JP7344855B2 - 意匠性に優れた物品及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[項1]銅合金を意匠性物品に成型及び/又は加工し、前記物品の表面をエッチング処理して前記銅合金の結晶組織を視認可能に顕在化させることを含む、意匠性に優れた物品の製造方法。
[項2]前記意匠性物品が、腕時計のケース及び文字板、万年筆のキャップ及び胴軸、眼鏡フレーム、並びに食器からなる群から選択される、項1に記載の方法。
[項3]前記結晶組織が視認可能に顕在化された物品に大気雰囲気で熱処理を施すことで、前記物品の表面に経年変化感を付与する工程をさらに含む、項1又は2に記載の方法。
[項4]前記銅合金が、析出強化型銅合金又は時効硬化型銅合金である、項1~3のいずれか一項に記載の方法。
[項5]前記析出強化型銅合金又は時効硬化型銅合金が、CuBe合金、CuNiSn合金、CuTi合金、及びCuNiSi合金からなる群から選択される少なくとも1種である、項1~4のいずれか一項に記載の方法。
[項6]前記成型及び/又は加工が塑性変形を伴わない手法により行われる、項1~5のいずれか一項に記載の方法。
[項7]前記エッチング処理が酸化剤を用いて行われる、項1~6のいずれか一項に記載の方法。
[項8]前記エッチング処理に付される前記銅合金が、均質化処理及び/又は溶体化処理、並びにその後の時効処理を経たものである、項1~7のいずれか一項に記載の方法。
[項9]銅合金で構成され、前記銅合金の結晶組織が視認可能に顕在化されている、意匠性に優れた物品。
[項10]前記意匠性物品が、腕時計のケース及び文字板、万年筆のキャップ及び胴軸、眼鏡フレーム、並びに食器からなる群から選択される、項9に記載の意匠性に優れた物品。
[項11]項1~8のいずれか一項に記載の方法により製造された、項9又は10に記載の意匠性に優れた物品。
本発明による意匠性物品は、銅合金で構成され、銅合金の結晶組織が視認可能に顕在化したものである。このように銅合金の結晶組織を視認可能に顕在化させることにより、硬質な金属製でありながら表面の意匠性にも優れた物品、とりわけ色合いのエイジング(経年変化)を楽しむことが可能な金属物品を提供することができる。前述したとおり、従来の腕時計ケースには、母体金属(例えばステンレス)にコーティングを施していたが、母体金属の表面がコーティングで隠れてしまうため、近年の流行である母体金属の色合いのエイジング(経年変化)をユーザーが楽しめないという欠点がある。すなわち、そのような従来の金属物品は、上述した近年のトレンドに照らして製品の意匠性に劣るという問題がある。このような問題が本発明によれば好都合に解消される。
本発明による意匠性に優れた物品は、銅合金を意匠性物品に成型及び/又は加工し、意匠性物品の表面をエッチング処理して銅合金の結晶組織を視認可能に顕在化させることにより製造することができる。これにより、上述したように、硬質な金属製でありながら表面の意匠性にも優れた物品、とりわけ色合いのエイジング(経年変化)を楽しむことが可能な金属物品を製造できる。したがって、銅合金及び意匠性物品の好ましい態様については上述したとおりであるので、ここでの説明は省略する。
銅合金を溶解して鋳型に鋳込み、腕時計ケース等の所望の意匠性物品に成型する。成型に用いる鋳型は特に限定されないが、砂型が好ましい。銅合金の溶解温度は、使用する銅合金の融点に応じて適宜決定すればよいが、典型的には1000~1400℃、より典型的には1100~1400℃である。前述したとおり、このような鋳造法は、塑性変形を伴わない手法であるため、肉眼で確認可能な大きさの結晶組織を確実に得る上で有利である。
得られた鋳造品には均質化及び溶体化処理が施されるのが好ましい。これにより鋳造時の成分ばらつきの均一化と、添加元素の十分な固溶を行うことができる。均質化及び溶体化処理は、鋳造品を、融点直下の温度で所定時間保持し、その後急冷することにより行えばよい。このときの保持温度は、使用する銅合金の融点に応じて適宜決定すればよいが、典型的には800~1000℃、より典型的には850~950℃である。上記温度での保持時間は5分~6時間が好ましく、より好ましくは30分~2時間である。
均質化及び溶体化された鋳造品には時効処理が施されるのが好ましい。析出強化型銅合金又は時効硬化型銅合金の場合、時効処理により硬度及び強度を十分に高めることができる。時効処理は、鋳造品を、所定の時効処理温度で所定時間保持して析出物を形成させることにより行えばよい。時効処理温度は、使用する銅合金の特性に応じて適宜決定すればよいが、典型的には250~550℃、より典型的には300~500℃である。上記温度での保持時間は30分~6時間が好ましく、より好ましくは1~3時間である。
必要に応じて、鋳造品に研削加工等の仕上げ加工を施してもよい。これにより、鋳造品をより高い精度の意匠性物品に成形することができる。仕上げ加工は、任意工程であり、鋳造時の成型で十分な精度で鋳造品が得られていれば、不要である。図1に仕上げ加工後のCuBe合金製腕時計ケース10とCuNiSn合金製腕時計ケース12を撮影した写真を示す。
意匠性物品の表面をエッチング処理(腐食処理)する。これにより、意匠性物品を構成する銅合金の結晶組織を露出させ、その結果、結晶組織を視認可能に顕在化させることができる。エッチング処理は、酸化剤を意匠性物品の表面に接触させてその表面を酸化させることにより行うのが好ましい。好ましい酸化剤の例としては、硝酸、硫酸、過酸化水素、塩化鉄等が挙げられる。図2にエッチング処理後のCuBe合金20の表面を撮影した写真を示す。
必要に応じて、エッチング処理後の意匠性物品に大気雰囲気で熱処理を施すことで、物品の表面にエイジング感(経年変化感)を付与してもよい。すなわち、エッチング処理後の意匠性物品は結晶組織を視認可能に顕在化されているため、長年使用することによりその結晶組織の色の変化、すなわちエイジング感(経年変化感)をユーザーは楽しむことができる。しかし、前もって物品に大気加熱処理を施すことで、既に何年かにわたって使用したかのようにエイジング感(経年変化感)を際立たせることができ、その結果、アンティーク嗜好の消費者やユーザーへの意匠性製品の訴求性を高めることができる。大気雰囲気下での熱処理温度は、使用する銅合金の特性に応じて適宜決定すればよいが、典型的には100~250℃、より典型的には150~200℃である。上記温度での保持時間は30分~24時間が好ましく、より好ましくは1~4時間である。図2にCuBe合金20を150℃で2時間大気加熱した後のCuBe合金30の表面を撮影した写真を示す一方、図3にCuBe合金20を200℃で4時間大気加熱した後のCuBe合金40の表面を撮影した写真を示す。
別の製法としては、溶解及び鋳造(工程(1))で丸棒状の鋳塊を得て、均質化及び溶体化処理(工程(2))並びに時効処理(工程(3))を経た後に、仕上げ加工(工程(4))としてマシニング加工して腕時計ケース等の所望の形状に成形してもよい。この場合も、エッチング処理(工程(5))及び大気加熱(工程(6))をさらに行えば、上記工程(1)~(6)を行う製法と同様の効果が得られる。なお、マシニング加工は塑性変形を伴わない手法である。
上記(1)~(7)で説明した製造方法によれば、硬度が高く、表面の意匠性に優れた金属材料を得ることができ、腕時計のケースや文字板、万年筆のキャップや胴軸、眼鏡フレーム、食器(例えばコップ、盃等)等に好ましく適用することができる。
腕時計ケースを以下の手順により作製し、評価した。
表2に示される種類及び組成の析出強化型銅合金を用意した。各銅合金を1200~1400℃で溶解して砂型に鋳込み、腕時計ケースを成型した(溶解及び鋳造)。得られた鋳造品を、銅合金の融点直下の温度で1時間保持し、その後急冷した(均質化及び溶体化処理)。こうして均質化及び溶体化された鋳造品を300℃~500℃で2時間保持して析出物を形成させた(時効処理)。こうして時効処理された鋳造品に研削加工を施して、図1に示される形状の腕時計ケースに成形した(仕上げ加工)。図1に、仕上げ加工後のCuBe合金製腕時計ケース10(例1)とCuNiSn合金製腕時計ケース12(例2)を示す。得られた物品の表面に濃硝酸(濃度60%)を流し掛けることにより、結晶組織を露出させた(エッチング処理)。こうしてエッチング処理した物品を大気中200℃で24時間保持して褐色ないし緑青色に変色させて、エイジング感(経年変化感)を際立たせた(大気加熱)。こうして、表2に示される銅合金で構成される腕時計ケースを得た。
得られた腕時計ケースに対して以下の評価を行った。
腕時計ケースを構成する銅合金のロックウェル硬度(HRC)をJIS Z 2245:2016に準拠して測定した。結果は表2に示されるとおりであった。
腕時計ケースの表面を目視で観察することにより、銅合金の結晶組織が視認可能に顕在化しているか否かを確認した。結果は表2に示されるとおりであった。
銅合金を溶解して砂型に鋳込む代わりに、銅合金に圧延、押出し、引抜き、鍛造等の塑性加工を施して塑性加工品としたこと以外、例1と同様にして腕時計ケースの作製及び評価を行った。結果は表2に示されるとおりであった。
CuBe合金の代わりに、表2に示される組成のアルミニウム青銅を用いたこと以外、例6と同様にして腕時計ケースの作製及び評価を行った。なお、ロックウェル硬度の測定においては、アルミニウム青銅が軟らかすぎてHRCでは測定不能であったため、軟質用のHRBで計測し、計測値をHRCに換算した。結果は表2に示されるとおりであった。
CuBe合金の代わりに、表2に示される組成のアルミニウム青銅を用いたこと以外、例1と同様にして腕時計ケースの作製及び評価を行った。なお、ロックウェル硬度の測定においては、アルミニウム青銅が軟らかすぎてHRCでは測定不能であったため、軟質用のHRBで計測し、計測値をHRCに換算した。結果は表2に示されるとおりであった。
20 エッチング後のCuBe合金
30,40 大気加熱後のCuBe合金
Claims (9)
- 析出強化型銅合金又は時効硬化型銅合金である銅合金を意匠性物品に成型及び/又は加工し、前記物品を250~550℃の温度で時効処理し、前記物品の表面をエッチング処理して前記銅合金の結晶組織を視認可能に顕在化させることを含み、前記結晶組織が視認可能に顕在化された物品に大気雰囲気で熱処理を施すことで、前記物品の表面に色合いのエイジング(経年変化)を付与する工程をさらに含む、意匠性物品の製造方法。
- 前記意匠性物品が、腕時計のケース及び文字板、万年筆のキャップ及び胴軸、眼鏡フレーム、並びに食器からなる群から選択される、請求項1に記載の方法。
- 前記析出強化型銅合金又は時効硬化型銅合金が、CuBe合金、CuNiSn合金、CuTi合金、及びCuNiSi合金からなる群から選択される少なくとも1種である、請求項1又は2に記載の方法。
- 前記成型及び/又は加工が塑性変形を伴わない手法により行われる、請求項1~3のいずれか一項に記載の方法。
- 前記エッチング処理が酸化剤を用いて行われる、請求項1~4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記エッチング処理に付される前記銅合金が、均質化処理及び/又は溶体化処理、並びにその後の時効処理を経たものである、請求項1~5のいずれか一項に記載の方法。
- ロックウェル硬度がHRC16~45の銅合金で構成され、前記銅合金の結晶組織が視認可能に顕在化されている意匠性物品であって、前記物品の表面に色合いのエイジング(経年変化)が付与されている、意匠性物品。
- 前記意匠性物品が、腕時計のケース及び文字板、万年筆のキャップ及び胴軸、眼鏡フレーム、並びに食器からなる群から選択される、請求項7に記載の意匠性物品。
- 請求項1~6のいずれか一項に記載の方法により製造された、請求項7又は8に記載の意匠性物品。
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