JP2013101157A - ハウジングおよび機器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】外部磁場から磁気シールドされる対象の被磁気シールド構成要素1と、ハウジング60,70とを備えた機器であって、前記ハウジングは、表面にオーステナイト化された表面層61を有するフェライト系ステンレス鋼で構成され、内部のフェライト相63は前記被磁気シールド構成要素に対する磁気シールド機能を備える内層構造を有している。
【選択図】図1
Description
しかし、フェライト系であるため、時計の外装部品として最も重要な硬度、耐蝕性、美的外観等の表面性状において不十分である。すなわち、外装部品の材料として用いるには現実的には不向きなものであると言える。
時計の文字板は透明体(ガラスなど)で覆われているので、不透明なハウジングで覆うことはできない。本態様によれば、時計の文字板と前記ムーブメントの間に下板を配置し、該下板を磁気シールド材で構成したので、前記第3の態様の作用効果に加えて、文字板側における外部磁場の影響を低減することができる。
本態様によれば、金属アレルギーの発生等をより効果的に防止することができる。
続いて該オーステナイト単相を昇温した後、窒化クロムが生成する冷却速度で冷却することにより、表面はオーステナイト化された表面層のままで内部をフェライト相の内層に戻すことができる。これは、窒化クロムが生成することにより、その部分の窒素濃度が減少するので、窒素濃度が小さい内部ではオーステナイト相は不安定となりフェライト相に変わるからである。表面層の部分でも窒化クロムは生成するが、窒素濃度が内部より大きいので窒化クロム生成によって窒素濃度が減少してもオーステナイト相は安定に存在することができる。このような方法でも当該ハウジングを製造することができる。
以下、本発明の参考形態を図面に基づいて説明する。図1は本発明の参考形態に係る機器としての時計(携帯時計)の部分概略断面図を示す。図2は従来の時計の部分概略断面図を示す。
本参考形態によれば、当該時計のハウジングを成す裏蓋60及び胴70は、フェライト系ステンレス鋼で構成されているので加工の容易性が高く、且つ表面にオーステナイト化された表面層61を有するので外装部品として要求される硬度、耐蝕性、美的外観等の表面性状を充分に備えている。更に内部のフェライト相である内層部63は前記ムーブメント1に対する磁気シールド機能を充分に備える内層構造を有しているのでムーブメント1に対する磁気シールド機能を充分に果たすことができる。従って、当該時計の商品としてのデザイン展開の自由度を高めることができ、更に専用の磁気シールド材2、5を不要にして小型化を容易に実現することができる。
上記参考形態では、ハウジング(前記裏蓋60及び胴70)は、フェライト系ステンレス鋼を基材として、該基材の表面から窒素原子が添加されることによるオーステナイト化された前記表面層61が前記フェライト相の内層部63を残した状態で設けられたものであるが、以下のように製造することも可能である。
続いて該オーステナイト単相を昇温した後、窒化クロムが生成する冷却速度で冷却することにより、表面はオーステナイト化された表面層のままで内部をフェライト相の内層部に戻すことができる。これは、窒化クロムが生成することにより、その部分の窒素濃度が減少するので、窒素濃度が小さい内部ではオーステナイト相は不安定となりフェライト相に変わるからである。表面層の部分でも窒化クロムは生成するが、窒素濃度が内部より大きいので窒化クロム生成によって窒素濃度が減少してもオーステナイト相は安定に存在することができる。このような方法でも当該ハウジングを製造することができる。
本発明におけるハウジングの材料となるフェライト系ステンレス鋼について説明する。該ハウジングの材料となるフェライト系ステンレス鋼基材は、Fe−Cr系合金であれば特定のものに限定されないが、以下のような条件を満足するものであるのが好ましい。
これに対し、Moの含有率が前記下限値未満であると、外装部品としての耐蝕性を他の成分の含有率等によっては十分に優れたものとするのが困難になる虞がある。また、Moの含有率が前記下限値未満であると、オーステナイト化表面層61の生成時における、基材の表面付近への窒素原子の導入(例えば、結晶粒界への拡散)を十分に効率良く進行させるのが困難になる虞がある。一方、Moの含有率が前記上限値を超えると、オーステナイト化表面層61の構成組織の不均質化が顕著になり、さらにFeとCrとMoによる析出物ができてしまい、外装部品としての審美性が低下する虞がある。
このようなオーステナイト化表面層61を有することにより、外装部品としては、優れた硬度を有し、耐擦傷性(傷の付き難さ)、耐打痕性(打痕の付き難さ)等に優れたものとなる。特に、基材が主としてFe−Cr系合金で構成されたものであるとともに、オーステナイト化表面層61を有するものであることにより、外装部品としては、優れた美的外観を有するとともに、高硬度で、耐擦傷性、耐打痕性、耐蝕性等に優れたものとなる。したがって、外装部品としては、耐久性に優れ、長期間にわたって優れた美的外観を保持することができる。
次に、上述したような外装部品としてのハウジング製造方法について説明する。
基材は、主として、上述したFe−Cr系のフェライト系ステンレス鋼で構成されたものである。基材は、通常、製造すべき外装部品としての対応する形状に予め成形される。該フェライト系ステンレス鋼は、一般に加工が容易であるため、時計用外装部品のような複雑で微細な形状のハウジングであっても、容易かつ確実に成形することができる。
次に、フェライト系ステンレス鋼基材に対して、オーステナイト化処理を施す。これにより、基材の表面付近にオーステナイト化表面層61が形成され、それ以外の部位がフェライト相の内層部63となる(図3)。
また、本発明の装飾品は、前述したような方法により製造されたものに限定されるものではない。
(参考例1)
以下に示すような方法により、ハウジング(腕時計の裏蓋)を製造した。
まず、Feを主成分とするFe−Cr系のフェライト系ステンレス鋼基材を用意した。この基材は、Fe−18.3wt%Cr−2.25wt%Mo−0.15wt%Nb−0.26wt%Mn−0.006wt%C−0.001wt%S−0.022wt%P−0.21wt%Siという組成を有するものであり、主としてフェライト相で構成されたものであった。なお、これら以外の不可避的不純物として含まれる各元素の含有率は、いずれも、0.001wt%未満であった。
次に、この基材を洗浄した。基材の洗浄としては、まず、アルカリ電解脱脂を30秒間行い、次いで、アルカリ浸漬脱脂を30秒間行った。その後、中和を10秒間、水洗を10秒間、純水洗浄を10秒間行った。
このようにして洗浄を行った基材の表面に、オーステナイト化表面層を形成するためのオーステナイト化処理を施し、腕時計の裏蓋を得た。
まず、グラファイトファイバー等の断熱材で囲まれた処理室と、処理室内を加熱する加熱手段と、処理室内を減圧する(排気する)減圧手段と、処理室内に窒素ガスを導入する窒素ガス導入手段とを有するオーステナイト化処理装置を用意した。
次に、減圧手段により処理室内の排気を行いつつ、窒素ガス導入手段により2リットル/分の速度で窒素ガスを処理室内に導入し、処理室内の圧力を0.08〜0.12MPaに保持した。この状態で、加熱手段により処理室内の温度を5℃/分の速度で、1200℃まで上昇させた。
これにより、基材の表面付近に、窒素原子が導入されオーステナイト化されたオーステナイト化表面層61が形成された腕時計の裏蓋60が得られた。形成されたオーステナイト化表面層61の厚さは350μmであった。また、オーステナイト化表面層61中の窒素の含有率は0.9wt%であった。
参考例2〜7は、基材を構成するFe−Cr系のフェライト系ステンレス鋼の組成、及びオーステナイト化処理の条件が表1に示したように参考例1と相違しているだけである。その相違以外は、前記参考例1と同様にして腕時計の裏蓋を製造した。
オーステナイト化処理を施さなかった以外は、前記参考例1と同様にして腕時計の裏蓋を製造した。すなわち、本比較例では、鍛造により得られた基材をそのまま裏蓋とした。
以下に示すような方法により、腕時計の裏蓋を製造した。
まず、フェライト系ステンレス鋼(主としてFeで構成され、Fe−21.63wt%Cr−2.28wt%Mo−0.12wt%Nb−0.06wt%S−0.45wt%Mn−0.8wt%Si−0.018wt%P−0.04wt%Cという組成を有するもの)の金属粉末を用意した。この金属粉末の平均粒径は、10μmであった。
この金属粉末:75vol%と、ポリエチレン:8vol%と、ポリプロピレン:7vol%と、パラフィンワックス:10vol%とからなる材料を混練した。前記材料の混練には、ニーダーを用いた。また、混練時における材料温度は60℃であった。
次に、このようにして得られた脱脂体に対し、焼結炉を用いて焼結を行い、基材を得た。この焼結は、1.3×10−3〜1.3×10−4Paのアルゴンガス雰囲気中で、900〜1100℃×6時間の熱処理を施すことにより行った。
以上のようにして得られた基材について、その必要箇所を切削、研磨し、腕時計の裏蓋を得た。
以下に示すような方法により、腕時計の裏蓋を製造した。
まず、オーステナイト系ステンレス鋼(主としてFeで構成され、Fe−18wt%Cr−2.5wt%Mo−0.03wt%S−2wt%Mn−0.8wt%Si−0.04wt%P−0.03wt%C−15wt%Niという組成を有するもの)の金属粉末を用意した。この金属粉末の平均粒径は、10μmであった。
この金属粉末:75vol%と、ポリエチレン:8vol%と、ポリプロピレン:7vol%と、パラフィンワックス:10vol%とからなる材料を混練した。前記材料の混練には、ニーダーを用いた。また、混練時における材料温度は60℃であった。
次に、このようにして得られた脱脂体に対し、焼結炉を用いて焼結を行い、基材を得た。この焼結は、1.3×10−3〜1.3×10−4Paのアルゴンガス雰囲気中で、900〜1100℃×6時間の熱処理を施すことにより行った。
以上のようにして得られた基材について、その必要箇所を切削、研磨し、腕時計の裏蓋を得た。
前記各参考例および各比較例で製造した各時計の裏蓋について、目視および顕微鏡による観察を行い、これらの外観を以下の4段階の基準に従い、評価した。
◎:外観優良
○:外観良
△:外観やや不良
×:外観不良
前記各参考例および各比較例で製造した各裏蓋について、以下に示すような試験を行い、耐擦傷性を評価した。
真鍮製のブラシを、各裏蓋の表面上に押し付け、50往復摺動させた。このときの押し付け荷重は、0.2kgfであった。
その後、裏蓋表面を目視により観察し、これらの外観を以下の4段階の基準に従い、評価した。
◎:表面層の表面に、傷の発生が全く認められない
○:表面層の表面に、傷の発生がほとんど認められない
△:表面層の表面に、傷の発生がわずかに認められる
×:表面層の表面に、傷の発生が顕著に認められる
前記各参考例および各比較例で製造した各裏蓋について、以下に示すような試験を行うことにより、耐打痕性を評価した。
SUS鉱製の球(径1cm)を、各裏蓋の上方で高さ50cmの位置から落下させて、裏蓋表面の凹み大きさ(凹み痕の直径)の測定を行い、以下の4段階の基準に従い、評価した。
◎:凹み痕の直径が1mm未満、または、凹み痕が求められない
○:凹み痕の直径が1mm以上2mm未満
△:凹み痕の直径が2mm以上3mm未満
×:凹み痕の直径が3mm以上
前記各参考例および各比較例で製造した各裏蓋について、耐蝕性の評価を行った。耐蝕性の評価は、JIS G 0577に準拠した方法により孔食電位を測定することにより行った。孔食電位が高いほど、耐蝕性に優れていると言える。
前記各参考例および各比較例で製造した各裏蓋について、以下に示すような試験を行い、磁気遮蔽性の評価を行った。
前記各参考例および各比較例で製造した各裏蓋を、それぞれ、中心部付近を厚さ方向に打ち抜いた。打ち抜かれた部分を30℃以下の条件で粉砕し、ゼラチン製のカプセルに充填した。各カプセルについて、磁束計(QUANTUM DESIGN社製、MPMS−5S SQUID)を用いて、磁化を測定し、ヒステリシスカーブを得た。磁化の測定は、37℃の条件下、−1000G〜1000G(約−80000m/A〜80000m/A)の磁界範囲で行った。得られたヒステリシスカーブより磁界0付近の傾きを求め、これを透磁率とした。透磁率が高いほど、磁気遮蔽性に優れていると言える。
これに対し、比較例の裏蓋では満足な結果が得られなかった。
Claims (7)
- 外部磁場から磁気シールドされる対象の被磁気シールド構成要素と、ハウジングとを備えた機器であって、
前記ハウジングは、表面にオーステナイト化された表面層を有するフェライト系ステンレス鋼で構成され、内部のフェライト相は前記被磁気シールド構成要素に対する磁気シールド機能を備える内層部を有していることを特徴とする機器。 - 請求項1に記載された機器において、前記内層部は、該内層部の前記オーステナイト化された表面層との境界領域を除いた一様な厚さのベース内層を備えていることを特徴とする機器。
- 請求項1又は2に記載された機器において、該機器は時計であり、前記被磁気シールド構成要素は時計内のムーブメントであり、前記構成のハウジングは時計の胴及び/又は前記ムーブメントに対向配置された裏蓋であることを特徴とする機器。
- 請求項3に記載された機器において、更に時計の文字板と前記ムーブメントの間に位置する下板が磁気シールド材で構成されていることを特徴とする機器。
- 請求項1から4のいずれか1項に記載された機器において、前記ハウジングは、Crが17〜25wt%のFe−Cr系のフェライト系ステンレス鋼を基材として、該基材の表面から窒素原子が添加されることによるオーステナイト化された前記表面層が前記フェライト相の内層部を残した状態で設けられたものであることを特徴とする機器。
- 請求項5に記載された機器において、前記基材中におけるNiの含有率が0.05wt%以下であることを特徴とする機器。
- 機器の外装部品となるハウジングの製造方法であって、
フェライト系ステンレス鋼で所望の形状のハウジングを作り、
該ハウジングの表面から窒素原子を吸収させて全体をオーステナイト化した後、急冷することによりオーステナイト単相に変換し、
該オーステナイト単相を昇温した後、窒化クロムが生成する冷却速度で冷却することにより、表面はオーステナイト化された表面層のままで内部をフェライト相の内層に戻すことを特徴とするハウジング材の製造方法。
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