JP3512597B2 - Decorative material - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は硬質炭素膜を被覆し
た装飾部材、とくに時計ケース、バンドの外装部品、ネ
ックレス、ピアス、眼鏡フレーム、釣り具等の装飾部材
の改良に関するものである。The present invention relates to a decorative member coated with a hard carbon film, and more particularly to an improvement of a decorative member such as a watch case, a band outer part, a necklace, a pierced earring, an eyeglass frame, and a fishing tackle.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来の装飾部材は天然の鉱物を加工する
ことで使用されている。しかしながら、この装飾部材に
直に人体が触れて、汗などが付着したり、あるいは海水
や雨などに晒されると、耐食したり、また、外部からの
衝撃でもって亀裂が生じたり、欠けたりするという問題
点がある。2. Description of the Related Art Conventional decorative members are used by processing natural minerals. However, if the human body touches the decorative member directly, and sweat or the like is exposed, or if it is exposed to seawater or rain, it will be corrosion-resistant, or will be cracked or chipped by an external impact. There is a problem.
【0003】かかる問題点を解決するために、最近、耐
食性および耐スクラッチ性に優れたジルコニアやアルミ
ナなどからなる着色セラミックスや、WC、TiC、T
iNなどの金色や銀色等を呈した焼結合金で構成する技
術が開発されている。In order to solve such problems, recently, colored ceramics such as zirconia and alumina having excellent corrosion resistance and scratch resistance, WC, TiC, T
A technology of using a sintered alloy having a gold color or a silver color such as iN has been developed.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記着
色セラミックスや焼結合金においては、その材料特有の
色を呈するにしても単色であり、装飾性に欠けるという
問題点がある。そこで、さらに装飾性を高めるために、
部分的にコーティングしたり、あるいはナシ地と鏡面と
を組み合わせることがおこなわれてきたが、いまだ満足
し得る程度に装飾効果があげられず、また、製造コスト
も上がっていた。However, the above-mentioned colored ceramics and sintered alloys have a problem that even if they exhibit a color peculiar to the material, they are monochromatic and lack decorativeness. So, to further enhance the decorativeness,
Partial coatings or combinations of pears and mirrors have been used, but the decorative effect has not been improved to a satisfactory degree, and the manufacturing cost has increased.
【0005】一方、これらセラミックスや焼結合金など
の基体上に、ダイヤモンド膜を熱CVD法、マイクロ波
CVD法、アークプラズマジェット法などの薄膜形成法
によって被覆する技術が提案されている。この膜は炭素
原子間をSP3 混成で結合した高純度のダイヤモンド構
造からなり、そして、ダイヤモンド結晶粒が大きいこと
で(数μm以上のサイズ)、優れた耐磨耗性を達成でき
たが、その反面、表面が凹凸性状であり(Rmax >1μ
m)、しかも、ボイドが多量に存在することから、表面
で光散乱され、これによって七色に輝くような干渉色が
生じなくなり、いまだ装飾性に劣っていた。On the other hand, there has been proposed a technique of coating a diamond film on a substrate such as a ceramic or a sintered alloy by a thin film forming method such as a thermal CVD method, a microwave CVD method, and an arc plasma jet method. This film has a high-purity diamond structure in which carbon atoms are bonded by SP 3 hybridization, and excellent wear resistance can be achieved due to the large diamond crystal grains (size of several μm or more). On the other hand, the surface is uneven (Rmax> 1 μm).
m) In addition, since a large amount of voids were present, light was scattered on the surface, whereby interference colors such as shining seven colors were not generated, and the decorativeness was still poor.
【0006】また、上記ダイヤモンド膜は大きな結晶粒
によって凹凸の表面性状をなすことで、装飾用に鏡面加
工する必要があるが、膜自体非常に高硬度、高強度であ
るために、表面加工がむずかしいという問題点もある。Further, the diamond film needs to be mirror-finished for decoration by forming irregular surface textures by large crystal grains. However, since the film itself is very high in hardness and high in strength, the surface processing is difficult. There is also a problem that it is difficult.
【0007】さらに膜に多くのボイドが存在するため
に、汗や海水などに長時間晒されると、上記基体内の金
属成分が溶出し、肌への接触によって皮膚が炎症するな
どアレルギーが生じていた。Further, since many voids are present in the film, when exposed to sweat or seawater for a long time, metal components in the base are eluted, and allergy such as inflammation of the skin due to contact with the skin has occurred. Was.
【0008】そこで、本発明者は上記事情に鑑みて鋭意
研究に努めたところ、膜中のダイヤモンド結晶粒を小さ
くして緻密化した硬質炭素膜を形成し、その膜の厚みを
規定することで、基体の色調を有しながらも、七色に輝
くような装飾性が得られることを見出した。In view of the above circumstances, the present inventor has made intensive studies and found that the diamond crystal grains in the film were reduced to form a dense hard carbon film, and that the thickness of the film was defined. It has been found that decorative properties that shine in seven colors can be obtained while having the color tone of the substrate.
【0009】したがって本発明は上記知見により完成さ
れたものであり、その目的は基体特有の色調を示し、さ
らに七色に輝く装飾部材を提供することにある。Accordingly, the present invention has been accomplished based on the above findings, and an object of the present invention is to provide a decorative member which exhibits a color tone peculiar to a substrate and shines in seven colors.
【0010】また、本発明の他の目的は耐磨耗性に優
れ、キズがつきにくい高硬度性を有し、しかも、人体に
対するアレルギー反応をなくした装飾部材を提供するこ
とにある。It is another object of the present invention to provide a decorative member which is excellent in abrasion resistance, has high hardness to prevent scratches, and eliminates allergic reaction to a human body.
【0011】さらにまた、本発明の他の目的は表面加工
を不要もしくは少なくして、製造コストを下げた装飾部
材を提供することにある。It is still another object of the present invention to provide a decorative member that requires no or less surface processing and that has a reduced manufacturing cost.
【0012】[0012]
【課題を解決するための手段】本発明の装飾部材は、W
C、TiCN、TiN、TiCを主体とする硬質相に対
して、Ni、Co等の鉄族金属からなる結合相を1〜2
0重量%程度含有する超硬合金、TiC基サーメット、
TiCN基サーメット、TiN基サーメットからなる焼
結基体上にラマン分光スペクトルにおいて波長1500
±60cm−1と1160±40cm−1と波長134
0±40cm−1の各ピークを有するとともに、116
0±40cm−1に存在するピークのうち最も強度の高
いピーク強度をH1、1340±40cm−1に存在す
るピークのうち最も強度の高いピーク強度をH2とした
とき、H1/H2で表わされるピーク強度比が0.2〜
1であり、密度3.1g/cm3以上で、ダイヤモンド
前駆体、平均結晶粒径1μm以下のダイヤモンド結晶お
よびアモルファスカーボン相で構成され、且つ表面粗さ
がRa0.05μm以下の硬質炭素膜を0.15〜2.
0μmの厚みで被覆してなることを特徴とする。According to the present invention, there is provided a decorative member comprising:
A hard phase mainly composed of C, TiCN, TiN, and TiC is combined with a binder phase composed of an iron group metal such as Ni or Co by 1 to 2 times.
Cemented carbide containing about 0% by weight, TiC-based cermet,
On a sintered substrate composed of a TiCN-based cermet and a TiN-based cermet, a wavelength of 1500 in Raman spectrum
± 60 cm -1 and 1160 ± 40 cm -1 and wavelength 134
Having each peak of 0 ± 40 cm −1 and 116
Assuming that the highest peak intensity among peaks existing at 0 ± 40 cm −1 is H 1 and the highest intensity peak among 1340 ± 40 cm −1 is H 2 , H 1 / H 2 The peak intensity ratio represented by
1, a hard carbon film having a density of 3.1 g / cm 3 or more, a diamond precursor, a diamond crystal having an average crystal grain size of 1 μm or less, and an amorphous carbon phase, and having a surface roughness of Ra 0.05 μm or less. .15-2.
It is characterized by being coated with a thickness of 0 μm.
【0013】[0013]
【発明の実施の形態】装飾部材の構成
本発明の装飾部材を図1〜図4により詳述する。図1お
よび図2は本発明装飾部材の断面図、図3および図4は
本発明装飾部材の応用例であり、図3はバンド駒、図4
は時計ケースである。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Configuration of Decorative Member The decorative member of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views of the decorative member of the present invention. FIGS. 3 and 4 are examples of application of the decorative member of the present invention.
Is a watch case.
【0014】図1の装飾部材1において、2は前記焼結
基体としての膜被着用の基体、3は硬質炭素膜である。
また、図2の装飾部材4においては、硬質炭素膜3の一
部の領域、すなわち基体2との接触面を含む層領域を基
体2との密着領域5として構成したものである。In the decorative member 1 shown in FIG. 1, reference numeral 2 denotes a substrate on which a film is applied as the sintered substrate, and reference numeral 3 denotes a hard carbon film.
Further, in the decorative member 4 of FIG. 2, a partial region of the hard carbon film 3, that is, a layer region including a contact surface with the substrate 2 is configured as a contact region 5 with the substrate 2.
【0015】基体2は焼結合金やセラミックスからな
り、この焼結合金はWC、TiCN、TiN、TiCを
主体とする硬質相に対して、Ni、Co等の鉄族金属か
らなる結合相を1〜20重量%程度含有する超硬合金、
TiC基サーメット、TiCN基サーメット、TiN基
サーメットである。The base 2 is made of a sintered alloy or ceramics. This sintered alloy has a hard phase mainly composed of WC, TiCN, TiN and TiC and a binder phase composed of an iron group metal such as Ni or Co. Cemented carbide containing about 20% by weight,
TiC-based cermet, TiCN-based cermet, and TiN-based cermet.
【0016】硬質炭素膜3は基体2を反応装置内に入れ
て、熱CVD法、マイクロ波CVD法、電子サイクロト
ロン共鳴プラズマCVD法などの手段で成膜形成する
が、就中、電子サイクロトロン共鳴プラズマCVD法
(ECRプラズマCVD法)がよい。The hard carbon film 3 is formed by placing the substrate 2 in a reaction apparatus and using a thermal CVD method, a microwave CVD method, an electron cyclotron resonance plasma CVD method or the like. The CVD method (ECR plasma CVD method) is preferable.
【0017】この硬質炭素膜3はダイヤモンドからなる
が、ラマン分光スペクトル分析をおこなうと、1160
±40cm-1、1340±40cm-1および1500±
60cm-1の3種類のピークがある。1160±40c
m-1のピークはダイヤモンド前駆体もしくはポリエン構
造を示し、きわめて微細な結晶である。また、1340
±40cm-1のピークはダイヤモンド結晶を、1500
±60cm-1のピークはアモルファスカーボン相を示
す。The hard carbon film 3 is made of diamond.
± 40 cm −1 , 1340 ± 40 cm −1 and 1500 ±
There are three peaks at 60 cm -1 . 1160 ± 40c
The peak at m -1 indicates a diamond precursor or polyene structure, and is a very fine crystal. Also, 1340
The peak at ± 40 cm −1 indicates a diamond crystal at 1500
The peak at ± 60 cm -1 indicates an amorphous carbon phase.
【0018】そして、硬質炭素膜3は上記のとおり極微
細のダイヤモンド前駆体(もしくはポリエン構造)、ダ
イヤモンド結晶およびアモルファスカーボン相で構成さ
れ、それら複合組成によって密度が3.1g/cm3 以
上の緻密な膜が得られる。The hard carbon film 3 is composed of an ultrafine diamond precursor (or polyene structure), a diamond crystal and an amorphous carbon phase as described above, and has a density of 3.1 g / cm 3 or more due to the composite composition thereof. A good film is obtained.
【0019】かかるダイヤモンド結晶はきわめて微細で
あり、そして、これら微細結晶がアモルファスカーボン
相に入り込んで、ボイドがほとんど存在しない高緻密質
な膜となる。この微細結晶の平均結晶粒径を透過電子顕
微鏡(TEM)を用いて測定したところ、1μm以下、
たとえば約40nm程度である。Such diamond crystals are extremely fine, and these fine crystals enter the amorphous carbon phase to form a highly dense film having almost no voids. The average crystal grain size of the fine crystals was measured using a transmission electron microscope (TEM).
For example, it is about 40 nm.
【0020】このようにダイヤモンド前駆体の相がアモ
ルファスカーボン相とともに微量存在することによって
完全な緻密膜にもかかわらず膜内に残存する圧縮応力が
減少し、膜の歪みがなく、基体2との密着性が確保され
る。内部応力が減少する理由はいまだ推論の域を脱し得
ないが、何らかの応力緩和機構が作用するものと考え
る。As described above, since the phase of the diamond precursor is present together with the amorphous carbon phase in a small amount, the compressive stress remaining in the film is reduced despite the complete dense film, and there is no distortion of the film. Adhesion is ensured. Although the reason for the decrease in internal stress cannot be escaped from the range of inference, it is considered that some stress relaxation mechanism acts.
【0021】硬質炭素膜3の組成は密度と関係し、浮沈
法と蛍光X線による密度測定をおこなうことで、主成分
が結晶質であることを確認した。すなわち、ダイヤモン
ド結晶の密度は3.52g/cm3 、ダイヤモンド前駆
体(もしくはポリエン構造)の相とアモルファスカーボ
ン相の密度は1.8g/cm3 以下であることから、本
発明のように硬質炭素膜3の密度を3.1g/cm3 以
上にすることで、76%以上のダイヤモンド結晶が膜中
に存在している。さらに膜密度が3.3〜3.4g/c
m3 の場合には、89〜93%以上のダイヤモンド結晶
が膜中に存在する。The composition of the hard carbon film 3 is related to the density, and it was confirmed that the main component was crystalline by performing a flotation method and a density measurement using fluorescent X-rays. That is, the density of the diamond crystal is 3.52 g / cm 3 , and the density of the diamond precursor (or polyene structure) phase and the amorphous carbon phase is 1.8 g / cm 3 or less. By setting the density of the film 3 to 3.1 g / cm 3 or more, 76% or more of diamond crystals are present in the film. Further, the film density is 3.3 to 3.4 g / c.
In the case of m 3, the diamond crystals at least 89 to 93% is present in the film.
【0022】また、上記硬質炭素膜3は、従来のように
比較的大きなダイヤモンド結晶に起因する表面凹凸が現
れなくなり、平坦性に優れ、これによって表面を平坦に
加工する必要がなく、鏡面加工をおこなうにしても、短
時間で容易に加工することができる。ちなみに、硬質炭
素膜3の表面粗さRaは0.05μm以下になった。し
かも、硬質炭素膜3の硬度Hvは8000kgf/mm
2 以上になった。なお、アモルファスカーボン相のみの
膜については、滑らかな面が得られるが、3000kg
f/mm2 以下の硬度であって、膜内の圧縮応力が大き
く、膜の剥離、しわ、浮きの発生が認められる。Further, the hard carbon film 3 does not show surface irregularities caused by a relatively large diamond crystal as in the prior art, and is excellent in flatness. Therefore, it is not necessary to flatten the surface, and mirror finishing can be performed. Even if it does, it can be easily processed in a short time. Incidentally, the surface roughness Ra of the hard carbon film 3 became 0.05 μm or less. Moreover, the hardness Hv of the hard carbon film 3 is 8000 kgf / mm.
2 or more. Note that a smooth surface can be obtained for a film containing only the amorphous carbon phase, but 3000 kg
The hardness is f / mm 2 or less, the compressive stress in the film is large, and peeling, wrinkling, and floating of the film are observed.
【0023】図2の装飾部材4に係る密着領域5につい
ては、少なくともダイヤモンドと金属炭化物との複合体
からなり、この組成の場合には下記の理由により密着性
が向上する。すなわち、原子同士は電子を介在すること
により結合されているが、一般に電子を双方の原子で共
有している共有結合はイオン結合に比べ、強い結合力が
あり、とくにダイヤモンドでは強い結合力を有している
ので、ダイヤモンド膜と異種化合物との密着強度を向上
させるためには、双方間に類似の結合様式である共有結
合性の化合物でもって介在させるのがよい。したがっ
て、ダイヤモンド成分である炭素を含む化合物の方がよ
り整合性の点で良好であり、金属炭化物を用いるとよ
い。この金属炭化物には共有結合性の炭化物として炭化
ケイ素や炭化ホウ素があり、とくに炭化ケイ素が望まし
い。また、このダイヤモンドと金属炭化物は層分離して
いるのではなく、ダイヤモンドの周りを金属炭化物が取
り囲むような構造(ダイヤモンドが島状に分布した構
造)となるために、いわゆるアンカー効果によって密着
性が向上する。The contact region 5 of the decorative member 4 shown in FIG. 2 is composed of at least a composite of diamond and metal carbide. In the case of this composition, the adhesion is improved for the following reasons. In other words, atoms are bonded by interposing electrons, but a covalent bond, in which electrons are shared by both atoms, generally has a stronger binding force than an ionic bond, and diamond has a stronger binding force, particularly in diamond. Therefore, in order to improve the adhesion strength between the diamond film and the different compound, it is preferable to interpose a covalent compound having a similar bonding mode between the two. Therefore, a compound containing carbon, which is a diamond component, is better in terms of consistency, and a metal carbide is preferably used. The metal carbide includes silicon carbide and boron carbide as a covalent carbide, and silicon carbide is particularly desirable. In addition, the diamond and the metal carbide are not separated from each other, but have a structure in which the metal carbide surrounds the diamond (a structure in which diamonds are distributed in an island shape). improves.
【0024】そして、上記構成の装飾部材1、4におい
ては、硬質炭素膜3の膜厚を0.15〜2.0μm、好
適には0.3〜1.0μmにすることで、入射した自然
光が基体2に到達し、その反射光と入射光とが干渉し、
これによって七色に輝くようになる。また、この程度に
まで薄くすると、基体2の特有な色調が外から見えるよ
うになり、その色調と干渉光によって装飾性が一段と向
上する。硬質炭素膜3の膜厚が2.0μmを越えると、
このような干渉光が十分に現れなくなり、0.15μm
未満であれば、緻密な膜質とならない。かかる基体2を
使用するに当たって、自然光に対する反射率が少なくと
も50%以上にするとよい。In the decorative members 1 and 4 having the above-described structure, the hard carbon film 3 is formed to have a thickness of 0.15 to 2.0 μm, preferably 0.3 to 1.0 μm, so that the incident natural light Arrives at the base 2, the reflected light and the incident light interfere,
This makes it glow in seven colors. When the thickness is reduced to this level, the unique color tone of the base 2 can be seen from the outside, and the decorativeness is further improved by the color tone and the interference light. When the thickness of the hard carbon film 3 exceeds 2.0 μm,
Such interference light does not sufficiently appear, and is 0.15 μm
If it is less than this, a dense film cannot be obtained. In using such a substrate 2, it is preferable that the reflectance to natural light be at least 50% or more.
【0025】成膜手段
前記硬質炭素膜3はプラズマCVD法あるいは熱フィラ
メントCVD法により形成するが、とくにECRプラズ
マCVD法が好適である。すなわち、プラズマCVD法
におけるプラズマ発生領域に対して、さらに磁界を印加
するECRプラズマCVD法によれば、低圧下(1to
rr以下)のガス圧で高密度のプラズマが得られ、プラ
ズマを広い領域内で均一に発生させることができ、その
結果、通常のプラズマCVD法とくらべ、約10倍程度
の面積に均一な膜を形成することができる。The film forming means and said hard carbon film 3 is formed by a plasma CVD method or a thermal filament CVD method, especially ECR plasma CVD method is preferred. That is, according to the ECR plasma CVD method in which a magnetic field is further applied to the plasma generation region in the plasma CVD method, low pressure (1 to
A high-density plasma can be obtained at a gas pressure of rr or less, and the plasma can be uniformly generated in a wide area. As a result, a uniform film is formed in an area about 10 times as large as that of a normal plasma CVD method. Can be formed.
【0026】これに対するマイクロ波CVD法について
は、プラズマ発生領域が小さいために被膜面積が小さ
く、通常直径20mm程度であり、加工用部材としての
応用が限定される。しかも、圧力が高すぎるか、もしく
はプラズマ密度が低すぎるために、複雑な構造を有する
基体、曲面構造を有する基体である場合には、そのよう
な構造に適した均一なプラズマが得られず、膜厚分布が
不均一になりやすい。On the other hand, the microwave CVD method has a small coating area due to a small plasma generation area and usually has a diameter of about 20 mm, and its application as a processing member is limited. In addition, if the pressure is too high or the plasma density is too low, if the substrate has a complicated structure or a substrate having a curved structure, a uniform plasma suitable for such a structure cannot be obtained. The film thickness distribution tends to be non-uniform.
【0027】一方、熱フィラメントCVD法では、フイ
ラメントが切れやすく、また、膜厚のバラツキを制御す
るために基体形状に合わせてフィラメントを設置する必
要があり、そのために装置にとって汎用性に欠ける。On the other hand, in the hot filament CVD method, the filament is easily cut, and it is necessary to set the filament in accordance with the shape of the substrate in order to control the variation in the film thickness. Therefore, the apparatus lacks versatility.
【0028】以下、ECRプラズマCVD法を詳述す
る。内部に所定形状の基体が設置された反応炉内に反応
ガスを導入すると同時に、2.45GHzのマイクロ波
を導入し、さらに875ガウス以上の磁界を印加する
と、電子サイクロン周波数f=eB/2πm(ただし、
m:電子の質量、e=電子の電荷、B:磁束密度)にも
とづきサイクロン運動が起きる。そして、この周波数と
マイクロ波の周波数(2.45GHz)とが一致すると
共鳴し、電子はマイクロ波のエネルギーを著しく吸収し
て加速され、中性分子に衝突することで、電離が生じ、
その結果、高密度のプラズマを生成する。なお、基体温
度は150〜1000℃、炉内圧力は1×10-2〜1t
orrである。Hereinafter, the ECR plasma CVD method will be described in detail. When a reaction gas is introduced into a reaction furnace in which a substrate having a predetermined shape is installed, a microwave of 2.45 GHz is introduced at the same time, and a magnetic field of 875 Gauss or more is applied, the electron cyclone frequency f = eB / 2πm ( However,
Cyclone motion occurs based on (m: electron mass, e = electron charge, B: magnetic flux density). When this frequency coincides with the microwave frequency (2.45 GHz), resonance occurs, and electrons are remarkably absorbed by the microwave energy, accelerated, and collide with neutral molecules, thereby causing ionization.
As a result, high-density plasma is generated. The substrate temperature was 150 to 1000 ° C., and the furnace pressure was 1 × 10 −2 to 1 t.
orr.
【0029】この方法によれば、成膜時の基体温度、炉
内圧力および反応ガス濃度を変化させることで、硬質炭
素膜の成分等が変化する。具体的には、炉内圧力が高く
なるとプラズマ領域が小さくなり、膜の成長速度が低下
するが、その反面、結晶性が向上する。他方、反応ガス
濃度が高くなると、膜を構成する粒子径が小さくなり、
結晶性が悪くなる。According to this method, the constituents of the hard carbon film and the like are changed by changing the substrate temperature, the furnace pressure and the reaction gas concentration during the film formation. Specifically, as the pressure in the furnace increases, the plasma region becomes smaller and the growth rate of the film decreases, but on the other hand, the crystallinity improves. On the other hand, when the reaction gas concentration increases, the particle size of the film decreases,
Crystallinity deteriorates.
【0030】原料ガスには水素ガスと炭素含有ガスを用
いる。この炭素含有ガスには、たとえばメタン、エタ
ン、プロパン等のアルカン顆、エチレン、プロピレン、
等のアルケン類、アセチレン類、ベンゼン等の芳香族炭
化水素類、シクロプロバン等のシクロパラフィン類、シ
クロペンテン等のシクロオレフィン類等が挙げられる。
また、一酸化炭素、二酸化炭素、メチルアルコール、ア
セトン等の含酸素炭素化合物、モノ(ジ、トリ)メチル
アミン、モノ(ジ、トリ)エチルアミン等の含窒素炭素
化合物等も炭素源ガスとして使用してもよい。そして、
これら各種ガスを単独でもしくは組み合わせて用いる。As a raw material gas, a hydrogen gas and a carbon-containing gas are used. This carbon-containing gas includes, for example, alkanes such as methane, ethane, and propane, ethylene, propylene,
Alkenes, acetylenes, aromatic hydrocarbons such as benzene, cycloparaffins such as cyclopropane, and cycloolefins such as cyclopentene.
Also, oxygen-containing carbon compounds such as carbon monoxide, carbon dioxide, methyl alcohol and acetone, and nitrogen-containing carbon compounds such as mono (di, tri) methylamine and mono (di, tri) ethylamine are used as carbon source gases. You may. And
These various gases are used alone or in combination.
【0031】また、密着性をさらに高めるための密着領
域5を形成するには、所望によりダイヤモンド核発生処
理(基体上にいったんダイヤモンドの微結晶のみを点状
に成長させる)をおこなった後、反応ガスとして、水素
ガスと、炭素含有ガスおよびケイ素含有ガスを導入す
る。このケイ素含有ガスには四フツ化ケイ素、四塩化ケ
イ素、四臭化ケイ素等のハロゲン化物、二酸化ケイ素等
の酸化物、そのほか、モノ(ジ、トリ、テトラ、ペン
タ)シラン、モノ、(ジ、トリ、テトラ)メチルシラン
等のシラン化合物、トリメチルシラノール等のシラノー
ル等のシラノール化合物がある。これらも単独でもしく
は組み合わせて用いる。Further, in order to form the adhesion region 5 for further improving the adhesion, if necessary, a diamond nucleus generation treatment (once a single crystal of diamond is grown on the substrate in a dot-like manner) is carried out. As the gas, a hydrogen gas, a carbon-containing gas and a silicon-containing gas are introduced. Examples of the silicon-containing gas include halides such as silicon tetrafluoride, silicon tetrachloride, and silicon tetrabromide, oxides such as silicon dioxide, and mono (di, tri, tetra, penta) silane, mono, (di, There are silane compounds such as tri (tetra) methylsilane and silanol compounds such as silanol such as trimethylsilanol. These may be used alone or in combination.
【0032】かくして得られた装飾部材1によれば、硬
質炭素膜3が微粒組織のダイヤモンド主体からなり、か
つ緻密質であり、膜表面および内部にボイド欠陥がな
く、しかも、平滑性に優れている。したがって、人の肌
に触れる部材表面に硬質炭素膜3を被覆すると、高い耐
食性が得られる。とくに汗や酸性雨によるボイド等への
局所的な腐食発生が防止される。また、基体2上に密着
領域5を配した場合には、硬質炭素膜3の密着性をさら
に高めることができ、剥離されなくなる。しかも、図3
のバンド駒、図4の時計ケースに如き、複雑な構造を有
する基体、曲面構造を有する基体など、あらゆる形状の
基体の表面に対して、平滑でかつ緻密な膜が形成でき
た。According to the decorative member 1 thus obtained, the hard carbon film 3 is mainly composed of diamond having a fine grain structure, is dense, has no void defects on the film surface and inside, and has excellent smoothness. I have. Therefore, when the surface of the member that touches the human skin is coated with the hard carbon film 3, high corrosion resistance is obtained. In particular, the occurrence of local corrosion on voids or the like due to sweat or acid rain is prevented. When the adhesion region 5 is provided on the base 2, the adhesion of the hard carbon film 3 can be further enhanced, and the hard carbon film 3 is not peeled off. Moreover, FIG.
A smooth and dense film could be formed on the surface of a substrate of any shape, such as a band piece, a substrate having a complicated structure, such as a watch case of FIG. 4, and a substrate having a curved surface structure.
【0033】[0033]
【実施例】次に本発明の実施例を説明する。ECRプラ
ズマCVD装置の炉内に、基体2として超硬合金(80
重量%WC−10重量%Co−10重量%Ni)、Ti
C基サーメット(80重量%TiC−15重量%Cr2
C2 −5重量%Ni)、TiN基サーメット(85重量
%TiN−15重量%Ni)のいずれかからなる100
ml容器を設置した。Next, an embodiment of the present invention will be described. In a furnace of an ECR plasma CVD apparatus, a cemented carbide (80
% WC-10% by weight Co-10% by weight Ni), Ti
C-based cermet (80% by weight TiC-15% by weight Cr 2
C 2 -5 wt% Ni) or TiN-based cermet (85 wt% TiN-15 wt% Ni)
ml container was set up.
【0034】そして、H2 ガスを97sccmの流量
で、CH4 ガスを3sccmの流量で導入し、ガス濃度
1%ヽ基体温度650℃、炉内圧力0.1torrに設
定し、1.5時間プラズマ処理して、ダイヤモンド核を
発生させ、しかる後に、原料ガスとしてH2 ガス、CH
4 ガスおよびSi(CH3 )4 ガスを、それぞれ297
sccm、3sccm、0.3sccmの流量で導入
し、そして、ガス濃度1%、基体温度650℃、炉内圧
力0.5torrの条件でECRプラズマCVD法によ
り最大2kガウスの強度の磁場を印加させ、マイクロ波
出力3.0KWの条件で12時間成膜し、これにより、
容器内面にダイヤモンドと炭化ケイ素が混在した平均膜
厚0.5μmの密着領域5を形成した。Then, H 2 gas is introduced at a flow rate of 97 sccm, CH 4 gas is introduced at a flow rate of 3 sccm, the gas concentration is set to 1%, the substrate temperature is set to 650 ° C., the furnace pressure is set to 0.1 torr, and plasma is applied for 1.5 hours. To generate diamond nuclei, and thereafter, H 2 gas, CH 2
4 gas and Si (CH 3 ) 4 gas at 297
Introduced at a flow rate of sccm, 3 sccm, 0.3 sccm, and applied a magnetic field of a maximum of 2 kGauss by ECR plasma CVD under the conditions of a gas concentration of 1%, a substrate temperature of 650 ° C., and a furnace pressure of 0.5 torr. Film was formed for 12 hours under the condition of microwave power of 3.0 KW.
An adhesion region 5 having an average film thickness of 0.5 μm in which diamond and silicon carbide were mixed was formed on the inner surface of the container.
【0035】次に密着領域5上に純度99.9%以上の
H2 ガス、CH4 ガス、CO2 ガスを用いて、それぞれ
210sccm、30sccm、60sccmの流量で
導入し、ガス濃度30%、基体温度650℃、炉内圧力
0.1torrもしくは0.01torrに設定して同
様に厚み0.5μmで成膜形成した。Next, H 2 gas, CH 4 gas, and CO 2 gas having a purity of 99.9% or more were introduced onto the contact region 5 at flow rates of 210 sccm, 30 sccm, and 60 sccm, respectively, and a gas concentration of 30% At a temperature of 650 ° C. and a furnace pressure of 0.1 torr or 0.01 torr, a film was similarly formed with a thickness of 0.5 μm.
【0036】上記硬質炭素膜3(厚み1μm)に対し
て、ラマン分光スペクトルを測定したところ、図3に示
すような結果が得られた。同図から明らかなとおり、波
長1500±60cm-1と1160±40cm-1と波長
1340±40cm-1の各ピークが確認できた。また、
ぎ酸タリウム水溶液を用いた浮沈法でもって膜の密度を
測ると、炉内圧力が0.1torrである場合には3.
3g/cm3 、0.01torrである場合には3.2
g/cm3 であった。The Raman spectrum of the hard carbon film 3 (thickness: 1 μm) was measured, and the results shown in FIG. 3 were obtained. As is clear from the figure, peaks at wavelengths of 1500 ± 60 cm −1 , 1160 ± 40 cm −1, and 1340 ± 40 cm −1 were confirmed. Also,
When the density of the film was measured by the floating and sedimentation method using an aqueous solution of thallium formate, when the pressure in the furnace was 0.1 torr, 3.
3.2 g at 3 g / cm 3 and 0.01 torr
g / cm 3 .
【0037】また、上記構成の硬質炭素膜3において、
表1に示すように膜厚を変えて、それぞれの色調および
膜圧強度を測定したところ、同表に示すような結果が得
られた。In the hard carbon film 3 having the above structure,
When the color tone and the film pressure strength were measured while changing the film thickness as shown in Table 1, the results shown in the table were obtained.
【0038】[0038]
【表1】 [Table 1]
【0039】色調については、基体特有の色調を示し、
さらに七色に輝くようになった状態を区分し、○○
は最良な色状態の場合、○はやや七色に輝くようにな
った色状態であり、これに対して、△はほとんど干渉
光が生じなかった場合、×はほぼ黒色に呈した場合で
ある。As for the color tone, the color tone peculiar to the substrate is shown.
Furthermore, the state that has become shining in seven colors is classified, and
In the case of the best color state, ○ is a color state in which the color is slightly shining, whereas △ is a case where almost no interference light is generated, and X is a case where it is almost black.
【0040】膜圧強度は圧子による密着強度でもって評
価し、膜剥がれ開始荷重でもって4とおりに区分した。
○○は荷重50kgf/cm2 以上でも何ら剥がれ
なかった場合、、○は10kgf/cm2 以上、50
kgf/cm2 未満の荷重で剥がれた場合、△は1k
gf/cm2 以上、10kgf/cm2 未満の荷重で剥
がれた場合、×は1kgf/cm2 以下の荷重で剥が
れた場合である。The film pressure strength was evaluated based on the adhesion strength by an indenter, and was classified into four types according to the film peeling start load.
○○ If it is not peeling any even with a load of 50kgf / cm 2 or more ,, ○ is 10kgf / cm 2 or more, 50
When peeled off with a load of less than kgf / cm 2 , △ is 1k
When the film was peeled off with a load of gf / cm 2 or more and less than 10 kgf / cm 2 , X was obtained when the film was peeled off with a load of 1 kgf / cm 2 or less.
【0041】表1から明らかなとおり、本発明の試料N
o.2〜6については、色調および膜圧強度ともに良好
であった。試料No.1については、色調および膜圧強
度ともに良好であったが、炭素膜の厚みがきわめて薄い
ので、緻密な膜質にならなった。As is clear from Table 1, the sample N of the present invention
o. With regard to 2 to 6, both the color tone and the film pressure strength were good. Sample No. For No. 1, both the color tone and the film pressure strength were good, but the thickness of the carbon film was extremely thin, so that the film was dense.
【0042】また、本発明に係る硬質炭素膜3に対する
ラマン分光スペクトルチャートを示す図5において、波
長1500±60cm-1と1160±40cm-1と波長
1340±40cm-1の各ピークが存在することがわか
る。そこで、1160±40cm-1のピーク強度は11
00cm-1と1700cm-1の位置間で斜線を引き、こ
れをベースラインとして、1160±40cm-1に存在
するピークのうちもっとも強度の高いピーク強度を
H1 、1340±40cm-1に存在するピークのうちも
っとも強度の高いピーク強度をH2 としたとき、H1 /
H2 で表されるピーク強度比が0.05以上、望ましく
は0.2〜1.0にするとよい。FIG. 5 shows a Raman spectrum chart for the hard carbon film 3 according to the present invention. In FIG. 5, peaks at wavelengths of 1500 ± 60 cm −1 , 1160 ± 40 cm −1 and 1340 ± 40 cm −1 are present. I understand. Therefore, the peak intensity at 1160 ± 40 cm −1 is 11
Pull the hatched between positions 00cm -1 and 1700 cm -1, which as a baseline, there the highest peak intensity of the intensity of the peaks present in 1160 ± 40 cm -1 in H 1, 1340 ± 40cm -1 When the highest peak intensity among the peaks is H 2 , H 1 /
Peak intensity ratio represented with H 2 is 0.05 or more, preferably better to 0.2-1.0.
【0043】すなわち、このピーク強度比が0.05未
満の場合には、ダイヤモンド結晶粒子が大きく成長し過
ぎ、膜中にボイドが発生したり、膜の表面粗さが大きく
なり、これによって局所的な腐食が進行しやすくなる。
他方、ピーク強度比が大きすぎるとダイヤモンド結晶の
比率が少なくなる結果、膜強度が低下する。。このH1
/H2 で表されるピーク強度比が1.0以下であること
がよい。That is, when the peak intensity ratio is less than 0.05, diamond crystal grains grow too large, voids are generated in the film, or the surface roughness of the film becomes large. Corrosion easily progresses.
On the other hand, if the peak intensity ratio is too large, the ratio of diamond crystals decreases, resulting in a decrease in film strength. . This H 1
The peak intensity ratio represented by / H 2 is preferably 1.0 or less.
【0044】また、このラマン分光スペクトルにおい
て、1500±60cm-1にピークを有し、該領域内の
ピークのうち最も強度の強いピーク強度をH3 としたと
き、H1 <H2 <H3 の関係を満足するものであること
が望ましい。このピークはダイヤモンド結晶間に存在す
るアモルファスカーボン相を示すものであるが、H3 の
強度が低く、H1 >H3 またはH2 >H3 となると、膜
の緻密性が低下し、アレルギー源金属が溶出するからで
ある。In this Raman spectroscopy spectrum, a peak is located at 1500 ± 60 cm −1 , and when the highest peak intensity among peaks in the region is H 3 , H 1 <H 2 <H 3 It is desirable that the above relationship be satisfied. This peak indicates the amorphous carbon phase existing between the diamond crystals. However, when the intensity of H 3 is low, and when H 1 > H 3 or H 2 > H 3 , the denseness of the film is reduced and the allergic source This is because the metal is eluted.
【0045】なお、ラマン分光でもって1340±40
cm-1が確認されにくいのは、サイズ効果(結晶サイズ
が小さくなるにつれ、ピークが出現しにくくなる)、お
よびダイヤモンドに比べて、アモルファスカーボン相に
対する感度が非常に大きいことによる。Incidentally, 1340 ± 40 by Raman spectroscopy.
The reason why cm −1 is hard to be confirmed is due to the size effect (the peak becomes difficult to appear as the crystal size decreases) and the fact that the sensitivity to the amorphous carbon phase is much higher than that of diamond.
【0046】[0046]
【発明の効果】以上のとおり、本発明の装飾部材によれ
ば、基体上にラマン分光スペクトルにおいて波長150
0±60cm-1と1160±40cm-1と波長1340
±40cm-1の各ピークを有し、密度3.1g/cm3
以上の硬質炭素膜を0.15〜2.0μmの厚みで被覆
したことで、基体特有の色調を示し、さらに七色に輝
く、時計用外装部品、ネックレス、ピアス、眼鏡フレー
ム、釣り具、ボタン、ブローチ等の装飾部材が提供でき
た。As described above, according to the decorative member of the present invention, the wavelength of 150 nm in the Raman spectrum is provided on the substrate.
0 ± 60cm -1 and 1160 ± 40cm -1 and wavelength 1340
Each having a peak of ± 40 cm -1 and a density of 3.1 g / cm 3
By coating the above hard carbon film with a thickness of 0.15 to 2.0 μm, it shows a unique color tone of the base, and further shines in seven colors, watch exterior parts, necklaces, piercings, eyeglass frames, fishing gear, buttons, A decorative member such as a broach could be provided.
【0047】また、本発明によれば、耐磨耗性に優れ、
キズがつきにくい高硬度性を有し、しかも、人体に対す
るアレルギー反応をなくし、その上、表面加工を不要も
しくは少なくした低コストの装飾部材が提供できた。According to the present invention, the abrasion resistance is excellent.
A low-cost decorative member that has high hardness that is resistant to scratching, that eliminates allergic reactions to the human body, and that does not require or reduce surface processing can be provided.
【図1】本発明の装飾部材の断面図である。FIG. 1 is a sectional view of a decorative member of the present invention.
【図2】本発明の他の装飾部材の断面図である。FIG. 2 is a sectional view of another decorative member of the present invention.
【図3】本発明の装飾部材としてのバンド駒の斜視図で
ある。FIG. 3 is a perspective view of a band piece as a decorative member of the present invention.
【図4】本発明の装飾部材としての時計ケースの斜視図
である。FIG. 4 is a perspective view of a watch case as a decorative member of the present invention.
【図5】本発明に係る硬質炭素膜のラマン分光スペクト
ルチャート図である。FIG. 5 is a Raman spectrum chart of a hard carbon film according to the present invention.
【符号の説明】 1、4 装飾部材 2 基体 3 硬質炭素膜 5 密着領域[Explanation of symbols] 1, 4 decorative members 2 Substrate 3 Hard carbon film 5 Adhesion area
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A44C 5/00 - 5/24,25/00 C23C 16/26 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) A44C 5/00-5 / 24,25 / 00 C23C 16/26
Claims (1)
する硬質相に対して、Ni、Co等の鉄族金属からなる
結合相を1〜20重量%程度含有する超硬合金、TiC
基サーメット、TiCN基サーメット、TiN基サーメ
ットからなる基体上にラマン分光スペクトルにおいて波
長1500±60cm−1と1160±40cm−1と
波長1340±40cm−1の各ピークを有するととも
に、1160±40cm −1 に存在するピークのうち最
も強度の高いピーク強度をH 1、1340±40cm
−1 に存在するピークのうち最も強度の高いピーク強度
をH 2としたとき、H 1/H 2で表わされるピーク強度
比が0.2〜1であり、密度3.1g/cm3以上で、
ダイヤモンド前駆体、平均結晶粒径1μm以下のダイヤ
モンド結晶およびアモルファスカーボン相で構成され、
且つ表面粗さがRa0.05μm以下の硬質炭素膜を
0.15〜2.0μmの厚みで被覆してなる装飾部材。1. Mainly WC, TiCN, TiN, TiC
Made of iron group metals such as Ni and Co
Cemented carbide containing about 1 to 20% by weight of binder phase, TiC
Base cermet, TiCN base cermet, TiN base cermet
Yes Then Tomo each peak of Tsu in the Raman spectrum on the substrate made of a preparative wavelength 1500 ± 60cm -1 1160 ± 40cm -1 and a wavelength 1340 ± 40 cm -1
Of the peaks existing at 1160 ± 40 cm −1
The high strength peak intensity H 1, 1340 ± 40cm
Peak intensity of the highest intensity among peaks existing at -1
When was the H 2, the peak represented by H 1 / H 2 Strength
The ratio is 0.2 to 1, the density is 3.1 g / cm 3 or more ,
Diamond precursor, diamond with an average crystal grain size of 1 μm or less
Consisting of Mondo crystal and amorphous carbon phase,
A decorative member formed by coating a hard carbon film having a surface roughness of Ra 0.05 μm or less with a thickness of 0.15 to 2.0 μm.
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