JPH1129851A - 装身具の製造法およびその方法で得られた装身具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】軽量、高強度、耐熱、耐食等の優れた特性を有
する一方、切削やプレス、溶接の困難なチタンまたはチ
タン合金から複雑な形状を有し、且つ美麗な色調と光沢
を有する装身具を廉価に製造すること。 【解決手段】チタンまたはチタン合金をクルーシブルレ
ビテーション溶解法により溶解し、これを減圧吸上式精
密鋳造法により複雑な形状の装身具を鋳造し、この鋳造
品の表面にイオンプレーティングにより皮膜を形成させ
ることにより上記課題を解決した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は金属皮膜殊にチタン
皮膜を有するリング、ピアス、ブレスレット、ペンダン
トなどの装身具の製造法およびその製造法により製造さ
れた装身具に関する。

【０００２】

【従来の技術】チタンとその合金は軽量、高強度、耐熱
および耐食という優れた特長を有しているので、航空宇
宙、海洋および化学プラント分野での利用が高い。また
鋳造技術の進歩に伴ってゴルフクラブ、テニスラケット
のフレーム、眼鏡フレームなどにも、このチタンまたは
チタン合金が多用されるようになってきた。しかし純チ
タンは粘っこく、チタン合金は硬いので切削加工が難し
く、また融点が１,７００℃以上と高いので溶融時に空
気と反応してチタンが汚染されやすいという問題があ
る。また、従来法においては、チタンまたはチタン合金
の酸化を防ぐため真空中で溶融するとき、水冷銅ルツボ
を用い、熱源はアーク、プラズマあるいはエレクトロン
ビームを用いるコールドハース溶解が主流であるが、こ
れらの溶解法では溶湯自由表面から熱を与え、下部は水
冷銅ルツボと大きく接触しているため溶湯温度が不均一
で全体的に溶湯温度が低くなる。また加熱停止から鋳造
開始までに数秒間の時間ロスがあり、この間に溶湯温度
が低下することがある。さらに、鋳型の形状が複雑な場
合、溶湯が鋳型の末端にまで行き渡らないこともあるの
で溶湯を鋳型の隅まで回すためには、遠心力鋳造を用い
ねばならない。したがって装身具のような小サイズで複
雑な形状を有する物品をチタンやチタン合金から鋳造法
により製造することは極めて困難であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが近年金属を空
間に浮揚させて溶解するいわゆるレビテーション溶解法
が実用化されるようになった。このレビテーション溶解
法は、高周波誘導コイルによって形成される磁場内で金
属を浮揚溶解するという方法である。金属の浮揚はコイ
ル電流と位相の異なる金属表皮電流の間に働く斥力（ロ
ーレンツ斥力）による。この溶解法の利点は非汚染溶解
と溶湯温度の上昇および成分の均一化が容易なことであ
る。さらにコイル方式に換えて、水冷銅ルツボに縦に複
数条の絶縁スリットを設けて、それぞれのセグメントに
表皮電流を流してルツボ内部に強い磁場を形成させるい
わゆるコールドクルーシブル方式が実用化されつつあ
る。この方式によればコイル方式に比べてたとえば、２
ｋｇといった大量の金属を浮揚もしくは点接触程度で溶
解することができる。チタンまたはチタン合金をこのコ
ールドクルーシブル方式レビテーション溶解法で溶融し
てみると溶湯がルツボに接触していないため容易に高温
の溶湯が得られ、しかも溶湯のルツボへの接触による汚
染を完全に排除することができる。このようにチタンま
たはチタン合金を比較的容易に溶解することは可能にな
ったが、前述のごとくその溶解金属を用いて複雑な形状
の鋳造物を鋳造するにはさらに別の工夫が必要である。

【０００４】

【課題を解決するための手段】鋳造法自体として、溶湯
吸上口が下端に形成された通気性のある鋳型をチャンバ
ーにセットし、吸上口を溶湯中に浸漬して該チャンバー
内を減圧にすることにより、溶湯を該チャンバー内外の
気圧差で鋳型内に吸上げるという、いわゆる減圧吸上鋳
造は公知である（特公昭５２−３８９２４）。本発明者
らは前述のクルーシブル方式レビテーション溶解法によ
るチタンまたはチタン合金の溶解と減圧吸上鋳造を組み
合わせて、複雑な形状の装身具を鋳造し、得られた鋳造
物の表面にイオンプレーティングによってチタン皮膜を
形成させることにより、低コストで高級感のある美麗な
色調と光沢を有する各種装身具を製造することに成功し
た。すなわち本発明は、（１）吸上口が下端に形成され
た通気性の装身具用鋳型をチャンバーにセットし、該吸
上口をクルーシブルレビテーション溶解法により溶解し
たチタンまたはチタン合金の溶湯中に浸漬して該チャン
バーを減圧にすることにより溶湯を鋳型内に吸い上げて
精密鋳造物を製造し、該鋳造物の表面にイオンプレーテ
ィングによって皮膜を形成させることを特徴とする皮膜
を有する装身具の製造法、および（２）前記（１）の製
造法により製造された装身具、である。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明のクルーシブルレビテーシ
ョン溶解法に用いられるルツボは、銅製の円筒状または
円筒状で底絞りの水冷式ルツボである。ルツボの内壁面
には縦方向に６〜３６条の絶縁スリットが設けられてい
る。ルツボの内径は２０〜１００mm程度のものが好まし
い。内径が１００mmより大になると金属の浮揚が困難と
なり、また溶湯の温度が低くなる。ルツボの底部には黒
鉛製のプラグが挿入されていてもよい。このルツボにチ
タンまたは、たとえば TiAl，TiNi，Ti６Al４Vチタンな
どのチタン合金が載置される。ルツボは溶解金属の酸化
を防止するため、アルゴンなどの不活性気体の雰囲気中
に置くことが望ましい。溶解炉電源の出力は通常３０〜
１００ｋＷ、好ましくは６０ｋＷ程度であり、周波数は
２０〜５０ｋＨｚ，好ましくは３０ｋＨｚ程度である。
ルツボ内の温度は金属の溶融温度を１００〜数１００℃
を越えた温度まで上げることが望ましく、チタンの場合
は、１,８００℃、チタン合金の場合は一般にはそれよ
りやや低めの温度である。鋳型の材質は一般にイットリ
ア系、ジルコニヤ系、カルシア系セラミックなどが使用
されるが、イットリア系およびジルコニヤ系のセラミッ
クが好ましい。鋳型はいわゆるロストワックス法による
通気性のセラミックシェル鋳型とすることにより、複雑
な構造を有する鋳型の製造が可能である。鋳型は吸上口
が下端に設けられており、気体吸引用出口を備えた機密
性のあるチャンバー内にセットされる。該吸上口を溶湯
中に浸漬して、気体吸引口からチャンバー内の気体を吸
引排出するとチャンバー内は減圧となり、通気性を有す
る鋳型内部も減圧となって、鋳型の吸上口から溶湯が鋳
型内に吸上げられる。この溶湯の吸上は瞬時に行うこと
ができ、しかも溶湯の温度が高いため、溶湯は複雑な鋳
型の細部にまで行き渡る。溶湯が鋳型末端にまで行き渡
ったところで減圧を解くと、吸上口上部のスプルー部に
とどまり鋳型に流入しなかった溶湯は再びルツボに戻さ
れる。鋳型を放冷し、チャンバーから取り出して、砂落
としをすると鋳造物が得られる。

【０００６】チタン精鋳品の表面には鋳型との反応で生
成するα−ケースと呼ばれる酸素を含んだ硬化層が存在
するので、機械的バレル処理または弗硝酸を用いた化学
研磨処理で除去するのがよい。必要により、精鋳品内部
に存在するポロシティをＨＩＰ処理で無害化する。さら
に溶接が必要な場合はアルゴン等の不活性雰囲気中で実
施する。本発明においてはこのようにして得られた精鋳
品にイオンプレーティングにより金属皮膜を形成させ
る。イオンプレーティングは、真空中でイオン化された
蒸発粒子を基板に到達させ金属またはセラミック皮膜を
形成させる方法でそれ自体は公知である。このイオンプ
レーティングは、多陰極熱電子照射法、高周波励起法
（ＲＦ法）、中空陰極放電法（ＨＣＤ法）、クラスタ法
（ＩＣＢ法）、活性化反応蒸着法（ＡＲＥ法）、アーク
放電法（ＡＩＰ法）などが知られているが、本発明にお
いてはそれらのどのような方法を用いてもよい。これら
のイオンプレーティングは共通して次のような特長を有
している。皮膜形成の直前に、不活性ガスの放電を利
用したボンバードにより基板表面の汚れや酸化皮膜を取
り除き、その後の真空を破ることなく清浄表面基板上に
皮膜を形成させることができる。蒸発粒子のイオン化
により粒子の運動エネルギーが高められ、膜の密着性や
特性を高めることができる。皮膜形成の過程において
も、イオン化された蒸発粒子によって基板のスパッタリ
ングが行われ、基材とコーティング材とのミキシング層
が界面に形成されるので皮膜が緻密化する。蒸発粒子
のイオン化によって、ガスとの反応性が高まり、セラミ
ックなどの化合物皮膜を形成させることができる。たと
えば反応性イオンプレーティングによって、Ｔｉを蒸発
させ、Ｎ₂あるいはさらにこれと少量のＣ₂Ｈ₂ガスを導
入し、TiNあるいは TixNyCz（x，yおよび z は x＋y＋z
＝１を満足する正数）の皮膜などを形成させることによ
り、色調、光沢を変化させることもできる。

【０００７】したがって本発明のごとく複雑な形状を有
する装身具の表面に美麗、堅牢な皮膜を形成させるには
このイオンプレーティングが最適である。イオンプレー
ティングの蒸発源には電子銃が用いられる。この電子銃
によれば高温が得られるために金属やセラミックにかか
わらず、殆どの高融点材料を非常に早い速度で蒸発させ
ることができる。一般には水冷銅ハース中にチタンなど
の蒸発原料を入れ、電子銃を１８０°あるいは２７０°
の偏向で当て磁場によって曲げたり、絞ったり、位置を
変えたり、振らせたりすることもできる。本発明によっ
て得られる装身具には、ネックレス、ピアス、リング、
ブレスレット、チョーカー、ペンダント、ブローチ、バ
ックルなどあらゆる種類の金属性装身具が含まれる。

【０００８】

【実施例】以下に実施例をあげて本発明をさらに詳細に
説明するが、本発明はこれによって限定されるものでは
ない。 実施例１ 〔図１〕に示したように、冷却水通路１を備えた水冷式
銅ルツボ２（外径８２mm、内径５４mm、高さ８０mm、絶
縁スリット数１２）をルツボ収容チャンバー３に収容し
た。ルツボにチタン粉末約５００ｇを入れ、ルツボ収容
チャンバー内にアルゴンガス４を封入し高周波誘導コイ
ル５（６０kW）により加熱し、１８００℃の溶湯６を得
た。一方鋳型７は、ロウで作られたリング原型（図示せ
ず。）の表面に鋳物砂を多層にコーティングし、これを
加熱して該ロウを溶かし出すことにより製作された通気
性を有する中空鋳型である。この鋳型の各部にはスプル
ー８、ゲート９、キャビティー１０、吸上口１１が形成
されている。この鋳型の吸上口を溶湯内に浸漬し、真空
ポンプにより鋳型収容チャンバー１２の吸気口１３から
強制吸気すると、鋳型チャンバー内および鋳型内が減圧
となり、溶湯が速やかにゲートを経て各キャビティーの
先端まで充満する。金属が凝固した後、キャビティーの
減圧を解き、鋳型をチャンバーから取り出して砂落しを
すると、チタン精密鋳造物が得られる。この鋳造物は、
必要により切削、機械的バレル研磨等を施した後、イオ
ンプレーティングによってその表面に皮膜を形成させ
る。イオンプレーティングは、蒸発材料として純チタン
を用い、蒸発源として中空陰極電子銃を用いるいわゆる
ＨＣＤ法により実施した。蒸発チタン粒子のイオン化の
際Ｎ₂ガスを導入して黄金色のＴｉＮ皮膜を有するリン
グを製作した。

【０００９】

【発明の効果】本発明の効果は、次に示す本発明によっ
て得られる製品の特長をもって表現することができる。 １．高級感のある美麗な色調と光沢をもった仕上面を有
する。 ２．汗や通常環境による腐食や変質が起こらない。 ３．耐摩耗性に優れ、初期の光沢を長く維持する。 ４．下地と皮膜との密着性が高く皮膜が剥がれない。 ５．軽量であるにも拘らず、皮膜を形成しても基材の寸
法精度が維持できる。 ６．複雑な形状部の凹凸や表裏にも皮膜にむらがない。 ７．熱伝導率が低いため、装着時にヒヤリとした冷感が
ない。 ８．皮膚に対する金属アレルギーの発生が起こりにく
い。 ９．精密鋳造および皮膚形成の前後工程を含めて製造コ
ストが低い。

【図面の簡単な説明】

【図１】はコルードクルーシブル方式レビテーション溶
解法および減圧吸上式精密鋳造法の装置の縦断面図。

【符号の説明】

１．冷却水通路 ２．水冷式銅製ルツボ ３．ルツボ収容チャンバー ４．アルゴンガス ５．高周波誘導コイル ６．溶湯 ７．鋳型 ８．スプルー ９．ゲート 10．キャビティー 11．吸上口 12．鋳型収容チャンバー 13．吸気口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸上口が下端に形成された通気性の装身具
   用鋳型をチャンバーにセットし、該吸上口をクルーシブ
   ルレビテーション溶解法により溶解したチタンまたはチ
   タン合金の溶湯中に浸漬して該チャンバーを減圧にする
   ことにより溶湯を鋳型内に吸い上げて精密鋳造物を製造
   し、該鋳造物の表面にイオンプレーティングによって皮
   膜を形成させることを特徴とする皮膜を有する装身具の
   製造法。
2. 【請求項２】請求項１の製造法により製造された装身
   具。