(57)【要約】【課題】  貴金属、軟質金属などの金属表面に薄膜を成膜し、複合硬度を高め擦過傷発生を防止し、基材金属の光沢を維持し、化学的変色を防止し、商品価値を向上させる成膜方法及びそれによって成膜された製品を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明の成膜方法は、基材硬度が２００程度の金属にプラズマ蒸着法によって、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウム薄膜を成膜する方法である。  本発明の製品は、前記方法によって表面に膜が形成されて表面が保護された製品である。  上記方法及び製品によれば、膜と基材の十分な密着性を維持して、複合硬度を高め、擦過傷を防止し、基材金属の輝きを保ち、変色を防止することができる。その結果、商品価値が向上する。【選択図】図４
2005054262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材硬度が２００程度の金属にプラズマ蒸着法によって、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウム薄膜を成膜する方法。
【請求項２】
基材硬度が２００程度の金属にプラズマ蒸着法によって、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウム薄膜が成膜された製品。
【請求項３】
前記窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムの総膜厚が、白色系金属であっては７００nm以上、黄色系金属であっては５００nm以上の膜厚を有する請求項１に記載の成膜方法。
【請求項４】
前記窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムの総膜厚が、白色系金属であっては７００nm以上、黄色系金属であっては５００nm以上である請求項２に記載の製品。
【請求項５】
前記金属が、宝石をつけた金属である請求項１又は３に記載の成膜方法。
【請求項６】
前記金属が、宝石をつけた金属である請求項２又は４に記載の製品。
【請求項７】
前記金属が宝石をつけた金属であり、前記宝石に樹脂を塗布した後、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウム薄膜を成膜する請求項５に記載の成膜方法。
【請求項８】
同一の真空容器内で窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムの薄膜を成膜する請求項１に記載の成膜方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貴金属、軟質金属などの金属の表面に薄膜を成膜し、複合硬度を高め擦過傷発生を防止し、基材金属の光沢を維持し、化学的変色を防止し、商品価値を向上させる方法、及び前記方法によって表面に膜が形成されて表面が保護された製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
軟質金属、貴金属、特に、金、銀、プラチナ類は通常の使用で擦過傷が発生しやすく、変色し商品価値が低下することが長年の問題であった。これらの金属基板にダイヤモンド状炭素膜、エナメルなどの塗料を成膜、コート、塗布などして擦過傷の防止、耐化学的変化、光沢の維持などの方法が取られてきたが、地金基材の本来の光沢を失う、薄膜などが容易に剥離する、硬度がさほど増加しないなどの問題があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、貴金属、軟質金属などの金属表面に薄膜を成膜し、複合硬度を高め擦過傷発生を防止し、基材金属の光沢を維持し、化学的変色を防止し、商品価値を向上させる成膜方法及びそれによって成膜された製品を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の成膜方法は、基材硬度が２００程度の金属にプラズマ蒸着法によって、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウム薄膜を成膜する方法である。
本発明の製品は、基材硬度が２００程度の金属にプラズマ蒸着法によって、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウム薄膜が成膜された製品である。
上記方法及び製品によれば、膜と基材の十分な密着性を維持して、複合硬度を高め、擦過傷を防止し、基材金属の輝きを保ち、変色を防止することができる。その結果、商品価値が向上する。
前記金属には貴金属、軟質金属が含まれており、特に、宝飾用貴金属に本発明は適している。
【０００５】
前記窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムの総膜厚が、白色系金属にあっては７００nm以上、黄色系金属にあっては５００nm以上の膜厚を有することが好ましい。
前記金属には宝石がつけられていても良い。前記宝石としては、ダイヤモンド・玉髄・翡翠・エメラルド・サファイア・ルビー・オパール、輝石などが挙げられる。
【０００６】
前記金属が宝石をつけた金属である場合、前記宝石に樹脂を塗布した後、窒化アルミニウム及び酸化アルミニウム薄膜を成膜することが好ましい。
前記樹脂によって宝石表面には直接に薄膜が形成されない。そのため、成膜後、宝石表面から薄膜は容易に剥離し、宝石の本来の輝きが保たれる。前記樹脂として、シリコン樹脂などが挙げられる。
【０００７】
更に、同一の真空容器内で窒化アルミニウム及び酸化アルミニウムの薄膜を成膜することが好ましい。同一の真空容器内で前記両膜を成膜すると、成膜装置全体としての部品点数を減らすことができ、全体に装置が大型化することを防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
【実施例１】
【０００９】
図１に示すプラズマ装置に符号９の１８K金（金の含有率が１８／2４）の指輪を洗浄後装てんした。１３の真空装置を稼働させ、ガス導入口４からアルゴンガス導入、チャンバー１を１０-1Paの真空にして真空容器を形成した。その後、符号５で示される放電用電源の放電電流値（以降、Ｉｄｉｓと記す）を７０A、放電電圧値（以降Ｕｄｉｓと記す）６０Vに設定し、アルゴンプラズマを発生させ、指輪９のプラズマ洗浄、熱処理を２時間実行した。カソード１１と指輪９の間には予めカソード金属のスパッタを防ぐためにシールド１０を半周にわたり設置した。
図２は図１のプラズマ装置を上方から見た図で、シールド１０は直径４００ｍｍ高さ２３０ｍｍである。１０のシールドを使用した場合の金属スパッタ付着を生じない有効チャンバーを直径３４０mm高さ１７０mmとした。
Ｉｄｉｓ＝１６０Ａ，Ｕｄｉｓ＝２６−２８Ｖとし、符号１2に示す蒸発用電源に作動電圧（以降Ｕｍｄｉｓと記す）６３．８V、作動電流（以降Ｉｍｄｉｓと記す）１６０Aとした。符号１１に示すカソードは市販のアルミ合金から製作し、添加物としてマグネシウム、シリコンなどが含まれている。符号４のガス導入口から窒素ガスを導入しチャンバー内真空度を１．１×１０-1Ｐａにした。この状態でアルミニウム蒸発を７．５時間継続した。この時点で、指輪９に成膜された薄膜はX線解析（EPMA法）で窒化アルミニウムの形成を示し、１０００ｎｍの膜厚を形成していた。
引き続いて、ガス導入口４から酸素をチャンバー内に導入、Ｉｄｉｓ＝１５０Ａ， Ｕｄｉｓ＝３４−３６Ｖとして酸素プラズマの状態にした。酸素ガス圧は２×１０-1Paで３時間この状態を維持し、最外層には酸化アルミニウム薄膜が２００ｎｍ形成されていた。この状態後、チャンバー内で１時間自然空冷し、指輪９を取り出した。
ビッカース微小硬度計による符号９の指輪と上記薄膜の複合硬度を測定したところ、加重値３グラムでは１５００以上を示し、薄膜硬度は２０００程度を示した。図３に硬度測定結果を示すが、これらの硬度では通常使用では全く傷が発生しなかった。
硬軟両面の付いた砂消しゴムで上記指輪を削った。軟側では７０回以上擦っても傷が発生しなかった。硬側で３０回以上削った場合、薄膜における傷は発生したが傷の発生に伴って薄膜が剥離することは確認できなかった。これらの状況を図４に示す。
指輪を温度４６℃の硫化アンモニウム水溶液に２時間保持したが変化が確認できなかった。確認のため、ガラス基板上に同様の薄膜を成膜し、化学反応を確認したが膜の剥離は見られなかった。これらの状況を図５に示す。
９の指輪を太陽光、タングステン光、昼光蛍光灯、白色蛍光灯下で観察したが肉眼では薄膜の存在が確認できなかった。
人体に指輪を着けたがアレルギー反応は示さなかった。
【実施例２】
【００１０】
実施例１と同じ操作を繰返し、窒化アルミニウム膜厚を５００ｎｍとし、酸化アルミニウム膜厚を２００ｎｍとした。微小硬度、耐化学反応、密着性、擦過傷の発生、アレルギー反応は実施例１と同じ結果を示したが、白色蛍光灯下では紫系虹色に見えた。
【実施例３】
【００１１】
９の指輪を２４Ｋに替えて実施例１と同じプロセスを行った。膜厚合計値が７００ｎｍ以上では光源にかかわらず指輪上の薄膜着色が確認できなかった。
硬度、密着度、耐化学腐食も実施例１と同じ結果を示した。
【実施例４】
【００１２】
符号９にダイヤモンドを付けた金指輪を使用した。予め、ダイヤモンド表面にはシリコン樹脂を塗布して実施例１のプロセスを繰返した。ダイヤモンド上に付着した薄膜は容易に剥離したが指輪上の薄膜は実施例１と同じ結果を示した。ダイヤモンドの輝きは薄膜が剥離することに本来の輝きを保っていた。この後、０．５ｋＷの超音波洗浄器に清浄水を媒体として洗浄したが、金属上の薄膜に剥離は認められなかった。ダイヤモンド表面にシリコン樹脂を塗布せずに実施例１のプロセスを繰り返したが、薄膜はダイヤモンドから発生し、金指輪の薄膜まで剥離が延長した。
【実施例５】
【００１３】
９の指輪を白金指輪に替え実施例１のプロセスを取った。ただし、成膜前のアルゴンプラズマによる洗浄、熱処理は３０分間で行った。窒化アルミニウム膜厚を８００ｎｍ、酸化アルミニウム膜厚を２００ｎｍで総膜厚が１０００ｎｍ以上では光源にかかわらず指輪上の薄膜着色が確認できなかった。加重３ｇの微小ビッカース硬度は図３に示すように１２５０程度を示し、複合硬度は１７００以上を示した。密着度、耐化学反応に関しては実施例１の結果と同じ結果を示した。
ダイヤモンドが付いた白金指輪に関しては実施例４と同じプロセスを取った。
【実施例６】
【００１４】
９の指輪を銀の指輪に替え実施例１のプロセスを取った。窒化アルミニウム膜厚を８００ｎｍ、酸化アルミニウム膜厚を２００ｎｍで総膜厚が１０００ｎｍ以上では光源にかかわらず指輪上の薄膜着色が確認できなかった。加重３ｇの微小ビッカース硬度は図３に示すように１０００程度を示し、複合硬度は１３００以上を示した。密着度、耐化学反応に関しては実施例１の結果と同じ結果を示した。ＪＩＳＬ０８４８及Ｌ０８８８に規定された方法に従い、アルカリ性、酸性人工汗液に浸漬したが変化は観測されなかった。
放置の状態で２週間以上観察を続けたが基材の再結晶化に伴う薄膜剥離は観察されなかった。
【実施例７】
【００１５】
９の指輪をロジウムメッキした銀指輪に替え実施例１のプロセスを取った。窒化アルミニウム膜厚を８００nm、酸化アルミニウム膜厚を２００ｎｍで総膜厚が１０００ｎｍ以上では光源にかかわらず指輪上の薄膜着色が確認できなかった。加重３ｇの微小ビッカース硬度は図３に示すように１１００程度を示し、複合硬度は１３００以上を示した。密着度、耐化学反応に関しては実施例１の結果と同じ結果を示した。実施例６と同様にＪＩＳに規定されたアルカリ性、酸性人口汗に浸漬したが変化は観測されなかった。
放置の状態で２週間以上観察を続けたが基材の再結晶化に伴う薄膜剥離は観察されなかった。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プラズマ装置
【図２】プラズマ装置の上方からの断面図
【図３】薄膜と各種宝飾金属の複合硬度
【図４】砂ゴムによる擦過テスト結果
【図５】ガラス基板上に薄膜を成膜し、硫化アンモニウム水溶液に浸漬した結果
【符号の説明】
【００１７】
１    真空チャンバー
２    ホローカソード
３    フィラメント
４    ガス導入口（ガスはアルゴン、窒素、酸素に切り替わる）
５    放電用電源
６    熱電対
７    指輪のホルダー
８    台座
９    宝飾金属指輪
１０  シールド板
１１  カソード
１２  カソード蒸発用電源
１３  真空装置
１４  真空計
【図１】
2005054262.tif 000003
【図２】
2005054262.tif 000004
【図３】
2005054262.tif 000005
【図４】
2005054262.tif 000006
【図５】
2005054262.tif 000007