JP2007004023A - 金属ミラーおよびそれを用いたケーシング部材 - Google Patents

Abstract

【課題】表面硬度を向上させて疵付きに対する耐性を著しく向上させ、しかも金属組織的な像歪みを著しく軽減した金属ミラーを提供する。
【解決手段】金属ミラ−２０において母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度の高い炭素固溶硬化層２１を形成した。これにより、上記炭素固溶硬化層２１は、高硬度で高い耐蝕性を維持でき、従来のマルテンサイト変態や加工硬化させたステンレス材に比べて格子状態が均一かつ安定で、表層部の結晶歪による反射解像度の悪化が極めて少ないことから、金属ミラーとして優れている。
【選択図】図２

Description

本発明は、高い光沢鏡面度と、像鮮映性を兼ね備えた金属ミラーおよびそれを用いたケーシング部材に関するものである。

金属性のミラーは、ミラーとして主流であるガラス製のものと異なり、打撲衝撃による割れを起さないという特性を持ち、道路標識用等に一部使用されてきている。金属ミラーの母材として使用されるステンレス材は、装飾意匠性も優れているので、家庭用・婦人手鏡用・車両用等の多岐の分野で潜在需要が期待されている。

ステンレスの場合、ガラスと同様の解像能を得ようとすれば、高度の鏡面に仕上げるのが第１条件となり、当然のことながら高度の耐食性も要求される。このため、金属ミラーに使用するステンレス材料としては、焼鈍組織に近い軟質のＳＵＳ３０４材の使用が主流であり、フェライト＋マルテンサイトの２相系の組織のステンレス材も一部使用されている。

ここで、金属ミラーに関する先行技術として出願人が把握しているものとして下記の特許文献１を提示する。
特開平１１−２４８９１１号

ところが、ステンレス材の表面光沢・鏡面度をガラス並に仕上げて金属ミラーとするためには、ステンレスの金属組織的に厳しい制約が存在する。すなわち、金属ミラーでは、表面にわずかの変形が存在しても像に歪みが生じることから、金属組織内に不安定なミクロの格子歪が存在する材料では、表層部の結晶歪により光の反射が乱され、反射解像度が悪化し、ミラーとして使用できなくなってしまう。このため、マルテンサイト変態による硬化をさせたステンレス材や、加工硬化させたステンレス材では、上述した不安定な格子のランダムな歪による像歪みが生じやすく、金属ミラーには適さない。特に、マルテンサイト相や加工硬化相は、経時的な安定性が低いため、道路標識や建材等のように屋外で長期間晒される環境では、徐々に結晶状態に変化がおきて、最初はきれいな反射解像度が得られていても、徐々にそれが低下しやすいという問題がある。

したがって、従来の金属ミラーは、像歪みを抑えるために柔らかい材料を用いており、そのため表面に疵がつきやすく、剛性不足でわずかの打撲で変形してしまうという問題があった。また、上述したフェライト＋マルテンサイトの２相系の材料でも、いくらか剛性はあるものの、ガラスに比べると充分でないうえ、組織的な問題から像歪みが生じやすいという問題を有する。

また、最近では、携帯電話や携帯用音楽再生装置等、軽量で装飾性を求められる携帯機器が多く存在する。これらのケーシング部材としては、主として樹脂が用いられているが、樹脂に対して鏡面の装飾を施すことはできない。鏡面に近い装飾としてクロムめっき等もあるが、母材として一般鋼材を使用してクロムめっきをしたのでは、ケーシングの重量が嵩み、携帯用機器のケーシングとして適当でない。また、近年は環境問題からノンクロム製品へのシフトが叫ばれている状況であり、クロムめっきのケーシングはその時流に逆行し、環境的に好ましいものではない。このように、携帯機器のケーシング部材として、軽量で鏡面の装飾ができ、しかも環境負荷の少ないものの開発が待たれていた。

本発明は、このような事情に鑑みなされたもので、表面硬度を向上させて疵付きに対する耐性を著しく向上させ、しかも金属組織的な像歪みを著しく軽減した金属ミラーおよびそれを用いたケーシング部材を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の金属ミラーは、母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度の高い炭素固溶硬化層が形成されていることを要旨とする。

また、本発明のケーシング部材は、母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度が高い炭素固溶硬化層が形成された金属ミラー材を使用したことを要旨とする。

本発明の金属ミラーは、母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度の高い炭素固溶硬化層が形成されている。上記炭素固溶硬化層は、母材であるステンレスの結晶格子中に炭素原子が固溶した状態であることから、炭素が過飽和に溶解して、格子サイズが拡張、この時形成される圧縮残留応力に拮抗する形で硬度増大が惹起されている。これはＸ線回析で確認することができる。このような炭素固溶硬化層は、母材に固溶するクロム量を減少させることもなく、母材であるオーステナイト系ステンレス鋼と同程度の耐蝕性を維持できる。また、表面粗度もほとんど悪化せず、膨れによる寸法変化や磁性も生じないため、精度よく表面改質をすることができ、金属ミラーとして優れている。さらに、上記炭素固溶硬化層は、従来のマルテンサイト変態や加工硬化させたステンレス材に比べて格子状態が均一かつ安定で、表層部の結晶歪による反射解像度の悪化が極めて少ない。特に、マルテンサイト相や加工硬化相に比べて経時的な結晶安定性が高いため、道路標識や建材等のように屋外で長期間晒される環境であっても、反射解像度が低下することがない。

本発明において、上記炭素固溶硬化層にはクロム炭化物が実質的に析出していない場合には、母材であるオーステナイト系ステンレス鋼と同程度の耐蝕性を維持でき、特に、道路標識や建材等のように屋外で長期間晒される環境であっても、反射解像度が低下することがない。

本発明において、上記炭素固溶硬化層の硬度がＨｖ４５０以上である場合には、従来のフェライト−マルテンサイト系の金属ミラーでは、せいぜい表面硬度はＨｖ４００程度が限度であり、依然として疵付きが多かったが、本発明の金属ミラーは、道路標識や建材等のように屋外で長期間晒されたり、エレベーターホール等のように人の多い環境で使用されたとしても、ほとんどの疵付きは防止される。また、携帯機器用のケーシング部材として用いたとしても、ほとんどの疵付きが防止でき、長期間にわたってきれいな鏡面装飾を維持することができる。

本発明において、炭素固溶硬化層以外の母材部分の硬度がＨｖ２００以下である場合には、表面に炭素固溶硬化層を形成した後でも、所望の形状に変形・加工して用いることができ、例えばカーブミラーの凸面鏡や、ケーシング部材に用いる場合に好都合である。

本発明のケーシング部材は、母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度が高い炭素固溶硬化層が形成された金属ミラー材を使用している。上記炭素固溶硬化層は、母材であるステンレスの結晶格子中に炭素原子が固溶した状態であることから、炭素濃度が高くなって格子サイズが増大し、硬度および強度が向上する。このような炭素固溶硬化層は、母材に固溶するクロム量を減少させることもなく、母材であるオーステナイト系ステンレス鋼と同程度の耐蝕性を維持できる。また、表面粗度もほとんど悪化せず、膨れによる寸法変化や磁性も生じないため、表面精度よく表面改質をすることができ、金属ミラーとして優れている。さらに、上記炭素固溶硬化層は、従来のマルテンサイト変態や加工硬化させたステンレス材に比べて格子状態が均一かつ安定で、表層部の結晶歪による反射解像度の悪化が極めて少ない。特に、マルテンサイト相や加工硬化相に比べて経時的な結晶安定性が高いため、反射解像度が低下することがない。しかも、ステンレスを母材として高い表面硬度が得られることから、従来のクロムめっき鋼材に比べて大幅に軽量化することが可能で、携帯機器用のケーシング部材として最適である。そして、従来は不可能であった鏡面装飾を施した軽量のケーシング部材を提供することができるのである。しかも、ノンクロムという観点から環境負荷も軽減される。

また、携帯機器用のケーシング部材として用いたとしても、ほとんどの疵付きが防止でき、長期間にわたってきれいな鏡面装飾を維持することができる。
さらに、表面に炭素固溶硬化層を形成した後でも、所望の形状に変形・加工して用いることができ、ケーシング部材に用いる場合に好都合である。

つぎに、本発明を実施するための最良の形態を詳しく説明する。

本発明の金属ミラーは、母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度の高い炭素固溶硬化層が形成されている。

まず、金属ミラーの母材であるオーステナイト系ステンレス鋼について説明する。

上記オーステナイト系ステンレス鋼は、例えば鉄分を５０重量％以上含有し、クロム分を１２重量％以上含有するとともにニッケルを含有するオーステナイト系ステンレス鋼があげられる。具体的には、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０３Ｓ等の１８−８系ステンレス鋼材や、クロムを２５重量％、ニッケルを２０重量％含有するオーステナイト系ステンレス鋼であるＳＵＳ３１０Ｓや３０９、さらに、クロム含有量が２３重量％、モリブデンを２重量％含むオーステナイト−フェライト２相系ステンレス鋼材等があげられる。

また、ニッケルを１９〜２２重量％、クロムを２０〜２７重量％、炭素を０．２５〜０．４５重量％含むＳＣＨ２１やＳＣＨ２２等の耐熱鋼鋳鋼も本発明のオーステナイト系ステンレス鋼として好適に用いられる。さらに、クロムを２０〜２２重量％、ニッケルを３．２５〜４．５重量％、マンガンを８〜１０重量％、炭素を０．４８〜０．５８重量％含むＳＵＨ３５や、クロムを１３．５〜１６重量％、ニッケルを２４〜２７重量％、モリブデンを１〜１．５重量％含むＳＵＨ６６０等の耐熱鋼も本発明のオーステナイト系ステンレス鋼として好適に用いることができる。

このように、ニッケルおよびクロムを含む低炭素のオーステナイト系ステンレス鋼を使用することにより、耐蝕性に優れてしかもクロム化合物の析出がなく、非磁性を保ったオーステナイト系ステンレス鋼の表層部に炭素固溶硬化層を形成し、耐摩耗性や耐蝕性に優れ、非磁性の金属ミラーを得ることができるのである。

上記オーステナイト系ステンレス鋼を、圧延加工で所定厚さの板材に形成して金属ミラーの素材を形成する。

上記オーステナイト系ステンレス鋼からなる金属ミラーの素材に対し、例えば、つぎのようにして、上記炭素固溶硬化層を形成する。

すなわち、オーステナイト系ステンレス鋼からなる金属ミラー素材を、フッ素系ガス雰囲気下で加熱保持してフッ化処理を行い、上記フッ化処理と同時期および／またはその後に、上記金属ミラー素材に対して浸炭処理を行って、当該金属ミラー素材の表層部に、クロム炭化物が実質的に析出していない炭素固溶硬化層を形成する。

上記フッ化処理について説明する。

上記フッ化処理に用いられるフッ素系ガスとしては、ＮＦ_３，ＢＦ_３，ＣＦ_４，ＨＦ，ＳＦ_６，Ｃ_２Ｆ_６，ＷＦ_６，ＣＨＦ_３，ＳｉＦ_４，ＣｌＦ_３等からなるフッ素化合物ガスがあげられる。これらは、単独でもしくは２種以上併せて使用される。

また、これらのガス以外にも、分子内にフッ素（Ｆ）を含むフッ素系ガスも本発明のフッ素系ガスとして用いることができる。また、このようなフッ素化合物ガスを熱分解装置で熱分解させて生成させたＦ_２ガスや、あらかじめ作られたＦ_２ガスも上記フッ素系ガスとして用いることができる。このようなフッ素化合物ガスとＦ_２ガスとは、場合によって混合使用することができる。

これらのなかでも、本発明に用いるフッ素系ガスとして最も実用性を備えているのはＮＦ_３である。上記ＮＦ_３は、常温においてガス状を呈し、化学的安定性が高く、取扱いが容易だからである。このようなＮＦ_３ガスは、通常、後述するように、Ｎ_２ガスと組み合わせて、所定の濃度範囲内で希釈して用いられる。

上記に例示された各種のフッ素系ガスは、それのみで用いることもできるが、通常はＮ_２ガス等の不活性ガスで希釈されて使用される。このような希釈されたガスにおけるフッ素系ガス自身の濃度は、例えば、容量基準で１００００〜１０００００ｐｐｍであり、好ましくは２００００〜７００００ｐｐｍ、より好ましくは、３００００〜５００００ｐｐｍである。

上記フッ素系ガスを雰囲気ガスとして用いたフッ化処理は、後述するようなマッフル炉等の雰囲気加熱炉を使用し、炉内に未処理のオーステナイト系ステンレス鋼を装入し、上記濃度のフッ素系ガス雰囲気下において加熱状態で保持することにより行われる。

このときの、加熱保持は、オーステナイト系ステンレス鋼自体を、例えば、１８０〜６００℃、好適には２００〜４５０℃の温度に保持することによって行われる。上記フッ素系ガス雰囲気中での上記オーステナイト系ステンレス鋼の保持時間は、通常は、１０数分〜数時間に設定される。オーステナイト系ステンレス鋼をこのようなフッ素系ガス雰囲気下で加熱処理することにより、オーステナイト系ステンレス鋼の表面に形成されたＣｒ_２Ｏ_３を含む不働態皮膜が、フッ化膜に変化する。上記不働態被膜は従来浸炭不可能とされてきたが、フッ化処理を行うことにより、上記不働態被膜がフッ化膜に変化する。このフッ化膜は、不働態皮膜に比べ、浸炭に用いる炭素原子の浸透を容易にし、オーステナイト系ステンレス鋼の表面は、上記フッ化処理によって炭素原子の浸透の容易な表面状態になるものと考えられる。

つぎに、上記フッ化処理と同時期および／またはその後に、上記オーステナイト系ステンレス鋼に対して浸炭処理を行う。

浸炭処理は上記オーステナイト系ステンレス鋼自体を６８０℃以下の浸炭処理温度に加熱し、ＣＯ＋Ｈ_２からなる浸炭用ガス、または、ＲＸガス〔ＣＯ２３容量％，ＣＯ_２１容量％，Ｈ_２３１容量％，Ｈ_２Ｏ１容量％，残部Ｎ_２〕＋ＣＯ_２からなる浸炭用ガス等を用い、炉内を浸炭用ガス雰囲気にして行われる。この浸炭用ガス雰囲気に、必要に応じてプロパンガス等の炭素源ガスをエンリッチすることもできる。例えば、ＣＯ＋Ｈ_２生成方法では、ＬＰガス変成だけでなく、メタノール、イソプロパノール、などの液状炭化水素もＨ_２濃度が高いため、浸炭ガス変成材として有用である。

このように、本発明では、浸炭処理を従来公知の浸炭処理に比べて極めて低い温度領域で行うのである。この場合、上記ＣＯ＋Ｈ_２の比率は、ＣＯ２〜５０容量％、Ｈ_２３０〜９０容量％が好ましく、ＲＸ＋ＣＯ_２は、ＲＸが８０〜９０容量％、ＣＯ_２が０〜７容量％の割合が好ましい。また、浸炭に用いるガスは、ＣＯ＋ＣＯ_２＋Ｈ_２も用いられる。この場合、それぞれの比率は、ＣＯ５〜５５容量％、ＣＯ_２０〜３容量％、Ｈ_２５０〜９５容量％の割合が好適である。

上記浸炭処理の際の加熱温度すなわち浸炭処理温度としては、６８０℃以下すなわち４００〜６８０℃の温度が好適である。浸炭処理温度が６８０℃を超えると、オーステナイト系ステンレス鋼の母材自体の軟化が生じたり、浸炭された炭素原子が母材に固溶したクロムと結合してクロム炭化物を生じたりし、母材自体に含まれるクロム量を減少させて表層部の耐蝕性が大幅に低下するうえ、浸炭層に侵入固溶した状態で存在する炭素量が減少し、母材の強度や耐蝕性が低下するとともに、磁性を帯びることとなるからである。

同様の理由により、上記浸炭処理温度としてより好適なのは４００〜６００℃の温度範囲であり、さらに好適なのは４００〜５５０℃、もっと好適なのは４５０〜５００℃の温度範囲である。本発明においては、上記フッ化処理を行うことにより、このような極めて低温における浸炭処理が可能となり、浸炭処理中にクロム炭化物粒子をほとんど生成させずに母材中に炭素を侵入固溶させ、格子サイズを増大させて表層部に炭素固溶硬化層を形成するのである。

このように処理することにより、オーステナイト系ステンレス鋼の表層部に炭素が拡散浸透した炭素固溶硬化層が深く均一に形成される。この炭素拡散層は、基相であるオーステナイト相中に、多量のＣ原子が侵入固溶して格子拡張を起こした状態となっており、母材に比べて著しく硬度の向上を実現している。しかも、上記炭素原子は、母材中のクロムとＣｒ_７Ｃ_３やＣｒ_２３Ｃ_６等の炭化物をほとんど形成することなく結晶格子中に侵入固溶していることから、上記炭素固溶硬化層中にはクロム炭化物粒子が実質的に存在せず、母材に固溶するクロム量を減少させることもないことから、母材と同程度の耐蝕性を維持できる。

また、上記のようにして浸炭処理を行ったオーステナイト系ステンレス鋼は、表面粗度もほとんど悪化せず、膨れによる寸法変化や磁性も生じない。したがって、面粗度低下や寸法変化も少なく、比較的精度よく表面改質をすることができる。また、オーステナイト系ステンレス鋼の中でも、ニッケルを多量に含む安定型オーステナイト系ステンレス鋼や、モリブデンを含有する安定型オーステナイト系ステンレス鋼では、炭素拡散層の耐蝕性がより良好である。

上記のようなフッ化処理および浸炭処理は、例えば、図１に示すような金属製のマッフル炉１で行うことができる。すなわち、このマッフル炉１内において、まずフッ化処理をし、このフッ化処理と同時期もしくはその後に浸炭処理を行う。

また、フッ化処理終了後も浸炭処理が継続していることが好ましい。このようにすることにより、フッ化処理により表面が活性化した金属ミラー素材に対して、純粋な浸炭雰囲気でより多くの炭素原子を拡散浸透させることができ、表面強度を高くしたり硬化深さを大きくしたりする際に有利で、表面硬度の向上に対して有効だからである。また、上記浸炭処理をフッ化処理の終了を待たずに開始することにより、フッ化による表面の活性化を行ないながら炭素の拡散浸透を行なうことができ、表面強度を高くしたり硬化深さを大きくしたりする際に有利となる。また、上記浸炭処理は、フッ化処理が終了してから開始することもできるし、フッ化処理の開始と同時に浸炭処理を開始してもよいし、フッ化処理の開始後浸炭処理の終了を待たずに浸炭処理を開始してもよい趣旨である。

図１において、１はマッフル炉であり、外殻２と、内部が処理室に形成された内容器４と、上記内容器４と外殻２の間に設けられたヒータ３とを備えている。上記内容器４内には、ガス導入管５および排気管６が連通している。上記ガス導入管５には、浸炭ガスであるＨ_２，ＣＯが充填されたボンベ１５、およびフッ化処理ガスであるＮ_２＋ＮＦ_３，ＣＯ_２が充填されたボンベ１６が連通している。１７は流量計、１８はバルブである。

また、上記排気管６には、排ガス処理装置１４および真空ポンプ１３が接続されている。これにより、内容器４内の処理室内に処理ガスを導入して排出するようになっている。上記処理室内には処理ガスを攪拌するモーター７付きのファン８が設けられている。１１はワークであるオーステナイト系ステンレス鋼からなる金属ミラー素材１０が装入されるかごである。

このマッフル炉１内に、例えば、金属ミラー素材１０を入れ、ボンベ１６を流路に接続しＮＦ_３等のフッ素系ガスをマッフル炉１内に導入して加熱しながらフッ化処理をし、ついで排気管６からそのガスを真空ポンプ１３の作用で引き出し、排ガス処理装置１４内で無毒化して外部に放出する。ついで、ボンベ１５を流路に接続しマッフル炉１内に先に述べた浸炭用ガスを導入して浸炭処理を行い、その後、排気管６、排ガス処理装置１４を経由してガスを外部に排出する。この一連の作業によりフッ化処理と浸炭処理が行われる。

上記のようにしてフッ化処理と浸炭処理を行うことにより、オーステナイト系ステンレス鋼の表層部に、炭素固溶硬化層が形成される。

上記フッ化処理および浸炭処理によって形成される炭素固溶硬化層の硬度はＨｖ４５０以上、さらにはＨｖ５５０以上に設定するのが好適であり、Ｈｖ６５０以上であればより好適であり、Ｈｖ７００以上、さらにはＨｖ８００以上やＨｖ９００以上であれば一層好適である。

このように、上記炭素固溶硬化層の硬度がＨｖ４５０以上とすることにより、従来のフェライト−マルテンサイト系の金属ミラーでは、せいぜい表面硬度はＨｖ４００程度が限度であり、依然として疵付きが多かったが、本発明の金属ミラーは、道路標識や建材等のように屋外で長期間晒されたり、エレベーターホール等のように人の多い環境で使用されたとしても、ほとんどの疵付きは防止される。また、携帯機器用のケーシング部材として用いたとしても、ほとんどの疵付きが防止でき、長期間にわたってきれいな鏡面装飾を維持することができる。

また、炭素固溶硬化層以外の母材部分の硬度は、Ｈｖ２００以下とするのが好ましい。このように、母材部分の硬度をＨｖ２００以下とすることにより、表面に炭素固溶硬化層を形成した後でも、所望の形状に変形・加工して用いることができ、例えばカーブミラーの凸面鏡や、ケーシング部材に用いる場合に好都合である。

このようにすることにより、浸炭処理によって形成される炭素固溶硬化層の、特に表面近傍の炭素濃度が十分に高くなり、格子拡張によって十分に強度が向上して優れた表面硬度が付与される。また、浸炭処理あがりの中間製品を抜き取り検査することにより、製品の表面硬度を計測できるため、中間製品の品質特性の基準をつくり、それに満たないものについては再度フッ化処理と浸炭処理を行うことができ、最終製品の不良率を減少して歩留まりを向上させることができる。特に、上記炭素固溶硬化層の硬度として、母材の表面から測定したマイクロビッカース硬度やヌープ硬度を基準とすることにより、非破壊で製品の検査をできて歩留まり低下を減少できる。

フッ化処理および浸炭処理により炭素固溶硬化層を形成した金属ミラー素材の表面を鏡面研磨することが行われる。

ここで、研磨方法について説明する。フッ化処理と浸炭処理を施す前の状態で、あらかじめ、エメリー研磨等により粗研磨を行い、さらに＃６００〜１０００程度に面粗度をあげた上級研磨を行う。そして、粗研磨および上級研磨後の、金属ミラー素材に対してフッ化処理と浸炭処理を行い、炭素固溶硬化層を形成し、その後、バフ研磨や化学研磨による仕上げ鏡面研磨を行う。このように、柔らかい状態で粗研磨と上級研磨を行い、表面硬化させてから仕上げ鏡面研磨を行うことにより、研磨効率が向上する。

このようにして製造された金属ミラーは、上記炭素固溶硬化層は、母材であるステンレスの結晶格子中に炭素原子が固溶した状態であることから、炭素濃度が高くなって格子定数が増大し、硬度および強度が向上する。このような炭素固溶硬化層は、母材に固溶するクロム量を減少させることもなく、母材であるオーステナイト系ステンレス鋼と同程度の耐蝕性を維持できる。また、表面粗度もほとんど悪化せず、膨れによる寸法変化や磁性も生じないため、表面精度よく表面改質をすることができ、金属ミラーとして優れている。さらに、上記炭素固溶硬化層は、従来のマルテンサイト変態や加工硬化させたステンレス材に比べて格子状態が均一かつ安定で、表層部の結晶歪による反射解像度の悪化が極めて少ない。特に、マルテンサイト相や加工硬化相に比べて経時的な結晶安定性が高いため、道路標識や建材等のように屋外で長期間晒される環境であっても、反射解像度が低下することがない。

本発明の金属ミラーでは、上記金属ミラー素材に対し、あらかじめ所定の冷間加工を施した後、フッ化処理および浸炭処理を行なったり、フッ化処理および浸炭処理を施した後の金属ミラー素材に対し、所定の加工率で冷間加工を施すようにすることもできる。このようにすることにより、浸炭処理による表層部近傍の強化に所定の加工率による冷間加工で芯部の加工硬化を生じさせ、剛性をより向上させ、打撲衝撃に対する耐性を向上させることができる。

さらに、本発明の金属ミラーでは、上記金属ミラー素材にあらかじめ溶体化処理を施したのち、フッ化処理および浸炭処理を行なうようにすることもできる。このようにすることにより、溶体化処理によって完全に非磁性となった金属ミラー素材に対して浸炭を行い、冷間加工を施すことなく表面硬度を付与することができる。したがって、炭素固溶硬化層以外の母材部分の硬度をＨｖ２００以下に調整しやすくなる。

また、上記溶体化処理により、母材の内部歪みが除去されることから、その後の浸炭処理等における熱変形等も軽減され、表面粗度の悪化が少なく、鏡面仕上げの工程も少なくてすむ。

上記溶体化処理の条件としては、母材とするオーステナイト系ステンレス鋼の種類によって適当な条件を用いることができるが、１０００℃以上の温度で１０数分〜数１０分程度加熱して炭化物を溶解させたのち急冷することにより行われる。

また、本発明のミラーは、ケーシング部材として用いることができる。

すなわち、本発明のケーシング部材は、母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度が高い炭素固溶硬化層が形成された金属ミラー材を使用している。

このようにすることにより、上記炭素固溶硬化層は、母材であるステンレスの結晶格子中に炭素原子が固溶した状態であることから、炭素濃度が高くなって格子サイズ（定数）が増大し、硬度および強度が向上する。このような炭素固溶硬化層は、母材に固溶するクロム量を減少させることもなく、母材であるオーステナイト系ステンレス鋼と同程度の耐蝕性を維持できる。また、表面粗度もほとんど悪化せず、膨れによる寸法変化や磁性も生じないため、表面精度よく表面改質をすることができ、金属ミラーとして優れている。さらに、上記炭素固溶硬化層は、従来のマルテンサイト変態や加工硬化させたステンレス材に比べて格子状態が均一かつ安定で、表層部の結晶歪による反射解像度の悪化が極めて少ない。特に、マルテンサイト相や加工硬化相に比べて経時的な結晶安定性が高いため、反射解像度が低下することがない。しかも、ステンレスを母材として高い表面硬度が得られることから、従来のクロムめっき鋼材に比べて大幅に軽量化することが可能で、携帯機器用のケーシング部材として最適である。そして、従来は不可能であった鏡面装飾を施した軽量のケーシング部材を提供することができるのである。しかも、ノンクロムという観点から環境負荷も軽減される。

また、携帯機器用のケーシング部材として用いたとしても、ほとんどの疵付きが防止でき、長期間にわたってきれいな鏡面装飾を維持することができる。
さらに、表面に炭素固溶硬化層を形成した後でも、所望の形状に変形・加工して用いることができ、ケーシング部材に用いる場合に好都合である。

つぎに、本発明の具体例について説明する。

図２は、本発明の金属ミラーの第１例である。

この例は、安定型オーステナイト系ステンレスであるＳＵＳ３１６を母材とし、フッ化処理ののちに浸炭処理を行った金属ミラー２０である。この金属ミラー２０は、厚み０．６ｍｍの素材板の片側３５μ（両面で７０μｍ）の炭素固溶硬化層２１を形成している。従来のＳＵＳ３０４の金属ミラーに比べて表面硬度は約５倍、バルクの抗張力は約２５％向上した。

図３は、本発明の金属ミラーの第２例である。

この例は、ミラー本体２０ａの片面に補強用の張り合わせ材２２を貼り付けている。この例では、ミラー本体２０ａは、厚み０．２〜０．５ｍｍのＳＵＳ３１６を母材とし、片側３０μｍ程度の厚みの炭素固溶硬化層２１を形成している。張り合わせ材２２としては、ＳＵＳ３０１ばね材を用いた。

このように、本発明の金属ミラー２０として、フッ化処理および浸炭処理により炭素固溶硬化層２１が形成されたミラー本体２０ａと、補強用の張り合わせ材２２が張り合わせられて構成することもできる。

この場合、上記張り合わせ材２２を、炭素固溶硬化層２１が形成されたミラー本体２０ａとは異なる材質とし、ミラー本体２０ａの母材部分硬度の２倍以上の硬度を持つ材料とすることが好ましい。

このようにすることにより、金属ミラー２０の変形抵抗が大幅に向上し、車両、バイク、携帯電話等の携帯機器用ケーシングとして有効なものとなる。

なお、張り合わせ材２２は、必ずしもオーステナイト系ステンレス材に限るものではなく、熱処理硬化系のステンレス材や焼入れ鋼等を適用することもできる。

図４，図５は、本発明のケーシング部材の第１例および第２例である。

図４は、携帯電話端末２５のケーシング部材に本発明を適用した例であり、携帯電話端末の裏面の電池パックのケース部分に金属ミラー２０を適用している。図５は、携帯型音楽再生装置２６のケーシング部材に本発明を適用した例である。図５において、２７はコンピュータ装置、２８はヘッドホンである。

つぎに、実施例について説明する。

０．５ｍｍ厚みのＪＩＳ４３０７鋼帯（ＳＵＳ３１６）から、７０×１００ｍｍサイズの板片を切り出し、片面を＃１０００のエメリペーパーで上級研磨した後、下記の処理条件でフッ化処理および浸炭処理を実施した。処理後の板片の表面硬度はＨｖ９５０、母材部分の硬度はＨｖ２００、炭素固溶硬化層の厚みは、３５μｍであった。
〔処理条件〕
フッ化処理：１０容量％ＮＦ_３＋残部Ｎ_２雰囲気
２５０℃×１８０分
浸炭処理 ：ＣＯ３０容量％＋Ｈ_２４５容量％＋Ｎ_２雰囲気
４７０℃×８時間

その後、バフ研磨により炭素固溶硬化層の表面を鏡面に仕上げた。像の鮮映度は、市販のＳＵＳ３０４材の金属ミラー、マルテンサイト−フェライト２相系の金属ミラーと同等であった。φ０．７ｍｍのゼムクリップの先端で引っかき試験を行ったところ、市販のＳＵＳ３０４材の金属ミラーは大きな引っかき疵が生じ、マルテンサイト−フェライト２相系の金属ミラーでも微小な疵ができたが、本発明の金属ミラーは全く疵は付かなかった。

０．３ｍｍ厚みのＳＵＳ３１６鋼帯から、８０×１１２ｍｍサイズの板片を切り出し、片面を＃１０００のエメリペーパーで上級研磨した後、下記の処理条件でフッ化処理および浸炭処理を実施した。処理後の板片の表面硬度はＨｖ９２０、母材部分の硬度は１８０、炭素固溶硬化層の厚みは、３５μｍであった。その後、バフ研磨により炭素固溶硬化層の表面を鏡面に仕上げてミラー本体を得た。
〔処理条件〕
フッ化処理：１０容量％ＮＦ_３＋残部Ｎ_２雰囲気
２５０℃×１８０分
浸炭処理 ：ＣＯ２０容量％＋Ｈ_２４０容量％＋Ｎ_２雰囲気
４９０℃×４時間

一方、０．３ｍｍ厚みのＳＵＳ３０１ばね材を同一寸法に切り出して形成した張り合わせ材を準備し、上記のようにして得たミラー本体に張り合わせた。張り合わせ材の硬度はＨｖ５００であった。

上記実施例２の金属ミラーと、比較例のマルテンサイト−フェライト２相系の金属ミラーとの間で、反射解像度において有意差は認められなかった。つぎに、実施例と比較例のミラーを同一材質、同一サイズの樹脂製カバーで多い、高さ２ｍの位置に水平に維持した状態から自然落下させ、これを３回繰り返した。その後、ダイヤルゲージで平面歪みを測定した。その結果を下記の表１に示す。

表１からわかるように、比較例は実施例に比べて落下後の平面歪みが大幅に悪化していることがわかる。また、目視においても、実施例は落下後でも反射像に乱れは認められなかったが、比較例は落下後に明らかな反射像の乱れが認められた。

以上のように、本発明の金属ミラーは、軽量で疵付きにくく、割れることがない。しかもリサイクルも可能である。そして、建築物、道路付帯設備、各種乗り物、光学医療用、家庭・個人の化粧用等に適用できる。また、本発明のケーシング部材は、携帯電話、携帯型音楽再生装置、ノートパソコン、ＰＤＦ等各種の機器に適用することができる。

本発明の金属ミラーの製造に用いる装置を示す構成図である。 本発明の金属ミラーの第１具体例を示す図である。 本発明の金属ミラーの第２具体例を示す図である。 本発明のケーシング部材の第１具体例を示す図である。 本発明のケーシング部材の第２具体例を示す図である。

符号の説明

１ マッフル炉
２ 外殻
３ ヒータ
４ 内容器
５ ガス導入管
６ 排気管
７ モーター
８ ファン
１０ 金属ミラー素材
１１ かご
１３ 真空ポンプ
１４ 排ガス処理装置
１５ ボンベ
１６ ボンベ
１７ 流量計
１８ バルブ
２０ 金属ミラー
２０ａ ミラー本体
２１ 炭素固溶硬化層
２２ 張り合わせ材
２５ 携帯電話端末
２６ 携帯型音楽再生装置
２７ コンピュータ装置
２８ ヘッドホン

Claims (5)

1. 母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度の高い炭素固溶硬化層が形成されていることを特徴とする金属ミラー。
2. 上記炭素固溶硬化層にはクロム炭化物が実質的に析出していない請求項１記載の金属ミラー。
3. 上記炭素固溶硬化層の硬度がＨｖ４５０以上である請求項１または２記載の金属ミラー。
4. 炭素固溶硬化層以外の母材部分の硬度がＨｖ２００以下である請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属ミラー。
5. 母材がオーステナイト系ステンレス鋼からなり、少なくとも表層部に、母材のオーステナイトに炭素が固溶して母材より硬度が高い炭素固溶硬化層が形成された金属ミラー材を使用したことを特徴とするケーシング部材。
   

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