WO2013140986A1 - 有色硬質装飾部材 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to colored hard decorative members such as exterior parts of watches, accessories such as eyeglasses and accessories, and ornaments, and is particularly rich in various color variations with a high-class feeling, and has scratch resistance and wear resistance over a long period of time.
- the present invention relates to a colored hard decorative member having excellent properties and corrosion resistance.
- the outermost layer has a lightness for a high-class appearance.
- a high platinum film was formed.
- a base layer is formed on a substrate, a titanium carbide layer is formed on this surface by a dry plating method, and a decorative coating layer made of platinum or a platinum alloy formed on this surface by a dry plating method Is forming.
- the platinum layer as the outermost layer is expensive, it is necessary to form a thin film, and it is necessary to make the titanium carbide layer light in order to suppress a color change when the thin platinum layer peels off. For this reason, the hardness of the titanium carbide layer is lower than that of the original titanium carbide layer (about 40%), and sufficient scratch resistance could not be obtained.
- the scratch resistance in order to improve the scratch resistance, if the amount of carbon reacted with the titanium carbide layer is increased to increase the hardness, the scratch resistance increases but the color tone becomes dark.
- the thickness of the titanium carbide layer which is a hardened layer, is increased in order to improve scratch resistance, film peeling due to increased film stress and pitting corrosion is likely to occur in the corrosion resistance test. It was difficult to form a film thickness of 1.0 ⁇ m or more.
- a hard carbon film (DLC film) described in Patent Document 3 a dielectric film described in Patent Document 4, or Patent Document 5
- a method for forming a multi-colored film having the two-tone color described has also been proposed, but the base substrate lacks wear resistance and adhesion, has low scratch resistance as a decorative member, is easily damaged, and has good appearance. There was a problem of lowering.
- An object of the present invention is to provide a colored hard decorative member that suppresses deterioration in appearance quality due to scratches and wear by significantly improving scratch resistance and has various color variations with a high-class feeling.
- the colored hard decorative member of the present invention adopts the configuration described below.
- the colored hard decorative member of the present invention includes an adhesion layer made of a lower oxide of an alloy having a high adhesion effect on a base material, an alloy compound gradient adhesion layer in which the reaction gas content is gradually increased, and an alloy compound wear-resistant layer. And an alloy compound color-raising gradient layer in which the reaction gas content is decreased in a gradient, and a colored decorative layer.
- a film made of an alloy of (Cr, Ti, Hf, Zr) that improves the corrosion resistance as necessary the alloy adhesion layer having a high adhesion effect on the substrate and the reaction gas content increased in a gradient manner. It consists of an alloy gradient adhesion layer, a hard wear-resistant layer, and an alloy color-graded gradient layer whose reaction gas content is gradually reduced, so that the adhesion between the substrate and the film is significantly improved and scratch resistance is achieved.
- the wear resistance layer with high film hardness can be formed thickly, the scratch resistance can be further improved, and the noble metal film having a white color, the hard film exhibiting a gold color, black DLC hard film having dielectric and dielectric film having interference effect Colored decorative layer is laminated all or part selected et.
- the gist of the present invention is as follows. (1) Base material, metal M1 and metal M2 laminated on the base material, and an adhesive layer composed of a lower oxide layer of an alloy obtained by selectively combining metal M3, metal M4 and metal laminated on the adhesive layer M5, a gradient adhesion layer composed of a reaction compound of an alloy obtained by selectively combining metal M6 and a nonmetallic element selected from one or more of nitrogen, carbon, and oxygen, and a metal laminated on the gradient adhesion layer On the wear-resistant layer and the wear-resistant layer comprising a reaction compound of an alloy composed of M7 and metal M8, and optionally a metal M9 and a non-metallic element selected from one or more of nitrogen, carbon and oxygen A color-increased inclined layer comprising a reaction compound of a metal M10 and a metal M11 laminated together, and an alloy obtained by selectively combining the metal M12 and a nonmetallic element selected from one or more of nitrogen, carbon, and oxygen, And color raising A colored hard decorative member composed of
- the content of the nonmetallic element in the reaction compound constituting the adhesion layer increases in the thickness direction as it is separated from the substrate, and the content of the nonmetallic element in the reaction compound that constitutes the color-raising gradient layer is separated from the substrate.
- the colored decorative layer is a white noble metal film of Pt, Pd, or Rh, and an intermetallic compound of the metal in the color rising gradient layer and the white noble metal is formed at the boundary with the color raising gradient layer.
- the colored hard decorative member according to (1), wherein the colored decorative layer is a DLC (diamond-like carbon) hard film.
- the colored hard decorative member according to (1), wherein the colored decorative layer is a dielectric layer formed by forming a dielectric film as a single layer or a multilayer.
- Non-metals in the reaction mixture constituting the gradient adhesion layer comprising a gradient adhesion layer composed of a reaction compound with a non-metallic element selected from one or more of nitrogen, carbon, and oxygen of an alloy that is a combination of metal M6
- a step of forming a wear-resistant layer comprising a reaction compound with a non-metallic element selected from one or more of oxygen, and a nitrogen of an alloy in which metal M10 and metal M11, and further metal M12 are combined on the wear-resistant layer
- the metals M2, M5, M8 and M11 are selected from one or two of Nb and Ta, respectively, and the metals M3, M6, M9 and M12 are one or two of Cr, Ti and Hf, respectively.
- the manufacturing method of the colored hard decoration member chosen from seed
- the gradient adhesion layer in the reactive sputtering method, is formed by increasing or decreasing the amount of the reaction gas containing the nonmetallic element in time series, and the color-gradation gradient layer is formed.
- a method for manufacturing a decorative member (11) The above (8) to (8) further comprising the steps of applying a mask to a part of the colored decorative layer and peeling the unmasked portion of the colored decorative layer with an acid or alkali to make the colored decorative layer a two-tone structure. The method for producing a colored hard decorative member according to any one of (10).
- the present invention it is possible to provide a colored hard decorative member that suppresses deterioration in appearance quality due to scratches or wear and has various color variations with a high-class feeling.
- the cross-sectional schematic diagram which shows an example of the structure of the colored hard decoration member of this invention is shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the colored hard decorative member of Example 1 is shown.
- the reflective characteristic of the colored hard decorative member of Example 1 and a comparative material is shown.
- the change of the hardness at the time of changing the methane gas amount of the colored hard decoration member of Example 1 is shown.
- the colored hard decorative member of Example 1 and the scratch resistance of a comparative material are shown.
- the figure which measured the crystallinity of the colored hard decoration member of Example 1 is shown.
- the figure which measured the crystallinity of the colored hard decoration member of Example 1 is shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the decoration member of the prior art example (formed by patent document 1) of Example 1 is shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the decorative member of the comparative material of Example 1 is shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the colored hard decoration member of Example 2 is shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the decoration member which is a comparative material of Example 2 is shown.
- the colored hard decorative member of Example 2 and the scratch resistance of a comparative material are shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the colored hard decorative member of Example 3 is shown.
- the colored hard decorative member of Example 3 and the scratch resistance of a comparative material are shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the comparative material of Example 4 is shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the colored hard decoration member of Example 4 is shown.
- the reflection characteristic with the incident angle of the colored hard decoration member of Example 4 is shown.
- the colored hard decorative member of Example 4 and the scratch resistance of a comparative material are shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the comparative material of Example 5 is shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the colored hard decoration member of Example 5 is shown.
- the reflective characteristic with the colored hard decoration member incident angle of Example 5 is shown.
- the colored hard decorative member of Example 6 and the scratch resistance of a comparative material are shown.
- the cross-sectional schematic diagram of the colored hard decoration member of Example 6 is shown.
- FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the structure of the colored hard decorative member of the present invention.
- the adhesion layer 12 made of a lower oxide of MoNb alloy is formed on the surface of the SUS316L substrate 11 as the substrate, and the gradient adhesion in which the nitrogen content is gradually increased to the lower oxide of the MoNb alloy on the adhesion layer 12 MoNb alloy color-raised gradient layer in which the layer 13 is formed, the wear resistant layer 14 of the MoNb alloy nitride layer is formed on the gradient adhesion layer 13, and the nitrogen content is gradually decreased on the wear resistant layer 14 15 is formed, and the colored decorative layer 16 is formed on the MoNb alloy color-raising inclined layer 15.
- the colored hard decorative member of the present invention since the decorative film exhibiting various colors is formed on the alloy film having high scratch resistance, the colored hard decorative member having various color variations having high scratch resistance is obtained. It has the feature that it can.
- the colored hard decorative member of the present invention there is no clear interface between the adhesion layer 12 and the inclined adhesion layer 13, high adhesion to the base material is ensured, and the film stress increases in a gradient manner, resulting in stress distortion. As a result, crack resistance and abrasion resistance can be suppressed, and scratch resistance and wear resistance can be improved. Further, since the wear-resistant layer 14 having high film hardness can be formed thicker, higher scratch resistance can be obtained.
- the wear-resistant layer 14 of the colored hard decorative member 10 is composed of a MoNb alloy nitride layer formed with a nitrogen content showing the maximum hardness, the composite hardness of the entire hard decorative member can be increased. High scratch resistance can be obtained.
- the color-graded inclined layer 15 of the colored hard decorative member 10 has a structure in which the nonmetallic element content is gradually decreased from the wear-resistant layer 14, the color tone is gradually increased from the wear-resistant layer and the metallic luster is increased. There can be a high quality color.
- the appearance color of the colored hard decorative member 10 can be obtained in various color variations by the colored decorative layer 16. Further, since the colored decorative layer 16 is formed on the alloy member having high scratch resistance (11 to 15), it is possible to obtain a colored hard decorative member that is hard to be scratched and has a high-class feeling.
- the base material 11 is preferably a base material formed from metal or ceramics.
- the metal including alloy
- the metal include stainless steel, titanium, titanium alloy, copper, copper alloy, tungsten or hardened stainless steel, titanium, titanium alloy, and the like. These metals can be used alone or in combination of two or more. Further, the shape of the substrate 11 is not limited.
- the adhesion layer 12 is an alloy of a metal (M1) selected from one or two of Mo and W and a metal (M2) selected from one or two of Nb and Ta, or Cr, Ti, Hf. , A lower oxide film of an alloy to which a metal (M3) selected from one or more of Zr is added, and is selected depending on the compatibility with the base material and the use environment of the film.
- the adhesion layer 12 is made of a lower oxide film of these alloys, but may contain a small amount of carbon or nitrogen.
- the alloy contains metals such as V, B, Al, Si, Mn, Co, La, Ce, Y, and Sc within a total amount of 5 wt% in the alloy. May be.
- the oxygen content in the alloy metal lower oxide film of the adhesion layer is desirably 5 to 60 atm%, particularly preferably 5 to 45 atm%, based on the metal.
- the oxygen content is less than 5 atm%, there is no difference in the adhesion from the alloy metal film, and when it is 60 atm%, the adhesion is lowered and the scratch resistance is also lowered.
- the thickness of the adhesion layer of the alloy lower oxide film is preferably 0.03 to 0.3 ⁇ m. In order to obtain the effect of improving the adhesion by the adhesion layer, there is an effective effect at 0.03 ⁇ m or more, and even if it is thicker than 0.3 ⁇ m, there is not much change in the adhesion effect.
- the inclined adhesion layer 13 is an alloy of a metal M4 selected from one or two of Mo and W and a metal M5 selected from one or two of Nb and Ta, or Cr, Ti, Hf, and Zr. It is a reaction compound of an alloy added with metal M6 selected from one or more types and a nonmetallic element selected from one or more types of carbon, nitrogen and oxygen, and the content of nonmetallic elements is graded. It is composed of an increased film.
- the inclined adhesion layer 13 is preferably a film in which the content of one or more nonmetallic elements of carbon, nitrogen, and oxygen is increased in a gradient manner, such as a carbide film, a nitride film, a carbonitride film, and an oxynitride. It consists of a material film, an oxycarbide film, an oxynitride carbide film, and the like. The material to be selected is determined by the compatibility with the adhesion layer 12 and the wear-resistant layer 14 and the use environment of the coating.
- the alloy includes metals such as V, B, Al, Si, Mn, Co, La, Ce, Y, and Sc within a total amount of 5 wt% in the alloy. It may be.
- the gradient adhesion layer is a gradient in which the content of carbon, nitrogen, oxygen, or one or more selected non-metallic elements in the gradient adhesion layer is gradually increased from 0 to 50 atm% with respect to the alloy metal element. It is a membrane.
- the gradient adhesion layer preferably contains 5 to 25 atm% of oxygen, and further has a structure in which the content of carbon, nitrogen, or a mixed element thereof is gradually increased in the range of 0 to 50 atm%. Is desirable.
- the thickness of the inclined adhesion layer is desirably 0.05 to 0.3 ⁇ m. In order to obtain the effect of the inclined adhesion layer, it is necessary to be 0.05 ⁇ m or more, and even if it is thicker than 0.3 ⁇ m, the adhesion effect is not so great.
- the wear-resistant layer 14 is made of an alloy of a metal M7 selected from one or two of Mo and W and a metal M8 selected from one or two of Nb and Ta, or Cr, Ti, Hf, and Zr. It forms from the reaction compound of the alloy which added the metal (M9) chosen from 1 type, or 2 or more types, and the nonmetallic element chosen from 1 type, or 2 or more types of carbon, nitrogen, and oxygen.
- the material to be selected is determined by the desired appearance color and the usage environment of the coating.
- the alloy includes metals such as V, B, Al, Si, Mn, Co, La, Ce, Y, and Sc within a total amount of 5 wt% in the alloy. It may be.
- the content of carbon, nitrogen or mixed elements in the wear resistant layer is 5 to 70 atm%.
- the thickness of the wear-resistant layer is desirably 0.3 to 4 ⁇ m, and the film hardness is desirably HV2000 or more. Since the scratch resistance performance is approximately dependent on the film thickness and film hardness of the wear-resistant layer, it is desirable that the film thickness and film hardness be as high as possible.
- the color-raising gradient layer 15 is made of an alloy of a metal M10 selected from one or two of Mo and W and a metal M11 selected from one or two of Nb and Ta, or Cr, Ti, Hf, and Zr. It is a reaction compound of an alloy added with a metal M12 selected from one or more kinds and a nonmetallic element selected from one or more kinds of carbon, nitrogen and oxygen, and the content of the nonmetallic elements is graded. Reduce to form.
- the color raising gradient layer 15 is made of a carbide film, a nitride film, a carbonitride film, an oxynitride film, an oxycarbide film, an oxynitride carbide film, or the like.
- the material to be selected is determined by the compatibility with the wear-resistant layer 14, the desired appearance color, and the usage environment of the coating.
- the alloy includes metals such as V, B, Al, Si, Mn, Co, La, Ce, Y, and Sc within a total amount of 5 wt% in the alloy. It may be.
- the color-graded gradient layer is a gradient film in which the content of non-metallic elements, preferably carbon, nitrogen, or a mixed element thereof in the color-graded gradient layer is gradually decreased to 50-0 atm% with respect to the alloy metal element. ing.
- the thickness of the color raising gradient layer is preferably 0.05 to 0.3 ⁇ m.
- the thickness of the color-raising gradient layer is 0.05 ⁇ m or less, the color of the wear-resistant layer cannot be sufficiently raised. Further, when the thickness is 0.3 ⁇ m or more, the color of the wear-resistant layer can be sufficiently increased, but the scratch resistance is deteriorated because the thickness of the color-increased inclined layer having low hardness is increased.
- the colored decorative layer 16 includes a white noble metal film such as Pt, Pd, and Rh having higher brightness, a metal nitride film such as TiN, ZrN, and HfN that exhibits gold, and TiCN, ZrCN, HfCN, and TiON that exhibit pink to brown colors. , ZrON, HfON and other metal carbonitride films, metal oxynitride films, DLC (diamond-like carbon) films exhibiting black color, or dielectric films composed of a single layer or multiple layers of dielectric films that can produce various colors by interference effects It is produced by forming the layer on all or part of the color-raising gradient layer (two-tone structure).
- a white noble metal film such as Pt, Pd, and Rh having higher brightness
- a metal nitride film such as TiN, ZrN, and HfN that exhibits gold
- TiCN, ZrCN, HfCN, and TiON that exhibit pink to brown colors.
- the film thickness of the white noble metal constituting the colored decorative layer is preferably 0.02 to 0.2 ⁇ m.
- the thickness is 0.02 ⁇ m or less, the brightness of the color-raising gradient layer cannot be sufficiently increased.
- the thickness is 0.2 ⁇ m or more, the brightness of the color-inclined inclined layer can be sufficiently increased, but the scratch resistance is deteriorated because the thickness of the noble metal layer having low hardness is increased.
- the hard film composed of nitrogen, nitrogen and carbon, and nitrogen and oxygen of Ti, Zr, and Hf constituting the colored decorative layer exhibits a golden, pink, or brown color depending on the composition.
- the film thickness is desirably 0.05 ⁇ m or more, and if it is 0.05 ⁇ m or less, the color tone of the color-graded inclined layer exhibiting white cannot be sufficiently covered. Also, when the wear occurs, the white color of the ground becomes visible.
- the DLC (diamond-like carbon) film constituting the colored decorative layer exhibits a black color.
- the film thickness is desirably 0.05 ⁇ m or more. If it is 0.05 ⁇ m or less, the color tone of the color-graded inclined layer that exhibits white cannot be sufficiently covered. Also, when the wear occurs, the white color of the ground becomes visible.
- a single-layer or multilayer adhesion layer made of Si or Ti between the DLC film and the color-gradient gradient layer.
- the dielectric layer constituting the colored decorative layer can create various colors by the interference effect, and can be designed and controlled by a widely known dielectric multilayer interference design technique.
- a widely known dielectric multilayer interference design technique By forming a single-layer or multiple-layer dielectric film, it is possible to obtain decorative members that exhibit transparency, high saturation, and various color tones.
- the reflection color and saturation of the dielectric multilayer film can be freely adjusted by design.
- the design obtained by the dielectric multilayer interference design technology can be manufactured with good reproducibility regardless of the color tone of the hard coating, and the color tone depending on the incident angle. Can be suppressed.
- the total thickness of the dielectric layer is desirably 0.05 ⁇ m or more. If it is 0.05 ⁇ m or less, the color tone of the color-graded inclined layer that exhibits white cannot be sufficiently covered. Also, when the wear occurs, the white color of the ground becomes visible.
- a single-layer or multilayer adhesion layer made of Si or Ti between the dielectric layer and the color-graded gradient layer.
- the dielectric layer is formed on the outermost surface, it is desirable to form a dielectric film having the highest possible hardness on the outermost layer.
- the outermost layer include Si nitride, nitrocarbide, oxynitride, Al oxide, nitride, oxynitride, and the like.
- Each laminate constituting the colored hard decorative member of the present invention can be formed by a sputtering method, a CVD method, an ion plating method or the like, but is preferably formed by a reactive sputtering method.
- the colored hard decorative member 10 according to the embodiment of the present invention is manufactured by a reactive sputtering method.
- an inert gas mainly Ar gas
- a DC or AC high voltage is applied between the substrate and the target composed of the constituent atoms of the coating to ionize the substrate.
- Ar is collided with a target to form a repelled target material on a substrate.
- a trace amount of reactive gas together with the inert gas, a compound film of target constituent atoms and reactive gas can be formed on the substrate.
- the decorative member 10 of the embodiment can be manufactured by controlling the adhesion, film hardness, and color tone by adjusting the selection and amount of target constituent atoms and reactive gases.
- the reactive sputtering method has high controllability of film quality and film thickness and is easy to automate. Further, since the energy of the sputtered atoms is high, it is not necessary to heat the substrate for improving the adhesion, and a film can be formed even on a substrate such as a plastic having a low melting point. In addition, since the target material that has been blown off is formed on the substrate, it is possible to form a film even with a high melting point material, and the material can be freely selected.
- a carbide film, a nitride film, a carbonitride film, an oxynitride film, an oxycarbide film, an oxynitride carbide film, and the like can be easily formed by selecting and mixing reactive gases. Also, by alloying the target constituent atoms, it is possible to form alloy films, alloy carbide films, nitride films, carbonitride films, oxynitride films, oxycarbide films, oxynitride carbide films, etc. Become.
- the inclined adhesion layer 13 and the color raising inclined layer 15 of the colored hard decorative member 10 according to the embodiment of the present invention are formed by increasing or decreasing the amount of the reactive gas selected in time series.
- the amount of reactive gas is controlled by an automatically controlled mass flow controller, and the color tone and hardness of the layer can be controlled by the amount of reactive gas.
- the outermost colored decorative layer can have a two-tone structure having a so-called two-tone color.
- the two-tone structure can be formed by a known method.
- a method for obtaining a two-tone structure includes a step of applying a mask to a part of a colored decorative layer, a step of peeling a colored decorative layer that is not masked with an acid such as hot nitric acid, a step of peeling the mask, and an acid peeling.
- the reduction treatment is, for example, a step of removing the surface oxide film with a thiourea-based treatment agent.
- the stripping of the colored decorative film is not limited to acids, and stripping solutions suitable for the respective materials can be used, and are selected in relation to the corrosion resistance of the hard member serving as the base.
- the colored decorative layer has a two-tone structure
- a hard golden film formed of TiN, ZrN, or the like can be made into a multicolor film, and a high-quality feeling with more decorativeness can be obtained.
- the two-tone structure can be applied not only to a hard film but also to any other colored decorative layer such as a white base metal film, a DLC hard film, and a dielectric film.
- the present invention can provide a colored hard decorative member having a high-grade color tone, it can be used for a decorative part such as an exterior part of a watch, an accessory such as glasses or an accessory, a decorative article, or a sports equipment.
- a decorative part such as an exterior part of a watch, an accessory such as glasses or an accessory, a decorative article, or a sports equipment.
- the colored hard decorative member described above can be applied to some of its constituent parts, for example, exterior parts.
- the timepiece may be any of a photovoltaic power generation timepiece, a thermoelectric generation timepiece, a standard time radio wave reception type self-correcting timepiece, a mechanical timepiece, and a general electronic timepiece. Such a timepiece is manufactured by a known method using the colored hard decorative member.
- a watch is an example of a decorative member that is easily damaged by rubbing with a shirt or colliding with a desk or wall.
- the colored hard decorative member of the present invention can be formed on a timepiece, it is possible to maintain a state where the appearance is very beautiful and the appearance is very difficult to be scratched.
- the hard decorative member described above can be used for a bezel, a lug, a case, a crown, a push button, a band, and the like of a watch.
- the scratch resistance test is carried out as follows. A decorative film is applied to a SUS316L base material defined in JIS, and a worn paper in which alumina particles are uniformly dispersed is brought into contact with a test sample at a constant load, and scratches are generated by rubbing a predetermined number of times. The surface of the test sample with scratches was scanned in the direction perpendicular to the scratch direction, the surface roughness was measured, and the scratch resistance was evaluated as the mean square roughness. The greater the amount of scratches, the deeper the depth of the scratches, the larger the mean square roughness value. Conversely, the smaller the amount of scratches, the smaller the scratch depth, the smaller the mean square roughness value. Therefore, the scratch resistance can be numerically evaluated by this scratch resistance test method.
- the film hardness was measured using a micro indentation hardness tester (H100 manufactured by FISCHER). A Vickers indenter was used as a measuring element. The Vickers indenter was inserted into the sample with a 5 mN load, held for 10 seconds, then unloaded, and the film hardness was calculated from the depth of the indent formed by the insertion of the Vickers indenter.
- H100 micro indentation hardness tester
- ⁇ Color tone measurement method The color tone (brightness and saturation) of the decorative member was measured using Apectra Magic NX manufactured by KNICA MINOLTA. Using the light source D65, the L * a * b * of each film according to the L * a * b * chromaticity diagram was measured, and the brightness L * was measured.
- Example 1 As the sputtering target of Example 1, a sintered body of Mo 45 wt% Nb 55 wt% and a metal Pt target were used. As shown in FIG. 2, a SUS316L material defined in JIS was used as the base material 21, and an adhesion layer 22 made of a lower oxide of a MoNb alloy was formed on the base material 21 by a sputtering method. Next, the gradient adhesion layer 23 of the MoNb alloy oxycarbide film was formed to have a thickness of 0.2 ⁇ m by gradually increasing the methane gas while introducing a small amount of oxygen gas. Thereafter, a 2.2 ⁇ m thin wear-resistant layer 24 made of a MoNb alloy carbide film was formed.
- the color-increasing inclined layer 25 of the MoNb alloy carbide film was formed to have a thickness of 0.1 ⁇ m. Thereafter, methane gas was stopped and only argon gas was flowed to form a Pt film having a thickness of 0.05 ⁇ m, thereby producing a colored hard decorative member 20.
- FIG. 3 shows the colored hard decorative member 20 obtained in Example 1 and a hard decorative member (hereinafter referred to as a hard decorative member) composed of laminates 21 to 25 without forming the Pt layer 26 in the same configuration as the colored hard decorative member.
- FIG. 5 is a comparative diagram comparing the reflection characteristics with an alloy decoration member.
- the appearance color of the colored hard decorative member 20 in the Lab color space display is L *: 85.8, a *: 0.81, b *: 3.48, and the colored hard decorative member 20 forms a Pt layer.
- the brightness was much higher than that of the non-alloyed decorative member, and the appearance color of the SUS316L base material 21 was higher than L *: 85.1, a *: 0.38, b *: 2.34. .
- FIG. 4 is a diagram showing changes in hardness and brightness when the amount of introduced methane gas is changed in the colored hard decorative member 20 of Example 1 with a constant Ar gas amount of 105 sccm.
- the change in film hardness had a peak, and the brightness gradually decreased as the amount of methane gas introduced increased.
- an oxygen gas of 5 sccm was introduced under the condition of the methane gas introduction amount of 0 sccm in FIG. 3 to form a MoNb lower oxide film having a thickness of 0.1 ⁇ m.
- the adhesion to the substrate becomes higher than that of the MoNb alloy film, thereby improving the scratch resistance.
- the amount of methane gas introduced in FIG. 3 was increased from 0 sccm to 35 sccm showing the maximum hardness, thereby forming a 0.2 ⁇ m MoNb alloy carbide film.
- a 2.2 ⁇ m MoNb alloy carbide film was formed under the condition of a methane gas introduction amount of 35 sccm indicating the maximum hardness.
- the color-increasing gradient layer 25 the methane gas introduction amount was decreased gradually from the methane gas introduction amount 35 sccm showing the maximum hardness in FIG. 3 to 0 sccm, thereby forming a MoNb alloy carbide film having a thickness of 0.2 ⁇ m.
- FIG. 5 is a diagram showing the results of measuring the scratch resistance performance of the colored hard decorative member 20 of Example 1.
- the scratch resistance (root mean square roughness) of the decorative member 120 formed on the base material and the SUS316L base material on which the hard film was not formed was measured. From FIG. 5, even if compared with the decorative member 110 produced based on the SUS316L base material which does not form the hard film, and the patent document 1 shown in FIG. It was confirmed to have much better scratch resistance.
- FIGS. 6A and 6B are diagrams showing the results of measuring the crystallinity of the colored hard decorative member 20 shown in FIG. 2 by X-ray diffraction. From the crystallinity measurement, it was found that Pt 3 Mo which is an intermetallic compound of Pt and Mo was formed between the Pt film and the alloy film. Due to the presence of this intermetallic compound, the adhesion between the alloy film and the Pt film is strengthened, and it is presumed that peeling does not occur at all even if a scratch resistance test is performed. Therefore, the scratch resistance of the colored hard decorative member 20 is estimated to be higher than that of the decorative member 120 in which only the soft Pt film is formed on the SUS316L base material shown in FIG.
- Example 2 As the sputtering target of Example 2, a sintered body of Mo 30 wt% Ta 70 wt% and a metal Ti target were used. As shown in FIG. 8, a SUS316L material defined in JIS was used as the base material 31, and an adhesion layer 32 made of a lower oxide of a MoTa alloy was formed on the base material 31 by a sputtering method. Thereafter, the methane gas was increased in a gradient while introducing a small amount of oxygen gas to form a 0.2 ⁇ m gradient adhesion layer 33 of the MoTa alloy oxycarbide film. Thereafter, a thin wear-resistant layer 34 made of a MoTa alloy carbide film was formed to 2.0 ⁇ m.
- the methane gas was decreased in an inclined manner to form a colored layer 35 of a MoTa alloy carbide film having a thickness of 0.1 ⁇ m.
- the sputtering of the MoTa alloy was stopped, the Ti target was discharged while introducing argon gas and nitrogen gas, and the TiN film 36 was formed to have a thickness of 0.2 ⁇ m, whereby the colored hard decorative member 30 was produced.
- the color appearance of the colored hard decorative member 30 obtained in Example 2 according to the Lab color space display is L *: 77.85, a *: 3.92, b *: 37.18. Exhibited a golden color.
- FIG. 10 is a diagram showing the results of measuring the scratch resistance performance of the colored hard decorative member 30 of Example 2.
- the colored hard decorative member 30 of Example 2 according to the present invention as a comparative material, a SUS316L material defined in JIS shown in FIG. 9 has a Ti film 132 of 0.1 ⁇ m, and a TiN film 133 of 0.2 ⁇ m thereon. Measurement of scratch resistance (root mean square roughness) of the decorative member 130 formed and formed, the SUS316L base material on which the hard film is not formed, and the alloy decorative member (up to 35) on which the TiN film 36 is not formed in the decorative member 30 did. From FIG.
- the colored hard decorative member 30 of Example 2 of the present invention has much better scratch resistance than the SUS316L base material and the decorative member 130 on which no hard film is formed. . Further, it can be seen that the scratch resistance performance of the colored hard decorative member 30 of Example 2 of the present invention is hardly inferior to that of the alloy decorative member (up to 35).
- Scratch resistance is roughly determined by the product of the hardness of the wear-resistant layer, the thickness of the wear-resistant layer, the degree of adhesion to the base material, and the hardness of the base material.
- Example 3 As the sputtering target of Example 3, a sintered body of Mo 60 wt% Nb 30 wt% Cr 10 wt%, a metal Ti, and a metal Si target were used. As shown in FIG. 11, SUS316L material prescribed
- a thin wear-resistant layer 44 made of a MoNbCr alloy carbide film was formed to 2.2 ⁇ m. Thereafter, the methane gas was decreased in an inclined manner to form a colored layer 45 of a MoNbCr alloy carbide film having a thickness of 0.1 ⁇ m. Thereafter, sputtering of the MoNbCr alloy is stopped, the Ti target is discharged while introducing argon gas, and a Ti film 46 is formed to have a thickness of 0.05 ⁇ m. Thereafter, sputtering of the Ti target is stopped, and while introducing argon gas, the Si film 47 was formed to a thickness of 0.1 ⁇ m.
- a DLC film 48 was formed to a thickness of 0.7 ⁇ m by a plasma CVD method in which methane gas was introduced to produce a colored hard decorative member 40.
- the color appearance of the colored hard decorative member 40 obtained in Example 3 according to the Lab color space display is L *: 48.75, a *: 0.26, b *: 1.8. Exhibited a black color.
- FIG. 12 shows the result of measuring the scratch resistance performance of the colored hard decorative member 40 of Example 3.
- the colored hard decorative member 40 of Example 3 according to the present invention as a comparative material, a SUS316L material defined in JIS shown in FIG. 13, a Ti film 142 (thickness: 0.05 ⁇ m), a Si film 143 (thickness: Scratch resistance (root mean square roughness) was measured for the decorative member 140 on which 0.1 ⁇ m) and the DLC film 144 (thickness: 0.7 ⁇ m) and the SUS316L base material on which the hard film was not formed. From FIG. 12, it was confirmed that the colored hard decorative member 40 of Example 3 of the present invention has much better scratch resistance as compared to the SUS316L base material and the decorative member 140 on which no hard film is formed.
- the scratch resistance is roughly determined by the product of the hardness of the abrasion resistant layer, the film thickness of the abrasion resistant layer, the adhesion to the base material, and the hardness of the base material. Therefore, the DLC film is formed on the alloy film having high scratch resistance. Is formed with good adhesion, it is possible to form a black hard member having high scratch resistance.
- Example 4 As the sputtering target of Example 4, a sintered body of Mo 45 wt% Nb 55 wt% and a metal Si target were used. As shown in FIG. 14, SUS316L material prescribed
- a thin wear-resistant layer 54 made of a MoNb alloy carbide film was formed to 2.2 ⁇ m. Thereafter, the methane gas was decreased in an inclined manner, thereby forming a colored raising inclined layer 55 of the MoNb alloy carbide film with a thickness of 0.1 ⁇ m. Thereafter, sputtering of the MoNb alloy was stopped, the Si target was discharged while introducing argon gas, and the film thickness was controlled to form a 0.072 ⁇ m Si film.
- a Si 3 N 4 film (thickness: 0.07 ⁇ m), a SiO 2 film (thickness: 0.061 ⁇ m), a Si 3 N 4 film (thickness: 0.03 ⁇ m) with a controlled film thickness are formed on the Si film. ) Is laminated to form a colored hard decorative member 50.
- the color appearance of the colored hard decorative member 50 obtained in Example 4 according to the Lab color space display is L *: 64.18, a *: 38.03, b *: 5.19. Had a bright red color.
- FIG. 15 is a diagram showing the reflection characteristics according to the incident angle of the decorative member 50 of Example 4. It can be seen that the reflectance of the decorative member 50 is high as a whole, and that the difference in reflectance due to the difference in incident angle is small. Therefore, the decorative member 50 of Example 4 has a higher saturation and brighter colors than the case where the dielectric multilayer film 56 is laminated to form a single layer. In addition, in a single layer, a change in color tone occurs depending on the incident angle, but by stacking the dielectric multilayer film 56, it is possible to suppress a change in color tone due to the incident angle. Furthermore, by forming an Si film having a high absorption coefficient as an adhesion layer on the dielectric multilayer film 56, the change in color tone due to the incident angle can be extremely reduced.
- FIG. 16 is a diagram showing the results of measuring the scratch resistance performance of the colored hard decorative member 50 of Example 4.
- the colored hard decorative member 50 of Example 4 according to the present invention as a comparative material, a decorative member 150 in which only a dielectric film is formed in a multilayer on the SUS316L material defined in JIS shown in FIG. 17, and a hard film are formed.
- the scratch resistance root mean square roughness
- Scratch resistance is roughly determined by the product of the hardness of the wear-resistant layer, the thickness of the wear-resistant layer, the adhesion to the substrate, and the hardness of the substrate.
- the dielectric film 56 exhibiting interference need not be a Si film. However, in the case of using a Si-based film, it is effective to improve the scratch resistance by forming a high hardness Si 3 N 4 film on the outermost surface.
- Example 5 As the sputtering target of Example 5, a sintered body of Mo 45 wt% Nb 55 wt% and a metal Si target were used. As shown in FIG. 18, SUS316L material prescribed
- a 2.2 ⁇ m thin wear-resistant layer 64 made of a MoNb alloy nitride film was formed. Thereafter, the nitrogen gas was decreased in an inclined manner, thereby forming the colored gradient layer 65 of the MoNb alloy nitride film to be 0.1 ⁇ m. Thereafter, sputtering of the MoNb alloy was stopped, the Si target was discharged while introducing argon gas, and the film thickness was controlled to form a Si film of 0.03 ⁇ m.
- a colored hard decorative member 60 was produced by laminating and forming a dielectric multilayer film 66 composed of three layers.
- the color appearance of the colored hard decorative member 60 obtained in Example 5 according to the Lab color space display is L *: 63.11, a *: -12.61, b *: -44.5.
- the member 60 exhibited a bright blue color.
- FIG. 19 is a diagram showing the reflection characteristics according to the incident angle of the decorative member 60 of Example 5.
- FIG. 19 shows that the reflectance is high at a wavelength of 400 to 500 nm, and that the difference in reflectance due to the difference in incident angle is small. Since the decorative member 60 of Example 5 is formed by laminating the dielectric multilayer film 66, it has higher saturation and is brighter than the case where it is formed as a single layer. In addition, in a single layer, a change in color tone occurs depending on the incident angle, but by stacking the dielectric laminated film 66, a change in color tone due to the incident angle can be suppressed. Furthermore, by inserting a Si film having a high absorption coefficient into the dielectric laminated film 66, the change in color tone due to the incident angle can be extremely reduced.
- FIG. 20 is a diagram showing the results of measuring the scratch resistance performance of the colored hard decorative member 60 of Example 5.
- a colored hard decorative member 60 of Example 5 according to the present invention a decorative member 150 in which only a dielectric multilayer film showing blue is formed on a SUS316L material defined in JIS shown in FIG.
- the scratch resistance (root mean square roughness) of the SUS316L base material not formed was measured. From FIG. 20, it was confirmed that the colored hard decorative member 60 of Example 5 of the present invention has much better scratch resistance than the SUS316L base material and the decorative member 150 that do not form a hard film. .
- Scratch resistance is roughly determined by the product of the hardness of the wear-resistant layer, the thickness of the wear-resistant layer, the adhesion to the substrate, and the hardness of the substrate.
- the dielectric film 66 exhibiting interference need not be a Si-based film. However, in the case of using a Si-based film, it is more effective for scratch resistance performance to form a Si 3 N 4 film having high hardness on the outermost surface.
- Example 6 Using the SUS316L material defined in JIS as the base material 71, the same coating compositions 71 to 76 as shown in FIGS. 18 to 66 of Example 5 were formed on the base material 71. Next, masking (not shown) was performed on part of the dielectric laminated film 76. Thereafter, the unmasked portion was peeled off using hot phosphoric acid and an alkaline solvent, and then the masking was removed, thereby producing a two-tone colored hard decorative member 70 shown in FIG. As shown in FIG.
- the surface of the colored hard decorative member 70 has a structure in which a color-inclined inclined layer 75 and a dielectric film interference layer 76 are mixed, resulting in a white and blue two-tone color and a high decorative property.
- a hard member can be obtained.
- a metal having a high adhesion effect with a metal and a high brightness and a metal having a high film hardness and a high corrosion resistance are used, and the adhesion effect on the substrate is high. Because it consists of an alloy adhesion layer, an alloy gradient adhesion layer whose reaction gas content increases in a gradient, a hard wear-resistant layer, and an alloy color-graded gradient layer whose reaction gas content decreases in a gradient.
- the adhesion between the substrate and the film is remarkably improved and the scratch resistance is improved, and the wear layer having high film hardness can be formed thickly, so that the scratch resistance can be further improved and the outermost layer has a high-class feeling.
- the present invention can provide a colored hard decorative member that suppresses deterioration in appearance quality due to scratches, wear, and the like and has a high-quality color tone and rich in color variations. It can be used for accessories such as accessories, decorative items, and various decorative members such as sports equipment.
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Abstract
耐傷性を向上させ、傷や磨耗などによる外観品質の低下を抑制し、かつ高級感のある様々なカラーバリエーションを有する有色硬質装飾部材を提供する。金属との密着効果が高く明度の高い金属(耐食性の悪い金属 Mo、W)、膜硬度が高く耐食性の高い金属(密着性の悪い金属 Nb、Ta)及び耐食性能を高める金属(Cr,Ti,Hf、Zr)の合金による膜を使用して、基材上に密着効果の高い合金密着層と、反応ガス含有量が傾斜的に増加した合金傾斜密着層と、硬度の高い耐磨耗層と、反応ガス含有量が傾斜的に減少した合金色上げ傾斜層と、最外層に装飾性が高くカラーバリエーションを有する有色装飾層を形成する。
Description
本発明は、時計の外装部品、眼鏡やアクセサリーなどの装身具、装飾品などの有色硬質装飾部材に関するものであり、特に、高級感のある様々なカラーバリエーションに富み、長期間にわたり耐傷性、耐摩耗性、耐腐蝕性に優れる有色硬質装飾部材に関するものである。
従来において、外装部品、眼鏡、アクセサリー、時計などの装身具、装飾品、スポーツ用品などの耐傷性を向上させるための耐磨耗層上には、高級感のある外観とするために最外層に明度の高い白金被膜を形成していた。例えば、特許文献1では、基材上に下地層を形成し、この表面に乾式メッキ法により炭化チタン層を形成し、この表面に乾式メッキ法で形成された白金または白金合金からなる装飾被膜層を形成している。しかしながら、最外層である白金層は高価なため薄く成膜する必要があり、その薄い白金層が剥離した場合の色変化を抑制するため炭化チタン層を淡い色に作る必要があった。このため、炭化チタン層の硬度は本来の炭化チタン層に比べ硬度が低く(約40%)、十分な耐傷性を得ることができなかった。
また、耐傷性を向上させるために、炭化チタン層に反応させる炭素量を増やして硬度を増加させると、耐傷性は増加するが色調が暗くなってしまう。また、同様に耐傷性を向上させるために、硬化層である炭化チタン層の膜厚を厚くすると、膜応力の増大による膜の剥離や、耐腐食試験において孔食が発生しやすくなるという問題点があり、膜厚を1.0μm以上に成膜することは困難であった。
さらに、最外層として、白金系被膜にかえて、明度、色調、低スプラッシュ性が良好で耐傷性を有しかつ高級感を有するMo被膜を使用することが提案されている。しかしながら、Mo被膜は耐食性が低いためそのままでは使用できないという問題があった。また明度、色調、低スプラッシュ性が良好でかつ高級感を有するCr被膜を使用することが提案されているが、Cr被膜は膜硬度が低く十分な耐傷性を得られないこと、また耐食性が非常に高いことから製造工程における剥離が困難であるという問題があった。一方、最外層として、硬度の高く耐食性を有する炭化Nb膜や炭化Ta膜を使用することも提案されているが、基材との密着性が低く膜厚を厚くできないため耐傷性が低く、明度もやや低く、これらの被膜もそのままでは使用できないという問題があった。
この他に、高級感のある装飾性を有する最表面を得るために、特許文献3に記載される硬質カーボン膜(DLC膜)、特許文献4に記載される誘電体膜あるいは、特許文献5に記載されるツートンカラーを有する多色被膜を形成する方法も提案されているが、土台となる基体が耐摩耗性及び密着性に欠け、装飾部材としての耐傷性が低く、傷つきやすく、外観性が低下するという問題があった。
本発明の目的は、耐傷性を著しく向上させることにより、傷や磨耗などによる外観品質の低下を抑制し、かつ高級感のある様々なカラーバリエーションを有する有色硬質装飾部材を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明の有色硬質装飾部材は下記に記載の構成を採用する。
本発明の有色硬質装飾部材は、基材上に密着効果の高い合金低級酸化物からなる密着層と、反応ガス含有量が傾斜的に増加した合金化合物傾斜密着層と、合金化合物耐磨耗層と、反応ガス含有量が傾斜的に減少した合金化合物色上げ傾斜層と、有色装飾層からなることを特徴とする。
本発明の有色硬質装飾部材では、金属との密着効果が高く明度が高いが耐食性の悪い金属(Mo、W)及び膜硬度が高く耐食性が高いが密着性の悪い金属(Nb、Ta)、さらに必要に応じて耐食性能を向上させる(Cr、Ti、Hf、Zr)の合金による膜を使用して、基材上に密着効果の高い合金密着層と、反応ガス含有量が傾斜的に増加した合金傾斜密着層と、硬度の高い耐磨耗層と、反応ガス含有量が傾斜的に減少した合金色上げ傾斜層からなっているため、基材と膜間の密着性が著しく向上し耐傷性が向上すると共に、膜硬度の高い耐磨耗層を厚く形成できることから耐傷性をさらに向上させることができ、かつ、色上げ傾斜層上に、白色を有する貴金属膜、金色を呈する硬質膜、黒色を有するDLC硬質膜、干渉効果を有する誘電体膜から選ばれる有色装飾層が全部又は一部積層されている。
本発明の要旨は次のとおりである。
(1)基材、基材上に積層される金属M1及び金属M2、さらに選択的に金属M3を組み合わせた合金の低級酸化物層からなる密着層、密着層上に積層される金属M4及び金属M5、さらに選択的に金属M6を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる傾斜密着層、傾斜密着層上に積層される金属M7及び金属M8、さらに選択的に金属M9を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる耐磨耗層、耐磨耗層上に積層される金属M10及び金属M11、さらに選択的に金属M12を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる色上げ傾斜層、及び色上げ傾斜層の上に積層される有色装飾層から構成される有色硬質装飾部材であって、金属M1、M4、M7及びM10は、それぞれMo、Wの1種又は2種から選ばれ、金属M2、M5、M8及びM11は、それぞれ、Nb、Taの1種又は2種から選ばれ、金属M3、M6、M9及びM12はCr、Ti、Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれ、傾斜密着層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に増加し、色上げ傾斜層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に減少する有色硬質装飾部材。
(2)有色装飾層は、Pt、Pd又はRhの白色貴金属膜であり、色上げ傾斜層との境界に色上げ傾斜層中の金属と白色貴金属との金属間化合物が形成されている上記(1)に記載の有色硬質装飾部材。
(3)有色装飾層は、Ti、Zr又はHfの窒化物、炭化物、炭窒化物、又は窒酸化物からなる硬質膜である上記(1)に記載の有色硬質装飾部材。
(4)有色装飾層は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)硬質膜である上記(1)に記載の有色硬質装飾部材。
(5)有色装飾層は、誘電体膜を単層又は多層で形成されてなる誘電体層である上記(1)に記載の有色硬質装飾部材。
(6)色上げ傾斜層と有色装飾層と間にSi又はTiからななる密着層が単層又は多層で形成されている上記(4)又は(5)に記載の有色硬質装飾部材。
(7)有色装飾層は、ツートン構造である上記(1)~(6)のいずれかに記載の有色硬質装飾部材。
(8)基材上に、金属M1及び金属M2、さらに選択的に金属M3を組み合わせた合金の低級酸化物層からなる密着層を形成する工程、密着層上に金属M4及び金属M5、さらに選択的に金属M6を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる傾斜密着層を、傾斜密着層を構成する反応混合物中の非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に増加するように形成する工程、傾斜密着層上に金属M7及び金属M8、さらに選択的に金属M9を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる耐磨耗層を形成する工程、耐磨耗層上に金属M10及び金属M11、さらに金属M12を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる色上げ傾斜層を、色上げ傾斜層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に減少するように形成する工程、色上げ傾斜層上に有色装飾層を形成する工程を含み、金属M1、M4、M7及びM10は、それぞれMo、Wの1種又は2種から選ばれ、金属M2、M5、M8及びM11は、それぞれNb、Taの1種又は2種から選ばれ,金属M3、M6、M9及びM12は、それぞれCr,Ti,Hfの1種または2種以上から選ばれる有色硬質装飾部材の製造方法。
(9)反応性スパッタリング法により、密着層、傾斜密着層、耐磨耗層、色上げ傾斜層及び有色装飾層の少なくとも1つを形成する上記(8)に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。
(10)傾斜密着層を形成する工程では、反応性スパッタリング法において、非金属元素を含む反応ガス量を時系列的に増加又は減少させることにより傾斜密着層を形成し、色上げ傾斜層を形成する工程では、反応性スパッタリング法において、非金属元素を含む反応ガス量を時系列的に増加又は減少させることにより色上げ傾斜層を形成することを特徴とする上記(9)に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。
(11)有色装飾層の一部にマスクを塗布し、有色装飾層のマスクされていない部分を酸またはアルカリにより剥離させることにより有色装飾層をツートン構造とする工程をさらに含む上記(8)~(10)のいずれか1項に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。
(1)基材、基材上に積層される金属M1及び金属M2、さらに選択的に金属M3を組み合わせた合金の低級酸化物層からなる密着層、密着層上に積層される金属M4及び金属M5、さらに選択的に金属M6を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる傾斜密着層、傾斜密着層上に積層される金属M7及び金属M8、さらに選択的に金属M9を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる耐磨耗層、耐磨耗層上に積層される金属M10及び金属M11、さらに選択的に金属M12を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる色上げ傾斜層、及び色上げ傾斜層の上に積層される有色装飾層から構成される有色硬質装飾部材であって、金属M1、M4、M7及びM10は、それぞれMo、Wの1種又は2種から選ばれ、金属M2、M5、M8及びM11は、それぞれ、Nb、Taの1種又は2種から選ばれ、金属M3、M6、M9及びM12はCr、Ti、Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれ、傾斜密着層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に増加し、色上げ傾斜層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に減少する有色硬質装飾部材。
(2)有色装飾層は、Pt、Pd又はRhの白色貴金属膜であり、色上げ傾斜層との境界に色上げ傾斜層中の金属と白色貴金属との金属間化合物が形成されている上記(1)に記載の有色硬質装飾部材。
(3)有色装飾層は、Ti、Zr又はHfの窒化物、炭化物、炭窒化物、又は窒酸化物からなる硬質膜である上記(1)に記載の有色硬質装飾部材。
(4)有色装飾層は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)硬質膜である上記(1)に記載の有色硬質装飾部材。
(5)有色装飾層は、誘電体膜を単層又は多層で形成されてなる誘電体層である上記(1)に記載の有色硬質装飾部材。
(6)色上げ傾斜層と有色装飾層と間にSi又はTiからななる密着層が単層又は多層で形成されている上記(4)又は(5)に記載の有色硬質装飾部材。
(7)有色装飾層は、ツートン構造である上記(1)~(6)のいずれかに記載の有色硬質装飾部材。
(8)基材上に、金属M1及び金属M2、さらに選択的に金属M3を組み合わせた合金の低級酸化物層からなる密着層を形成する工程、密着層上に金属M4及び金属M5、さらに選択的に金属M6を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる傾斜密着層を、傾斜密着層を構成する反応混合物中の非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に増加するように形成する工程、傾斜密着層上に金属M7及び金属M8、さらに選択的に金属M9を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる耐磨耗層を形成する工程、耐磨耗層上に金属M10及び金属M11、さらに金属M12を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる色上げ傾斜層を、色上げ傾斜層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に減少するように形成する工程、色上げ傾斜層上に有色装飾層を形成する工程を含み、金属M1、M4、M7及びM10は、それぞれMo、Wの1種又は2種から選ばれ、金属M2、M5、M8及びM11は、それぞれNb、Taの1種又は2種から選ばれ,金属M3、M6、M9及びM12は、それぞれCr,Ti,Hfの1種または2種以上から選ばれる有色硬質装飾部材の製造方法。
(9)反応性スパッタリング法により、密着層、傾斜密着層、耐磨耗層、色上げ傾斜層及び有色装飾層の少なくとも1つを形成する上記(8)に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。
(10)傾斜密着層を形成する工程では、反応性スパッタリング法において、非金属元素を含む反応ガス量を時系列的に増加又は減少させることにより傾斜密着層を形成し、色上げ傾斜層を形成する工程では、反応性スパッタリング法において、非金属元素を含む反応ガス量を時系列的に増加又は減少させることにより色上げ傾斜層を形成することを特徴とする上記(9)に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。
(11)有色装飾層の一部にマスクを塗布し、有色装飾層のマスクされていない部分を酸またはアルカリにより剥離させることにより有色装飾層をツートン構造とする工程をさらに含む上記(8)~(10)のいずれか1項に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。
本発明によれば、傷や磨耗などによる外観品質の低下を抑制し、かつ高級感のある様々なカラーバリエーションを有する有色硬質装飾部材を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
<有色硬質装飾部材>
図1は本発明の有色硬質装飾部材の構造の一例を示す断面模式図である。基材としてSUS316L基材11の表面に、MoNb合金の低級酸化物からなる密着層12が形成され、密着層12上にMoNb合金の低級酸化物に傾斜的に窒素含有量を増加させた傾斜密着層13が形成され、傾斜密着層13上にMoNb合金窒化物層の耐磨耗層14が形成され、耐磨耗層14上に傾斜的に窒素含有量を低下させたMoNb合金色上げ傾斜層15が形成され、MoNb合金色上げ傾斜層15上に有色装飾層16が形成されている。
図1は本発明の有色硬質装飾部材の構造の一例を示す断面模式図である。基材としてSUS316L基材11の表面に、MoNb合金の低級酸化物からなる密着層12が形成され、密着層12上にMoNb合金の低級酸化物に傾斜的に窒素含有量を増加させた傾斜密着層13が形成され、傾斜密着層13上にMoNb合金窒化物層の耐磨耗層14が形成され、耐磨耗層14上に傾斜的に窒素含有量を低下させたMoNb合金色上げ傾斜層15が形成され、MoNb合金色上げ傾斜層15上に有色装飾層16が形成されている。
本発明の有色硬質装飾部材では高い耐傷性能を持つ合金膜上に様々な色を呈する装飾膜を形成していることから、高い耐傷性を持った様々なカラーバリエーションをもった有色硬質装飾部材が出来るという特徴を持つ。
本発明の有色硬質装飾部材では、密着層12、傾斜密着層13間で明確な界面がなくなり、基材との高い密着性が確保され、また膜応力が傾斜的に上昇する構造となり、応力歪みによるクラックの発生、剥離の抑制効果が得られることから、耐傷性、耐摩耗性が向上すると共に、膜硬度の高い耐磨耗層14を厚く形成できることからさらに高い耐傷性能を得ることができる。
有色硬質装飾部材10の耐磨耗層14は最大硬度を示す窒素含有量で成膜されたMoNb合金窒化物層で構成されていることから硬質装飾部材全体の複合硬度を増大させることができ、高い耐傷性能を得ることができる。
有色硬質装飾部材10の色上げ傾斜層15は、耐磨耗層14から非金属元素含有量が傾斜的に減少する構造であるため、色調が耐磨耗層から傾斜的に上昇し金属光沢があり高級感のある色感を得ることができる。
有色硬質装飾部材10の外観色は有色装飾層16によって様々なカラーバリエーションを得ることができる。また、有色装飾層16が耐傷性能の高い合金部材上(11~15)に形成されることから、傷がつきにくく高級感のある有色硬質装飾部材を得ることができる。
(基材)
上記基材11は、好ましくは金属またはセラミックスから形成される基材である。金属(合金を含む)として、具体的には、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、銅、銅合金、タングステンまたは硬質化処理したステンレス鋼、チタン、チタン合金などが挙げられる。これらの金属は、一種単独で、あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。また上記基材11の形状については限定されない。
上記基材11は、好ましくは金属またはセラミックスから形成される基材である。金属(合金を含む)として、具体的には、ステンレス鋼、チタン、チタン合金、銅、銅合金、タングステンまたは硬質化処理したステンレス鋼、チタン、チタン合金などが挙げられる。これらの金属は、一種単独で、あるいは2種以上組み合わせて用いることができる。また上記基材11の形状については限定されない。
(密着層)
上記密着層12は、Mo、Wの1種又は2種から選ばれる金属(M1)とNb、Taの1種又は2種から選ばれる金属(M2)との合金、またはさらにCr,Ti,Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれる金属(M3)を加えた合金の低級酸化物膜であり、基材材質との相性及び被膜の使用環境によって選択される。密着層12は、これらの合金の低級酸化物膜からなるが、微量の炭素、窒素を含んでいても構わない。また合金中には上記金属M1、M2、M3以外に、V、B、Al、Si、Mn、Co、La、Ce、Y、Scなどの金属を合金中の割合で合計5wt%以内含まれていてもよい。
上記密着層12は、Mo、Wの1種又は2種から選ばれる金属(M1)とNb、Taの1種又は2種から選ばれる金属(M2)との合金、またはさらにCr,Ti,Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれる金属(M3)を加えた合金の低級酸化物膜であり、基材材質との相性及び被膜の使用環境によって選択される。密着層12は、これらの合金の低級酸化物膜からなるが、微量の炭素、窒素を含んでいても構わない。また合金中には上記金属M1、M2、M3以外に、V、B、Al、Si、Mn、Co、La、Ce、Y、Scなどの金属を合金中の割合で合計5wt%以内含まれていてもよい。
密着層の合金金属低級酸化物膜中の酸素含有量は、金属に対して5~60atm%が望ましく、特に5~45atm%が好ましい。酸素含有量が5atm%よりも小さい場合、密着性において合金金属膜との差異がなく、また60atm%になると密着性が低下し、耐傷性も低下してしまう。
合金低級酸化物膜の密着層の厚みは0.03~0.3μmであることが望ましい。密着層による密着性向上の効果を得るには0.03μm以上で有効な効果があり、また0.3μmより厚くしても密着効果にあまり変化は見られない。
(傾斜密着層)
上記傾斜密着層13は、Mo、Wの1種又は2種から選ばれる金属M4とNb、Taの1種又は2種から選ばれる金属M5との合金、またはさらにCr,Ti,Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれる金属M6を加えた合金と炭素、窒素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物であり、非金属元素の含有量を傾斜的に増加させた膜から構成される。傾斜密着層13は、好ましくは、炭素、窒素、酸素の1種類以上の非金属元素の含有量を傾斜的に増加させた膜、例えば、炭化物膜、窒化物膜、炭窒化物膜、酸窒化物膜、酸炭化物膜、酸窒化炭化物膜等からなる。どのような材料を選択するかは、密着層12及び耐磨耗層14との相性及び被膜の使用環境によって決定される。また合金中には、上記金属M4、M5、M6以外に、V、B、Al、Si、Mn、Co、La、Ce、Y、Scなどの金属を合金中の割合で合計5wt%以内含まれていてもよい。
上記傾斜密着層13は、Mo、Wの1種又は2種から選ばれる金属M4とNb、Taの1種又は2種から選ばれる金属M5との合金、またはさらにCr,Ti,Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれる金属M6を加えた合金と炭素、窒素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物であり、非金属元素の含有量を傾斜的に増加させた膜から構成される。傾斜密着層13は、好ましくは、炭素、窒素、酸素の1種類以上の非金属元素の含有量を傾斜的に増加させた膜、例えば、炭化物膜、窒化物膜、炭窒化物膜、酸窒化物膜、酸炭化物膜、酸窒化炭化物膜等からなる。どのような材料を選択するかは、密着層12及び耐磨耗層14との相性及び被膜の使用環境によって決定される。また合金中には、上記金属M4、M5、M6以外に、V、B、Al、Si、Mn、Co、La、Ce、Y、Scなどの金属を合金中の割合で合計5wt%以内含まれていてもよい。
傾斜密着層は、傾斜密着層の炭素、窒素、酸素または選択される1種又は2種類以上の非金属元素の含有量が、合金金属元素に対して0~50atm%まで傾斜的に増加する傾斜膜である。傾斜密着層は、酸素を5~25atm%含有することが好ましく、さらに、炭素、窒素またはそれら混合元素の含有量が0~50atm%の範囲で傾斜的に増加している構造となっていることが望ましい。
傾斜密着層の厚みは0.05~0.3μmであることが望ましい。傾斜密着層の効果を得るには0.05μm以上必要であり、また0.3μmより厚くしても密着効果にあまり大きくならない。
(耐磨耗層)
上記耐磨耗層14は、Mo、Wの1種又は2種から選ばれる金属M7とNb、Taの1種又は2種から選ばれる金属M8の合金、またはさらにCr,Ti,Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれる金属(M9)を加えた合金と炭素、窒素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物から形成される。どのような材料を選択するかは求める外観色及び被膜の使用環境によって決定される。また合金中には、上記金属M7、M8、M9以外に、V、B、Al、Si、Mn、Co、La、Ce、Y、Scなどの金属を合金中の割合で合計5wt%以内含まれていてもよい。
上記耐磨耗層14は、Mo、Wの1種又は2種から選ばれる金属M7とNb、Taの1種又は2種から選ばれる金属M8の合金、またはさらにCr,Ti,Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれる金属(M9)を加えた合金と炭素、窒素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物から形成される。どのような材料を選択するかは求める外観色及び被膜の使用環境によって決定される。また合金中には、上記金属M7、M8、M9以外に、V、B、Al、Si、Mn、Co、La、Ce、Y、Scなどの金属を合金中の割合で合計5wt%以内含まれていてもよい。
耐磨耗層における、炭素、窒素またはそれら混合元素の含有量が5~70atm%になっていることが望ましい。
耐磨耗層の厚みは、0.3~4μmが望ましく、また、膜硬度はHV2000以上が望ましい。耐傷性能がおおよそ耐磨耗層の膜厚及び膜硬度に依存することから、膜厚及び膜硬度はできるだけ高くすることが望ましい。
(色上げ傾斜層)
上記色上げ傾斜層15は、Mo、Wの1種又は2種から選ばれる金属M10とNb、Taの1種又は2種から選ばれる金属M11の合金、またはさらにCr,Ti,Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれる金属M12を加えた合金と炭素、窒素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物であり、非金属元素の含有量を傾斜的に減少させて形成する。例えば、色上げ傾斜層15は、炭化物膜、窒化物膜、炭窒化物膜、酸窒化物膜、酸炭化物膜、酸窒化炭化物膜等からなる。どのような材料を選択するかは耐磨耗層14との相性や求める外観色及び被膜の使用環境によって決定される。また合金中には、上記金属M10、M11、M12以外に、V,B、Al、Si、Mn、Co、La、Ce、Y、Scなどの金属を合金中の割合で合計5wt%以内含まれていてもよい。
上記色上げ傾斜層15は、Mo、Wの1種又は2種から選ばれる金属M10とNb、Taの1種又は2種から選ばれる金属M11の合金、またはさらにCr,Ti,Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれる金属M12を加えた合金と炭素、窒素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物であり、非金属元素の含有量を傾斜的に減少させて形成する。例えば、色上げ傾斜層15は、炭化物膜、窒化物膜、炭窒化物膜、酸窒化物膜、酸炭化物膜、酸窒化炭化物膜等からなる。どのような材料を選択するかは耐磨耗層14との相性や求める外観色及び被膜の使用環境によって決定される。また合金中には、上記金属M10、M11、M12以外に、V,B、Al、Si、Mn、Co、La、Ce、Y、Scなどの金属を合金中の割合で合計5wt%以内含まれていてもよい。
色上げ傾斜層は、色上げ傾斜層の非金属元素、好ましくは炭素、窒素、またはそれらの混合元素の含有量が合金金属元素に対して50~0atm%まで傾斜的に減少する傾斜膜になっている。
色上げ傾斜層の厚みは0.05~0.3μmであることが望ましい。色上げ傾斜層の厚みが0.05μm以下であると、耐磨耗層の色を十分に色上げすることができない。また、0.3μm以上では耐磨耗層の色を十分に色上げすることができるが、硬度の低い色上げ傾斜層の厚みが増すため耐傷性が低下してしまう。
(有色装飾層)
有色装飾層16は、より高い明度を有するPt,Pd,Rhといった白色貴金属膜、金色を呈するTiN、ZrN、HfNなどの金属窒化物膜、ピンク色からブラウン色を呈するTiCN,ZrCN、HfCN、TiON、ZrON、HfONなどの金属炭窒化物膜、金属酸窒化物膜、黒色を呈するDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜、又は干渉効果により様々なカラーを作り出せる誘電体膜の単層または多層からなる誘電体層を、色上げ傾斜層の全部又は一部(ツートン構造)に形成することによって作製される。
有色装飾層16は、より高い明度を有するPt,Pd,Rhといった白色貴金属膜、金色を呈するTiN、ZrN、HfNなどの金属窒化物膜、ピンク色からブラウン色を呈するTiCN,ZrCN、HfCN、TiON、ZrON、HfONなどの金属炭窒化物膜、金属酸窒化物膜、黒色を呈するDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜、又は干渉効果により様々なカラーを作り出せる誘電体膜の単層または多層からなる誘電体層を、色上げ傾斜層の全部又は一部(ツートン構造)に形成することによって作製される。
有色装飾層を構成する白色貴金属の膜厚は0.02~0.2μmであることが望ましい。0.02μm以下であると、色上げ傾斜層の明度を十分に上げることができない。また0.2μm以上であると色上げ傾斜層の明度を十分にあげることができるが、硬度の低い貴金属層の厚みが増すため耐傷性能が低下してしまう。
有色装飾層を構成するTi、Zr、Hfの窒素または窒素と炭素、窒素と酸素からなる硬質膜は、組成により金色、ピンク色又はブラウン色を呈する。膜厚は0.05μm以上であることが望ましく、0.05μm以下であると、白色を呈する色上げ傾斜層の色調を十分にカバーできない。また磨耗を起こした際に下地の白色が見えてきてしまう。
有色装飾層を構成するDLC(ダイヤモンドライクカーボン)膜は、黒色を呈する。膜厚は0.05μm以上であることが望ましい。0.05μm以下であると、白色を呈する色上げ傾斜層の色調を十分にカバーできない。また磨耗を起こした際に下地の白色が見えてきてしまう。
また、DLC膜と色上げ傾斜層の密着性を高めるために、DLC膜と色上げ傾斜層の間に、Si又はTiからなる単層又は多層の密着層を形成することが好ましい。
有色装飾層を構成する誘電体層は、干渉効果により様々な色を作り出すことができ、広く知られた誘電体多層膜干渉設計技術によって設計・制御することができる。単層または複数層の誘電体膜を形成することで、透明感と高い彩度、様々な色調を呈する装飾部材を得ることができる。誘電体多層膜の反射色や彩度は、設計により自由に調整される。また誘電体層の屈折率、消衰係数が高い膜を選択することで、硬質被膜の色調に関係なく誘電体多層膜干渉設計技術によって得られた設計が再現性よく製造でき、入射角度による色調の変化を抑制することができる。
誘電体層を構成する材質としては、
Siの酸化物、窒化物、炭化物、窒炭化物、酸窒化物
Alの酸化物、窒化物、酸窒化物、フッ化物
Znの酸化物、硫化物
Ce、Laの酸化物、フッ化物
Ti,Zr,Hfの酸化物
Cr、Biの酸化物
V、Nb、Taの酸化物
Yの酸化物、フッ化物
Mg、Caの酸化物、フッ化物、Baのフッ化物
Liの酸化物、フッ化物
Kのフッ化物
Naのフッ化物 Na5Al3F14 Na3AlF6 NaF
ITO膜
等が挙げられる。どの材質をどのような厚さでどのような順序で積層するのかは、要求される特性に応じて設計することができる。
Siの酸化物、窒化物、炭化物、窒炭化物、酸窒化物
Alの酸化物、窒化物、酸窒化物、フッ化物
Znの酸化物、硫化物
Ce、Laの酸化物、フッ化物
Ti,Zr,Hfの酸化物
Cr、Biの酸化物
V、Nb、Taの酸化物
Yの酸化物、フッ化物
Mg、Caの酸化物、フッ化物、Baのフッ化物
Liの酸化物、フッ化物
Kのフッ化物
Naのフッ化物 Na5Al3F14 Na3AlF6 NaF
ITO膜
等が挙げられる。どの材質をどのような厚さでどのような順序で積層するのかは、要求される特性に応じて設計することができる。
誘電体層の総膜厚は、0.05μm以上であることが望ましい。0.05μm以下であると、白色を呈する色上げ傾斜層の色調を十分にカバーできない。また磨耗を起こした際に下地の白色が見えてきてしまう。
また、誘電体層と色上げ傾斜層の密着性を高めるために、誘電体層と色上げ傾斜層の間に、Si又はTiからなる単層又は多層の密着層を形成することが好ましい。
誘電体層は、最表面に形成されるため、できるだけ高い硬度を有する誘電体膜を最表層に形成することが望ましい。最表層としては、例えば、Siの窒化物、窒炭化物、酸窒化物、Alの酸化物、窒化物、酸窒化物等が挙げられる。
(製造方法)
本発明の有色硬質装飾部材を構成する各積層は、スパッタリング法、CVD法、イオンプレーティング法などによって形成することができるが、好ましくは、反応性スパッタリング法により形成される。
本発明の有色硬質装飾部材を構成する各積層は、スパッタリング法、CVD法、イオンプレーティング法などによって形成することができるが、好ましくは、反応性スパッタリング法により形成される。
本発明の実施形態の有色硬質装飾部材10は、反応性スパッタリング法によって製造される。スパッタリング法は、真空に排気されたチャンバー内に不活性ガス(主にArガス)を導入しながら、基材と被膜の構成原子からなるターゲット間に直流または交流の高電圧を印加し、イオン化したArをターゲットに衝突させて、はじき飛ばされたターゲット物質を基材に形成させる方法である。不活性ガスとともに微量の反応性ガスを導入することで、ターゲット構成原子と反応性ガスとの化合物被膜を基材上に形成させることができる。実施形態の装飾部材10は、ターゲット構成原子と反応性ガスの選択及び量を調整することで、密着性、膜硬度、色調をコントロールすることにより製造することができる。
反応性スパッタリング法は、膜質や膜厚の制御性が高く自動化も容易である。また、スパッタリングされた原子のエネルギーが高いことから、密着性を向上させるための基材加熱が必要なく、融点の低いプラスチックのような基材でも被膜形成が可能となる。また、はじき飛ばされたターゲット物質を基材に形成させる方法であることから高融点材料でも成膜が可能であり、材料の選択が自由である。さらに反応性ガスの選択や混合により炭化物膜、窒化物膜、炭窒化物膜、酸窒化物膜、酸炭化物膜、酸窒化炭化物膜等の形成が容易に行える。また、ターゲット構成原子を合金化することにより、合金被膜の形成、合金の炭化物膜、窒化物膜、炭窒化物膜、酸窒化物膜、酸炭化物膜、酸窒化炭化物膜等の形成も可能となる。
本発明の実施形態の有色硬質装飾部材10の傾斜密着層13及び色上げ傾斜層15は、選択される反応性ガスの量を時系列的に増加あるいは減少させて形成される。反応性ガス量は自動制御されたマスフローコントローラーによって制御され、反応性ガスの量により層の色調及び硬度をコントロールできる。
本発明の実施形態では、最表面の有色装飾層をいわゆるツートンカラーを有するツートン構造とすることができる。ツートン構造は、公知の方法により形成することができる。ツートン構造を得るための方法は、一般に、有色装飾層の一部にマスクを塗布する工程、熱硝酸等の酸によりマスクされていない有色装飾層を剥離させる工程、マスクを剥離する工程、酸剥離によって耐酸性を有する膜上に形成される酸化膜を還元除去する工程からなる。還元処理は、例えば、チオ尿素系の処理剤により表面の酸化膜を除去する工程である。有色装飾膜の剥離は酸に限らず、それぞれの材料に適した剥離液を使用でき、下地となる硬質部材の耐食性との関係で選択される。
有色装飾層をツートン構造とすることにより、例えば、TiNやZrNなどによって形成された硬質金色膜を多色被膜とすることができ、より装飾性のある高級感を得ることができる。ツートン構造は、硬質膜だけでなく、白色基金属膜、DLC硬質膜、誘電体膜など他のいずれの有色装飾層に適用することができる。
本発明は、高級感のある色調を有した有色硬質装飾部材を提供きるため、時計の外装部品、眼鏡やアクセサリーなどの装身具、装飾品、スポーツ用品などの装飾部材に利用できる。時計の場合、その構成部品の一部、例えば、外装部品に上述した有色硬質装飾部材を適用することができる。時計は、光発電時計、熱発電時計、標準時電波受信型自己修正時計、機械式時計、一般の電子式時計のいずれであってもよい。このような時計は、上記有色硬質装飾部材を用いて公知の方法により製造される。時計はシャツとの擦れや、机、壁などに衝突することにより傷が入りやすい装飾部材の一例である。本発明の有色硬質装飾部材を時計に形成することにより、長年にわたり傷が入りにくく、外観が非常にきれいな状態を維持することが可能となる。例えば、時計のベゼル、ラグ、ケース、リューズ、プッシュボタン及びバンドなどに上述した硬質装飾部材を用いることができる。
以下に、実施例に基づいて本発明の有色硬質装飾部材の特性を詳細に説明する。実施例においては、耐傷性及び反射特性を評価したが、それぞれの特性の試験方法は以下のとおりである。
<耐傷性試験方法>
耐傷性試験は次のように実施する。JISに定めるSUS316L基材に装飾膜を施し、アルミナ粒子が均一に分散した磨耗紙を試験サンプルに一定加重で接触させ、一定回数擦ることで傷を発生させる。傷がついた試験サンプルの表面を、キズの方向と垂直方向にスキャンして表面粗さを測定し、二乗平均荒さとして耐傷性の評価とした。傷の発生量が多いほど、傷の深さが深いほど二乗平均荒さの数値が大きくなり、逆に傷の発生量が少ないほど、傷の深さが浅いほど二乗平均粗さの数値が小さくなることから、この耐傷性試験方法により耐傷性を数値的に評価することができる。
耐傷性試験は次のように実施する。JISに定めるSUS316L基材に装飾膜を施し、アルミナ粒子が均一に分散した磨耗紙を試験サンプルに一定加重で接触させ、一定回数擦ることで傷を発生させる。傷がついた試験サンプルの表面を、キズの方向と垂直方向にスキャンして表面粗さを測定し、二乗平均荒さとして耐傷性の評価とした。傷の発生量が多いほど、傷の深さが深いほど二乗平均荒さの数値が大きくなり、逆に傷の発生量が少ないほど、傷の深さが浅いほど二乗平均粗さの数値が小さくなることから、この耐傷性試験方法により耐傷性を数値的に評価することができる。
<膜硬度測定方法>
膜硬度測定は、微小押込み硬さ試験機(FISCHER製H100)を用いて行った。測定子にはビッカース圧子を使用した。ビッカース圧子を試料に5mN荷重で挿入し、10秒間保持した後に除荷を行い、ビッカース圧子の挿入により形成されたくぼみの深さから膜硬度を算出した。
膜硬度測定は、微小押込み硬さ試験機(FISCHER製H100)を用いて行った。測定子にはビッカース圧子を使用した。ビッカース圧子を試料に5mN荷重で挿入し、10秒間保持した後に除荷を行い、ビッカース圧子の挿入により形成されたくぼみの深さから膜硬度を算出した。
<色調測定方法>
装飾部材の色調(明度、彩度)の測定はKNICA MINOLTA製のApectra Magic NXを用いて行った。光源D65を用いて、L*a*b*色度図による各膜のL*a*b*を測定して、明度L*を測定した。
装飾部材の色調(明度、彩度)の測定はKNICA MINOLTA製のApectra Magic NXを用いて行った。光源D65を用いて、L*a*b*色度図による各膜のL*a*b*を測定して、明度L*を測定した。
[実施例1]
実施例1のスパッタリングターゲットとして、Mo45wt%Nb55wt%の焼結体及び金属Ptターゲットを使用した。図2に示されるように、基材21としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材21上にスパッタリング法でMoNb合金の低級酸化物からなる密着層22を0.1μm形成した。次に、酸素ガスを微量導入しながらメタンガスを傾斜的に増加させることによって、MoNb合金酸炭化物膜の傾斜密着層23を0.2μm形成した。その後、MoNb合金炭化物膜からなる薄膜耐磨耗層24を2.2μm形成した。さらに、メタンガスを傾斜的に減少させることによって、MoNb合金炭化物膜の色上げ傾斜層25を0.1μm形成した。その後、メタンガスを止めアルゴンガスのみを流し、Pt膜を0.05μm形成して有色硬質装飾部材20を作製した。
実施例1のスパッタリングターゲットとして、Mo45wt%Nb55wt%の焼結体及び金属Ptターゲットを使用した。図2に示されるように、基材21としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材21上にスパッタリング法でMoNb合金の低級酸化物からなる密着層22を0.1μm形成した。次に、酸素ガスを微量導入しながらメタンガスを傾斜的に増加させることによって、MoNb合金酸炭化物膜の傾斜密着層23を0.2μm形成した。その後、MoNb合金炭化物膜からなる薄膜耐磨耗層24を2.2μm形成した。さらに、メタンガスを傾斜的に減少させることによって、MoNb合金炭化物膜の色上げ傾斜層25を0.1μm形成した。その後、メタンガスを止めアルゴンガスのみを流し、Pt膜を0.05μm形成して有色硬質装飾部材20を作製した。
図3は、この実施例1で得られる有色硬質装飾部材20と、有色硬質装飾部材と同様の構成においてPt層26を形成せずに、積層体21~25で構成される硬質装飾部材(以下、合金装飾部材という)との反射特性を比較した比較図である。有色硬質装飾部材20のLab色空間表示による外観色は、L*:85.8、a*:0.81,b*:3.48であり、有色硬質装飾部材20はPt層を形成していない合金装飾部材と比較して明度が格段に高く、さらにSUS316L基材21の外観色、L*:85.1、a*:0.38,b*:2.34よりも高い明度を示した。
図4は、実施例1の有色硬質装飾部材20において、Arガス量105sccm一定のもと、導入メタンガス量を変化させた場合の硬度と明度の変化を示した図である。膜硬度の変化はピークを持ち、明度はメタンガスの導入量が大きくなるに従い緩やかに低下した。有色硬質装飾部材20の密着層22として、図3のメタンガス導入量0sccmの条件で、酸素ガスを5sccm導入することによって、MoNb低級酸化物膜を0.1μm形成した。密着層22としてMoNb低級酸化物を用いることによって、MoNb合金膜よりも基材との密着性が高くなり、これにより耐傷性を向上させることができる。傾斜密着層23として、酸素ガスを3sccm導入しながら、図3のメタンガス導入量を0sccmから最大硬度を示す35sccmまで傾斜的に増加させることによって、MoNb合金炭化物膜を0.2μm形成した。耐磨耗層24として、最大硬度を示すメタンガス導入量35sccmの条件でMoNb合金炭化物膜を2.2μm形成した。色上げ傾斜層25として、図3の最大硬度を示すメタンガス導入量35sccmから0sccmまでメタンガス導入量を傾斜的に減少させることによって、MoNb合金炭化物膜を0.2μm形成した。
図5は、実施例1の有色硬質装飾部材20における耐傷性能を測定した結果を示す図である。本発明に係わる実施例1の有色硬質装飾部材20、並びに、比較材として、図7(a)に示す特許文献1に基づいて作製した装飾部材110、図7(b)に示すPt単独膜122を基材上に形成した装飾部材120及び硬質膜を形成していないSUS316L基材について、耐傷性(二乗平均粗さ)を測定した。図5から、本発明の実施例1の白色硬質装飾部材20は、硬質膜を形成していないSUS316L基材及び図7に示す特許文献1に基づいて作製した装飾部材110と比較しても、はるかに良い耐傷性能を有することが確認された。
図6(a)(b)は、図2に示される有色硬質装飾部材20の結晶性をX線回折により測定した結果を示す図である。結晶性測定により、Pt膜と合金膜との間にPtとMoの金属間化合物であるPt3Moが形成されていることがわかった。この金属間化合物の存在により、合金膜とPt膜との密着性が強固になり、耐傷性試験を実施しても全く剥離等を起こさないものと推測される。そのため、有色硬質装飾部材20の耐傷性は、図7(b)に示されるSUS316L基材上に柔らかいPt膜のみを形成した装飾部材120と比較して高かったものと推測される。
[実施例2]
実施例2のスパッタリングターゲットとして、Mo30wt%Ta70wt%の焼結体及び金属Tiターゲットを使用した。図8に示されるように、基材31としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材31上にスパッタリング法でMoTa合金の低級酸化物からなる密着層32を0.1μm形成した。その後、酸素ガスを微量導入しながらメタンガスを傾斜的に増加させることによって、MoTa合金酸炭化物膜の傾斜密着層33を0.2μm形成した。その後MoTa合金炭化物膜からなる薄膜耐磨耗層34を2.0μm形成した。その後メタンガスを傾斜的に減少させることによって、MoTa合金炭化物膜の色上げ傾斜層35を0.1μm形成した。その後MoTa合金のスパッタリングを停止し、アルゴンガスと窒素ガスを導入しながらTiターゲットを放電させ、TiN膜36を0.2μm形成して有色硬質装飾部材30を作製した。この実施例2で得られる有色硬質装飾部材30のLab色空間表示による外観色は、L*:77.85、a*:3.92,b*:37.18であり、有色硬質装飾部材30は金色を呈した。
実施例2のスパッタリングターゲットとして、Mo30wt%Ta70wt%の焼結体及び金属Tiターゲットを使用した。図8に示されるように、基材31としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材31上にスパッタリング法でMoTa合金の低級酸化物からなる密着層32を0.1μm形成した。その後、酸素ガスを微量導入しながらメタンガスを傾斜的に増加させることによって、MoTa合金酸炭化物膜の傾斜密着層33を0.2μm形成した。その後MoTa合金炭化物膜からなる薄膜耐磨耗層34を2.0μm形成した。その後メタンガスを傾斜的に減少させることによって、MoTa合金炭化物膜の色上げ傾斜層35を0.1μm形成した。その後MoTa合金のスパッタリングを停止し、アルゴンガスと窒素ガスを導入しながらTiターゲットを放電させ、TiN膜36を0.2μm形成して有色硬質装飾部材30を作製した。この実施例2で得られる有色硬質装飾部材30のLab色空間表示による外観色は、L*:77.85、a*:3.92,b*:37.18であり、有色硬質装飾部材30は金色を呈した。
図10は、実施例2の有色硬質装飾部材30における耐傷性能を測定した結果を示す図である。本発明に係わる実施例2の有色硬質装飾部材30、比較材として、図9に示されるJISに規定されるSUS316L材にTi膜132を0.1μm、さらにその上にTiN膜133を0.2μm形成して作製した装飾部材130、硬質膜を形成していないSUS316L基材、装飾部材30においてTiN膜36を形成しなかった合金装飾部材(35まで)について耐傷性(二乗平均粗さ)を測定した。図10から、本発明の実施例2の有色硬質装飾部材30は、硬質膜を形成していないSUS316L基材及び装飾部材130と比較しても、はるかに良い耐傷性能を有することが確認された。また、本発明の実施例2の有色硬質装飾部材30の耐傷性能は、合金装飾部材(35まで)と比較しても、ほとんど劣っていないことがわかる。
耐傷性能は、耐磨耗層の硬度、耐磨耗層の膜厚、基材との密着度、基材の硬度の積によっておおよそ決定されることから、高い耐傷性能をもつ合金膜上にTiN膜が密着良く形成することで高い耐傷性能をもつ金色を呈する硬質部材が形成することができる。
[実施例3]
実施例3のスパッタリングターゲットとして、Mo60wt%Nb30wt%Cr10wt%の焼結体及び金属Ti、金属Siターゲットを使用した。図11に示すように、基材41としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材41上にスパッタリング法でMoNbCr合金の低級酸化物からなる密着層42を0.1μm形成した。その後、酸素ガスを微量導入しながらメタンガスを傾斜的に増加させることによって、MoNbCr合金酸炭化物膜の傾斜密着層43を0.2μm形成した。その後MoNbCr合金炭化物膜からなる薄膜耐磨耗層44を2.2μm形成した。その後メタンガスを傾斜的に減少させることによってMoNbCr合金炭化物膜の色上げ傾斜層45を0.1μm形成した。その後MoNbCr合金のスパッタリングを停止し、アルゴンガスを導入しながらTiターゲットを放電させ、Ti膜46を0.05μm形成し、その後Tiターゲットのスパッタリングを停止し、アルゴンガスを導入しながら、Si膜47を0.1μm形成した。さらにその後スパッタリングを停止し、メタンガスを導入したプラズマCVD法によってDLC膜48を0.7μm形成し有色硬質装飾部材40を作製した。この実施例3で得られる有色硬質装飾部材40のLab色空間表示による外観色は、L*:48.75、a*:0.26,b*:1.8であり、有色硬質装飾部材40は黒色を呈した。
実施例3のスパッタリングターゲットとして、Mo60wt%Nb30wt%Cr10wt%の焼結体及び金属Ti、金属Siターゲットを使用した。図11に示すように、基材41としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材41上にスパッタリング法でMoNbCr合金の低級酸化物からなる密着層42を0.1μm形成した。その後、酸素ガスを微量導入しながらメタンガスを傾斜的に増加させることによって、MoNbCr合金酸炭化物膜の傾斜密着層43を0.2μm形成した。その後MoNbCr合金炭化物膜からなる薄膜耐磨耗層44を2.2μm形成した。その後メタンガスを傾斜的に減少させることによってMoNbCr合金炭化物膜の色上げ傾斜層45を0.1μm形成した。その後MoNbCr合金のスパッタリングを停止し、アルゴンガスを導入しながらTiターゲットを放電させ、Ti膜46を0.05μm形成し、その後Tiターゲットのスパッタリングを停止し、アルゴンガスを導入しながら、Si膜47を0.1μm形成した。さらにその後スパッタリングを停止し、メタンガスを導入したプラズマCVD法によってDLC膜48を0.7μm形成し有色硬質装飾部材40を作製した。この実施例3で得られる有色硬質装飾部材40のLab色空間表示による外観色は、L*:48.75、a*:0.26,b*:1.8であり、有色硬質装飾部材40は黒色を呈した。
図12は、実施例3の有色硬質装飾部材40における耐傷性能を測定した結果を示すものである。本発明に係わる実施例3の有色硬質装飾部材40、比較材として、図13に示されるJISに規定されるSUS316L材にTi膜142(厚さ:0.05μm)、Si膜143(厚さ:0.1μm)及びDLC膜144(厚さ:0.7μm)を形成した装飾部材140並びに硬質膜を形成していないSUS316L基材について、耐傷性(二乗平均粗さ)を測定した。図12から、本発明の実施例3の有色硬質装飾部材40は、硬質膜を形成していないSUS316L基材及び装飾部材140と比較して、はるかに良い耐傷性能を有することが確認された。
耐傷性能は、耐磨耗層の硬度、耐磨耗層の膜厚、基材との密着度、基材の硬度の積によっておおよそ決定されるため、高い耐傷性能をもつ合金膜上にDLC膜が密着良く形成されることで高い耐傷性能をもつ黒色を呈する硬質部材が形成することができる。
[実施例4]
実施例4のスパッタリングターゲットとして、Mo45wt%Nb55wt%の焼結体及び金属Siターゲットを使用した。図14に示すように、基材51としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材51上にスパッタリング法でMoNb合金の低級酸化物からなる密着層52を0.1μm形成した。その後、酸素ガスを微量導入しながらメタンガスを傾斜的に増加させることによって、MoNb合金酸炭化物膜の傾斜密着層53を0.2μm形成した。その後MoNb合金炭化物膜からなる薄膜耐磨耗層54を2.2μm形成した。その後メタンガスを傾斜的に減少させることによって、MoNb合金炭化物膜の色上げ傾斜層55を0.1μm形成した。その後MoNb合金のスパッタリングを停止し、アルゴンガスを導入しながらSiターゲットを放電させ、膜厚をコントロールしてSi膜を0.072μm形成した。その後、Si膜上に、膜厚をコントロールしたSi3N4膜(厚さ:0.07μm)、SiO2膜(厚さ:0.061μm)、Si3N4膜(厚さ:0.03μm)を積層した3層からなる誘電体多層膜56を積層形成して有色硬質装飾部材50を作製した。この実施例4で得られる有色硬質装飾部材50のLab色空間表示による外観色は、L*:64.18、a*:38.03,b*:5.19であり、有色硬質装飾部材50は鮮やかな赤色を呈した。
実施例4のスパッタリングターゲットとして、Mo45wt%Nb55wt%の焼結体及び金属Siターゲットを使用した。図14に示すように、基材51としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材51上にスパッタリング法でMoNb合金の低級酸化物からなる密着層52を0.1μm形成した。その後、酸素ガスを微量導入しながらメタンガスを傾斜的に増加させることによって、MoNb合金酸炭化物膜の傾斜密着層53を0.2μm形成した。その後MoNb合金炭化物膜からなる薄膜耐磨耗層54を2.2μm形成した。その後メタンガスを傾斜的に減少させることによって、MoNb合金炭化物膜の色上げ傾斜層55を0.1μm形成した。その後MoNb合金のスパッタリングを停止し、アルゴンガスを導入しながらSiターゲットを放電させ、膜厚をコントロールしてSi膜を0.072μm形成した。その後、Si膜上に、膜厚をコントロールしたSi3N4膜(厚さ:0.07μm)、SiO2膜(厚さ:0.061μm)、Si3N4膜(厚さ:0.03μm)を積層した3層からなる誘電体多層膜56を積層形成して有色硬質装飾部材50を作製した。この実施例4で得られる有色硬質装飾部材50のLab色空間表示による外観色は、L*:64.18、a*:38.03,b*:5.19であり、有色硬質装飾部材50は鮮やかな赤色を呈した。
図15は、実施例4の装飾部材50の入射角にともなう反射特性を示した図である。全体として装飾部材50の反射率が高く、また、入射角の相違による反射率の相違が少ないことがわかる。したがって、実施例4の装飾部材50は、誘電体多層膜56を積層することで、単層で形成した場合と比較して彩度が高くなり、また色鮮やかになった。また単層では入射角度によって色調の変化が起こるのに対し、誘電体多層膜56を積層することにより入射角度による色調の変化を抑止することが可能となる。さらに誘電体多層膜56に吸収係数の高いSi膜を密着層として形成することにより、入射角度による色調の変化を極めて少なくすることができる。
図16は、実施例4の有色硬質装飾部材50における耐傷性能を測定した結果を示す図である。本発明に係わる実施例4の有色硬質装飾部材50、比較材として、図17に示すJISに規定されるSUS316L材に誘電体膜のみを多層で形成した装飾部材150、及び硬質膜を形成していないSUS316L基材について、耐傷性(二乗平均粗さ)を測定した。図16から、本発明の実施例4の有色硬質装飾部材50は、硬質膜を形成していないSUS316L基材及び装飾部材150に対してはるかに良い耐傷性能を有することが確認された。
耐傷性能は耐磨耗層の硬度、耐磨耗層の膜厚、基材との密着度、基材の硬度の積によっておおよそ決定されることから、高い耐傷性能をもつ合金膜上に誘電体膜が密着良く形成されることで高い耐傷性能をもつ赤色を呈する硬質部材を形成できる。
干渉を示す誘電体膜56はSi系膜にする必要はない。しかし、Si系膜を使用する場合においては硬度の高いSi3N4膜を最表面に形成した方が耐傷性能の向上に有効である。
[実施例5]
実施例5のスパッタリングターゲットとして、Mo45wt%Nb55wt%の焼結体及び金属Siターゲットを使用した。図18に示すように、基材61としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材61上にスパッタリング法でMoNb合金の低級酸化物からなる密着層62を0.1μm形成した。その後、酸素ガスを微量導入しながら窒素ガスを傾斜的に増加させることによって、MoNb合金酸窒化物膜の傾斜密着層63を0.2μm形成した。その後MoNb合金窒化物膜からなる薄膜耐磨耗層64を2.2μm形成した。その後窒素ガスを傾斜的に減少させることによって、MoNb合金窒化物膜の色上げ傾斜層65を0.1μm形成した。その後MoNb合金のスパッタリングを停止し、アルゴンガスを導入しながらSiターゲットを放電させ、膜厚をコントロールしてSi膜を0.03μm形成した。その後、Si膜上に、膜厚をコントロールしたSi3N4膜(厚さ:0.220μm)、SiO2膜(厚さ:0.01μm)、Si3N4膜(厚さ:0.12μm)を積層した3層からなる誘電体多層膜66を積層形成して有色硬質装飾部材60を作製した。この実施例5で得られる有色硬質装飾部材60のLab色空間表示による外観色は、L*:63.11、a*:-12.61,b*:-44.5であり、有色硬質装飾部材60は鮮やかな青色を呈した。
実施例5のスパッタリングターゲットとして、Mo45wt%Nb55wt%の焼結体及び金属Siターゲットを使用した。図18に示すように、基材61としてJISに規定されるSUS316L材を用い、基材61上にスパッタリング法でMoNb合金の低級酸化物からなる密着層62を0.1μm形成した。その後、酸素ガスを微量導入しながら窒素ガスを傾斜的に増加させることによって、MoNb合金酸窒化物膜の傾斜密着層63を0.2μm形成した。その後MoNb合金窒化物膜からなる薄膜耐磨耗層64を2.2μm形成した。その後窒素ガスを傾斜的に減少させることによって、MoNb合金窒化物膜の色上げ傾斜層65を0.1μm形成した。その後MoNb合金のスパッタリングを停止し、アルゴンガスを導入しながらSiターゲットを放電させ、膜厚をコントロールしてSi膜を0.03μm形成した。その後、Si膜上に、膜厚をコントロールしたSi3N4膜(厚さ:0.220μm)、SiO2膜(厚さ:0.01μm)、Si3N4膜(厚さ:0.12μm)を積層した3層からなる誘電体多層膜66を積層形成して有色硬質装飾部材60を作製した。この実施例5で得られる有色硬質装飾部材60のLab色空間表示による外観色は、L*:63.11、a*:-12.61,b*:-44.5であり、有色硬質装飾部材60は鮮やかな青色を呈した。
図19は、実施例5の装飾部材60の入射角にともなう反射特性を示した図である。図19より、波長400~500nmで反射率が高く、また、入射角の相違による反射率の相違が少ないことがわかる。実施例5の装飾部材60は、誘電体多層膜66を積層したため、単層で形成した場合と比較して彩度が高くまた色鮮やかである。また単層では入射角度によって色調の変化が起こるのに対し、誘電体積層膜66を積層することにより入射角度による色調の変化を抑止することが可能となる。さらに誘電体積層膜66に吸収係数の高いSi膜を入れることで入射角度による色調の変化を極めて少なくすることができる。
図20は、実施例5の有色硬質装飾部材60における耐傷性能を測定した結果を示す図である。本発明に係わる実施例5の有色硬質装飾部材60、比較材として、図17に示したJISに規定されるSUS316L材に青色を示す誘電体多層膜のみを形成した装飾部材150、及び硬質膜を形成していないSUS316L基材の耐傷性(二乗平均粗さ)を測定した。図20から、本発明の実施例5の有色硬質装飾部材60は、硬質膜を形成していないSUS316L基材及び装飾部材150と比較しても、はるかに良い耐傷性能を有することが確認された。
耐傷性能は、耐磨耗層の硬度、耐磨耗層の膜厚、基材との密着度、基材の硬度の積によっておおよそ決定されることから、高い耐傷性能をもつ合金膜上に誘電体膜を密着良く形成されることで高い耐傷性能をもつ青色を呈する硬質部材が形成できる。
干渉を示す誘電体膜66はSi系膜にする必要はない。しかし、Si系膜を使用する場合においては硬度の高いSi3N4膜を最表面に形成した方が耐傷性能に有効である。
[実施例6]
基材71としてJISに規定されるSUS316L材を用い、実施例5の図18に示される61~66までと同様の被膜構成71~76を基材71の上に形成した。次に誘電体積層膜76上の一部にマスキング(図示せず)を施した。その後、マスキングされていない部分を熱燐酸及びアルカリ溶剤を使用して剥離した後、マスキングを除去することにより、図21に示されるツートン構造の有色硬質装飾部材70を作製した。図21に示されるように、有色硬質装飾部材70の表面は、色上げ傾斜層75と誘電体膜干渉層76とが混在する構造になり、白色と青色のツートンカラーとなって装飾性の高い硬質部材を得ることができる。
基材71としてJISに規定されるSUS316L材を用い、実施例5の図18に示される61~66までと同様の被膜構成71~76を基材71の上に形成した。次に誘電体積層膜76上の一部にマスキング(図示せず)を施した。その後、マスキングされていない部分を熱燐酸及びアルカリ溶剤を使用して剥離した後、マスキングを除去することにより、図21に示されるツートン構造の有色硬質装飾部材70を作製した。図21に示されるように、有色硬質装飾部材70の表面は、色上げ傾斜層75と誘電体膜干渉層76とが混在する構造になり、白色と青色のツートンカラーとなって装飾性の高い硬質部材を得ることができる。
以上に述べたように、本発明の有色硬質装飾部材では、金属との密着効果が高く明度の高い金属と、膜硬度が高く耐食性の高い金属を使用して、基材上に密着効果の高い合金密着層と、反応ガス含有量が傾斜的に増加した合金傾斜密着層と、硬度の高い耐磨耗層と、反応ガス含有量が傾斜的に減少した合金色上げ傾斜層からなっているため、基材と膜間の密着性が著しく向上し耐傷性が向上すると共に、膜硬度の高い耐磨耗層を厚く形成できることから耐傷性をさらに向上させることができ、かつ最表層に高級感のある有色飾部膜を形成するために、カラーバリエーションのある装飾性の高い有色硬質装飾部材を提供することができる。
本発明は、傷や磨耗などによる外観品質の低下を抑制し、かつ高級感のある色調を有したカラーバリエーションに富んだ有色硬質装飾部材を提供することができるため、時計の外装部品、眼鏡やアクセサリーなどの装身具、装飾品、スポーツ用品などの各種装飾部材に利用できる。
10 装飾部材
11 基材
12 密着層
13 傾斜密着層
14 耐磨耗層
15 色上げ傾斜層
16 有色装飾層
110 装飾部材
111 基材
112 密着層
113 耐磨耗層
114 Pt層
120 装飾部材
121 基材
122 Pt層
130 装飾部材
131 基材
132 Ti密着層
133 TiN硬化層
140 装飾部材
141 基材
142 Ti密着層
143 Si密着層
144 DLC層
150 装飾部材
151 基材
152 誘電体層
20 装飾部材
21 基材
22 密着層
23 傾斜密着層
24 耐磨耗層
25 色上げ傾斜層
26 有色装飾層
30 装飾部材
31 基材
32 密着層
33 傾斜密着層
34 耐磨耗層
35 色上げ傾斜層
36 TiN層
40 装飾部材
41 基材
42 密着層
43 傾斜密着層
44 耐磨耗層
45 色上げ傾斜層
46 Ti密着層
47 Si密着層
48 DLC層
50 装飾部材
51 基材
52 密着層
53 傾斜密着層
54 耐磨耗層
55 色上げ傾斜層
56 誘電体多層膜層
60 装飾部材
61 基材
62 密着層
63 傾斜密着層
64 耐磨耗層
65 色上げ傾斜層
66 誘電体層多層膜層
70 装飾部材
71 基材
72 密着層
73 傾斜密着層
74 耐磨耗層
75 色上げ傾斜層
76 誘電体多層膜層(ツートン構造)
11 基材
12 密着層
13 傾斜密着層
14 耐磨耗層
15 色上げ傾斜層
16 有色装飾層
110 装飾部材
111 基材
112 密着層
113 耐磨耗層
114 Pt層
120 装飾部材
121 基材
122 Pt層
130 装飾部材
131 基材
132 Ti密着層
133 TiN硬化層
140 装飾部材
141 基材
142 Ti密着層
143 Si密着層
144 DLC層
150 装飾部材
151 基材
152 誘電体層
20 装飾部材
21 基材
22 密着層
23 傾斜密着層
24 耐磨耗層
25 色上げ傾斜層
26 有色装飾層
30 装飾部材
31 基材
32 密着層
33 傾斜密着層
34 耐磨耗層
35 色上げ傾斜層
36 TiN層
40 装飾部材
41 基材
42 密着層
43 傾斜密着層
44 耐磨耗層
45 色上げ傾斜層
46 Ti密着層
47 Si密着層
48 DLC層
50 装飾部材
51 基材
52 密着層
53 傾斜密着層
54 耐磨耗層
55 色上げ傾斜層
56 誘電体多層膜層
60 装飾部材
61 基材
62 密着層
63 傾斜密着層
64 耐磨耗層
65 色上げ傾斜層
66 誘電体層多層膜層
70 装飾部材
71 基材
72 密着層
73 傾斜密着層
74 耐磨耗層
75 色上げ傾斜層
76 誘電体多層膜層(ツートン構造)
Claims (11)
- 基材、
前記基材上に積層される金属M1及び金属M2、さらに選択的に金属M3を組み合わせた合金の低級酸化物層からなる密着層、
前記密着層上に積層される金属M4及び金属M5、さらに選択的に金属M6を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる傾斜密着層、
前記傾斜密着層上に積層される金属M7及び金属M8、さらに選択的に金属M9を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる耐磨耗層、前記耐磨耗層上に積層される金属M10及び金属M11、さらに選択的に金属M12を組み合わせた合金と窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる色上げ傾斜層、及び
前記色上げ傾斜層の上に積層される有色装飾層から構成される有色硬質装飾部材であって、
前記金属M1、M4、M7及びM10は、それぞれMo、Wの1種又は2種から選ばれ、
前記金属M2、M5、M8及びM11は、それぞれ、Nb、Taの1種又は2種から選ばれ、
前記金属M3、M6、M9及びM12はCr、Ti、Hf、Zrの1種又は2種以上から選ばれ、
前記傾斜密着層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に増加し、
前記色上げ傾斜層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に減少する有色硬質装飾部材。 - 前記有色装飾層は、Pt、Pd又はRhの白色貴金属膜であり、
前記色上げ傾斜層との境界に前記色上げ傾斜層中の金属と前記白色貴金属との金属間化合物が形成されている請求項1に記載の有色硬質装飾部材。 - 前記有色装飾層は、Ti、Zr又はHfの窒化物、炭化物、炭窒化物、又は窒酸化物からなる有色硬質膜である請求項1に記載の有色硬質装飾部材。
- 前記有色装飾層は、DLC(ダイヤモンドライクカーボン)硬質膜である請求項1に記載の有色硬質装飾部材。
- 前記有色装飾層は、誘電体膜が単層又は多層形成されてなる誘電体層である請求項1に記載の有色硬質装飾部材。
- 前記色上げ傾斜層と前記有色装飾層と間にSi又はTiからななる密着層を単層又は多層で形成されている請求項4又は5に記載の有色硬質装飾部材。
- 前記装飾膜は、ツートン構造である請求項1~6のいずれか1項に記載の有色硬質装飾部材。
- 基材上に、金属M1及び金属M2、さらに選択的に金属M3を組み合わせた合金の低級酸化物層からなる密着層を形成する工程と、
前記密着層上に金属M4及び金属M5、さらに選択的に金属M6を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる傾斜密着層を、前記傾斜密着層を構成する反応混合物中の非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に増加するように形成する工程と、
前記傾斜密着層上に金属M7及び金属M8、さらに選択的に金属M9を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる耐磨耗層を形成する工程と、
前記耐磨耗層上に金属M10及び金属M11、さらに金属M12を組み合わせた合金の窒素、炭素、酸素の1種又は2種以上から選ばれる非金属元素との反応化合物からなる色上げ傾斜層を、前記色上げ傾斜層を構成する反応化合物における非金属元素の含有量が基板から離れるにつれて厚さ方向に傾斜的に減少するように形成する工程と、
前記色上げ傾斜層上に有色装飾層を積層する工程とを含み、
前記金属M1、M4、M7及びM10は、それぞれMo、Wの1種又は2種から選ばれ、
前記金属M2、M5、M8及びM11は、それぞれNb、Taの1種又は2種から選ばれ、
前記金属M3、M6、M9及びM12は、それぞれCr,Ti,Hfの1種または2種以上から選ばれる有色硬質装飾部材の製造方法。 - 反応性スパッタリング法により、前記密着層、前記傾斜密着層、前記耐磨耗層、前記色上げ傾斜層及び前記有色装飾層の少なくとも1つを形成する請求項8に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。
- 前記傾斜密着層を形成する工程では、反応性スパッタリング法において、前記非金属元素を含む反応ガス量を時系列的に増加又は減少させることにより前記傾斜密着層を形成し、
前記色上げ傾斜層を形成する工程では、反応性スパッタリング法において、前記非金属元素を含む反応ガス量を時系列的に増加又は減少させることにより前記色上げ傾斜層を形成する請求項9に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。 - 前記有色装飾層の一部にマスクを塗布し、前記有色装飾層のマスクされていない部分を酸またはアルカリにより剥離させることにより前記有色装飾層をツートン構造とする工程をさらに含む請求項8~10のいずれか1項に記載の有色硬質装飾部材の製造方法。
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