方、実施例301,302,303のように、Mo及び添加元素の合計含有量が55重量%を越える場合は、総合評価は合格でも結晶質のMo2Zrが形成され、硬化層は結晶相となってしまう。Mo及び添加元素の合計含有量が30重量%未満では、総合評価が合格にならない場合があるから、Mo及び添加元素の合計含有量は約30重量%以上であるのが好ましい。Mo及び添加元素の合計含有量が約30重量%以上約55重量%以下であれば、結晶質のMo2Zrは形成されずに硬化層はアモルファス相となる。したがって、硬化層をアモルファス相とするため、Mo及び添加元素の合計含有量は約30重量%以上約55重量%以下であるのが好ましい。
【0050】
(第2の実施の形態)
1)軟質金属の構造及び製造方法
図7は、この発明による軟質金属20の要部を拡大して模式的に示す断面図であり、図8は、同じく軟質金属22の要部を拡大して模式的に示す断面図である。軟質金属20は軟質金属部2の表面に中間硬化層7を形成し、その中間硬化層7を介して硬化層3が形成されている。軟質金属22は軟質金属部2の表面に中間硬化層7を形成し、その中間硬化層7を介して硬化層13が形成されている。つまり、軟質金属20,22は、上述の軟質金属1,15と比較してそれぞれの硬化層3,13が中間硬化層7を介して形成されている点で異なり、そのほかは同じ構成を有している。
【0051】
中間硬化層7は、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む合金からなり、この実施の形態では、コバルト(Co)−ジルコニウム(Zr)合金又はコバルト(Co)−ニオブ(Nb)−ジルコニウム(Zr)合金としている。この中間硬化層7を介して硬化層3,13を形成すると、軟質金属20,22の表面に中間硬化層7とともに、硬化層3,13が形成されることになるから、軟質金属1,15と比較して、軟質金属20,22の表面の硬度が一層高まり、耐摩耗性が向上して表面が傷付きにくくなる。しかしながら、その中間硬化層7は、軟質金属20,22の表面に形成されるため、その材質の影響を受けやすい。そのため、軟質金属はその材質によっては(軟質金属のより軟質な黄銅、Al等の場合)、中間硬化層を形成しても表面の硬度が高くならない場合がある。
【0052】
中間硬化層7は、上述のCo−Zr合金又はCo−Nb−Zr合金のほか、次のような組成の合金でもよい。すなわち、中間硬化層7は、任意組成のFe−Co−Ni−Zr−B合金、Fe−Cr−Ni−Zr−B合金、Fe−Co−Ni−Nb−Zr−B合金、Fe−Co−Ni−Ta−Zr−B合金、Fe−Co−Cr−Ni−Nb−Zr−B合金、Fe−Co−Cr−Ni−Ta−Zr−B合金、Co−Nb−Ti合金、Co−Cr合金、Co−Ti合金、Co−Nb合金、Co−Ta合金、Co−W合金、Co−Fe−Nb合金、Co−Ni−Nb合金、Co−Fe−Zr合金、Co−Ni−Zr合金、Co−Fe−Nb−Zr合金、Co−Ni−Nb−Zr合金でもよい。
【0053】
また、中間硬化層7は、それ自体が軟質金属20,22の表面を硬化させる働きを有している。ところが、中間硬化層7はメタル(金属)アレルギを生じさせるCo,Niを含有することがあるため、単に軟質金属の表面に形成しただけだと、却って軟質金属の人体に対する耐アレルギー性が低下してしまうおそれがあり、好ましくない。これに対して、硬化層3,13を構成するZr,Nb,Ta,Tiは人体のメタル(金属)アレルギ反応に関しては無害であり、Moもメタルアレルギ反応を生じさせる元素ではない。そのため、中間硬化層7の表面に硬化層3,13を形成することにより、軟質金属の人体に対する耐アレルギー性を低下させることなく、耐摩耗性と耐蝕性を高めることができる。
【0054】
次に、軟質金属20,22の具体的な構造、製造方法及びその作用効果について説明する。なお、軟質金属20と、軟質金属22とは、その表面に形成された硬化層の組成が異なるだけでその他の構造及び製造方法は同じであるから、次に述べる軟質金属部材25を例にとって説明する。
軟質金属部材25は、軟質金属部材6の表面に中間硬化層7を介して硬化層3又は硬化層13を形成したもので、硬化層3を形成した軟質金属部材25が軟質金属20に対応し、硬化層13を形成した軟質金属部材25が軟質金属22に対応している。
【0055】
軟質金属部材25は次のようにして製造する。
まず、図11に示すように、真空装置100の内部に軟質金属部材6と第1の合金ターゲットとして合金ターゲット14を配置する。この合金ターゲット14は、例えばCo−Zr合金又はCo−Nb−Zr合金とする。次いで、ポンプ101から排気して真空装置100内を真空にし、その後不活性ガスを導入し、内部の圧力を3×10−3Torr(約0.4Pa)程度に保持して不活性ガスプラズマ発生させる。その不活性ガスプラズマ雰囲気中で、スパッタ法により合金ターゲット14を構成する金属からなる被膜を軟質金属部材6の表面に形成する。これにより、中間硬化層7が形成される。引き続いて真空装置100の内部に第2の合金ターゲットとして合金ターゲット4を配置する。この合金ターゲット4は、Zr−Mo合金又はZr−Mo添加元素合金を用いる。そして、内部の圧力を3×10−3Torr(約0.4Pa)程度に保持して不活性ガスプラズマを発生させ、その不活性ガスプラズマ雰囲気中でスパッタ法により、合金ターゲット4を構成する金属の被膜を中間硬化層7の表面に形成すると、軟質金属部材25が得られる。なお、合金ターゲット4にZr−Mo合金を用いると表面に硬化層3が形成された軟質金属部材25が得られ、Zr−Mo添加元素合金を用いると硬化層13が形成された軟質金属部材25が得られる。
【0056】
2)時計外装部品の構造及び製造方法
次に、時計外装部品の構造及び製造方法について説明する。図9はこの発明による時計外装部品の一例である時計ケース18とその拡大した要部を模式的に示す断面図であり、図10は同じく時計ケース28とその拡大した要部を模式的に示す断面図である。時計ケース18は金属外装基材12の表面に中間硬化層7を介して硬化層3が形成され、時計ケース28は金属外装基材12の表面に中間硬化層7を介して硬化層13が形成されている。
【0057】
時計ケース18,28は、軟質金属20,22と同様に硬化層3,13が中間硬化層7を介して形成されているから、時計ケース16,26と比較して表面の耐摩耗性が高く、より一層傷付き難くなっている。したがって、時計ケース18,28は、外観の装飾面での品質が高く、腕時計の外観に高級感を持たせるために用いると好ましい。特に、時計ケース18,28は、腕時計に用いると身体に接触しやすくなるから、中間硬化層7の表面に硬化層3,13を形成して人体に対する耐アレルギー性を低下させないことが大切である。その点時計ケース18,28は有益である。
【0058】
時計ケース18,28は、時計ケースの形状を有する金属外装基材12を用いて軟質金属部材25と同様の方法で製造している。すなわち、図12に示すように、真空装置100の内部に金属外装基材12と第1の合金ターゲットとして合金ターゲット14を配置する。この合金ターゲット14は、例えばCo−Zr合金とCo−Nb−Zr合金のそれぞれについて用意する。次いで、ポンプ101から排気して真空装置100内を真空にし、その後不活性ガスを導入し、内部の圧力をプラズマ発生可能な圧力(3×10−3Torr(約0.4Pa)程度)に保持して不活性ガスプラズマを発生させる。その不活性ガスプラズマ雰囲気中でスパッタ法により、合金ターゲット14を構成する金属からなる被膜を金属外装基材12の表面に形成して中間硬化層7を形成する。引き続いて真空装置100の内部に第2の合金ターゲットとして合金ターゲット4を配置する。この合金ターゲット4は、Zr−Mo合金又はZr−Mo添加元素合金を用いる。そして、内部の圧力を3×10−3Torr(約0.4Pa)程度に保持して不活性ガスプラズマを発生させ、その不活性ガスプラズマ雰囲気中でスパッタ法により、合金ターゲット4を構成する金属の被膜を中間硬化層7の表面に形成する。これにより、硬化層3,13が中間硬化層7の表面に形成され、硬化層3,13が中間硬化層7を介して形成された時計ケース18,28が得られる。ここで、合金ターゲット4にZr−Mo合金を用いると時計ケース18が得られ、Zr−Mo添加元素合金を用いると時計ケース28が得られる。
【0059】
3)軟質金属と時計外装部品の第1の実施例
上述の軟質金属と時計外装部品について具体的な実施例(サンプル)を作製した。その実施例について表6から表8を参照し、一部表3を再度参照して説明する。ここでは、軟質金属として図14に示すような平板状の軟質金属部材を用いて上述の要領で軟質金属部材25を製造した。その際、材料となる軟質金属には、Ti、黄銅及びアルミニウム(Al)の3種類と、ステンレス(SUS304とSUS316L)とを使用した。合金ターゲット4は、Zr−Mo合金とZr−Mo添加元素合金のそれぞれについて、各金属の組成を適宜変更して数種類づつ用意した。
【0060】
時計外装部品は、上述の時計ケース18,28のほか、ベゼル、時計バンド、裏蓋、中留とし、軟質金属部材25と同様の軟質金属の中から適切なものを用いて、それぞれ数種類づつ製造した。合金ターゲット4は、Zr−Mo合金とZr−Mo添加元素合金のそれぞれについて、各金属の組成を適宜変更して数種類づつ用意した。
また、各軟質金属部材と時計外装部品について、軟質金属の材質の変更による硬度への影響を調べるため、各実施例は、軟質金属の材質が表1に示す中間硬化層のない実施例と同じ場合、相違する場合のそれぞれについて用意した。
【0061】
そして、以上の軟質金属部材25と時計外装部品の実施例に対し、上述の評価項目について第1の実施の形態と同じ要領で評価を行った。評価の結果は次の通りである。
【0062】
A)Zr−Mo合金を用いた場合
この場合は表6に示されている。総合評価の結果が合格になった実施例(実施例67から84)では、いずれもMoの含有量が30重量%以上75重量%以下になっている。しかし、Moの含有量がこの範囲を外れると、第1の実施形態と同様、硬化層の性質に評価項目間の優劣が現れる(表3参照)。
すなわち、比較例8から10のように、Moの含有量が30重量%未満になると、形成されている硬化層の硬度が低下して基準値を下回り、この発明の目的とする性質を備えた軟質金属と時計外装部品が得られないおそれがある。また、比較例5から7のように、Moの含有量が75重量%を越えると、硬化層は形成されるものの、結晶性のMo2Zrが形成されるため、結晶粒界が隆起して表面粗さが多くみられるようになる。そのため、その硬化層は軟質金属と時計外装部品の外観の装飾性に影響を与えるおそれがある。Moの含有量が75重量%以下で60重量%を越える範囲内では、硬化層Mo2Zrは形成されるものの、結晶粒界は粗大化せず表面粗れはほとんど発生しない。
【0063】
ここで、中間硬化層7の有無による硬度の相違について、表1と表6に示す実施例を比較して検討する。
表1に示す実施例4から6と、7から9では、軟質金属の材質がTiであり、硬度は順にHv=730,680,650と、Hv=940,920,780となっている。これに対し、表6に示す実施例82から84と、67から69では、軟質金属の材質が同じTiであるが、硬度は順にHv=750,690,680と、Hv=940,940,820となっている。表1に示す実施例4から6及び7から9と、表6に示す実施例82から84及び67から69とは、硬化層の組成が同じであるから、軟質金属の材質がTiの場合は、中間硬化層7を形成したことにより、硬度が同じか少なくとも高まっていることが理解される。
【0064】
一方、軟質金属の材質をTiからAlに変更して中間硬化層7を形成した場合は次のようになる。表6に示す実施例76から78と、73から75では、硬度は順にHv=690,760,620と、Hv=890,880,760となっている。したがって、軟質金属の材質をTiからAlに変更して中間硬化層7を形成した場合は、硬度が高くならない場合があることが理解される。これは、中間硬化層7が軟質金属の材質の影響を受けやすく、軟質金属の中でも、より軟質なAlや黄銅の場合はこのような結果になると考えられる。
【0065】
以上まとめると、Moの含有量は29重量%を越えてかつ76重量%未満であるのがよく、約30重量%以上約75重量%以下であるのが好ましい。Moの含有量がこの条件を満たせば、この発明の目的とするより好ましい軟質金属及び時計外装部品が得られる。さらに、中間硬化層を形成して耐摩耗性を高めるには、軟質金属はTi、ステンレス等の比較的硬質なものが好ましい。
【0066】
B)Zr−Mo添加元素合金を用いた場合
この場合は表7と表8に示されている。
前述した比較例11から17に示すように、Moの含有量が24重量%又は66重量%になり、25重量%未満の場合又は65重量%を越える場合は、第1の実施形態の場合と同様に、評価項目の中で基準値を満たさない場合がみられる(硬度又は表面粗れ)。この場合は、結晶性のMo2Zrが形成されるため、結晶粒界が隆起して表面粗れが多くみられるようになる。そのため、この発明の目的とする好ましい軟質金属及び時計外装部品を得るためには、Moの含有量が24重量%を越えて66重量%未満であるのがよく、Moの含有量が約25重量%以上約65重量%以下であることが好ましい。
【0067】
その一方、比較例18−20に示すように、Moの含有量が約25重量%以上約65重量%以下であっても、表面粗さRaが0.45μmとなる場合があるから、この場合を除外するには、第1の実施形態の場合と同様に、添加元素の合計含有量が26重量%未満であるのがよく、約25重量%以下であるのが好ましい。
また、表7、表8及び表3の実施例57から66に示すように、総合評価が合格である場合は、Mo及び添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下であるのに対し、比較例11−17に示すように、Mo及び添加元素の合計含有量がこの範囲を外れると、評価項目の中で基準値を満たさない場合がみられる(硬度又は表面粗れ)。よって、Mo及び添加元素の合計含有量は、29重量%を越えてかつ81重量%未満であるのがよく、約30重量%以上で約80重量%以下であるのが好ましい。
【0068】
以上をまとめると、硬化層がZr−Mo添加元素合金の場合は、以下の条件d)及びe)を満たす場合、又はf)を満たす場合はこの発明の目的とする好ましい軟質金属及び時計外装部品を得ることができる。
d)Moの含有量が24重量%を越えて66重量%未満であり、好ましくはMoの含有量が約25重量%以上約65重量%以下であること、
e)添加元素の合計含有量が26重量%未満、好ましくは約25重量%以下であること
f)Mo及び添加元素の合計含有量が29重量%を越えて81重量%未満であり、好ましくはMo及び添加元素の合計含有量が約30重量%以上約80重量%以下であること
【0069】
4)軟質金属と時計外装部品の第2の実施例
この実施の形態においても、第1の実施の形態と同じ要領で上述の軟質金属と時計外装部品について、硬化層がアモルファス相になるための条件を調べたところ、次のようになった。
Zr−Mo合金を用いた場合は、Moの含有量が約30重量%以上約60重量%以下であれば硬化層はアモルファス相となる。また、Zr−Mo添加元素合金を用いた場合は、Mo及び添加元素の合計含有量が約30重量%以上約55重量%以下であれば硬化層はアモルファス相となる。これらの場合は、軟質金属と時計外装部品の表面が平滑になって指紋が付着し難くなり、外観の装飾性を一層良好にして高級感を出すことができる。特に、時計外装部品は腕時計用として好ましいものとなる。
【0070】
(第3の実施の形態)
1)時計外装部品の構造及び製造方法
図21はこの発明による時計外装部品の一例である時計ケース31及び裏蓋33を用いた電波時計30の内部構造を模式的に示す断面図である。電波時計30は、時計ケース31と、その上面に固着された風防ガラス32及び裏蓋33とから密閉空間を形成し、その密閉空間内に時計針34と、文字盤35と、ムーブメント36とを有し、アンテナ37と、端子板44とを有してなっている。
【0071】
電波時計30は、所定の時刻電波を受信して時刻の修正を自動的に行う電波修正タイプの腕時計である。そのため、その時刻電波を受信するアンテナ37を内蔵している。アンテナ37の近傍に金属製の部品(金属部品)が配置されていると、その金属部品により時刻電波が減衰して受信障害を引き起こすおそれがあることから、一般に電波時計用の時計外装部品、電波時計30の場合でいえば、時計ケース31及び裏蓋33は樹脂やセラミックス等の絶縁材を用いて製造している。
【0072】
時計ケース31と裏蓋33は、それぞれ図15、図16に示すように、絶縁外装基材52の外側表面全体に硬化層3を形成したもので、硬化層3は上述の各実施の形態と同様にZr及びMoを含む金属膜である。この硬化層3の代わりに、Zr及びMoのほか、Nb,Ta,Tiのうち、いずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素を含む硬化層13を形成してもよい。Zr,Mo,Nb,Ta,Tiは磁性を持たず、電気伝導率が低いことから、電波受信障害を起こしにくい元素である。そのため、これらの金属から構成される硬化層3,13を絶縁外装基材52の外側表面全体に形成すると、特に電波時計用として極めて有効な時計外装部品が得られる。このような時計外装部品は、時計ケース31及び裏蓋33のほか、ベゼルも含まれる。
【0073】
ところで、この発明に関連する技術として、樹脂成形体の表面に金属粉末を分散させた塗料を吹き付けて、塗装により電波時計用の時計ケースを製造する技術がある。また、セラミックス製のケース基体の表面にAu,Ag,Pd,Pt,Cr,Ni,Cu等の金属薄膜を形成して電波時計用の時計ケースを製造する技術がある(例えば特開2001−305244号公報)。前者は、塗装によるため時計ケースの外観に高級感を得るのが難しく、塗膜の密着性にも問題がある。また、後者は、時計ケースの外観に高級感を持たせることは可能であるが、金属薄膜の材質とその膜厚の影響でアンテナの受信感度が低下するおそれがある。しかしながら、この発明による時計ケース31と裏蓋33は、上述のとおり、硬化層を構成する元素に磁性を持たず、電気伝導率が低い元素を用いることにより、アンテナ37の受信感度の低下を許容範囲内に制限している。また、硬化層の膜厚を必要な範囲内に制限すれば、受信感度への影響を少なくできるほか、次の点でも好ましい。
【0074】
すなわち、硬化層3,13は、膜厚を約0.05μmから約3μm程度とするのが好ましい。膜厚が0.05μm未満では、時計ケース31及び裏蓋33は、金属色を呈する外観(以下「金属外観」という)が得にくく、しかも耐摩耗性が低くて耐久性が不十分となり、3μmを越えると成膜時の応力により表面粗れが発生するおそれがあるからである。硬化層3(硬化層13を含む)の膜厚は、絶縁外装基材52の大きさに比べて薄く形成されている。
【0075】
絶縁外装基材52は、時計ケース31と裏蓋33に対応する形状に作製された絶縁材、例えば従来から広く用いられている熱可塑性樹脂からなっている。絶縁外装基材52は、例えば、約200℃以上の耐熱性を有する熱可塑性樹脂を用いることができる。具体例としては、ナイロン、ポリブチレンテレフタレート等のエンジニアリングプラスチック、或いはポリフェニレンスルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート等のスーパーエンジニアリングプラスチック等が挙げられる。また、絶縁外装基材52は、耐熱性及び機械的強度を向上させる目的で、炭素繊維やガラス繊維等の強化物質を添加した樹脂を用いても良い。さらに、時計ケース31や裏蓋33を腕時計用とし、タングステン(W)等の比重の大きな金属の粉末を分散させて重厚感を持たせた樹脂を用いてもよい。ただし、比重増加のため樹脂に添加する粉末は、アンテナ37の電波受信性能を考慮して非磁性体の粉末が好ましい。
さらに、絶縁外装基材52は、セラミックスやガラスを用いても良い。ここで、セラミックス材料としては、ジルコニア、アルミナ等を用いることができるが、耐衝撃性や靱性に優れる点から、特にジルコニアが好ましい。
【0076】
時計針34は、秒針38、分針39及び時針40をそれぞれ文字盤35上で回転するように指針軸41で支持して形成されている。文字盤35は、樹脂やセラミックス等の絶縁物の表面に時を表す文字等が印刷或いは浮き出しして形成されている。ムーブメント36は、その内部に計時回路と時計針34を運針するためのステップモータ及び輪列を備え、その他電波時計30に備える機能に応じた回路と、アンテナ37を介して時報信号の電波を受信する受信回路と、その受信信号に基づき時刻合わせを行う表示修正回路等を設けている。アンテナ37は、端子板44を介してムーブメント36内の受信回路に接続されている。
【0077】
なお、電波時計30は、時計ケース31と、風防ガラス32及び裏蓋33とから密閉空間を形成するのにパッキン42と、パッキン43とを用いている。パッキン42は、時計ケース31と裏蓋33とに介在し、両者の隙間を塞ぐようにして配置されている。パッキン43は、時計ケース31と風防ガラス32とに介在し、両者の隙間を塞ぐようにして配置されている。
【0078】
次に、時計ケース31と裏蓋33の製造方法及びその作用効果について詳細に説明する。
時計ケース31と裏蓋33は例えば次のようにして製造する。
まず、熱可塑性樹脂を用いる場合は、時計ケース31と裏蓋33のそれぞれの形状に対応するキャビティを有する金型内に熱可塑性樹脂を射出充填して、絶縁外装基材52、すなわち、時計ケース31及び裏蓋33を得るための絶縁成形体を作製する。絶縁外装基材52を作製する際に熱可塑性樹脂を用いると、幅広いデザインの時計外装部品を容易に得ることができる。
【0079】
また、セラミックスを用いて絶縁外装基材52を作製する場合、その方法としては、スリップキャスティング法や粉末射出成形法が挙げられる。スリップキャスティング法では、セラミックス粉末を溶剤に分散してスラリー化し、その泥漿(スリップ)を石膏等からなる型に流し込み、離型して乾燥させた後、焼成して焼成体を得る。粉末射出成形法では、次のようになる。まず、セラミックス粉末と熱可塑性樹脂からなる有機バインダとを混合して射出成形用組成物を生成し、その射出成形用組成物を所望の部品形状のキャビティを有する金型内に射出充填して成形体を得る。次に、その成形体を大気中又は不活性雰囲気中で約400〜500℃程度にまで加熱して脱脂を行い、有機バインダを除去する。続いて、大気中で所定の温度で焼成を行い、焼成体を得ることになる。
そして、いずれかにより得られた焼成体に対して、細部の研削及び表面の研磨等の機械加工を行い所望の時計外装部品の形状に加工すると、セラミックスからなる絶縁外装基材52を作製することができる。
【0080】
次に、得られた絶縁外装基材52の表面に硬化層3又は硬化層13を次の手順で形成する。まず、絶縁外装基材52と合金ターゲットを上述の真空装置内に配置して、その真空装置内を真空排気した後に不活性ガス(例えばArガス)を導入し、内部の圧力を3×10−3Torr(約0.4Pa)程度に保持して不活性ガスプラズマ(例えばArガスプラズマ)を発生させる。その不活性ガスプラズマ雰囲気中で合金ターゲット(例えばZr:20重量%、Mo:80重量%の組成を有する合金ターゲット)を使用してスパッタリング法により、絶縁外装基材52の表面に硬化層を形成する。ここで、合金ターゲットにZr−Mo合金を用いると硬化層3が形成された時計ケース31及び裏蓋33が得られ、Zr−Mo添加元素合金を用いると硬化層13が形成された時計ケース31及び裏蓋33が得られる。この硬化層3,13の膜厚は、例えばスパッタリングの時間を変化させることによって任意に制御することができる。
【0081】
硬化層の形成をスパッタリング法により行うと、成膜時の絶縁外装基材52の温度が約100℃から約150℃に留まり、比較的低温で硬化層を形成することができる。よって、絶縁外装基材52を樹脂で作製する場合は、特に硬化層の形成をスパッタリング法により行うとよい。また、硬化層の形成をスパッタリング法により行うと、硬化層の組成制御が容易であるばかりでなく、 塗装や蒸着に比べて硬化層の密着性を良好にすることができる。
【0082】
2)時計外装部品の第1の実施例
上述の時計ケース31及び裏蓋33について、具体的な実施例(サンプル)を作製した。その実施例について表9を参照して説明する。時計ケース31及び裏蓋33は、6−ナイロン:80重量%、線径10μmのガラス繊維:13重量%、CaSiO3:7重量%の組成を有する熱可塑性樹脂からなる絶縁外装基材52を用いた。合金ターゲットは、Zr−Mo合金とZr−Mo添加元素合金のそれぞれについて、各金属の組成を適宜変更して数種類づつ用意した。その各合金ターゲットを用いて絶縁外装基材52の表面に硬化層を形成し、時計ケース31及び裏蓋33を製造した。合金ターゲットをZr−Mo合金として硬化層3を形成した場合が実施例401から408であり、合金ターゲットをZr−Mo添加元素合金として硬化層13を形成した場合が実施例409から441である。各実施例とも、硬化層の膜厚は約1μmに設定している。
【0083】
そして、得られた時計ケース31及び裏蓋33について、その特性を調べるため、時計ケース31及び裏蓋33を用いて図21に示す電波時計30を製造して、「受信感度低下量」、「耐摩耗性」、「硬度」、「外観」の4つの評価項目について以下の要領で評価を行った。
上述のとおり、電波時計30は、アンテナ37の時刻電波の受信感度が性能を決める重要な要素であるから、時計ケース31及び裏蓋33によりもたらされるアンテナ37の電波受信感度への影響を必要最小限に留める必要がある。そこで、次の要領で「受信感度低下量」を測定して評価を行った。
【0084】
受信感度低下量の測定は、時計ケース31及び裏蓋33を用いて形成した密閉空間の内部にムーブメント36を組み込み、外部からの電波を遮断したシールドルーム内で40kHzの電波に対する受信限界電界強度を測定して行う。硬化層による受信特性への影響を調べるため、ムーブメント36を組み込んだ場合の測定値と、予め測定したムーブメント36単体での測定値とを比較して、電波受信感度の低下量を求めた。ここで、電波受信感度の低下量が1デシベル(dB)未満の場合は、電波時計の受信性能として問題はないとし、合格の評価を行った。
【0085】
「耐摩耗性」は砂消しゴムを用いて時計ケース31及び裏蓋33の表面をこする摩耗試験を行い、荷重2kgで30回往復した後に下地が見えない場合を合格とした。この2つの項目は、電波時計30の性能として重要であるためいずれも合格とされたものを総合評価で合格と判定した。
【0086】
また、「硬度」は負荷荷重を1gfとする条件下でビッカース硬度を測定した。このビッカース硬度は、Hv=600以上となるのが好ましい。さらに、「外観」は時計ケース31及び裏蓋33それぞれの外観の表面粗れ状態を観察して評価した。以上の評価を行った結果は表9に示すとおりである。
表9に示すように、各実施例とも電波受信感度の低下量は0.1デシベルに留まり、受信性能に全く問題は認められなかった。また、摩耗試験後も硬化層の剥離は認められなかった。そのため、各実施例とも総合評価は合格であった。
【0087】
ビッカース硬度と外観の表面粗れ状態の評価結果は次の通りである。
A)Zr−Mo合金を用いた場合(実施例401から408)
この場合、ビッカース硬度は実施例408を除いてHv=600以上であった。また、外観の表面粗れ状態に関しては、実施例401では結晶性のMo2Zrが形成され若干の表面粗れが認められたが、その他の実施例では良好であった。実施例408は、Moの含有量が25重量%であり、一方、実施例401ではMoの含有量が80重量%になっている。したがって、ビッカース硬度と外観の表面粗れ状態の評価をともに良好にするには、Moの含有量が25重量%を越えて80重量%未満であるのがよく、Moの含有量が約30重量%以上約75重量%以下であるのが好ましい。Moの含有量がこの範囲にあれば、より一層高い硬度を有して耐摩耗性に優れ、しかも、表面平滑性に優れ外観の美しさと高級感のある金属外観を兼ね備えた時計外装部品が得られる。
【0088】
B)Zr−Mo添加元素合金を用いた場合(実施例409から441)
この場合、ビッカース硬度は実施例423,432,441を除いてHv=600以上であった。また、外観の表面粗れ状態に関しては、実施例409,410と、424,425と、433,434とでは結晶性のMo2Zrが形成され若干の表面粗れが認められたが、その他の実施例では良好であった。実施例423,432,441はMoの含有量が20重量%であり、その他の実施例は、Moの含有量が20重量%を越えている。
【0089】
一方、実施例410、425及び434ではMoの含有量が70重量%になっていて、その他の実施例は、Moの含有量が70重量%未満である。実施例409,424及び433では添加元素(それぞれNb,Ta,Ti)の含有量が26重量%になっているが、その他の実施例は、添加元素の含有量が26重量%未満である。
【0090】
これらの結果からみて、ビッカース硬度を良好なものとするには、Moの含有量が20重量%を越えているのがよく、Moの含有量が約25重量%以上であるのが好ましい。また、ビッカース硬度とともに、外観の表面粗れ状態の評価を良好にするには、Moの含有量が70重量%未満でありかつ添加元素の含有量が26重量%未満であるのがよく、Moの含有量が約65重量%以下でありかつ添加元素の含有量が約25重量%以下であるのが好ましい。
【0091】
3)時計外装部品の第2の実施例
この実施例では、第1の実施例と材質の異なる絶縁外装基材52を用いて時計ケース31及び裏蓋33を製造した。この絶縁外装基材52は、セラミックスであるジルコニアを用い、それを粉末射出成形法により成形したものである。詳しくは次のようにして作製する。まず、ジルコニアを主成分とする粉末と、ポリプロピレン、ポリスチレン、エチレンビニルアセテート、ポリブチルメタクリレート、ワックスの混合物からなる有機バインダとを混練して成形材料とし、この成形材料を用いて時計ケース及び裏蓋の絶縁成形体を作製する。次に、機械加工により絶縁成形体のバリ取り等の粗加工をした後、大気中で約500℃まで約72時間かけて緩やかに昇温して脱脂することによって有機バインダを除去し、さらに、大気中で約1450℃で約3時間焼成して焼成体を得る。次いで、その焼成体に対して細部の研削及び表面の研磨等の機械加工を施すと、ジルコニアセラミックスからなる絶縁外装基材52を作製することができる。
【0092】
この実施例では、絶縁外装基材52の材質が異なるが、硬化層の膜厚を0.3μmから1.2μmの範囲で適宜変更して第1の実施例と同じ要領で時計ケース31及び裏蓋33を製造した。各実施例につき、第1の実施例と同じ評価項目について評価を行った。また、比較例として、絶縁外装基材52の表面に硬化層の代わりに金(Au)又はニッケル(Ni)からなる金属膜をスパッタリング法により形成して時計ケース及び裏蓋を製造し、その時計ケース及び裏蓋により電波時計を作製して第1の実施例と同じ評価項目について評価を行った。これらの評価の結果は、表12に示すとおりである。
【0093】
表12に示すように、各実施例とも電波受信感度の低下量は0.1デシベルに留まり、受信性能に全く問題は認められなかった。また、摩耗試験後も硬化層の剥離は認められなかった。そのため、各実施例とも総合評価は合格であった。また、ビッカース硬度は、各実施例ともHv=600以上であった。
この実施例に示すように、時計ケース31及び裏蓋33は、硬化層の膜厚を増加させても、電波受信感度の低下はなく、電波受信性能に問題は見られない。耐摩耗性についても同様である。よって、硬化層の膜厚を任意に形成しても電波受信感度の低下はなく、耐摩耗性を良好にすることができる。
【0094】
一方、比較例407から比較例414は、電波受信感度低下量が最低でも2.1デシベルになり(比較例407)、1デシベルを越えてしまうため、受信性能が大きく低下している。また、摩耗試験後の金属膜の剥離は比較例408から410と、412から414では認められなかったが、比較例407,411では金属膜の剥離が見られた。比較例407と411の場合、金属膜の膜厚が0.3μmと薄いため、耐摩耗性が不十分なためであると考えられる。以上の結果から、比較例407から比較例414は総合評価が不合格であった。また、硬度についても、実施例454から461と比較して低い値になり、十分な硬度が得られなかった
【0095】
比較例407から比較例410と、比較例411から比較例414に示すように、Au又はNiの金属膜を形成する場合、膜厚の増加に伴い電波受信感度が低下している。そのため、電波受信感度の低下を押さえて電波受信障害を回避するためには金属膜を薄く形成しなければならない(例えば、0.3μm未満)。しかし、金属膜を薄く形成して膜厚を0.3μm未満にすると耐摩耗性が不十分になるため耐久性に欠け、時計外装部品を使用する際に支障をきたすおそれがある。
【0096】
4)時計外装部品の第3の実施例
上述の時計ケース31と裏蓋33について、第1の実施の形態と同じ要領で硬化層がアモルファス相になるための条件を調べたところ、次のようになった。
Zr−Mo合金を用いた場合は、Moの含有量が約30重量%以上約60重量%以下であれば硬化層はアモルファス相となる。また、Zr−Mo添加元素合金を用いた場合は、Mo及び添加元素の合計含有量が約30重量%以上約55重量%以下であれば硬化層はアモルファス相となる。これらの場合は、時計外装部品の表面が平滑になって指紋が付着し難くなり、外観の装飾性を一層良好にして高級感を出すことができる。特に、時計外装部品は電波時計用として好ましいものとなる。
【0097】
(第4の実施の形態)
1)時計外装部品の構造及び製造方法
図17はこの発明による時計外装部品の一例である時計ケース45の要部を拡大して示す部分断面図である。図18は同じく裏蓋46の要部を拡大して示す部分断面図である。時計ケース45、裏蓋46はともに、絶縁外装基材52の外側表面全体に中間層47を形成し、その中間層47を介して硬化層3を形成したもので、硬化層3は上述の第3の実施の形態と同様にZr及びMoを含む金属膜である。この硬化層3の代わりに硬化層13を形成してもよい。
つまり、時計ケース45、裏蓋46は、上述の時計ケース31、裏蓋33と比較して、それぞれの硬化層3,13が中間層47を介して形成されている点で異なり、その他は同じ構成を有している。
【0098】
中間層47はウレタン系樹脂、アミノアクリル系樹脂等の樹脂からなり、その膜厚は約10μmから約30μm程度が好ましい。10μm未満では、絶縁外装基材52の表面の下地を充分に平滑化することが困難であり、30μm以上では、硬化層を形成する際に発生する熱や応力により、外観の品質が低下するおそれがあるからである。
【0099】
この時計ケース45と裏蓋46は次のようにして製造する。
第3の実施の形態と同じ要領で絶縁外装基材52を作製する。そして、その絶縁外装基材52の表面に中間層47の形成に必要な樹脂を含む塗料をスプレー又はディッピングにより塗布するとともに、熱や紫外線の照射により硬化させて中間層47を形成する。そして、その中間層47を介して、第3の実施の形態と同じ要領で絶縁外装基材52の表面に硬化層3(硬化層13)を形成すると、時計ケース45と裏蓋46が得られる。
【0100】
時計ケース45と裏蓋46は、中間層47を設けることによって、外観の表面粗れが少なくなり、鏡面性がより一層優れ、鏡面仕上げ調の金属外観を得ることができる。これは、中間層47により、金型のキズ或いは絶縁外装基材52の材料となる熱可塑性樹脂に含まれるガラス繊維等の強化物質に起因した絶縁外装基材52の表面粗れがカバーされ、絶縁外装基材52の表面が平滑化されたためと考えられる。
【0101】
2)時計外装部品の第1の実施例
上述の時計ケース45及び裏蓋46について、具体的な実施例(サンプル)を作製した。その実施例について表10及び表11を参照して説明する。
時計ケース45及び裏蓋46は、第3の実施の形態と同じ絶縁外装基材52を用いて製造した。合金ターゲットは、Zr−Mo添加元素合金について、各金属の組成を適宜変更して数種類用意した。その各合金ターゲットを用いて絶縁外装基材52の表面に以下の要領で中間層47を形成し、その中間層47を介して、膜厚が約1μm程度の硬化層を形成して時計ケース45及び裏蓋46を製造した。そして、得られた時計ケース45及び裏蓋46について、第3の実施の形態と同じ評価項目について評価を行った。その評価の結果は、表10に示すとおりである。
【0102】
ここで、中間層47は、次のようにして形成する。まず、作製した絶縁外装基材52を洗浄及び乾燥させた後、ウレタン樹脂を含む塗料をスプレーコーティングによって塗布する。その後、約120℃の温度で約90分間加熱して硬化処理を行い、中間層47を形成する。中間層47の膜厚は約15μmとしている。
【0103】
また、比較例として、絶縁外装基材52の表面に硬化層を形成する代わりに金属膜を形成して時計ケース及び裏蓋を製造し、その時計ケース及び裏蓋により電波時計を作製して第3の実施の形態と同じ評価項目について評価を行った。その評価の結果は、表11に示すとおりである。なお、ここでは、金属膜の材質として、金(Au)、ニッケル(Ni)、リン(P)、鉄(Fe)、クロム(Cr)、プラチナ(Pt)、アルミニウム(Al)のいずれか少なくとも1つからなる金属を用いた。表11に示す比較例401から404は、スパッタリング法により金属膜を形成した。比較例405は金属膜をメッキ法により形成し、比較例406は蒸着法により形成した。
【0104】
表10に示すように、各実施例とも電波受信感度の低下量は0.1デシベルに留まり、受信性能に全く問題は認められなかった。また、摩耗試験後も硬化層の剥離は認められなかった。そのため、各実施例とも総合評価は合格であった。
ビッカース硬度と外観の表面粗れ状態の評価結果は次の通りである。
ビッカース硬度は実施例453を除いてHv=600以上であった。また、外観の表面粗れ状態に関しては、実施例448では結晶性のMo2Zrが形成され若干の表面粗れが認められたが、その他の実施例では良好であった。この実施例453はMoの含有量が5重量%で、添加元素の合計含有量が15重量%になっている。また、実施例448ではMoの含有量が70重量%になっており、添加元素の合計含有量が15重量%になっている。
【0105】
時計ケース45及び裏蓋46は、それぞれの硬化層3,13が中間層47を介して形成されている点で時計ケース31、裏蓋33と異なるだけで、そのほかは同じ構成を有しているから、ビッカース硬度を良好にするための条件と、ビッカース硬度とともに、外観の評価を良好にするための条件は、第3の実施形態の第1の実施例で示した条件と同じであると考えられる。すなわち、ビッカース硬度を良好にするには、Moの含有量が20重量%を越えているのがよく、Moの含有量が約25重量%以上であるのが好ましい。また、ビッカース硬度とともに、外観の表面粗れ状態の評価を良好にするには、Moの含有量が70重量%未満でありかつ添加元素の含有量が26重量%未満であるのがよく、Moの含有量が約65重量%以下でありかつ添加元素の含有量が約25重量%以下であるのが好ましい。ただし、この場合の添加元素の含有量は、Nb,Ta,Tiのいずれか少なくとも2つの合計含有量である。実施例448と453を除く表10に示す各実施例は、これらの条件を満たしている。
【0106】
一方、表11に示すとおり、比較例401から比較例406は、電波受信感度低下量が最低でも1.3デシベルになり(比較例404)、1デシベルを越えてしまうため、受信性能が大きく低下している。また、摩耗試験後の金属膜の剥離は比較例401から404では認められなかったが、比較例405,406では金属膜の剥離が見られた。比較例405と406の場合、メッキ法又は蒸着法により金属膜を形成しているため、その金属膜に十分な密着性が得られないと考えられる。以上の結果から、比較例401から比較例406は総合評価が不合格であった。また、硬度についても、表10に示す実施例と比較して低い値になり、十分な硬度が得られなかった。
【0107】
3)時計外装部品の第2の実施例
上述の時計ケース45と裏蓋46について、第1の実施の形態と同じ要領で硬化層がアモルファス相になるための条件を調べたところ、次のようになった。
Zr−Mo合金を用いた場合は、Moの含有量が約30重量%以上約60重量%以下であれば硬化層はアモルファス相となる。また、Zr−Mo添加元素合金を用いた場合は、Mo及び添加元素の合計含有量が約30重量%以上約55重量%以下であれば硬化層はアモルファス相となる。これらの場合は、軟質金属と時計外装部品の表面が平滑になって指紋が付着し難くなり、外観の装飾性を一層良好にして高級感を出すことができる。特に、時計装部品は電波時計用として好ましいものとなる。
【0108】
(第5の実施の形態)
1)時計外装部品の構造及び製造方法
図19はこの発明による時計外装部品の一例である時計ケース48の要部を拡大して示す部分断面図である。図20は同じく裏蓋49の要部を拡大して示す部分断面図である。時計ケース48、裏蓋49はともに、絶縁外装基材52の外側表面全体に中間層47を介して硬化層3を形成し、その硬化層3の表面全体に透明な樹脂からなる保護膜50を形成したもので、硬化層3は上述の第3の実施の形態と同様にZr及びMoを含む金属膜である。この硬化層3の代わりに硬化層13を形成してもよいし、中間層47を介さずに硬化層3又は硬化層13を形成し、その表面全体に保護膜50を形成してもよい。
つまり、時計ケース48、裏蓋49は、上述の時計ケース45、裏蓋46と比較してそれぞれの硬化層3,13の表面に保護膜50が形成されている点で異なり、そのほかは同じ構成を有している。
【0109】
保護膜50は、樹脂から形成されるが、その下地に形成される硬化層3(硬化層13)の金属色を生かすため光学的に透明な樹脂から形成するのが好ましく、耐摩耗性に加え、耐蝕性や耐薬品性に優れた樹脂から形成するとよい。具体的には、ウレタン系、アクリル系、シリコーン系、フッ素系などの樹脂が好ましい。また、保護膜50は、その材料(例えば塗料)に顔料等を添加することによって着色しても良い。
【0110】
保護膜50の厚さは約5μmから約30μm程度が好ましい。5μm未満では耐摩耗性が不十分となり、30μmを越えると保護膜の平滑性が得られず、時計ケース48や裏蓋49の外観品質が低下するからである。
この保護膜50を硬化層3,13の表面に形成することにより、時計ケース48や裏蓋49の耐摩耗性を向上させることができる。保護膜50は、特に硬化層3,13の膜厚が薄い場合、例えば0.3μm以下の場合に形成するとよい。保護膜50を形成することによって、時計ケース48と裏蓋49の耐摩耗性を強化することができる。
【0111】
時計ケース48と裏蓋49は次のようにして製造する。
まず、第3の実施の形態と同じ要領で樹脂又はセラミックスからなる絶縁外装基材52を作製する。この絶縁外装基材52に対して、第3の実施の形態と同じ要領で硬化層3,13を形成する。この際、硬化層3,13は中間層47を介して形成するが、中間層47を介さずに形成してもよい。硬化層3,13の膜厚は約0.05μmから約0.3μm程度が好ましい。膜厚が約0.05μm未満になると、十分な金属外観が得られないので好ましくない。そして、硬化層3,13の表面に、スプレー又はディッピングによりその材料となる塗料を塗布するとともに、その塗料を熱や紫外線の照射によって硬化させると保護膜50が形成され、これをもって時計ケース48と裏蓋49とが得られる。
【0112】
2)時計外装部品の実施例
上述の時計ケース48及び裏蓋49について、具体的な実施例(サンプル)を作製した。その実施例について表13を参照して説明する。
時計ケース48及び裏蓋49は、第3の実施の形態と同じ熱可塑性樹脂(例えば、6−ナイロン:80重量%、線径10μmのガラス繊維:13重量%、CaSiO3:7重量%の組成を有する熱可塑性樹脂)を用いる。そして、第3の実施の形態と同じ要領で絶縁外装基材52を形成する。その表面にウレタン樹脂を含む塗料をスプレーコーティングによって塗布し、約120℃の温度で約90分間加熱して硬化処理を行い中間層47(膜厚約15μm)を形成する。その中間層47を介して硬化層13を形成することによって時計ケース48及び裏蓋49を製造した。ここで、中間層47は、膜厚を15μmとし、硬化層13の膜厚は0.1μmとしている。さらに、硬化層13の表面に次の3通りの保護膜50を形成した。
【0113】
まず、アクリル樹脂を含む塗料をスプレーコーティングによって塗布した後、室温で約24時間放置して、膜厚が25μmの保護膜50を形成した(実施例462)。また、ウレタン樹脂を含む塗料をスプレーコーティングによって塗布した後に約70℃で約90分間乾燥して、膜厚が20μmの保護膜50を形成した(実施例463)。さらに、シリコーン樹脂を含む紫外線硬化型の塗料をスプレーコーティングによって塗布した後、365nmの波長の紫外線を照射して硬化処理を行い、膜厚が10μmの保護膜50を形成した(実施例464)。
【0114】
また、保護膜の膜厚を変更した点(3μm、40μm)を除いて、実施例462と同じ要領で時計ケース及び裏蓋を製造した(比較例415,416)。さらに、硬化層の膜厚を変更した点(0.03μm)を除いて、実施例463と同じ要領で時計ケース及び裏蓋を製造した(比較例417)。
そして、得られた時計ケース及び裏蓋について、硬度を除く第3の実施の形態と同じ評価項目について評価を行った。その評価の結果は、表13に示すとおりである。
【0115】
表13に示すように、各実施例とも電波受信感度の低下量は0.05デシベルに留まり、受信性能に全く問題は認められなかった。また、硬化層の膜厚が0.1μmと薄いにもかかわらず、摩耗試験後も硬化層の剥離は認められず、耐摩耗性は良好であった。これは、硬化層13の表面が保護膜50により保護されているからである。
一方、比較例415及び比較例416は、電波受信感度が0.05デシベルに留まり、受信性能に全く問題は認められなかった。しかし、比較例415は、摩耗試験後の硬化層の剥離がみられ、耐摩耗性が良好ではなかった。これは、保護膜50の膜厚が3μmと薄いため、保護膜50の耐摩耗性が不十分なためであると考えられる。また、比較例416は、耐摩耗性は良好であったが、保護膜の膜厚が40μmと厚くて平滑性が得られないため外観の状態は良好ではなかった。さらに、比較例417は、耐摩耗性は良好であったが、硬化層の膜厚が0.03μmと薄いため、良好な金属色が得られず、外観の状態は良好ではなかった。
【0116】
なお、上述した各実施の形態において、真空装置には不活性ガスとしてArアルゴンガスを導入して不活性ガスプラズマを発生させればよいが、そのArガスの代わりにHe(ヘリウム),Ne(ネオン),Xe(キセノン),Kr(クリプトン)を導入してもよい。これらの不活性ガスを真空装置内に導入する圧力はそれによる不活性ガスプラズマが発生可能な圧力でよく、3×10−3Torr(約0.4Pa)程度には限定されない。
また、スパッタリング法としては、例えば、RFスパッタ法、DCスパッタ、RFマグネトロンスパッタ法、DCマグネトロンスパッタ法などを適用することができる。
【0117】
【表1】
【0118】
【表2】
【0119】
【表3】
【0120】
【表4】
【0121】
【表5】
【0122】
【表6】
【0123】
【表7】
【0124】
【表8】
【0125】
【表9】
【0126】
【表10】
【0127】
【表11】
【0128】
【表12】
【0129】
【表13】
【0130】
【発明の効果】
この発明によれば、表面の硬度が高いことにより、耐摩耗性が高くて傷がつき難く、耐蝕性が良好な軟質金属及び時計外装部品が得られる。この発明による軟質金属及び時計外装部品は、耐蝕性が良好であるため、腐蝕を生じにくく、外観の装飾性に高級感が得られる。特に、表面に形成される硬化層がアモルファス相になると、その硬化層が平滑な膜になるから、表面を指で触れても指紋がつきにくくなり、外観の装飾性を一層良好にして高級感を出すことができる。
また、絶縁外装基材に硬化層を形成した時計外装部品の場合は、耐摩耗性が高くて傷がつき難く、耐蝕性が良好なだけでなく、硬化層を形成してもアンテナの電波受信感度の影響がないため、電波時計用の時計外装部品として好適である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明による軟質金属の要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図2】 この発明による別の軟質金属の要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図3】 この発明による時計外装部品と、その拡大した要部を模式的に示す断面図である。
【図4】 この発明による別の時計外装部品と、その拡大した要部を模式的に示す断面図である。
【図5】 軟質金属の表面に硬化層を形成する真空装置内の構成を模式的に示す断面である。
【図6】 時計外装部品の表面に硬化層を形成する真空装置内の構成を模式的に示す断面である。
【図7】 中間硬化層を介して硬化層を形成した軟質金属の要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図8】 中間硬化層を介して硬化層を形成した別の軟質金属の要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図9】 中間硬化層を介して硬化層を形成した時計外装部品と、その要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図10】 中間硬化層を介して硬化層を形成した別の時計外装部品と、その要部を拡大して模式的に示す断面図である。
【図11】 軟質金属の表面に中間硬化層を介して硬化層を形成する真空装置内の構成を模式的に示す断面である。
【図12】 時計外装部品の表面に中間硬化層を介して硬化層を形成する真空装置内の構成を模式的に示す断面である。
【図13】 平板状の軟質金属部材とその拡大した要部を模式的に示す断面図で、(1)は硬化層3を形成した軟質金属部材、(2)は硬化層13を形成した軟質金属部材である。
【図14】 平板状の別の軟質金属部材とその拡大した要部を模式的に示す断面図で、(1)は硬化層3を形成した軟質金属部材、(2)は硬化層13を形成した軟質金属部材である。
【図15】 絶縁外装基材を用いた時計ケースと、その拡大した要部を模式的に示す断面図である。
【図16】 絶縁外装基材を用いた裏蓋と、その拡大した要部を模式的に示す断面図である。
【図17】 絶縁外装基材を用いた別の時計ケースと、その拡大した要部を模式的に示す断面図である。
【図18】 絶縁外装基材を用いた別の裏蓋と、その拡大した要部を模式的に示す断面図である。
【図19】 絶縁外装基材を用いたさらに別の時計ケースと、その拡大した要部を模式的に示す断面図である。
【図20】 絶縁外装基材を用いたさらに別の裏蓋と、その拡大した要部を模式的に示す断面図である。
【図21】 この発明による時計外装部品の一例である時計ケース及び裏蓋を用いた電波時計の内部構造を模式的に示す断面図である。
【符号の説明】
1,15,20,22:軟質金属、2:軟質金属部、3,13:硬化層、
4,14:合金ターゲット、5,6,25:軟質金属部材、
7:中間硬化層、12:金属外装基材、
16,18,26,28,31,45,48:時計ケース、
30:電波時計、32:風防ガラス、33,46,49:裏蓋、34:時計針、
35:文字盤、36:ムーブメント、37:アンテナ、38:秒針、
39:分針、40:時針、42,43:パッキン、44:端子板、
47:中間層、50:保護膜、52:絶縁外装基材、
100:真空装置、101:ポンプ、
Claims (31)
- 硬化層が表面に形成されている軟質金属であって、
前記硬化層は、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなることを特徴とする軟質金属。 - 硬化層が表面に形成されている軟質金属であって、
前記硬化層は、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び前記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下であることを特徴とする軟質金属。 - 前記硬化層が、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む合金からなる中間硬化層を介して形成されていることを特徴とする請求項1記載の軟質金属。
- 前記硬化層が、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む合金からなる中間硬化層を介して形成されていることを特徴とする請求項2記載の軟質金属。
- 前記硬化層におけるモリブデンの含有量が30重量%以上60重量%以下であることを特徴とする請求項1又は3記載の軟質金属。
- 前記硬化層におけるモリブデン及び添加元素の合計含有量が30重量%以上55重量%以下であることを特徴とする請求項2又は4記載の軟質金属。
- 軟質金属と、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を前記軟質金属の表面に形成する工程とを有することを特徴とする軟質金属の製造方法。 - 軟質金属と、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び前記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下である合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を前記軟質金属の表面に形成する工程とを有することを特徴とする軟質金属の製造方法。 - 軟質金属と、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む第1の合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記第1の合金ターゲットを構成する金属からなる中間硬化層を前記軟質金属の表面に形成する工程と、
引き続き、前記真空装置内に、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる第2の合金ターゲットを配置して不活性ガスプラズマを発生させ、その不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記第2の合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を前記中間硬化層の表面に形成する工程とを有することを特徴とする軟質金属の製造方法。 - 軟質金属と、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む第1の合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記第1の合金ターゲットを構成する金属からなる中間硬化層を前記軟質金属の表面に形成する工程と、
引き続き、前記真空装置内に、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び前記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下である第2の合金ターゲットを配置して不活性ガスプラズマを発生させ、その不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記第2の合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を前記中間硬化層の表面に形成する工程とを有することを特徴とする軟質金属の製造方法。 - 硬化層が軟質金属からなる金属外装基材の表面に形成されている時計外装部品であって、
前記硬化層は、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなることを特徴とする時計外装部品。 - 硬化層が軟質金属からなる金属外装基材の表面に形成されている時計外装部品であって、
前記硬化層は、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び前記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下であることを特徴とする時計外装部品。 - 前記硬化層が、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む合金からなる中間硬化層を介して形成されていることを特徴とする請求項11記載の時計外装部品。
- 前記硬化層が、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む合金からなる中間硬化層を介して形成されていることを特徴とする請求項12記載の時計外装部品。
- 前記硬化層におけるモリブデンの含有量が30重量%以上60重量%以下であることを特徴とする請求項11又は13記載の時計外装部品。
- 前記硬化層におけるモリブデン及び添加元素の合計含有量が30重量%以上55重量%以下であることを特徴とする請求項12又は14記載の時計外装部品。
- 硬化層が絶縁物からなる絶縁外装基材の表面に形成されている時計外装部品であって、
前記硬化層は、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなることを特徴とする時計外装部品。 - 硬化層が絶縁物からなる絶縁外装基材の表面に形成されている時計外装部品であって、
前記硬化層は、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなることを特徴とする時計外装部品。 - 前記硬化層が、樹脂からなる中間層を介して形成されていることを特徴とする請求項17記載の時計外装部品。
- 前記硬化層が、樹脂からなる中間層を介して形成されていることを特徴とする請求項18記載の時計外装部品。
- 請求項17乃至20のいずれか一項記載の時計外装部品において、
前記硬化層の表面に透明な樹脂からなる保護膜が形成されていることを特徴とする時計外装部品。 - 前記硬化層におけるモリブデンの含有量が30重量%以上60重量%以下であることを特徴とする請求項17又は19記載の時計外装部品。
- 前記硬化層におけるモリブデン及び添加元素の合計含有量が30重量%以上55重量%以下であることを特徴とする請求項18又は20記載の時計外装部品。
- 前記絶縁外装基材が樹脂又はセラミックスからなることを特徴とする請求項17乃至20のいずれか一項記載の時計外装部品。
- 前記硬化層が、スパッタリング法により形成された金属膜であることを特徴とする請求項17乃至20のいずれか一項記載の時計外装部品。
- 軟質金属からなる金属外装基材と、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を前記金属外装基材の表面に形成する工程とを有することを特徴とする時計外装部品の製造方法。 - 軟質金属からなる金属外装基材と、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び前記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下である合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を前記金属外装基材の表面に形成する工程とを有することを特徴とする時計外装部品の製造方法。 - 軟質金属からなる金属外装基材と、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む第1の合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記第1の合金ターゲットを構成する金属からなる中間硬化層を前記金属外装基材の表面に形成する工程と、
引き続き、前記真空装置内に、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる第2の合金ターゲットを配置して不活性ガスプラズマを発生させ、その不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記第2の合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を前記中間硬化層の表面に形成する工程とを有することを特徴とする時計外装部品の製造方法。 - 軟質金属からなる金属外装基材と、鉄、コバルト、ニッケルのいずれか少なくとも1つを含む第1の合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性ガスプラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記第1の合金ターゲットを構成する金属からなる中間硬化層を前記金属外装基材の表面に形成する工程と、
引き続き、前記真空装置内に、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなり、かつモリブデン及び前記添加元素の合計含有量が30重量%以上80重量%以下である第2の合金ターゲットを配置して不活性ガスプラズマを発生させ、その不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記第2の合金ターゲットを構成する金属からなる硬化層を前記中間硬化層の表面に形成する工程とを有することを特徴とする時計外装部品の製造方法。 - 絶縁物からなる絶縁外装基材と、モリブデンの含有量が30重量%以上75重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性プラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記合金ターゲットを構成する金属の原子をスパッタリング法により付着させて、前記絶縁外装基材の表面に該金属の原子からなる硬化層を形成する工程とを有することを特徴とする時計外装部品の製造方法。 - 絶縁物からなる絶縁外装基材と、モリブデンの含有量が25重量%以上65重量%以下であり、ニオブ、タンタル、チタンのうちのいずれか少なくとも1つ以上の元素からなる添加元素の合計含有量が25重量%以下であり、残部がジルコニウム及び不可避的不純物からなる合金ターゲットとを真空装置内に配置する工程と、
該真空装置内を真空排気した後に不活性ガスを導入し、不活性プラズマを発生させる工程と、
該不活性ガスプラズマを発生させた不活性ガスプラズマ雰囲気中で、前記合金ターゲットを構成する金属の原子をスパッタリング法により付着させて、前記絶縁外装基材の表面に該金属の原子からなる硬化層を形成する工程とを有することを特徴とする時計外装部品の製造方法。
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