特許 7558589 チタン材、チタン製の容器およびチタン材の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-20

(45)【発行日】2024-10-01

(54)【発明の名称】チタン材、チタン製の容器およびチタン材の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C23C 8/20 20060101AFI20240924BHJP

   A47J 41/02 20060101ALI20240924BHJP

   C22F 1/18 20060101ALI20240924BHJP

   C22F 1/00 20060101ALI20240924BHJP

【ＦＩ】

C23C8/20

A47J41/02 102D

C22F1/18 H

C22F1/00 671

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2023125440

(22)【出願日】2023-08-01

【審査請求日】2024-03-19

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】592084174

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＳ

(74)【代理人】

【識別番号】100091373

【弁理士】

【氏名又は名称】吉井 剛

(72)【発明者】

【氏名】澁木 明恵

(72)【発明者】

【氏名】本間 智之

【審査官】池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】特開昭６２－１３９８６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５８－１６１７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５０－０５１０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０９７１１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１９９０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００２／０５３７９２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】欧州特許出願公開第０１９８０６４０（ＥＰ，Ａ２）

【文献】特開２０１４－１２８４３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１２１９４４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ２３Ｃ ８／００－８／８０

Ａ４７Ｊ ４１／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

表面に炭化チタン層を有するチタン材であって、
前記炭化チタン層は、厚さが５μｍ以上１０μｍ以下で表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．９０μｍ以上１．７０μｍ以下であり、
前記炭化チタン層の表面を、光学顕微鏡で観察した際に確認される双晶を含む結晶粒中の当該双晶の向きが揃った領域の等価円直径の平均が５６３．７μｍ以上５７５．４μｍ以下であることを特徴とするチタン材。

【請求項2】

請求項１記載のチタン材を用いてなるチタン製の容器であって、外表面に前記炭化チタン層を有することを特徴とするチタン製の容器。

【請求項3】

請求項１記載の表面に炭化チタン層を有するチタン材の製造方法であって、
チタン材を、炭素存在雰囲気中で、チタンがα相からβ相に転移する第一の温度で真空加熱した後、前記第一の温度未満に冷却する第一の熱処理工程と、
前記第一の熱処理工程後、前記チタン材の表面を研磨する研磨工程と、
前記研磨工程後、前記チタン材を、蓋付容器に格納した状態若しくは炭素非存在雰囲気中で、チタンがα相からβ相に転移する第二の温度で真空加熱した後、前記第二の温度未満に冷却する第二の熱処理工程と、を含むことを特徴とするチタン材の製造方法。

【請求項4】

請求項３記載のチタン材の製造方法において、前記第一の熱処理工程および前記第二の熱処理工程における前記真空加熱は、１５分～４０分間行うことを特徴とするチタン材の製造方法。

【請求項5】

請求項３記載のチタン材の製造方法であって、前記チタン材は容体であり、前記熱処理工程は開口部を下にして該開口部を閉塞するように平坦面に載置して行うことを特徴とするチタン材の製造方法。

【請求項6】

請求項４記載のチタン材の製造方法であって、前記チタン材は容体であり、前記熱処理工程は開口部を下にして該開口部を閉塞するように平坦面に載置して行うことを特徴とするチタン材の製造方法。

【請求項7】

請求項１記載の表面に炭化チタン層を有するチタン材の製造方法であって、
チタン材を、炭素存在雰囲気中で、チタンがα相からβ相に転移する第一の温度で真空加熱した後、前記第一の温度未満に冷却する第一の熱処理工程と、
前記第一の熱処理工程後、前記チタン材の表面を研磨する研磨工程と、を含み、
前記チタン材は容体であり、前記熱処理工程は開口部を下にして該開口部を閉塞するように平坦面に載置して行うことを特徴とするチタン材の製造方法。

【請求項8】

請求項３～７いずれか１項に記載のチタン材の製造方法において、前記第一の熱処理工程後、前記研磨工程前に、前記第一の熱処理工程を一回若しくは複数回繰り返すことを特徴とするチタン材の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、チタン材、チタン製の容器およびチタン材の製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

本出願人は、例えば特許文献１に開示されるようなチタン製の真空断熱二重容器に関する特許出願を行っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特許第５２９７４３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明は、本発明者等が更なる研究開発を進めた結果、チタン材表面が、光沢が抑えられ指紋汚れが付着しにくく且つ灰色基調で上品な質感を呈する条件を見出し完成したもので、これまでにないチタン材、チタン製の容器およびチタン材の製造方法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】

【0005】

添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。

【0006】

表面に炭化チタン層を有するチタン材であって、
前記炭化チタン層は、厚さが５μｍ以上１０μｍ以下で表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．９０μｍ以上１．７０μｍ以下であり、
前記炭化チタン層の表面を、光学顕微鏡で観察した際に確認される双晶を含む結晶粒中の当該双晶の向きが揃った領域の等価円直径の平均が５６３．７μｍ以上５７５．４μｍ以下であることを特徴とするチタン材に係るものである。

【0007】

また、請求項１記載のチタン材を用いてなるチタン製の容器であって、外表面に前記炭化チタン層を有することを特徴とするチタン製の容器に係るものである。

【0008】

また、請求項１記載の表面に炭化チタン層を有するチタン材の製造方法であって、
チタン材を、炭素存在雰囲気中で、チタンがα相からβ相に転移する第一の温度で真空加熱した後、前記第一の温度未満に冷却する第一の熱処理工程と、
前記第一の熱処理工程後、前記チタン材の表面を研磨する研磨工程と、
前記研磨工程後、前記チタン材を、蓋付容器に格納した状態若しくは炭素非存在雰囲気中で、チタンがα相からβ相に転移する第二の温度で真空加熱した後、前記第二の温度未満に冷却する第二の熱処理工程と、を含むことを特徴とするチタン材の製造方法に係るものである。

【0009】

また、請求項３記載のチタン材の製造方法において、前記第一の熱処理工程および前記第二の熱処理工程における前記真空加熱は、１５分～４０分間行うことを特徴とするチタン材の製造方法に係るものである。

【0010】

また、請求項３記載のチタン材の製造方法であって、前記チタン材は容体であり、前記熱処理工程は開口部を下にして該開口部を閉塞するように平坦面に載置して行うことを特徴とするチタン材の製造方法に係るものである。

【0011】

また、請求項４記載のチタン材の製造方法であって、前記チタン材は容体であり、前記熱処理工程は開口部を下にして該開口部を閉塞するように平坦面に載置して行うことを特徴とするチタン材の製造方法に係るものである。

【0012】

また、請求項１記載の表面に炭化チタン層を有するチタン材の製造方法であって、
チタン材を、炭素存在雰囲気中で、チタンがα相からβ相に転移する第一の温度で真空加熱した後、前記第一の温度未満に冷却する第一の熱処理工程と、
前記第一の熱処理工程後、前記チタン材の表面を研磨する研磨工程と、を含み、
前記チタン材は容体であり、前記熱処理工程は開口部を下にして該開口部を閉塞するように平坦面に載置して行うことを特徴とするチタン材の製造方法に係るものである。

【0013】

また、請求項３～７いずれか１項に記載のチタン材の製造方法において、前記第一の熱処理工程後、前記研磨工程前に、前記第一の熱処理工程を一回若しくは複数回繰り返すことを特徴とするチタン材の製造方法に係るものである。

【発明の効果】

【0014】

本発明は上述のように構成したから、これまでにないチタン材、チタン製の容器およびチタン材の製造方法となる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本実施例の概略説明断面図である、

【図2】比較例と実験例との工程比較用の表である。

【図3】比較例と実験例の外観の比較写真である。

【図4】比較例と実験例のＸ線回折測定の結果である。

【図5】図４の破線部の拡大図である。

【図6】比較例と実験例のコロニーの一例を示す写真である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

好適と考える本発明の実施形態を、図面に基づいて本発明の作用を示して簡単に説明する。

【0017】

本発明に係るチタン材は、例えばチタン製の容器に用いることができ、この場合、例えば容器の外表面を、光沢が抑えられ指紋汚れが付着しにくく且つ灰色基調である上品な質感を呈するものとすることができる。

【0018】

すなわち、詳細は後述するが、炭化チタン層の厚さが５μｍ以上で算術平均粗さ（Ｒａ）が０．９０μｍ以上であり、双晶の向きが揃った領域の等価円直径の平均が５６３．７μｍ以上であると、光沢が抑えられ（マット感が付与され）、指紋汚れが付着しにくく、さらに灰色基調を呈する表面構造となることが確認できた。

【0019】

また、特許文献１に開示される製造方法は、再現性が低く品質が安定せず、歩留まりが悪いという問題点を有していたが、上記チタン材を再現性良く製造可能な製造方法を見出した。

【実施例】

【0020】

本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。

【0021】

本実施例は、外表面に炭化チタン層を有するチタン製の容器である。

【0022】

具体的には、本実施例は、図１に図示したように、飲料を収容するために用いる真空断熱二重容器（タンブラー）であり、有底筒状の外筒１と、外筒１内に配される有底筒状の内筒２とで構成されるものである。外筒１と内筒２の間の空間部は真空断熱空間部とされている。図中、符号３は封止用のロウ材（チタンロウ）、４は封止板である。

【0023】

二重容器（外筒１）の少なくとも外表面には炭化チタン層が設けられている。

【0024】

前記炭化チタン層は、厚さが５μｍ以上で表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．９０μｍ以上であり、前記炭化チタン層の表面を、光学顕微鏡で観察した際に確認される双晶を含む結晶粒中の当該双晶の向きが揃った領域（コロニー）の等価円直径の平均が５６３．７μｍ以上のものである。

【0025】

本実施例に係る二重容器は、工業用純チタン材（例えばJIS１種に属する化学組成を有するもの）を用いて作製された外筒１および内筒２に所定の加工を施すことで製造できる。具体的には、外筒１および内筒２の開口部側端部を溶接接合して一体化したものに対し、以下の工程Ａ～Ｅを順次に行うことで製造することができる。

【0026】

工程Ａ：加熱機能を有する真空炉内に二重容器を配置して真空封止処理を行う。

【0027】

具体的には、口元部が溶接接合された二重容器の開口部を下にして（開口部を閉塞するようにして）平坦面に載置し、外筒１底部に該底部の脱気口５の周囲にロウ材３を配しロウ材３上に封止板４を配した状態で、蓋付容器（ステンレス製）に格納し、真空炉内に配置する。特許文献１等に開示される公知方法と同様に、真空炉内を加熱するとともに減圧し、外筒１と内筒２との間の空間部を脱気しロウ材３を溶融せしめることで、ロウ材３と封止板４により空間部を真空状態のまま封止し、真空断熱空間部を形成する。その後、冷却処理を行う。

【0028】

なお、処理時の真空炉内の真空度は１０^－３Torr～１０^－４Torr程度、加熱温度はチタンがα相からβ相に転移する温度（８８０℃程度）より高い温度（本実施例では１０５０℃程度）、加熱時間は１５分～４０分程度とする。冷却は、加熱を停止して自然冷却により７００℃よりも低い温度に下がってから窒素ガスを炉内に導入して常圧に戻すとともに常温まで冷却することで行う。

【0029】

チタンがα相からβ相に転移する温度以上で加熱され、当該温度未満に冷却されることで容器表面にあたかも陶器のような凹凸が形成され、独特な外観を呈するものとなる。また、窒素ガスにより二重容器全体が窒化される。また、真空封止処理時に蓋付容器に格納するのは、窒素ガスによるロウ材の劣化を防止するためである。したがって、ロウ材を劣化させないガスを用いる場合には蓋付容器に格納せずに処理しても良い。

【0030】

工程Ｂ：炭化チタン層形成のための真空加熱処理を行う。

【0031】

この真空加熱処理は二重容器を蓋付容器に格納せず、炭素が存在する炉内雰囲気に暴露させた状態で行う（工程Ａと同様に開口部を下にして開口部を閉塞するように平坦面に載置して行う。）。

【0032】

例えば、真空炉内に炭素粉末を配したり、炭素ガスを若干量導入したりするなどの適宜な手段を用い、加熱中の炉内雰囲気を炭素存在雰囲気とし、真空炉内を加熱するとともに減圧した後、冷却する。真空度、加熱温度、加熱時間は工程Ａと同様であり、冷却も工程Ａと同様に行う。

【0033】

当該真空加熱処理により、チタンがα相（ｈｃｐ構造）→β相（ｂｃｃ構造）→α相（ｈｃｐ構造）と転移するが、この際、密なｈｃｐ構造から疎なｂｃｃ構造となった際に雰囲気中の炭素原子がｂｃｃ構造内の空隙に入り込み、再びｈｃｐ構造に戻る際に入り込んだ炭素原子が押し出され、押し出された炭素原子が表面（炭素存在雰囲気に暴露される外筒１の外表面）に蓄積することで炭化チタン層が形成される。

【0034】

工程Ｃ：工程Ｂと同様の真空加熱処理を必要に応じて一回若しくは複数回行う（本実施例では一回）。

【0035】

工程Ｄ：二重容器外表面に研磨処理を行う。

【0036】

具体的には、研磨材を用いレース機により外表面を研磨する。

【0037】

研磨処理を行うことにより、表面に凹凸が形成された独特な風合いのチタン製容器を再現性良く（歩留まり良く）製造できる（特許文献１の製造方法には研磨工程がなく、この点で本実施例と相違する。）。

【0038】

工程Ｅ：二重容器を蓋付容器に格納した状態で真空加熱処理を行う（工程Ａ等と同様に開口部を下にして開口部を閉塞するように平坦面に載置して行う。）。蓋付容器に格納するのは炭素が可及的に存在しない雰囲気下で真空加熱処理を行うためであり、炉内を炭素非存在雰囲気とすることができる場合には、二重容器を蓋付容器に格納せずに処理を行っても良い。

【0039】

当該真空加熱処理により内部で双晶の成長がさらに促進され（工程ＢおよびＣでも双晶は成長する）、成長した双晶が表面に到達する際に表面がより荒らされることで、０．９０μｍ以上の算術平均粗さ（Ｒａ）を有し、かつ、コロニーの等価円直径の平均が５６３．７μｍ以上となる構成とすることが可能となる。真空度、加熱温度、加熱時間、冷却に関しては工程Ａ等と同様である。なお、本実施例では工程ＢおよびＣと工程Ｅの加熱温度は同じ温度にしているが、異なる温度としても良い。同様に、加熱時間についても、工程ＢおよびＣと工程Ｅとは異なる時間としても良い。

【0040】

以上の工程Ａ～Ｅにより、上述の構成のチタン製の真空断熱二重容器を作製することができる。なお、本実施例においてはチタン製の容器について説明しているが、容器に限らず板材の主面（最も広い面）に炭化チタン層を設ける場合など、他のチタン製品についても同様に本発明を適用できる。

【0041】

また、少なくとも工程Ａ、ＢおよびＤがあれば再現性良く独特な風合いのチタン製容器を製造することが可能であるが、工程Ａ、ＢおよびＤに加え、炭化チタン層形成のための工程を複数回行い（工程Ｃを行い）、かつ、双晶の成長を促進させるための工程Ｅを行うことで、より手触りが良くマット感があり、灰色基調の外観を実現できることを確認した。

【0042】

具体的には、図２に示すように、上記工程Ａ，ＢおよびＤを順次行って（工程ＣおよびＥを含まないで）作製した比較例と、上記工程Ａ～Ｅを順次行って作製した実験例とを比較した。

【0043】

図３に比較例と実験例の外観写真を示す。実験例は比較例より光沢が抑えられ、黒色ではなく灰色基調であることを確認できる。また、指紋が比較例よりも付着しにくい（目立たない）ことを確認している。

【0044】

図４、５に比較例と実験例のＸ線回折測定の結果を示す。これより、表面（外筒１の外表面）に炭化チタン層が形成されていることと、［10-12］面に対応するピークが左にシフトしていることから（図５参照）、［10-12］面に双晶が生じていることが確認できる。なお、比較例の炭化チタン層の厚さは５μｍ程度、実験例の炭化チタン層の厚さは１０μｍ程度である。表面の炭化チタン層の厚さにより色相が、双晶の成長度合いにより表面粗さが変化するが、実験例では、工程Ｃにより炭化チタン層がより厚くなり、工程Ｅにより双晶がより成長することで、色相およびマット感、手触り等がより好ましいものになったものと考えられる。

【0045】

また、比較例と実験例のコロニーの大きさの測定結果を表１に、表面粗さ（算術平均粗さ（Ｒａ））の測定結果を表２に示す。３ｍｍ×７ｍｍのサンプルを用い、コロニーは、光学顕微鏡で確認可能なものの面積を夫々画像処理ソフトで算出して等価円直径（ある領域を、面積が同じ真円に置き換えたときの直径）に換算し、平均値等を算出した。光学顕微鏡で観察したコロニーの例を図６に示す（図６において比較例と実験例の倍率は同じである）。また、表面粗さは、ＡＣＣＲＥＴＥＣＨ（東京精密）社製の表面粗さ測定機（ＳＵＲＦＣＯＭ １５００ＤＸ ３ＤＦ）にて、ＪＩＳ Ｂ０６３３（２００１年）に準拠して測定した。測定条件は、測定長さ：４．０ｍｍ、基準長さ（カットオフ値）：０．８ｍｍ、測定倍率：２０００倍、探針半径：２μｍ、測定速度：０．３ｍｍ／ｓ、カットオフ種別：ガウシアン、傾斜補正：最小二乗直線補正とした。なお、表中の「圧延材」は、筒状に加工する前の工業用純チタンの圧延材（板材）の等価円直径および表面粗さを示す。

【0046】

【表1】

【0047】

【表2】

【0048】

以上の比較から、比較例と実験例はいずれも圧延材に比べ等価円直径およびＲａが増大しており、また、実験例は比較例に比べ等価円直径（平均直径）およびＲａがいずれも大きくなっていることを確認できる。比較例のコロニーの平均直径（５６３．７μｍ）とＲａ（０．９０μｍ）でも好ましい外観となるが、比較例の数値を超える場合には（例えば実験例のコロニーの平均直径５７５．４μｍ、Ｒａ１．７０μｍでは）、一層良好な外観を呈すると考えられ、実験例の数値を得るためには工程ＣおよびＥが必要となると考えられる。

【0049】

本実施例は上述のように構成したから、光沢が抑えられ指紋汚れが付着しにくく且つ灰色基調である上品な質感を呈する、これまでにないチタン製の容器となる。

【要約】

【課題】これまでにないチタン材、チタン製の容器およびチタン材の製造方法を提供する。
【解決手段】表面に炭化チタン層を有するチタン材であって、前記炭化チタン層は、厚さが５μｍ以上で表面の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．９０μｍ以上であり、前記炭化チタン層の表面を、光学顕微鏡で観察した際に確認される双晶を含む結晶粒中の当該双晶の向きが揃った領域の等価円直径の平均が５６３．７μｍ以上である。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】