JP5361866B2 - 装飾部品用セラミックスおよびこれを用いた装飾部品 - Google Patents
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Description
2:保持部
3:支持部
4:固定部
5:枠体
6:釣糸ガイド
10A,10B:時計用ケース
11:凹部
12:足部
13:底部
14:胴部
15:穴部
20:中駒
21:貫通孔
30:外駒
31:ピン穴
40:ピン
50:時計用バンド
60:携帯電話機
90:石鹸ケース
100:コーヒーカップセット
110:車体
120:ゴルフクラブ
130:スパイクシューズ
140:ギター
160:イヤホンユニット
170:めがね
以下、本発明の装飾部品用セラミックスの実施の形態の例について説明する。
本発明の装飾部品用セラミックスは、窒化チタンを主成分(質量%で50%以上)とし、さらに安定化剤を実質的に含まない未安定化ジルコニアを6質量%以上30質量%以下とニッケルとを含んでいる。そして、未安定化ジルコニアの結晶粒子の大きさは窒化チタンの結晶粒子の大きさより小さい。
・窒化チタン(チタンナイトライド)
本発明の装飾部品用セラミックスは、窒化チタンを主成分とする。
ここでいう主成分とは、装飾部品用セラミックスを構成する全成分100質量%に対して50質量%以上を占める成分であることを意味する。この主成分である窒化チタンは、装飾部品として良好な黄金色の色調を呈するとともに、強度や硬度等の機械的特性が高く、また耐摩耗性にも優れるという特長を有している。本発明の装飾部品用セラミックスは、窒化チタンを70質量%以上で含有していることが好適である。
安定化剤を実質的に含まない未安定化ジルコニア(以下、単に未安定化ジルコニアと称す。)とは、ジルコニアの安定化剤として知られている酸化カルシウム,酸化マグネシウム,酸化イットリウム,酸化セリウム,酸化ネオジムおよび酸化ジスプロシウム等が意図的に添加されていないことを意味するものであり、これら安定化剤が不可避不純物として存在することを排除するものではない。なお、不可避不純物として存在する場合、本発明の装飾部品用セラミックスを構成する全成分100質量%に対して1質量%以下であることが好適である。
最初に、蛍光X線分析法またはICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法によりジルコニウム(Zr)元素の含有量を求め、求めたジルコニウム元素の含有量を酸化物(ジルコニア)に換算して未安定化ジルコニアおよび安定化ジルコニアを含めた全ジルコニアの含有量を求める。
次に、X線回折法により測定した単斜晶ジルコニアの(111)および(11−1)の反射ピーク強度,正方晶ジルコニアおよび立方晶ジルコニアの(111)の反射ピーク強度を用いて、下記式(1)より全ジルコニア(すなわち未安定化ジルコニアおよび安定化ジルコニアの合計)に占める未安定化ジルコニアの割合Xmを算出する。
Xm(%)={(Im(111)+Im(11−1))/(Im(111)+Im(11−1)
+Itc(111))}×100 …(1)
未安定化ジルコニアの含有量=全ジルコニアの含有量×Xm/100 …(2)
これにより、本発明に係る装飾部品用セラミックスでは、未安定化ジルコニアにより窒化チタンの呈する黄金色の色調が損なわれることがない。そして、上述したように高温で焼結した後室温に冷却する際の未安定化ジルコニアの体積膨張に起因する圧縮応力が窒化チタンの結晶粒子に付与されていることから、窒化チタンの結晶粒子が容易に脱粒することなく、耐磨耗性を向上させることができる。
未安定化ジルコニアの結晶粒子が窒化チタンの結晶粒子の0.1倍以上0.5倍以下の大きさであるときには、上述の未安定化ジルコニアの体積膨張に起因して、窒化チタンの結晶粒子に付与される圧縮応力による窒化チタン結晶粒子の脱粒抑制効果がより顕著になり、より一層耐磨耗性が向上するからである。
本発明の装飾部品用セラミックスは、ニッケルを含有する。
ニッケルは、窒化チタンの結晶粒子同士の結合を強固にする結合剤として作用し、破壊靱性を向上させることができる。また、ニッケルの含有量は装飾部品用セラミックスの表面の光沢にも影響を与える
ニッケルの含有量が4質量%以上8質量%以下であることが好適である。ニッケルの含有量が4質量%以上8質量%以下であるときには、窒化チタンの結晶粒子同士がより強固に結合されているため、破壊靱性をより向上させることができる。また、ニッケルの含有量が4質量%以上8質量%以下の範囲内であれば、ニッケルが呈する銀色が窒化チタンの呈する黄金色にほとんど影響することがないので、装飾部品用セラミックスの表面はより容易に所望の黄金色の光沢を有することができる。
また、主成分である窒化チタンと、さらに未安定化ジルコニアとニッケルとを含む本発明の装飾部品用セラミックスには、珪素,リン,イオウ,鉄,コバルト,ニオブ,モリブデン等の不可避不純物を含むことも可能である。それぞれの不純物元素は、装飾部品用セラミックスを構成する全成分100質量%に対して1質量%以下であることが好適である。
本発明の装飾部品用セラミックスは、上述のように窒化チタンの結晶に圧縮応力が付与されている。この圧縮応力が350MPa以上であることが好適である。圧縮応力が350MPa以上であるときには、窒化チタンの結晶粒子はより脱粒しにくくなるので、耐磨耗性がさらに向上した装飾部品用セラミックスとすることができる。
熱伝導率が20W/(m・K)以上であれば、より優れた放熱特性を有し、絶縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ(IGBT)素子等の使用時に発熱を伴う電子部品から発生した熱を速やかに外部に逃がし、これら電子部品の誤作動のおそれを少なくすることができる。従って、これら電子部品が搭載された、携帯端末機等の電子機器の一部に本発明の装飾部品用セラミックスを用いると好適である。
また、熱膨張係数が8.5×10―6/℃以上9.7×10―6/℃以下とすることが可能である。
次に、本発明の装飾部品用セラミックスの製造方法について説明する。
本発明の装飾部品用セラミックスを得るには、まず、主成分である窒化チタンの粉末と、安定化剤である酸化イットリウム,酸化マグネシウム,酸化カルシウム,酸化セリウム,酸化ネオジムおよび酸化ジスプロシウム等を実質的に含まない未安定化ジルコニアの粉末と、ニッケルの粉末とを所定量秤量し、混合して調合原料とする。
窒化チタンの結晶粒子同士の結合を強固にして破壊靱性を高くするためには、装飾部品用セラミックスを構成する全成分100質量%に対して、ニッケルの含有量を4質量%以上8質量%以下となるように秤量して混合するのが好ましい。
本発明の装飾部品用セラミックスの耐食性を向上させるために、装飾部品用セラミックスを構成する全成分100質量%に対して、クロムを炭化クロムに換算した値が5質量%以下となるように、クロムの粉末または炭化クロムの粉末を添加してもよい。
なお、成形体を窒素および不活性ガスから選択される少なくとも1種のガス雰囲気中または真空中で加熱して焼結する理由は、酸化性雰囲気中で加熱して焼結させると窒化チタンが酸化して酸化チタンとなり、この酸化チタンが本質的に備えている白色の色調の影響を受け、装飾部品用セラミックス全体の色調が白っぽくくすむからである。
また、窒化チタン質焼結体、すなわち本発明に係る装飾部品用セラミックスの熱伝導率を20W/(m・K)以上とするには、熱伝導率を低下させる効果のあるリチウム,ナトリウム,カリウム,鉄,カルシウム,マグネシウム,ストロンチウム,バリウム,マンガンおよび硼素の合計含有量を窒化チタンの粉末に対して0.3質量%以下にすればよい。
このように、焼成温度と、リチウム,ナトリウム,カリウム,鉄,カルシウム,マグネシウム,ストロンチウム,バリウム,マンガンおよび硼素の合計含有量とを制御することにより、本発明に係る装飾部品用セラミックスの熱伝導率を好ましい範囲である20W/(m・K)以上26W/(m・K)以下とすることができる。
さらに、これ以外にも算術平均高さRaが0.05μm以上0.23μm以下となるよう研磨できる他の研磨方法を用いてもよい。
図17は、本発明の装飾部品用セラミックスの耐磨耗性の評価に用いる耐磨耗性評価装置の概略構成図である。この耐磨耗性評価装置180は、ナイロン製の糸182と、所定位置で糸182に張力を与える複数のプーリー183と、プーリー183の1つであるプーリー183aに連結して糸182を矢印の向きに走行させるモーター(図示しない)と、糸182に泥水を付着させる水槽184とからなる。おもり185の質量分の荷重が与えられ、水槽184を通って泥水が付着した糸182が、所定位置に治具(図示しない)等により固定された円柱状の装飾部品用セラミックス181の外周面で摺動する構造となっている。ナイロン製の糸182の号数(直径を規定)は、例えば3号とすればよい。
本発明に係る装飾部品用セラミックスは、上述のように耐摩耗性に優れ、かつ、高級感,美的満足感および精神的安らぎを与えることができる黄金色の色調を有している。このため、釣糸案内用装飾部品、時計用装飾部品、携帯端末機用装飾部品
装身具用装飾部品、車両用品用装飾部品、スポーツ用品用装飾部品、楽器用装飾部品および生活用品用装飾部品等の各種の装飾部品に適用することができる。
このような本発明に係る装飾部品用セラミックスを用いた装飾部品も本願発明の技術的範囲に含まれる。以下に、このような装飾部品の詳細を例示する。
図1は、本発明の釣糸案内用装飾部品である釣糸用ガイドリングおよびこの釣糸用ガイドリングを備えた釣糸ガイドの一例を示しており、図1(a)は釣糸用ガイドリングの平面図であり、図1(b)は図1(a)の釣糸用ガイドリングを備えた釣糸ガイドの斜視図である。
また、釣糸用ガイドリング1の表面に、例えば、非晶質硬質炭素からなる膜等の透明な耐磨耗性に優れた膜を被覆して、耐磨耗性をさらに向上させてもよい。この場合、透明な膜を用いることで、本発明の装飾部品用セラミックスが有する所望の黄金色の色調を視認することが可能となる。
本発明の装飾部品用セラミックスからなる時計用装飾部品の例として、時計用ケースや時計用バンド駒がある。
図2は本発明の時計用装飾部品である時計用ケースの一例を示しており、図2(a)は時計用ケースを表側から見た斜視図であり、図2(b)は図2(a)の時計用ケースを裏側から見た斜視図である。図3は本発明の時計用装飾部品である時計用ケースの別の例を示す斜視図である。図4は本発明の時計用装飾部品である時計用バンドの構成の一例を示す模式図である。なお、これらの図において、同じ部位を示す場合は同じ符号を付してある。
図5は、本発明の携帯端末機用装飾部品を用いた携帯電話機の一例を示す斜視図であり、図6は、図5に示す例の携帯電話機の筐体が開いた状態を示す斜視図である。
図7は、本発明の生活用品用装飾部品の一例である石鹸ケースの構成を例示す模式図である。
図9は、本発明の車両用品用装飾部品を取り付けた車体の一例を示す斜視図である。
図11は、本発明のスポーツ用品用装飾部品を用いたゴルフクラブの一例を示す正面図である。
図13は、本発明の楽器用装飾部品を用いたギターの一例を示す斜視図である。
図13に示すギター140の主な構成は、本体141と、本体141から前方に延設されたネック142と、からなる。ネック142の先端部にはナット143が配設され、ナット143より前方には弦144の張力を調整することができるチューニングベグ145が、それぞれの弦144毎に設けられている。また、弦144を保持してナット143に対して動かないようにするためのクランプ機構146が、ナット143の近くに配設されている。
図14は、本発明の装身具用装飾部品を用いた人工歯冠の一例を示す模式断面図である。図14は、歯肉155の内部の顎骨152に埋め込まれた人工歯根(インプラント)153と、人工歯根153に固定された支台(アパットメント)154と、支台154に装着された人工歯冠151とを示している。
図15に示すイヤホンユニット160は、聴取者の耳殻内に挿入されて音波を発するスピーカ161と、その内部にスピーカ161を収容するケース162と、ケース162に当接するコード導出部163を介してスピーカ161に電気信号を供給するコード164と、を備えている。
図16に示すめがね170は、視力を矯正したり、紫外線から目を保護したりするための一対のレンズ171a,171bと、一対のレンズ171a,171bを連結するブリッジ172と、それぞれのレンズ171a,171bに連結される鎧173a,173bと、ヒンジを介して回動することができるように鎧173a,173bに連結されるテンプル174a,174bと、レンズ171a,171bにそれぞれノーズパッド連結部材を介して取り付けられるノーズパッド175と、を備えている。
(参考例1)
表1に示すような純度および平均粒径を有する、窒化チタン粉末と安定化剤を含まないジルコニア粉末とニッケル粉末とを用いて、装飾部品セラミックスが表2に示すような未安定化ジルコニアおよびニッケルの含有量となるように秤量し、混合して調合原料とした。
X線回折法により測定した単斜晶の(111)および(11−1)の反射ピーク強度,正方晶および立方晶の(111)の反射ピーク強度を用いて、上述した式(1)により全ジルコニアの含有量に対する未安定化ジルコニアの割合Xmを算出した。
そして、ICP発光分析法によりジルコニウム(Zr)元素の含有量を求め、これを酸化物(ジルコニア)に換算して、全ジルコニアの含有量を求めた。そして、得られた未安定化ジルコニアの割合Xmと全ジルコニア含有量とを用い、上述の式(2)により未安定化ジルコニアの含有量を求めた。
さらに、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、6000倍の倍率で観察して得られた画像を解析することにより、未安定化ジルコニアの結晶粒径の平均値および窒化チタンの結晶粒径の平均値を求め、未安定化ジルコニアの結晶粒径の平均値を窒化チタンの結晶粒径の平均値で除して、窒化チタンの結晶粒子の大きさに対する未安定化ジルコニアの結晶粒子の大きさの割合を求めた。
純度が99%,平均粒径が10μmの窒化チタン粉末と、純度が99.5%,平均粒径が1μmの安定化剤を実質的に含まないジルコニア粉末と、純度が99.5%,平均粒径が14μmのニッケル粉末とを用いて、焼結体における各成分の含有量が表3に示す未安定化ジルコニアおよびニッケルの含有量となるように秤量し、混合して調合原料とした。
その後、参考例1と同じ方法にて、未安定化ジルコニアおよびニッケルの含有量を求めた。さらに、JIS Z 8722−2000に準拠して、分光測色計(コニカミノルタホールディングス製CM−3700d)を用い、光源をCIE標準光源D65,視野角を10°,測定径を3×5mm,照明径を5×7mmに設定して、試料No.24〜29の装飾部品用セラミックスの表面の色調を測定した。
色調の測定結果およびアンケート調査の結果を表3に示す。
純度が99%,平均粒径が12μmの窒化チタン粉末と、純度が99.5%,平均粒径が1.5μmの安定化剤を実質的に含まないジルコニア粉末と、純度が99.5%,平均粒径が6.7μmのニッケル粉末とを用いて、焼結体における各成分の含有量が表4に示す未安定化ジルコニアおよびニッケルの含有量となるように秤量し、混合して調合原料とした。なお、試料No.30には、炭化クロムを添加した。
その後、参考例1と同じ方法で、未安定化ジルコニアおよびニッケルの含有量を求めた。クロムについてもICP発光分析法により含有量を求めた。次に、JIS Z 8722−2000に準拠して、分光測色計(コニカミノルタホールディングス製CM−3700d)を用い、光源にCIE標準光源D65を用い、視野角を10°,測定径を3×5mm,照明径を5×7mmに設定して、装飾部品用セラミックスの装飾面の色調を測定した。測定後、JIS B 7001−1995で規定する耐食試験のうち、人工汗半浸漬試験(23±2℃、24時間放置)を試料No.30,31に準用して耐食試験を行なった。耐食試験後に試料No.30,31の表面の色調を上記と同じ測定方法により測定した。結果を表4に示す。
まず、純度が99%,平均粒径が12μmの窒化チタン粉末と、純度が99.5%,平均粒径が1.5μmの安定化剤を実質的に含まないジルコニア粉末と、純度が99.5%,平均粒径が6.7μmのニッケル粉末と、純度が99%,平均粒径が7μmの炭化クロム粉末と、純度が99.9%,平均粒径が18.8μmの炭酸マンガン粉末とを用いて、焼結体における各成分の含有量が表5に示す未安定化ジルコニア,ニッケル,クロムおよびマンガンの含有量となるように秤量し、混合して調合原料とした。
また、炭化クロムも焼成中に分解して、炭素が焼失し、装飾部品用セラミックス中では、クロムとして存在した。
その後、参考例1と同様の方法にて、未安定化ジルコニアおよびニッケルの含有量を求めた。クロムおよびマンガンについてもICP発光分析法により含有量を求めた。また、表面の中央部1箇所および周辺部4箇所の計5箇所における色調を測定し、平均値および標準偏差を算出した。結果を表5に示す。
Claims (13)
- 窒化チタンを50質量%以上と、安定化剤を実質的に含まない未安定化ジルコニアを6質量%以上30質量%以下と、マンガンを0.2質量%以上0.4質量%以下と、ニッケルを4質量以上8質量%以下と、クロムを炭化クロム換算で5質量%以下(0質量%を含まず)と、不可避的不純物とからなり、前記未安定化ジルコニアの結晶粒子の大きさが前記窒化チタンの結晶粒子の大きさより小さいことを特徴とする装飾部品用セラミックス。
- 前記未安定化ジルコニアの結晶粒子の大きさが前記窒化チタンの結晶粒子の大きさの0.1倍以上0.5倍以下であることを特徴とする請求項1に記載の装飾部品用セラミックス。
- 前記窒化チタンの結晶粒子に350MPa以上の圧縮応力が付与されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の装飾部品用セラミックス。
- CIE1976L*a*b*空間における明度指数L*が60以上70以下、クロマティクネス指数a*が6.0以上8.2以下、クロマティクネス指数b*が16.5以上24.5以下である装飾面を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の装飾部品用セラミックス。
- 熱伝導率が20W/(m・K)以上26W/(m・K)以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の装飾部品用セラミックス。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装飾部品用セラミックスからなることを特徴とする釣糸案内用装飾部品。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装飾部品用セラミックスからなることを特徴とする時計用装飾部品。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装飾部品用セラミックスからなることを特徴とする携帯端末機用装飾部品。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装飾部品用セラミックスからなることを特徴とする生活用品用装飾部品。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装飾部品用セラミックスからなることを特徴とする車両用品用装飾部品。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装飾部品用セラミックスからなることを特徴とするスポーツ用品用装飾部品。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装飾部品用セラミックスからなることを特徴とする楽器用装飾部品。
- 請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の装飾部品用セラミックスからなることを特徴とする装身具用装飾部品。
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