JPH0665714A - 金属物品の着色装置および着色方法 - Google Patents

金属物品の着色装置および着色方法

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JPH0665714A
JPH0665714A JP40916490A JP40916490A JPH0665714A JP H0665714 A JPH0665714 A JP H0665714A JP 40916490 A JP40916490 A JP 40916490A JP 40916490 A JP40916490 A JP 40916490A JP H0665714 A JPH0665714 A JP H0665714A
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JP
Japan
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pzt
coloring
container
vacuum chamber
gas
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JP40916490A
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Inventor
Masaki Morikawa
正樹 森川
Yasuo Yamanishi
康雄 山西
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、着色し得る色を微妙に変化させて
種々の色による表現を可能とすることを目的とする。 【構成】 金属の表面にスパッタリングによって鉛、シ
ルコニウム、および、チタンの各原子からなるＰＺＴを
付着させて膜厚や酸素原子と窒素原子との混合比の組み
合わせにより多彩な着色を可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばチタンやステ
ンレスなどの金属物品の表面に、所望の着色を施すこと
ができる金属物品の着色装置および着色方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】チタンやステンレスは、耐食性に優れ、
また金属特有の光沢を有していることから、メガネフレ
ームや時計バンド、さらにはゴルフのメタルウッドなど
にも用いられている。
【０００３】また、その表面に酸化膜を形成することに
より、自然発色による着色が施され、従来のような塗装
によらず、透明感のある色彩が得られる。
【０００４】ここで、一般に、金属表面に酸化膜を形成
する方法としては、大気中加熱、酸化性溶液浸漬(化学
酸化)、電解酸化(陽極酸化)などの方法があるが、チタ
ンの着色では、主に陽極酸化が用いられる。
【０００５】この場合、溶液には硫酸やリン酸の水溶液
が用いられ、定電圧または定電流方式の電解によってチ
タン酸化皮膜が形成される。
【０００６】そして、このチタン酸化皮膜の膜厚を変化
させることによって、着色される色が変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、チタンなど
の金属表面に酸化膜を形成することにより、着色を施す
従来の方法においては、酸化膜の膜厚のみによって色が
変化するため、着色し得る色が限られており、種々の色
を表現することができなかった。
【０００８】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、着色し得る色を微妙に変化させ、種々の色を表
現することができる金属物品の着色装置および着色方法
を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、容器内にタ
ーゲットとして配置され、鉛、ジルコニウム、および、
チタンの各原子からなるＰＺＴと、前記容器内に、前記
ＰＺＴと対向して配置された金属物品と、前記容器内が
所定気圧となるように真空引きする真空ポンプと、前記
容器内に不活性ガス、酸素ガス、および窒素ガスを予め
設定された配分で注入する雰囲気調整手段と、前記容器
内の不活性ガスを放電させる電源とを具備することを特
徴としている。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照し、この発明の実施例につ
いて説明する。
【００１１】図１はこの発明の一実施例による着色装置
の構成を示す図である。この図において、１は真空チャ
ンバであり、その上面には、着色対象物であるチタン板
２を真空チャンバ１内で支持する支持機構３が設けられ
ている。
【００１２】この支持機構３は、真空チャンバ１の開口
部を密封するハッチ機構４と、このハッチ機構４を貫通
して設けられ、上下動自在にかつ水平方向へ回転自在に
支持されたロッド５と、このロッド５を回転駆動するモ
ータ６と、ロッド５の下端に設けられ、チタン板２を保
持するホルダ７と、このホルダ７の裏面に設けられ、チ
タン板２を加熱するヒータ８とから構成されている。
【００１３】この支持機構３の側方には、レバー９が設
けられており、このレバー９を回動することにより、チ
タン板２の下方をシャッタ１０で覆うことができるよう
になっている。
【００１４】また、真空チャンバ１の下部には、ターゲ
ットとなるＰＺＴ板１２をチタン板２と対向する位置に
保持するターゲットホルダ１３と、このターゲットホル
ダ１３に対して外部から冷却水を供給するパイプ１４が
設けられている。
【００１５】そして、ターゲットホルダ１３に高周波電
源装置１５が接続されることにより、このターゲットホ
ルダ１３を介して、ＰＺＴ板１２に高周波電源が供給さ
れるようになっている。
【００１６】また、この高周波電源装置１５は、ホルダ
７に接続されることにより、このホルダ７を介してチタ
ン板２に高周波電源が供給されるようになっている。
【００１７】ここで、ＰＺＴとは、鉛、ジルコニウム、
および、チタンの各原子から構成されている。
【００１８】一方、真空チャンバ１の一側面には、チャ
ンバ１内を真空引きする真空ポンプ１６が接続されお
り、その他側面には、チャンバ１内の圧力を測定するた
めの真空計１７が設けられていると共に、チャンバ１内
に、アルゴン(Ａr)ガス、酸素(Ｏ2)ガス、および窒素
(Ｎ2)ガスを予め設定された配分で注入する雰囲気調整
装置１８が接続されている。
【００１９】この雰囲気調整装置１８は、アルゴンガ
ス,窒素ガス,酸素ガスが各々充填されたボンベ１９a,１
９b,１９cと、これら各ボンベ１９a〜１９cから噴出さ
れるガス流量を調整するための流量計付きバルブ２０a
〜２０cと、各バルブ２０a〜２０cを介して流出される
混合ガスを真空チャンバ１内に導く管路２１と、この管
路２１の途中に設けられたストップバルブ２２とから構
成されている。
【００２０】次に、上述した一実施例による着色装置に
よって、チタン板２に着色を施す場合の処理手順につい
て説明する。
【００２１】まず、真空チャンバ１内に、チタン板２と
ＰＺＴ板１２を図に示すように上下に対向させて配置
し、これらチタン板２とＰＺＴ板１２の間をシャッタ１
０で遮蔽した状態としておく。
【００２２】次いで、真空ポンプ１６を起動して、真空
チャンバ１内の真空引きを行い、さらにストップバルブ
２２を開き、バルブ２０a〜２０cの開度を調整して、真
空チャンバ１内に、アルゴンガス、窒素ガス、および酸
素ガスを所定の配分で注入する。そして、真空計１７を
見ながら、真空チャンバ１内の気圧が、常に２.０×１
０-3〔Ｔorr〕となるように、バルブ２０a〜２０cを調
整する。
【００２３】また、真空チャンバ１内の温度は常温と
し、ターゲットホルダ１３に対しては外部から冷却水を
供給して冷却し、さらに、ヒータ８に電源を供給してチ
タン板２を常温〜３００℃に加熱し、チタン板２と、そ
の表面に形成されるＰＺＴ膜との間の熱歪みが極力生じ
ないようにする。
【００２４】このような状態とした上で、ホルダ７に高
周波電源装置１５を接続し、逆スパッタ処理によりチタ
ン板２の表面の汚れ(例えば、酸化膜)を除去する。
【００２５】次に、高周波電源装置１５を切り替えて、
ターゲットホルダ１３に高周波電源装置１５を接続し、
レバー９を操作して、シャッタ１０を所定時間開放す
る。
【００２６】すると、真空チャンバ１内のアルゴンガス
が放電して、スパッタリングが行なわれ、このスパッタ
リングにより、ターゲットのＰＺＴ板１２から放出され
た鉛、ジルコニウム、および、チタンの各原子がチタン
板２の表面に付着し、図２に示すように、チタン板２の
表面に所定の膜厚ｄのＰＺＴ膜１２aが形成され、これ
により、チタン板２に着色が施される。
【００２７】この場合、ＰＺＴ膜１２aに含有される酸
素原子と窒素原子の配分は、真空チャンバ１内の雰囲気
中に含まれる酸素ガスと窒素ガスの比率に応じて任意に
設定することができ、そして、真空チャンバ１内の混合
ガスの配分と、チタン板２の表面に形成されるＰＺＴ膜
１２aの膜厚dと、着色との関係を示せば、次表の通りで
ある。
【００２８】
【表１】
【００２９】このように、ＰＺＴ膜１２aの膜厚d以外
に、酸素原子と窒素原子の配分によっても着色される色
が変化するため、この配分と膜厚dの組み合わせによっ
て種々の色を表現することができる。
【００３０】ここで、ＰＺＴ膜１２aによる着色原理に
ついて説明する。
【００３１】まず、白色光は、紫外から赤外に至る連続
的な波長の光が合成されたものであるが、いま白色光が
図２に示すように、透明なＰＺＴ膜１２aの表面に入射
されると、その一部は表面でそのまま反射され、他の一
部は表面で屈折してＰＺＴ膜１２a内を透過し、下地界
面であるチタン板２の表面に達して、そこから反射され
て再びＰＺＴ膜１２aを透過して表面に出てくる。
【００３２】これら両者の光の位相が同じ場合は反射強
度が極大となり、逆位相の場合は極小となり、これを光
の干渉という。
【００３３】光が単色光の場合は、これによって干渉縞
となるが、白色光では極大を示す波長が可視光領域であ
るとき、発色が生じる。
【００３４】これは、ＰＺＴ膜１２a自身の色ではな
く、光の干渉に基づく干渉色と言われるものである。そ
して、この干渉色はＰＺＴ膜１２aの膜厚dと、その屈折
率によって異なり、またＰＺＴ膜１２aの屈折率は、含
有する酸素原子と窒素原子の比率によって変化する。
【００３５】これにより、ＰＺＴ膜１２aの膜厚dと、そ
の酸素原子と窒素原子の配分を変化させることにより、
種々の干渉色が得られることになる。
【００３６】次に、上述した一実施例の変形例につい
て、説明する。
【００３７】まず、着色を施す金属物品としては、チタ
ン合金やステンレスなどでもよく、要はスパッタリング
によって黒色化しない金属物品であれば、どのようなも
のでも構わない。
【００３８】また、図３に示すように、チタン板２の表
面に密着性を良くするためにプラチナ(Ｐt)またはプラ
チナ合金の薄膜２５を形成した後、ＰＺＴ膜１２aを形
成するようにしてもよく、さらに、この薄膜２５に代え
て、反射色調を鮮明にし、特に、白色の色調を強調する
ためにパラジウム(Ｐd)の薄膜を形成しても構わない。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、容器内の不活性ガスを放電させて、所定時間スパッ
タリングを行うことにより、金属物品の表面に、予め設
定された配分の酸素原子と窒素原子を含有する所定の膜
厚のＰＺＴ膜を形成するようにしたので、従来の酸化膜
によって着色を施す場合と比較して、安定した着色を施
すことができ、また、ＰＺＴ膜の膜厚以外に、ＰＺＴ膜
に含有させる酸素原子と窒素原子の配分を任意に設定す
ることができ、この配分と膜厚の組み合わせによって着
色される色を微妙に変化させることができ、種々の色の
着色を施すことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による着色装置の概略構成図
である。
【図２】本発明の一実施例による着色装置によるＰＺＴ
膜の形成例を示す断面図である。
【図３】他の実施例によるＰＺＴ膜の形成例を示す断面
図である。
【符号の説明】
１ 真空チャンバ(容器)、 ２ チタン板(金属物品)、 １２ ＰＺＴ板、 １５ 高周波電源装置、 １６ 真空ポンプ、 １８ 雰囲気調整装置(雰囲気調整手段）
【手続補正書】
【提出日】平成３年４月１９日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正内容】
【書類名】 明細書
【発明の名称】 金属物品の着色装置および着色方法
【特許請求の範囲】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、例えばチタンやステ
ンレスなどの金属物品の表面に、所望の着色を施すこと
ができる金属物品の着色装置および着色方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】チタンやステンレスは、耐食性に優れ、
また金属特有の光沢を有していることから、メガネフレ
ームや時計バンド、さらにはゴルフのメタルウッドなど
にも用いられている。
【０００３】また、その表面に酸化膜を形成することに
より、自然発色による着色が施され、従来のような塗装
によらず、透明感のある色彩が得られる。
【０００４】ここで、一般に、金属表面に酸化膜を形成
する方法としては、大気中加熱、酸化性溶液浸漬(化学
酸化)、電解酸化(陽極酸化)などの方法があるが、チタ
ンの着色では、主に陽極酸化が用いられる。
【０００５】この場合、溶液には硫酸やリン酸の水溶液
が用いられ、定電圧または定電流方式の電解によってチ
タン酸化皮膜が形成される。
【０００６】そして、このチタン酸化皮膜の膜厚を変化
させることによって、着色される色が変化する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、チタンなど
の金属表面に酸化膜を形成することにより、着色を施す
従来の方法においては、酸化膜の膜厚のみによって色が
変化するため、着色し得る色が限られており、種々の色
を表現することができなかった。
【０００８】この発明は上述した事情に鑑みてなされた
もので、着色し得る色を微妙に変化させ、種々の色を表
現することができる金属物品の着色装置および着色方法
を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明は、容器内にタ
ーゲットとして配置され、鉛、ジルコニウム、および、
チタンの各原子からなるＰＺＴと、前記容器内に、前記
ＰＺＴと対向して配置された金属物品と、前記容器内が
所定気圧となるように真空引きする真空ポンプと、前記
容器内に不活性ガス、酸素ガス、および窒素ガスを予め
設定された配分で注入する雰囲気調整手段と、前記容器
内の不活性ガスを放電させる電源とを具備することを特
徴としている。
【００１０】
【実施例】以下、図面を参照し、この発明の実施例につ
いて説明する。
【００１１】図１はこの発明の一実施例による着色装置
の構成を示す図である。この図において、１は真空チャ
ンバであり、その上面には、着色対象物であるチタン板
２を真空チャンバ１内で支持する支持機構３が設けられ
ている。
【００１２】この支持機構３は、真空チャンバ１の開口
部を密封するハッチ機構４と、このハッチ機構４を貫通
して設けられ、上下動自在にかつ水平方向へ回転自在に
支持されたロッド５と、このロッド５を回転駆動するモ
ータ６と、ロッド５の下端に設けられ、チタン板２を保
持するホルダ７と、このホルダ７の裏面に設けられ、チ
タン板２を加熱するヒータ８とから構成されている。
【００１３】この支持機構３の側方には、レバー９が設
けられており、このレバー９を回動することにより、チ
タン板２の下方をシャッタ１０で覆うことができるよう
になっている。
【００１４】また、真空チャンバ１の下部には、ターゲ
ットとなるＰＺＴ板１２をチタン板２と対向する位置に
保持するターゲットホルダ１３と、このターゲットホル
ダ１３に対して外部から冷却水を供給するパイプ１４が
設けられている。
【００１５】そして、ターゲットホルダ１３に高周波電
源装置１５が接続されることにより、このターゲットホ
ルダ１３を介して、ＰＺＴ板１２に高周波電源が供給さ
れるようになっている。
【００１６】また、この高周波電源装置１５は、ホルダ
７に接続されることにより、このホルダ７を介してチタ
ン板２に高周波電源が供給されるようになっている。
【００１７】ここで、ＰＺＴとは、鉛、ジルコニウム、
および、チタンの各原子から構成されている。
【００１８】一方、真空チャンバ１の一側面には、チャ
ンバ１内を真空引きする真空ポンプ１６が接続されお
り、その他側面には、チャンバ１内の圧力を測定するた
めの真空計１７が設けられていると共に、チャンバ１内
に、アルゴン(Ａr)ガス、酸素(Ｏ2)ガス、および窒素
(Ｎ2)ガスを予め設定された配分で注入する雰囲気調整
装置１８が接続されている。
【００１９】この雰囲気調整装置１８は、アルゴンガ
ス,窒素ガス,酸素ガスが各々充填されたボンベ１９a,１
９b,１９cと、これら各ボンベ１９a〜１９cから噴出さ
れるガス流量を調整するための流量計付きバルブ２０a
〜２０cと、各バルブ２０a〜２０cを介して流出される
混合ガスを真空チャンバ１内に導く管路２１と、この管
路２１の途中に設けられたストップバルブ２２とから構
成されている。
【００２０】次に、上述した一実施例による着色装置に
よって、チタン板２に着色を施す場合の処理手順につい
て説明する。
【００２１】まず、真空チャンバ１内に、チタン板２と
ＰＺＴ板１２を図に示すように上下に対向させて配置
し、これらチタン板２とＰＺＴ板１２の間をシャッタ１
０で遮蔽した状態としておく。
【００２２】次いで、真空ポンプ１６を起動して、真空
チャンバ１内の真空引きを行い、さらにストップバルブ
２２を開き、バルブ２０a〜２０cの開度を調整して、真
空チャンバ１内に、アルゴンガス、窒素ガス、および酸
素ガスを所定の配分で注入する。そして、真空計１７を
見ながら、真空チャンバ１内の気圧が、常に２.０×１
０-3〔Ｔorr〕となるように、バルブ２０a〜２０cを調
整する。
【００２３】また、真空チャンバ１内の温度は常温と
し、ターゲットホルダ１３に対しては外部から冷却水を
供給して冷却し、さらに、ヒータ８に電源を供給してチ
タン板２を常温〜３００℃に加熱し、チタン板２と、そ
の表面に形成されるＰＺＴ膜との間の熱歪みが極力生じ
ないようにする。
【００２４】このような状態とした上で、ホルダ７に高
周波電源装置１５を接続し、逆スパッタ処理によりチタ
ン板２の表面の汚れ(例えば、酸化膜)を除去する。
【００２５】次に、高周波電源装置１５を切り替えて、
ターゲットホルダ１３に高周波電源装置１５を接続し、
レバー９を操作して、シャッタ１０を所定時間開放す
る。
【００２６】すると、真空チャンバ１内のアルゴンガス
が放電して、スパッタリングが行なわれ、このスパッタ
リングにより、ターゲットのＰＺＴ板１２から放出され
た鉛、ジルコニウム、および、チタンの各原子がチタン
板２の表面に付着し、図２に示すように、チタン板２の
表面に所定の膜厚ｄのＰＺＴ膜１２aが形成され、これ
により、チタン板２に着色が施される。
【００２７】この場合、ＰＺＴ膜１２aに含有される酸
素原子と窒素原子の配分は、真空チャンバ１内の雰囲気
中に含まれる酸素ガスと窒素ガスの比率に応じて任意に
設定することができ、そして、真空チャンバ１内の混合
ガスの配分と、チタン板２の表面に形成されるＰＺＴ膜
１２aの膜厚dと、着色との関係を示せば、次表の通りで
ある。
【００２８】
【表１】
【００２９】このように、ＰＺＴ膜１２aの膜厚d以外
に、酸素原子と窒素原子の配分によっても着色される色
が変化するため、この配分と膜厚dの組み合わせによっ
て種々の色を表現することができる。
【００３０】ここで、ＰＺＴ膜１２aによる着色原理に
ついて説明する。
【００３１】まず、白色光は、紫外から赤外に至る連続
的な波長の光が合成されたものであるが、いま白色光が
図２に示すように、透明なＰＺＴ膜１２aの表面に入射
されると、その一部は表面でそのまま反射され、他の一
部は表面で屈折してＰＺＴ膜１２a内を透過し、下地界
面であるチタン板２の表面に達して、そこから反射され
て再びＰＺＴ膜１２aを透過して表面に出てくる。
【００３２】これら両者の光の位相が同じ場合は反射強
度が極大となり、逆位相の場合は極小となり、これを光
の干渉という。
【００３３】光が単色光の場合は、これによって干渉縞
となるが、白色光では極大を示す波長が可視光領域であ
るとき、発色が生じる。
【００３４】これは、ＰＺＴ膜１２a自身の色ではな
く、光の干渉に基づく干渉色と言われるものである。そ
して、この干渉色はＰＺＴ膜１２aの膜厚dと、その屈折
率によって異なり、またＰＺＴ膜１２aの屈折率は、含
有する酸素原子と窒素原子の比率によって変化する。
【００３５】これにより、ＰＺＴ膜１２aの膜厚dと、そ
の酸素原子と窒素原子の配分を変化させることにより、
種々の干渉色が得られることになる。
【００３６】次に、上述した一実施例の変形例につい
て、説明する。
【００３７】まず、着色を施す金属物品としては、チタ
ン合金やステンレスなどでもよく、要はスパッタリング
によって黒色化しない金属物品であれば、どのようなも
のでも構わない。
【００３８】また、図３に示すように、チタン板２の表
面に密着性を良くするためにプラチナ(Ｐt)またはプラ
チナ合金の薄膜２５を形成した後、ＰＺＴ膜１２aを形
成するようにしてもよく、さらに、この薄膜２５に代え
て、反射色調を鮮明にし、特に、白色の色調を強調する
ためにパラジウム(Ｐd)の薄膜を形成しても構わない。
【００３９】
【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、容器内の不活性ガスを放電させて、所定時間スパッ
タリングを行うことにより、金属物品の表面に、予め設
定された配分の酸素原子と窒素原子を含有する所定の膜
厚のＰＺＴ膜を形成するようにしたので、従来の酸化膜
によって着色を施す場合と比較して、安定した着色を施
すことができ、また、ＰＺＴ膜の膜厚以外に、ＰＺＴ膜
に含有させる酸素原子と窒素原子の配分を任意に設定す
ることができ、この配分と膜厚の組み合わせによって着
色される色を微妙に変化させることができ、種々の色の
着色を施すことができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による着色装置の概略構成図
である。
【図２】本発明の一実施例による着色装置によるＰＺＴ
膜の形成例を示す断面図である。
【図３】他の実施例によるＰＺＴ膜の形成例を示す断面
図である。
【符号の説明】 １ 真空チャンバ(容器)、 ２ チタン板(金属物品)、 １２ ＰＺＴ板、 １５ 高周波電源装置、 １６ 真空ポンプ、 １８ 雰囲気調整装置(雰囲気調整手段）

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 容器内にターゲットとして配置され、
    鉛、ジルコニウム、および、チタンの各原子からなるＰ
    ＺＴと、前記容器内に、前記ＰＺＴと対向して配置され
    た金属物品と、前記容器内が所定気圧となるように真空
    引きする真空ポンプと、前記容器内に不活性ガス、酸素
    ガス、および窒素ガスを予め設定された配分で注入する
    雰囲気調整手段と、前記容器内の不活性ガスを放電させ
    る電源とを具備することを特徴とする金属物品の着色装
    置。
  2. 【請求項２】 容器内にＰＺＴをターゲットとして配置
    すると共に、このＰＺＴと対向して金属物品を配置し、
    前記容器内が所定圧力となるように真空引きしつつ、該
    容器内に不活性ガス、酸素ガス、および窒素ガスを予め
    設定された配分で注入し、前記容器内の不活性ガスを放
    電させて、所定時間スパッタリングを行うことにより、
    前記金属物品の表面に、予め設定された配分の酸素原子
    と窒素原子を含有する所定の膜厚のＰＺＴ膜を形成する
    ことを特徴とする金属物品の着色方法。
JP40916490A 1990-12-28 1990-12-28 金属物品の着色装置および着色方法 Pending JPH0665714A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0226258A2 (en) * 1985-12-19 1987-06-24 ENIRICERCHE S.p.A. Synthetic, crystalline, porous material containing silicon oxide, titanium oxide and iron oxide

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0226258A2 (en) * 1985-12-19 1987-06-24 ENIRICERCHE S.p.A. Synthetic, crystalline, porous material containing silicon oxide, titanium oxide and iron oxide

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