JPH02138460A - 金色を呈する物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、外装部品、眼鏡の縁、文房具、装身具、装飾
品などに応用可能な金色を呈する物品の製造方法に関す
るものである。

（従来の技術） 従来より窒化チタンや窒化タンタルなどの窒化物がある
条件の下で金色を呈することが知られてオリ、高価な金
メツキの代替技術として各種装飾品や外装ケースに利用
され始めている。この公知技術は、金属チタンや金属タ
ンタルを窒素雰囲気中にてスパッタリングまたは蒸着ま
たはイオンブレーティングし、対象素材上にチタンやタ
ンタルなどの窒化物をコーティングするものであった。

（発明が解決しようとする問題点） この公知技術において、チタンやタンタルの窒化物を形
成する際の反応雰囲気中の窒素ガスの圧力が、形成され
る窒化物の色調を大きく左右させる。特に金色を呈する
窒素ガスの圧力範囲は非常に限られた範囲である。この
ため全固有の美しい高級感のある色調を再現性よく得る
ためには、窒素の分圧を高精度に管理することが要求さ
れる。

しかしそれは、工業的に大量生産する場合、非常に困難
なことである。

そこで、再現性よく美しい金色を得るために、特公昭５
９−２６６６４号公報では、窒化チタンや窒化タンタル
などよりなる金色硬質化合物を形成し、さらにその表面
に金あるいは金合金による金色被覆層を形成することを
提案してている。この改良技術によれば、美しい金色を
呈するが、それは表面の金による被覆層の輝きによって
得られるものである。金色被覆層はコストの点から極め
て薄く形成される。このため、金色被覆層は容易に摩耗
を生じるが、その下層の硬質化合物自体も一応金色を呈
していることから、金色被覆層が摩耗してもそれが目立
たないというものであった。

しかし、この改良技術は、製造に手間がかかり、金を必
要とする分だけコストが高くつく問題があった。

そこで本発明は、高価な金の代替品として利用可能な金
色を呈する物品を低コストで製造する方法を提供するこ
とを目的とするものである。

本発明の他の目的は、工程管理を厳格にすることなく再
現性よく同一色調を得ることが可能な金色物品の製造方
法を提供することである。

（問題点を解決するための手段） 本発明に係る製造方法の特徴は、周期率表の■ａ族元索
の中のの少なくとも一つの元素からなる第１の金属とＶ
ａ族元素またはＶ［ａ族元素の中の少なくとも１つの元
素からなる第２の金属とをターゲットとし、窒素雰囲気
中において２つの金属を同時に対象物に対し反応性スパ
ッタリングを行ない、第１の金属の窒化反応に対し第２
の金属を緩衝剤として作用させつつ、第１の金属の窒化
物と第２の金属の窒化物とを複合する複合膜を対象物の
表面に形成するところにある。

（作用） Ｖａ族元素であるバナジウム、ニオブ、タンタルは、Ｉ
Ｖａ族元素であるチタン、ジルコン、ハフニウムと同時
に反応性スパッタリングを行なうと、ＩＶａ族元素が窒
素と反応する反応系に対し緩衝剤として作用する。した
がって、実際の金色の原因となるＩＶａ族元素の窒化物
形成に際し、窒素分圧の変動の色調への影響が緩和され
る。

またＶｒａ族元素であるクロム、モリブデン、タングス
テンも同様で、窒素分圧の変動の色調への影響を緩和す
る働きをする。この場合は、それに加えて色調を希釈す
る働きをし、淡い色調が得られる。

（発明の効果） 本発明に係る金色物品の製造方法によると、Ｖａ族元素
またはＶＩａ族元素をＩＶａ族元素と同時にスパッタリ
ングを行ない、Ｖａ族元素またはＶｉａ族元素をＩＶａ
族元素の窒化反応の緩衝剤として作用させることによっ
て、反応性スパッタリングにおける反応雰囲気中の窒素
分圧の変動に対してあまり影響されることなく安定して
同じ色調の金色被膜を得ることができる。したがって工
業的に低コストで大量生産することができる。しかも同
じ金色系統ではあるが、その色調はＩＶａ族元素に対す
るＶａ族元素またはＶｉａ族元素の成分比で決定するこ
とができ、この成分比を制御することは極めて容易であ
る。したがって金色の色調を任意に幅広く選定すること
ができる。

（実施例） 実施例　１ この実施例は、反応性スパッタリングにより、ＩＶａ族
元素であるチタンの窒化物とＶａ族元素であるタンタル
の窒化物とからなる複合膜を形成する例である。

ＡＢＳ樹脂製部品をスパッタリング装置内に入れて、（
１，０〜２．０）Ｘｉ　０−３Ｐａ程度の真空に減圧し
た後、窒素ガスを３．０Ｘ１０−２Ｐａの圧力まで注入
し、更にアルゴンガスを加えて混合ガスの圧力を６．０
Ｘ１０−１Ｐａの圧力とし、金属チタン、金属タンタル
の両ターゲット上にシャッターを設けて、金属チタン上
のシャッターを全開、金属タンタル上のシャッターを１
／３開とし、高周波出力８　Ｗａｔｔ／　ｃ−にて反応
性スパッタリングを７分間行った。その結果、窒化チタ
ンと窒化タンタルとからなりタンタルの成分比が４５重
量％である複合膜をＡＢＳ樹脂上に０．１５μの厚さに
コーティングすることができた。この場合スパッタリン
グ法によるため、成膜時の温度を７０℃以下に制御でき
るので樹脂の変形等は生じなかった。

これにより形成された複合膜は、金属感があり、かつ極
めて光沢のある装飾性に富んだ金色を呈した。またこの
後９膜は、硬度、密着性において窒化チタン単体の場合
と同等で、耐食性については窒化チタン単体よりも組織
が緻密なために窒化チタン単体よりも更に優れたもので
あった。

この金色硬質被膜の色調は、タンタルの成分比とスパッ
タ時の温度と窒素ガスの分圧とによって決定されるが、
窒素ガスの分圧の影響は、窒素とチタンとの反応におい
てタンタルが緩衝剤として作用し、窒素との反応にタン
タルも関与するため、実際の金色の原因となる窒化チタ
ン形成での窒素ガスの分圧変動の影響は少なくなり、結
果として色調への影響が少なくなる。

ただし、窒化チタン自身が金色となる窒素ガスの分圧は
２．５Ｘ１０−２Ｐａからであり、また４、０Ｘ１０−
２Ｐａ以上となると、膜自身非常に脆くなり、耐クラツ
ク性で実用上問題となる。したがって窒素ガスの分圧は
、（２，５〜４．０）Ｘ１０−２Ｐａの範囲が適してい
る。

第１図示のグラフは、本発明の（窒化チタン士窒化タン
タル）複合膜と、純金スパッタ膜と、従来のスパッタに
よる窒化チタン膜との間の色調の差を示したものである
。ここに、色調は色彩色度計にて光源Ｃを用いて、Ｌ＊
ａ＊ｂ本色度図による８膜のＬ＊ａ＊ｂ本を測定し、 明度Ｌ＊ 彩度ｅ＊−，／”暦１１］１石１７ 色相Ｈ’　−ｊａｎ−１（ｂ’　／ａ”　）をプロット
したものである。このグラフより、本発明に係る製造方
法により形成した複合膜の色調は明度Ｌ　、彩度Ｃ＊と
もに従来のスパッタによ本 る窒化チタン膜に比較して優れており、また色相Ｈ″に
ついては純金スパッタ膜にほぼ近似していることが理解
できる。

更に第２図示のグラフでは、色調決定の要因となるタン
タルの成分比（１雷％）とスパッタ温度において、彩度
Ｃ＊についてプロットしたものである。このグラフにお
いて、各条件での色調を彩度０本をもとに分類すると、
ＺＯＮＥ　　Ｉ〜■に分類され、ＺＯＮＥ　　ｎ〜■ま
での領域が装飾性のある金色硬質膜を得るに有効な領域
であり、スパッタ温度５０℃〜３００℃の範囲内でタン
タルの成分比は、５重量％〜７５重量％の範囲であった
。

また上記スパッタリングにおいて、金属タンタルは金属
チタンに比較し酸素に対して活性であり、真空中内の不
純ガスとしての酸素に対してゲ・ツタ作用を持ち、色調
に対する酸素の悪影響を防止することが可能となる。

実施例　２ この実施例は、ＩＶａ族元素であるチタンの窒化物とＶ
Ｔａ族元素であるクロムの窒化物とからなる複合膜を形
成する例である。

実施例１と同一条件とし、金属チタン上のシャッターを
全開、金属クロム上のシャッターを１／３開として、高
周波出力８　Ｗａｔｔ／　ｃ−にて反応性スパッタリン
グを７分間行った。その結果、窒化チタンと窒化クロム
とからなりクロムの成分比が２８重量％である複合膜を
ＡＢＳ樹脂製部品上へ０，１５μの厚さにコーティング
することができた。このとき窒化クロムを含有した複合
膜は金属感があり、かつ極めて光沢のある淡い金色を呈
した。

実施例　３ この実施例は、■ａ族元累であるジルコンの窒化物とＶ
　ａ族元素であるタンタルの窒化物とからなる複合膜を
形成する例である。

ＡＢＳ樹脂製部品をスパッタリング装置内に入れ（１，
０〜２．０）Ｘ　１０−３Ｐａ程度の真空に減圧した後
、窒素ガスを３．５Ｘ１０−２Ｐａの圧力まで注入し、
更にアルゴンガスを加えて混合ガスの圧力を６．ＱＸＩ
Ｏ−ＩＰａの圧力とし、金属ジルコン、金属タンタルの
両ターゲット上にシャッターを設け、金属ジルコン上の
シャッターを全開、金属タンタル上のシャッターを１／
３開とし、高周波出力、金属ジルコン６　、　３　Ｗａ
、ｔｔ／　ｃｊ　、金属タンタル８　Ｗａｔｔ／　ｃｄ
にで反応性スパッタリングを７分間行った。その結果、
窒化ジルコンと窒化タンタルを複合し、タンタルの成分
比が３６重量％である複合膜をＡＢＳ樹脂製部品上に０
．１５μの厚さにコーティングすることができた。この
場合もスパッタリング法によるため、成膜時の温度を７
０℃以下に制御できるので、樹脂の変形などは生じなか
った。

これにより得られた複合膜は、金属感がありかつ極めて
光沢のある装飾性に富んだ金色を呈した。

またこの複合膜は、硬度、密着性において窒化ジルコン
単体の場合と同等で、耐食性については窒化ジルコン単
体よりも組織が緻密なために窒化ジルコン単体よりも更
に優れたものであった。

この金色硬質膜の色調は、タンタルの成分比と、スパッ
タ時の温度と、窒素分圧とによって決定されるが、窒素
分圧の影響は、窒素とジルコンとの反応においてタンタ
ルが緩衝剤として作用し、窒素との反応にタンタルも関
与するため、実際の金色の原因となる窒化ジルコン形成
での窒素分圧の変動の影響は少なくなり、結果として色
調への影響が少なくなる。

ただし、窒化ジルコン自身が金色となる窒素分圧は３．
０Ｘ１０−２Ｐａからであり、また４、５Ｘ１０−２Ｐ
ａ以上となると膜自身が非常に脆くなり、耐クラツク性
で実用上問題となる。このために窒素分圧は、（３，０
〜４．　５）　Ｘ　１０−２Ｐ　ａの範囲が適している
。

第３図示のグラフは、本発明の（窒化ジルコン＋窒化タ
ンタル）複合膜と、純金スパッタ膜と、従来のスパッタ
による窒化ジルコン膜との間の色調の差を、第１図示と
同様に明度Ｌ＊、彩度Ｃ＊′色相Ｈ’により示したもの
である。このグラフより、本発明に係る製造方法により
形成した複合膜＊ の色調は明度Ｌ　、彩度０本ともに従来のスパッタによ
る窒化ジルコン膜に比較し優れていることがわかる。ま
た色相Ｈ０については、純金スパッタ膜に非常に近付い
ていることがわかる。

更に第４図示のグラフでは、色調決定の要因となるタン
タルの成分比（重量％）とスパッタ温度において、彩度
０本についてプロットしたものである。このグラフにお
いて、各条件での色調を彩度Ｃ＊をもとに分類すると、
ＺＯＮＥ　　Ｉ〜■に分類され、ＺＯＮＥ　　ＩＩ〜■
までの領域が装飾性金色硬質膜を得るに有効な領域であ
り、スパッタ時温度５０’Ｃ〜３００℃の範囲内で、タ
ンタルの成分比は３重量％〜６８重量％の範囲であった
。

またスパッタリングにおいて、金属タンタルは金属ジル
コンに比較し、酸素に対して活性であり、真空中内の不
純ガスとしての酸素に対してゲッタ作用を持ち、色調に
対する酸素の悪影響を防止することが可能となる。

実施例　４ この実施例は、ＩＶａ族元素であるジルコンの窒化物と
Ｖｉａ族元素であるクロムの窒化物とを複合する複合膜
を形成する例である。

条件を実施例１と同様とし、金属ジルコン上のシャッタ
ーを全開、金属クロム上のシャッターを１／３開とし、
高周波出力、金属ジルコン６．３ｖａｔｔ／ｃａ、金属
クロム８　Ｗａｔｔ／　ｃｄにて反応性スパッタリング
を７分間行った。その結果、窒化ジルコンと窒化クロム
を複合し、クロムの成分比が２０重量％である複合膜を
ＡＢＳ樹脂製部品上へ０．１５μの厚さにコーティング
することができた。このときクロムを含有した複合膜は
金属感があり、かつ極めて光沢のある淡い金色を呈した
。

本発明による複合膜は、樹脂、金属またはセラミックな
ど対象物となる素材を特に限定するものではないが、こ
れら素材上にニッケル、クロム。

ニクロムなどの下地被膜をメツキを等の方法で形成し、
その上に上記複合膜をコーティングしてもよい。または
これ等素材上にあらかじめスパッタリング、蒸着、イオ
ンブレーティングにてニッケル、クロム、ニクロムなど
の金属を下地コーティングし、その後連続して反応性ス
パッタリングにより複合膜のコーティングを実施するこ
とも可能である。

すなわち密着性向上の目的で、また特に素材が耐食性の
劣る金属である場合には、その耐食性向上の目的も兼ね
て下地被膜が設けられることもある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る製造方法により形成した（窒化チ
タン＋窒化タンタル）複合膜と純金スパッタ膜と従来の
スパッタによる窒化チタン膜との間の色調の差を示す関
係図、 第２図は同上（窒化チタン＋窒化タンタル）複合膜の色
調決定の要因となるタンタルの成分比と彩度Ｃ＊との間
の関係図、 第３図は本発明に係る製造方法により形成した（窒化ジ
ルコン＋窒化タンタル）１隻合膜と純金スパッタ膜と従
来のスパッタによる窒化ジルコン膜との間の色調の差を
示す関係図、 第４図は同上（窒化ジルコン＋窒化タンタル）複合膜の
色調決定の要因となるタンタルの成分比と彩度Ｃ＊との
間の関係図、 である。 以　　　上

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周期率表のIVａ族元素の中の少なくとも１つの元素から
   なる第１の金属とＶａ族元素またはVIａ族元素の中の少
   なくとも１つの元素からなる第２の金属とをターゲット
   とし、窒素雰囲気中において上記２つの金属を同時に対
   象物に対し反応性スパッタリングを行ない、上記第１の
   金属の窒化反応に対し上記第２の金属を緩衝剤として作
   用させつつ、上記第１の金属の窒化物と上記第２の金属
   の窒化物とを複合する複合膜を上記対象物の表面に形成
   する ことを特徴とする金色を呈する物品の製造方法。