(57)【要約】【課題】発色を制御した表面を有するチタンあるいはチタン合金からなる部材（ボルト及びナットを除く）を提供する。【解決手段】表面に形成したチタン酸化層により発色を制御した、チタンあるいはチタン合金からなる部材（ボルト及びナットを除く）であって、表面に所定の厚さの酸化層を形成させることで、光の干渉、吸収、又は反射により発色させたこと、上記チタン酸化層が、主に結晶相から構成されていること、を特徴とするチタンあるいはチタン合金からなる部材。【効果】膜厚及び膜成分を制御することで発色をコントロールして、種々の発色をした製品を提供でき、また、結晶性の酸化層により表面硬度が高く、且つ耐摩耗性が向上した製品を提供できる。【選択図】図２
2008013833.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に形成したチタン酸化層により発色を制御したチタンあるいはチタン合金からなる部材（ボルト及びナットを除く）であって、（１）表面に所定の厚さの酸化層を形成させることで、光の干渉、吸収、又は反射により発色させたこと、（２）上記チタン酸化層が、主に結晶相から構成されていること、を特徴とするチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項２】
表面に結晶性のチタン酸化層を形成させたことにより、基材との密着性を高めた、請求項１に記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項３】
表面に、窒素を含む結晶性のチタン酸化層を形成させた、請求項１に記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項４】
酸化層の厚さをナノレベルで制御して、発色する色を変化させた、請求項１から３のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項５】
酸化層中の酸素濃度を制御することで、光の吸収率を変化させることにより発色する色を変化させた、請求項１から３のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項６】
酸化層中の酸素濃度を低くして、膜内で光を吸収させることにより黒色化させた、請求項５に記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項７】
表面の凹凸を制御して、光の反射率を変化させることにより発色する色を変化させた、請求項１から３のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項８】
酸化層の表面粗さを大きくして、表面で光を乱反射させることにより白色化させた、請求項７に記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項９】
表面に形成した酸化層により表面硬度を上昇させて、耐焼き付き性を向上させた、請求項１から３のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項１０】
表面に形成した酸化層により表面の摩擦係数を低減させた、請求項１から３のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【請求項１１】
表面に形成した酸化層により抗菌性を持たせた、請求項１から３のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱酸化により形成した酸化層（酸化被膜）の光の干渉あるいは光の吸収あるいは光の反射により発色させた、チタンあるいはチタン合金からなる部材（ボルト及びナットを除く）に関するものであり、更に詳しくは、加熱酸化により表面に強固で、硬質なチタン酸化物を生成させ、その酸化層の厚みをナノメートルレベルで制御することによって、多色の発色をさせたチタンあるいはチタン合金製の部材に関するものである。本発明は、従来の陽極酸化により発色させたチタン製の部材に代わり得る、自動車関連部品、医療用部品あるいは建築用材等への応用が可能であり、しかも、耐摩耗性や抗菌性を付与した高付加価値の発色を制御したチタンあるいはチタン合金製品を提供するものである。
【背景技術】
【０００２】
チタンは、高い耐食性を有する軽量材料として、自動車や二輪車等の部品として利用されている。ただ、チタンは、鉄に比べると原料価格が高いため、大きな部材に使うまでには至っていない。しかし、チタンは、高い耐食性や耐熱性を要求される過酷な使用環境においては、小型部材を中心に積極的な利用が進められている。また、チタンは、生体適合性が高いことから、人工関節として利用されており、更には、手術用の道具としても利用されている。
【０００３】
チタンあるいはチタン合金製の部材は、十分な耐食性を有するため、鉄等のような防錆処理は必要ではないが、商品の価値を高めたり、回収時の識別を促進するために、色をつけること（着色）が求められている。しかし、チタンの場合、鉄に対して一般的に利用されている塗料による着色では、チタンの耐食性の良さから剥離が生じやすく、商品の価値が低下するという問題があった。また、塗料による着色では、衝撃や摩擦により容易に剥離するため、チタンを使用するような過酷な使用環境では有効な着色技術にはなっていない。
【０００４】
近年、アルミニウムの着色技術の一つである陽極酸化を利用したチタンの着色技術が広がってきている。これは、湿式によるチタン表面への酸化被膜の作製技術であり、印加する電圧により酸化被膜の厚みを自由に制御することができる。チタンの酸化被膜は、その厚みにより光の干渉で発色することが可能であり、様々な発色を行うことができる。このため、陽極酸化を利用したチタンの酸化被膜は、チタン建材等の表面処理、発色処理技術として普及してきている。この陽極酸化をチタン製のボルトに利用する技術もすでに実用化されている。しかし、陽極酸化で作製した酸化被膜は、発色の制御性に優れるものの、低温で、且つ速い速度で形成した被膜であるため、その被膜はアモルファス構造となっている。アモルファスは、加熱により結晶構造が変化するため、剥離や変色を生じやすく、熱や摩擦が作用する過酷な使用環境下では長時間の使用が難しいという問題があった。
【０００５】
また、先行技術として、例えば、３００℃未満の温度で加熱した後、陽極酸化処理で着色して、基材であるチタンやチタン合金との密着性を改善するという技術も開発されている（特許文献１参照）。しかし、この技術によると、表面層は陽極酸化によるアモルファス膜であるので、硬度が低いという問題がある。また、他の先行技術として、例えば、基材となるチタン合金の結晶粒径を機械的合金化法により微細化して、加熱酸化により直接酸化被膜を形成して発色させる技術も開発されている（特許文献２参照）。しかし、機械的合金化法では、粉末の状態で得られるため、複雑な形状に機械加工されているチタンあるいはチタン合金製の部材に応用することは難しく、また、発色の制御については検討をしていない。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１８０９９号公報
【特許文献２】特開平１０−０６８０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術の問題点を解決することを可能とする新しい技術を開発することを目標として鋭意研究を重ねた結果、酸素・窒素が残存する環境下で加熱酸化することで、チタンあるいはチタン合金製の部材表面に密着性に優れる酸化チタン被膜を形成することができ、しかも、加熱温度の制御、加熱時間の制御あるいは加熱雰囲気の制御により酸化被膜の厚みを制御できることを見出し、更に研究を重ねて、本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明は、チタンあるいはチタン合金表面に形成される結晶性の酸化チタン被膜に着目し、酸化被膜の厚みを種々の加熱条件によって制御して発色を制御するとともに、硬質な酸化被膜を密着性よく形成することで、表面硬度を高めるためになされたものである。本発明は、結晶性の酸化被膜を、チタンあるいはチタン合金からなる部材（ボルト及びナットを除く）の表面に制御しながら生成させることにより、従来の酸化被膜では困難であった発色の制御を行うとともに、従来の陽極酸化による発色膜に比べて耐剥離性に優れ、且つ耐摩耗性に優れるチタンあるいはチタン合金からなる同部材を提供することを目的とするものである。更に、本発明は、陽極酸化法では達成することが不可能である、黒色や白色に発色させた表面を有するチタンあるいはチタン合金からなる同部材を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）表面に形成したチタン酸化層により発色を制御したチタンあるいはチタン合金からなる部材（ボルト及びナットを除く）であって、１）表面に所定の厚さの酸化層を形成させることで、光の干渉、吸収、又は反射により発色させたこと、２）上記チタン酸化層が、主に結晶相から構成されていること、を特徴とするチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（２）表面に結晶性のチタン酸化層を形成させたことにより、基材との密着性を高めた、上記（１）に記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（３）表面に、窒素を含む結晶性のチタン酸化層を形成させた、上記（１）に記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（４）酸化層の厚さをナノレベルで制御して、発色する色を変化させた、上記（１）から（３）のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（５）酸化層中の酸素濃度を制御することで、光の吸収率を変化させることにより発色する色を変化させた、上記（１）から（３）のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（６）酸化層中の酸素濃度を低くして、膜内で光を吸収させることにより黒色化させた、上記（５）に記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（７）表面の凹凸を制御して、光の反射率を変化させることにより発色する色を変化させた、上記（１）から（３）のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（８）酸化層の表面粗さを大きくして、表面で光を乱反射させることにより白色化させた、上記（７）に記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（９）表面に形成した酸化層により表面硬度を上昇させて、耐焼き付き性を向上させた、上記（１）から（３）のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（１０）表面に形成した酸化層により表面の摩擦係数を低減させた、上記（１）から（３）のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
（１１）表面に形成した酸化層により抗菌性を持たせた、上記（１）から（３）のいずれかに記載のチタンあるいはチタン合金からなる部材。
【００１０】
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明は、表面に所定の厚さの酸化層（酸化被膜）を形成させ、光の干渉あるいは光の吸収あるいは光の反射により発色することを特徴とする、チタンあるいはチタン合金からなる部材（ボルト及びナットを除く。以下、単に、部材ともいう。）に特徴を有するものである。また、本発明は、上記酸化層は、加熱することにより生成させることを主とし、酸化層は主に結晶相から構成されていること、その膜厚を、加熱条件、例えば、温度、雰囲気、時間を適切に選ぶことで制御すること、及び膜厚を制御することによって、発色する色を制御すること、を特徴とするものである。
【００１１】
本発明では、酸化被膜中の酸素濃度を、酸化チタンの化学量論組成（チタンと酸素の原子比が１対２）よりも酸素が欠乏した組成にすることで、膜内で光の吸収が起こり、黒色化させることができる。また、表面の凹凸や膜内の結晶粒界での欠陥導入により、光が乱反射し白色とさせることができる。また、本発明では、形成された表面の結晶性の酸化被膜は、陽極酸化で作製されるアモルファス膜よりも硬度が高く、耐摩耗性に優れており、また、結晶性の酸化チタン膜であるので、光触媒特性が発現し、抗菌作用等の光触媒特性を付与することができる。
【００１２】
本発明は、耐摩耗性を有する着色チタンからなる部材において、表面に硬質で密着性のよい結晶性の酸化チタン被膜を形成させ、この酸化被膜の厚みにより、光の干渉で発色を行うチタンあるいはチタン合金製の部材であり、その際に、加熱条件を適切に設定することで、表面酸化層の厚みを制御して、任意の色に発色させること、を可能とするものである。
【００１３】
本発明では、チタンあるいはチタン合金からなる部材の表面に結晶性の酸化チタン被膜が形成されていること、酸化チタン被膜中に窒素が含有されていること、酸化チタン被膜の厚みを変化させることで発色を変化させること、黒色又は白色の酸化チタン被膜を形成すること、酸化チタンの酸化チタン被膜を介して焼き付きを防止すること、酸化チタン被膜により摩擦係数を低減すること、及び酸化チタン被膜により抗菌性を発現させること、が好ましい実施の態様として例示される。
【００１４】
本発明は、チタンあるいはチタン合金からなる各種部材に関するものである。その一例として、日常品（例えば、眼鏡、時計ケース、時計バンド、印鑑など）、装飾品（例えば、ネクタイピン、カフスボタン、ネックレス、イヤリングなど）、スポーツ・レジャー用品（例えば、ゴルフクラブ、自転車など）、インテリア製品（例えば、照明器具、壁材など）、モバイル機器（例えば、携帯電話、カメラなど）、デジタルデバイス（例えば、パーソナルコンピュータなど）、建築用材、輸送機器用部品（例えば、自動車及び自動二輪車など）、医療用器具、真空機器、半導体製造装置、航空機等に用いられる部材が例示される。
【００１５】
本発明で利用するチタンあるいはチタン合金の材質は特に限定されるものではなく、これまでに市販されているチタン材料や、開発されているチタン材料、例えば、純チタン、Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ、α型合金、β型合金、α＋β型合金、ｎｅａｒ  α型合金、ｎｅａｒ  β型合金等のチタン材料を利用することができる。これらの材料は、溶解、鍛造、押し出し等で成形され、機械加工により部材形状に仕上げられる。材料によっては、加工硬化が大きいため、熱処理と組み合わせた加工が行われる。好適には、機械加工で大きなひずみが導入され、再結晶による組織の微細化が進んでいる方が発色の均質性に優れる。
【００１６】
加工されたチタンあるいはチタン合金製の部材は、加熱により酸化チタン被膜がその表面に形成される。酸化チタン被膜の厚みは、加熱温度と保持時間、酸素分圧により決定される。発色は、形成される酸化チタン被膜の厚みにより決定される。また、黒色や白色については、膜内での光の吸収量や反射量によって、発生する黒色又は白色を制御することができる。
【００１７】
加熱温度は基材となるチタンあるいはチタン合金の化学組成の影響を受けるため、特に限定されないが、好適には、４００℃から８００℃の温度が利用される。また、加熱保持時間は、チタン表面の発色を調整するために変化させることが可能であり、基材となるチタンあるいはチタン合金の化学組成を考慮して決定される。目的の熱処理温度で目的の時間保持した後は冷却を行う。冷却は、自然冷却、冷却用の気体の導入等によって行われるが、冷却時には酸化チタン被膜がわずかではあるが成長するため、それを抑制するために急冷することもできる。急冷では、例えば、一般的な金属の熱処理方法として行われている水焼入れや油焼入れの技術が利用できる。
【００１８】
加熱の雰囲気についても特に限定されないが、大気中や不活性ガスと酸素との混合ガス中での処理が行える。例えば、窒素ガス、酸素ガスを１／３、又は２／３含有する窒素ガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気中、６００℃で加熱処理すると、それぞれ、うすい金色、金色、濃い山吹色を発色し、酸素ガスが多いほど膜厚は厚くなる。加熱温度が高い場合には、酸素と基材であるチタンあるいはチタン合金との反応による酸化チタン被膜の形成速度が速いため、窒素等の比較的反応の遅いガスの存在が好ましい。また、加熱雰囲気中の酸素分圧を制御して大気圧以上の圧力を付与しても問題ない。雰囲気の圧力を大気圧より減圧あるいは真空にすると、酸化チタン被膜の成長速度がやや遅くなるが、緻密な酸化被膜を得ることができる。
【００１９】
酸化チタン被膜の厚みは発色に関係するため、特に限定しないが、発色させた色の光の１波長から２波長の厚みが好ましい。酸化チタン被膜の厚みが大きくなると、被膜の割れが生じるため、１ミクロン以下の酸化チタン被膜が好ましい。酸化チタン被膜は加熱酸化した場合には、結晶性の酸化チタン、例えば、ルチル結晶となる。この被膜は基材であるチタンあるいはチタン合金の結晶方位との整合性をもって成長するため、基材との密着性に優れ、高硬度の被膜になる。
【００２０】
上述のように、本発明では、酸化チタン被膜の厚みを制御することにより、例えば、金色、山吹色、紫色、青色、水色等の任意の発色が得られる。また、酸化被膜中の酸素濃度を低くして、膜内で光を吸収させることにより黒色の膜が形成される。また、被膜の表面粗さを大きくして、表面で光を乱反射させることにより白色の膜が形成される。
【００２１】
また、窒素を含む結晶性のチタン酸化層を形成すると、表面硬度が高い酸化層を形成することができる。こうして窒素を含むチタン酸化層を形成するには、好適には、例えば、窒素分圧を９０％以上とした混合ガス雰囲気中（大気圧下もしくは減圧下の場合も含む）、８００℃以上で加熱する方法が例示される。
【００２２】
本発明において、加熱酸化により形成された酸化層は、結晶性の酸化チタンを主成分となし、高い耐熱性と、高い表面硬度を有する。例えば、大気酸化により作製したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金の酸化被膜は、４７０Ｈｖの高い硬度を有している。このような高耐熱性と、高硬度の表面酸化層の存在により、本発明の部材は、耐焼き付き性が高度に改善される。
【００２３】
酸化チタンは、生体親和性に優れ、また、光触媒作用と、超親水性を示し、例えば、汚れの分解、消臭・脱臭、抗菌・殺菌、有害物の除去、ガラス・鏡の曇り防止、防汚等に利用されているが、本発明では、このような酸化チタンの特性を利用して、表面酸化層に光触媒活性、特に、抗菌性を付与したチタンあるいはチタン合金製の部材を提供することが可能である。
【００２４】
図１に、本発明の実施例で作製した円盤状試料の一例の写真を示す。図２に、７２３Ｋ（４５０℃）から１０２３Ｋ（７５０℃）で加熱処理することにより形成された酸化チタン発色層の分光反射率の測定結果を示す。分光反射率の測定は、可視光領域を含む３５０ｎｍから７５０ｎｍの波長で行った。この波長領域では、無処理のチタン原料は、比較的平坦な反射率を示す（図示せず）が、９７３Ｋ（７００℃）、又は１０２３Ｋ（７５０℃）で加熱処理すると、分光反射率は極大値を示した。一方、７２３Ｋ（４５０℃）から９２３Ｋ（６５０℃）で熱処理すると、低波長域で反射率は極小値を示し、長波長域になるに従って反射率は増加した。また、加熱温度が上昇するに従って、反射率の極小値を示す波長が長波長側へシフトした。図３に、黒色を示す場合の分光反射率の測定結果を示す。ここでは、全波長領域で低い反射率を示す。
【００２５】
本発明では、表面に形成された酸化層（酸化被膜）による光の干渉、吸収、又は反射により任意の色を発色させることが可能である。基体表面に形成された酸化層は、結晶性の透明な酸化チタンからなり、酸化層の形成に際して、熱処理条件を調整することによって、その厚みをナノレベルで制御して任意の色に発色させることが可能である。本発明の発色を制御したチタンあるいはチタン合金からなる部材は、チタン酸化層が、主に結晶相から構成されている点で、製品分析により、従来の陽極酸化や化成処理による着色膜とは識別することが可能である。
【００２６】
本発明は、従来の陽極酸化や化成処理による着色法では達成することができなかった、黒色、又は白色のチタンあるいはチタン合金からなる部材を提供することを可能とする。また、本発明により形成された結晶性の酸化チタン層は、基体に強固に結合し、表面硬度が大きく、耐摩耗性に優れているので、耐熱性、耐久性、更に、耐焼き付き性が向上したチタンあるいはチタン合金からなる部材を提供することが可能となる。このように優れた特性を有する本発明のチタンあるいはチタン合金からなる部材は、例えば、自動車や二輪車の内燃機関等に、また、インプラント部材、建築用材、装飾品、日常品等として有用である。
【発明の効果】
【００２７】
本発明により、次のような効果が奏される。
（１）本発明により、二輪車や自動車等の内燃機関のような熱が発生する部位の部品又は部材として有用な着色チタンあるいはチタン合金製の部材を提供することができる。これにより、二輪車や自動車の軽量化に寄与することができ、燃費向上につながる。
（２）異物の接触（例えば、砂や小石等の衝突、ボルトの締め付け用治具の接触等）による摩耗が多い部材の装飾が可能となり、嗜好性の高い商品開発につながる。
（３）チタン材料の種類（合金の添加元素のよる分類）に対応した着色が可能となり、リサイクル回収時の分別の促進、高合金材料における効率的なリサイクルを実現し、少ないエネルギーで再利用できるシステムを構築できる。
（４）生体用のインプラント部材や生体に接触する部材（腕時計、イヤリング等）における光照射による簡易雑菌処理や、結晶性の酸化チタンの抗菌性を利用した簡易な殺菌が、光（太陽光等）に当てるだけで実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
次に、実施例に基づいて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。
【実施例１】
【００２９】
市販のＴｉ粉末とＳｉ粉末を原料として、機械的合金化法により、Ｔｉ−５ａｔ％Ｓｉの合金粉末を作製し、これをパルス通電焼結により６００℃で焼結し、直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの試料にした。この試料を、アルゴンを流した管状炉にて、４００℃から８００℃までの各温度条件で加熱し、１０分間の等温保持をそれぞれの温度で行った後、炉から取り出し、自然冷却した。その結果、得られた試料は、４００℃ではほとんど変化がなかったが、４５０℃では金色、６００℃では紫、６５０℃では青色、７００℃では水色、７５０℃では再び金色を呈した。これらの色は、膜厚で変化していることが分かった。また、いずれの被膜も結晶性の酸化チタンであるルチルであった。
【実施例２】
【００３０】
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金を、直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に機械加工し、表面を研磨した後、電気炉にて５００℃から８００℃までの温度条件で加熱し、１０分間の等温保持をそれぞれの温度で行った後、電気炉から取り出し、自然冷却した。その結果、得られた試料は、５００℃から５５０℃では金色、６００℃では山吹色、６５０℃では紫色、６７５℃では青色、７００℃では水色、８００℃では金色を呈した。これにより、温度を制御することによって発色を変化させることができた。  
【実施例３】
【００３１】
実施例２と同様のＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金製の円盤状試料を、雰囲気の制御できる電気炉を用いて、２００Ｐａの低真空下で、５００℃から８００℃の温度条件で加熱した。等温保持はせずに、目的の温度に到達後、炉の電源を遮断し、真空のまま炉内で冷却した。その結果、得られた試料は、５００℃では金色、６００℃では山吹色、６５０℃では青色、７００℃では金色、８００℃では薄い金色を呈した。大気中の実験よりも温度変化が緩やかで、同色のものを得るためには温度を高くする必要があった。これは、低真空下での酸素量が大気中よりも減少したためである。
【実施例４】
【００３２】
実施例３の実験において、目的温度に到達後、１００％窒素ガスを炉内に導入して冷却を行った。その結果、同じ温度にもかかわらず、実施例３で得られた結果よりも低温側の発色を示した。これは、同じ温度でも膜の厚さが薄くなっていることを示している。また、これは、窒素ガスの導入によって炉内の冷却速度が、実施例３に比べて早くなったためである。
【実施例５】
【００３３】
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金製の直径１０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状試料を、雰囲気の制御できる電気炉を用いて、２００Ｐａの低真空下にした後、１００％窒素ガス、窒素ガスと酸素ガスが２対１の割合の混合ガス、窒素ガスと酸素ガスが１対２の混合ガスをそれぞれ流して炉内の気圧を１気圧にした後、それぞれ６００℃まで加熱し、等温保持をせずに、その後、それぞれの雰囲気のまま炉内で冷却をした。その結果、１００％窒素ガスの場合は、うすい金色、窒素ガスと酸素ガスが２対１の混合ガスの場合は、金色、窒素ガスと酸素ガスが１対２の場合は、濃い山吹色を呈した。これは、同じ温度での加熱でも、酸素量が多いほど膜厚が厚くなることを示している。
【００３４】
実施例１から５の結果から、温度及び雰囲気を制御することで、チタンあるいはチタン合金部材の表面酸化層の発色を変化させることができることが分かった。
【実施例６】
【００３５】
Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金製の円盤状試料を、雰囲気の制御できる電気炉を用いて、２００Ｐａの低真空下、８００℃で１０分間の等温保持を行った後、炉の電源を遮断し、真空のまま、炉内で冷却した。その結果、得られたボルトは黒色を示した。試料表面の黒色酸化被膜を詳細に調べると、酸化被膜中の酸素濃度が通常の酸化チタン（ＴｉＯ２）より低い、４０ａｔ％の値であった。すなわち、この膜は、酸素が欠乏したため膜内で光の吸収が起こり黒くなったものである。
【実施例７】
【００３６】
純チタン粉末を８００℃で焼結して作製した、直径１０ｍｍ、厚さ２ｍｍの円盤状試料を、アルゴンを１０ｍｌ／分の流量で流しながら、大気圧下、７５０℃で１０分間加熱した後、自然冷却した。得られた純チタン製試料は白色になった。この試料表面を詳細に調べると、５００℃で作製した試料に比べて、膜の表面粗さが４倍大きくなっており、表面で光が乱反射することにより白色化したことが分かった。
【実施例８】
【００３７】
加熱酸化により作製したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金よりなる試料の表面硬度を測定した。比較のため、同じ色調の被膜を陽極酸化で作製し、それぞれの表面硬度を５ｇ荷重で測定した。加熱酸化で形成された酸化被膜の硬度は、４７０Ｈｖであり、陽極酸化被膜の１．３倍以上の硬度を示した。なお、陽極酸化で作製した酸化被膜は基材の硬度とほぼ同じであり、陽極酸化では表面硬化の効果はほとんどなかった。
【実施例９】
【００３８】
加熱酸化により作製したＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金からなる試料の摺動試験を行い、耐摩耗性を求めた。比較として、陽極酸化した同試料の試験を行った。４００往復摺動させた結果、陽極酸化による試料よりも加熱酸化による試料は、重量減が少なかった。従って、加熱酸化被膜は、陽極酸化被膜よりも耐摩耗性が良いことが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上詳述したように、本発明は、発色を制御したチタン合金部材に係るものであり、本発明は、チタンあるいはチタン合金からなる部材（ボルト及びナットを除く）の表面に、結晶性の酸化チタン被膜を形成させ、その膜厚を制御して種々の色を発色させるとともに、高硬度化して耐摩耗性を改善することを可能にするものであり、本発明により、過酷な使用環境下でも色落ちしない着色を可能とするとともに、部材の焼き付きや摩耗性を改善することができる。
【００４０】
また、本発明のチタンあるいはチタン合金製の部材は、生体親和性に優れており、生体用の間接部材としても応用することができる。本発明は、酸化チタンを利用した光の干渉による発色と、硬質被膜による耐摩耗性の改善を同時に発現するものであり、チタンあるいはチタン合金の組成に依存せずに、幅広いチタン製の部材に利用することができる新技術・新製品を提供できる。
【００４１】
本発明のチタンあるいはチタン合金製の部材は、産業部材から日常品にいたるまで、幅広い分野での利用が可能であり、従来の耐食性部材に使われているステンレス鋼をチタンに置き換えることで、軽量な部材にすることができる。部材の軽量化は駆動力の低減につながることから、本発明は、エネルギー消費量の低減による省エネルギー効果を期待することができる、新しい、発色を制御したチタンあるいはチタン合金からなる部材を提供することを可能とするものとして高い技術的意義を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】作製した試料の一例の写真を示す。
【図２】部材が発色を示す場合の分光反射率の測定結果を示す。
【図３】部材が黒色を示す場合の分光反射率の測定結果を示す。
【図２】
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【図３】
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【図１】
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