JP2021038450A

JP2021038450A - 時計用部品および時計

Info

Publication number: JP2021038450A
Application number: JP2019162005A
Authority: JP
Inventors: 幸樹 ▲高▼澤; Koki Takazawa
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-09-05
Filing date: 2019-09-05
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2039-09-05
Also published as: US20210072703A1; US11644795B2; JP7413685B2

Abstract

【課題】オーステナイト化フェライト系ステンレス鋼から構成され、耐磁性能を確保できる時計用部品を提供すること。【解決手段】時計用部品２は、フェライト相で構成された基部２１と、基部２１の表面に形成されオーステナイト化相で構成された表面層２２と、基部２１と表面層２２との間に形成されフェライト相とオーステナイト化相とが混在する混在層２３と、を備えるオーステナイト化フェライト系ステンレス鋼で構成され、表面からの深さ方向に切断した断面視で、混在層２３の厚さが表面層２２の厚さに対して４５％以下である。【選択図】図２

Description

本発明は、時計用部品および時計に関する。

特許文献１には、窒素吸収処理により表面層がオーステナイト化されたフェライト系ステンレス鋼を用いた時計用のハウジング、具体的には、胴や裏蓋が開示されている。
特許文献１では、フェライト系ステンレス鋼の表面層をオーステナイト化することにより、時計用のハウジングとして要求される硬度、耐食性を得られるようにしている。

特開２００９−６９０４９号公報

窒素ガスを用いたオーステナイト化処理、つまり、窒素吸収処理では、窒素が処理対象物質の表層からフェライト相内に進入し、所定の窒素濃度以上になった部分がオーステナイト化相に変わる。ここで、特許文献１のフェライト系ステンレス鋼では、窒素のフェライト相への進入の移動速度が一様ではなく、場所によりばらつきが生じる。そのため、表面層のいずれの箇所においても、時計用のハウジングとして要求される硬度、耐食性を得られるために必要な厚さのオーステナイト化相を形成しようとした場合に、フェライト相に対してオーステナイト化相が大きく浸食した箇所が生じることになる。そうすると、耐磁機能層として機能するフェライト相が薄くなる箇所が生じることから、時計用部品としての耐磁機能が低下してしまうといった問題があった。

本開示の時計用部品は、フェライト相で構成された基部と、前記基部の表面に形成されオーステナイト化相で構成された表面層と、前記基部と前記表面層との間に形成され前記フェライト相と前記オーステナイト化相とが混在する混在層と、を備えるオーステナイト化フェライト系ステンレス鋼で構成され、前記表面からの深さ方向に切断した断面視で、前記混在層の厚さが前記表面層の厚さに対して４５％以下である。

本開示の時計用部品において、前記基部は、質量％で、Ｃｒ：１８〜２２％、Ｍｏ：１．３〜２．８％、Ｎｂ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：０．１〜０．８％、Ｎｉ：０．５％未満、Ｍｎ：０．８％未満、Ｓｉ：０．５％未満、Ｐ：０．１０％未満、Ｓ：０．０５％未満、Ｎ：０．０５％未満、Ｃ：０．０５％未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなっていてもよい。

本開示の時計用部品において、前記表面層の窒素の含有量は、質量％で１．０〜１．６％であってもよい。

本開示の時計は、前記時計用部品を備える。

一実施形態の時計を示す正面図。ケースの要部を示す断面図。ｂ／ａと耐磁性能との関係を示す図。

［実施形態］
以下、本開示の一実施形態の時計１を図面に基づいて説明する。
図１は、時計１を示す正面図である。本実施形態では、時計１は、ユーザーの手首に装着される腕時計として構成される。
図１に示すように、時計１は、金属製のケース２を備える。そして、ケース２の内部には、円板状の文字板１０と、秒針３、分針４、時針５と、りゅうず７と、Ａボタン８と、Ｂボタン９とを備える。なお、ケース２は、本開示の時計用部品の一例である。
文字板１０には、時刻を指示するためのアワーマーク６が設けられている。

［ケース］
図２は、ケース２の要部を示す断面図である。なお、図２では、ケース２を表面から深さ方向に切断した断面図を示している。
図２に示すように、ケース２は、フェライト相で構成された基部２１と、基部２１の表面に形成されオーステナイト化された表面層２２と、フェライト相とオーステナイト化相とが混在する混在層２３とを備え、オーステナイト化フェライト系ステンレス鋼により構成される。

［基部］
基部２１は、質量％で、Ｃｒ：１８〜２２％、Ｍｏ：１．３〜２．８％、Ｎｂ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：０．１〜０．８％、Ｎｉ：０．５％未満、Ｍｎ：０．８％未満、Ｓｉ：０．５％未満、Ｐ：０．１０％未満、Ｓ：０．０５％未満、Ｎ：０．０５％未満、Ｃ：０．０５％未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼により構成される。

Ｃｒは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動速度およびフェライト相における窒素の拡散速度を高める元素である。Ｃｒが１８％未満であると、窒素の移動速度および拡散速度が低くなる。さらに、Ｃｒが１８％未満であると、表面層２２の耐食性が低下する。一方、Ｃｒが２２％を超えると、硬質化して、材料としての加工性が悪化する。さらに、Ｃｒが２２％を超えると、美的外観が損なわれる。そのため、Ｃｒの含有量は、１８〜２２％であるのが好ましく、２０〜２２％とするのがより好ましく、１９．５〜２０．５％とするのがさらに好ましい。

Ｍｏは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動速度およびフェライト相における窒素の拡散速度を高める元素である。Ｍｏが１．３％未満であると、窒素の移動速度および拡散速度が低くなる。さらに、Ｍｏが１．３％未満であると、材料としての耐食性が低下する。一方、Ｍｏが２．８％を超えると、硬質化して、材料としての加工性が悪化する。さらに、Ｍｏが２．８％を超えると、表面層２２の構成組織の不均質化が顕著になり、美的外観が損なわれる。そのため、Ｍｏの含有量は、１．３〜２．８％であるのが好ましく、１．８〜２．８％であるのがより好ましく、２．２５〜２.３５％とするのがさらに好ましい。

Ｎｂは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動速度およびフェライト相における窒素の拡散速度を高める元素である。Ｎｂが０．０５％未満であると、窒素の移動速度および拡散速度が低くなる。一方、Ｎｂが０．５０％を超えると、硬質化して、材料としての加工性が悪化する。さらに、析出部が生成され、美的外観が損なわれる。そのため、Ｎｂの含有量は、０．０５〜０．５０％であるのが好ましく、０．０５〜０．３５％であるのがより好ましく、０．１５〜０．２５％であるのがさらに好ましい。

Ｃｕは、窒素吸収処理において、フェライト相での窒素の吸収を制御する元素である。Ｃｕが０．１％未満であると、フェライト相における窒素含有量のばらつきが大きくなる。一方、Ｃｕが０．８％を超えると、フェライト相への窒素の移動速度が低くなる。そのため、Ｃｕの含有量は、０．１〜０．８％であるのが好ましく、０．１〜０．２％であるのがより好ましく、０．１〜０．１５％であるのがさらに好ましい。

Ｎｉは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動およびフェライト相における窒素の拡散を阻害する元素である。Ｎｉが０．５％以上であると、窒素の移動速度および拡散速度が低下する。さらに、耐食性が悪化するとともに、金属アレルギーの発生等を防止するのが困難になる可能性がある。そのため、Ｎｉの含有量は、０．５％未満であるのが好ましく、０．２％未満であるのがより好ましく、０．１％未満であるのがさらに好ましい。

Ｍｎは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動およびフェライト相における窒素の拡散を阻害する元素である。Ｍｎが０．８％以上であると、窒素の移動速度および拡散速度が低下する。そのため、Ｍｎの含有量は、０．８％未満であるのが好ましく、０．５％未満であるのがより好ましく、０．１％未満であるのがさらに好ましい。

Ｓｉは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動およびフェライト相における窒素の拡散を阻害する元素である。Ｓｉが０．５％以上であると、窒素の移動速度および拡散速度が低下する。そのため、Ｓｉの含有量は、０．５％未満であるのが好ましく、０．３％未満であるのがより好ましい。

Ｐは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動およびフェライト相における窒素の拡散を阻害する元素である。Ｐが０．１０％以上であると、窒素の移動速度および拡散速度が低下する。そのため、Ｐの含有量は、０．１０％未満であるのが好ましく、０．０３％未満であるのがより好ましい。

Ｓは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動およびフェライト相における窒素の拡散を阻害する元素である。Ｓが０．０５％以上であると、窒素の移動速度および拡散速度が低下する。そのため、Ｓの含有量は、０．０５％未満であるのが好ましく、０．０１％未満であるのがより好ましい。

Ｎは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動およびフェライト相における窒素の拡散を阻害する元素である。Ｎが０．０５％以上であると、窒素の移動速度および拡散速度が低下する。そのため、Ｎの含有量は、０．０５％未満であるのが好ましく、０．０１％未満であるのがより好ましい。

Ｃは、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動およびフェライト相における窒素の拡散を阻害する元素である。Ｃが０．０５％以上であると、窒素の移動速度および拡散速度が低下する。そのため、Ｃの含有量は、０．０５％未満であるのが好ましく、０．０２％未満であるのがより好ましい。

［表面層］
表面層２２は、基部２１の表面に窒素吸収処理を施すことにより形成されている。本実施形態では、表面層２２における窒素の含有量は質量％で１．０〜１．６％とされている。

［混在層］
混在層２３は、表面層２２の形成過程において、フェライト相で構成された基部２１に進入する窒素の移動速度のばらつきによって生じる。すなわち、窒素の移動速度の速い箇所では、基部２１の深い箇所まで窒素が進入してオーステナイト化され、窒素の移動速度の遅い箇所では、基部２１の浅い箇所までしかオーステナイト化されないので、深さ方向に対してフェライト相とオーステナイト化相とが混在した混在層２３が形成される。
ここで、本実施形態では、ケース２を表面から深さ方向に切断した断面視、つまり、表面と直交する方向に切断した断面視で、混在層２３の厚さｂが、表面層２２の厚さａに対して４５％以下になるように、表面層２２および混在層２３が形成されている。

次に、本開示の具体的な実施例について説明する。
［実施例１］
まず、表１に示すように、Ｃｒ：２０％、Ｍｏ：２．１％、Ｎｂ：０．２％、Ｃｕ：０．１％、Ｎｉ：０．０５％、Ｍｎ：０．５％、Ｓｉ：０．３％、Ｐ：０．０３％、Ｓ：０．０１％、Ｎ：０．０１％、Ｃ：０．０２％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなるフェライト系ステンレス鋼からなる母材を製造した。
次に、当該母材に窒素吸収処理を施すことで、基部の表面にオーステナイト化された表面層が形成された金属材料を得た。

窒素吸収処理は、以下に説明する方法により行った。
まず、グラス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窒素吸収処理装置を用意した。
次に、この窒素吸収処理装置の処理室内に前述の母材を設置し、その後、減圧手段により処理室内を２Ｐａまで減圧した。

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窒素ガスを導入し、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。
そして、表面層の厚さが４５０μｍとなるように求めた処理時間である４．０時間、１２００℃の温度を保持させた。なお、前述の処理時間である４．０時間は、事前の試験により求めた。また、前述の表面層の厚さａとして４５０μｍとしたのは、時計用部品として必要な耐食性や硬度を得ることができる値を事前の実験により求めたところ、上記の値であったためである。
その後、母材を水冷により急冷した。これにより、基部の表面にオーステナイト化された表面層が形成され、基部と表面層との間に、オーステナイト化相とフェライト相とが混在する混在層が形成された金属材料を得た。

［実施例２〜１０］
母材を構成するフェライト系ステンレス鋼の組成を表１に示すようにし、当該母材に実施例１と同様の窒素吸収処理を施すことで、金属材料を得た。なお、実施例２〜１０の処理時間は、それぞれ事前の試験により求めた。

［比較例１〜３］
母材を構成するフェライト系ステンレス鋼の組成を表１に示すようにし、当該母材に実施例１と同様の窒素吸収処理を施すことで、金属材料を得た。なお、比較例１〜３の処理時間は、それぞれ事前の試験により求めた。

［表面層の厚さａおよび混在層の厚さｂの測定］
前記各実施例および各比較例で製造した金属材料の任意の箇所を、表面から深さ方向に沿って、つまり、表面と直交する方向に沿って切断し、その切断面を研磨した後、当該切断面の組織をＳＥＭにより観察して、当該切断面における表面層の厚さａおよび混在層の厚さｂを測定した。そして、表面層の厚さａに対する混在層の厚さｂの割合、つまり「ｂ／ａ」を求めた。ここで、表面層の厚さａはオーステナイト化相で構成された層の厚さであり、例えば、５００から１０００倍でＳＥＭ観察したときの視野内において、表面層の表面から混在層のフェライト相までの最短距離である。あるいは、表面層の表面から混在層のフェライト相までの距離が短い複数点の距離を測定し、その平均値を表面層の厚さａとしてもよい。また、混在層の厚さｂは、フェライト相とオーステナイト化相とが混在する層の厚さであり、例えば、５００から１０００倍でＳＥＭ観察したときの視野内において、表面層と混在層との境界、つまり厚さａから混在層のフェライト相までの最長距離である。あるいは、表面層の表面から混在層のフェライト相までの距離が長い複数点の距離を測定し、その平均値を混在層の厚さｂとしてもよい。
なお、切断面の組織を観察する際に、エッチング剤にてフェライト相を組織エッチングさせてもよい。これにより、オーステナイト化相とフェライト相との境界が明確になるので、切断面の組織を観察しやすくできる。

［窒素含有量の測定］
前記各実施例および各比較例で製造した金属材料について、オーステナイト化された表面層の窒素含有量を、不活性ガス融解熱伝導度法にて測定した。

［耐磁性能試験］
前記各実施形態および各比較例で製造した金属材料を加工し、肉厚４ｍｍの時計ケースを製造した。そして、当該時計ケースに一般的なクォーツ時計で使用されるムーブメントを収納し、「ＪＩＳＢ７０２４」に規定される耐磁性能試験を実施した。

［評価結果：オーステナイト化相のばらつき］
表２に、各実施例および各比較例の評価結果を示す。
表２に示すように、本開示の実施例１〜１０では、混在層の厚さｂが１２６〜１９９μｍとなっており、ｂ／ａが２８〜４４％となっている。一方、比較例１〜３では、混在層の厚さｂが４００〜１２６０μｍとなっており、ｂ／ａが８９〜２８０％となっている。これは、比較例１では、Ｍｏが１．３％未満であり、窒素の移動速度および拡散速度が低下したためであると考えられる。また、比較例２では、Ｃｕが０．１％未満であったため、フェライト相における窒素のばらつきが大きくなったためであると考えられる。さらに、比較例３では、Ｎｂが０．０５％未満であったため、窒素の移動速度および拡散速度が低下したためであると考えられる。
このことから、本開示の実施例１〜１０では、比較例１〜３に比べて、オーステナイト化相が均一に形成されることが示唆された。

［評価結果：窒素含有量］
表２に示すように、本開示の実施例１〜１０では、表面層の窒素含有量が１．２２〜１．５３％となっている。一方、比較例１〜３では、表面層の窒素含有量が０．７８〜０．８９％となっている。このことから、本開示の実施例１〜１０では、比較例１〜３に比べて、窒素吸収処理において、フェライト相への窒素の移動およびフェライト相における窒素の拡散が促進されることが示唆された。
また、これにより、本開示の実施例１〜１０では、表面層の厚さａが４５０μｍに達するまでの窒素吸収処理の処理時間が３．７〜４．７時間であり、処理時間が１０．０〜１２．０時間である比較例１〜３に比べて、処理時間を大幅に短縮できることが示唆された。

［評価結果：耐磁性能］
表２に示すように、本開示の実施例１〜１０では、耐磁性能が８２〜１２０Ｇとなっており、「ＪＩＳＢ７０２４」に規定される第１種耐磁時計を保証できる値となっている。一方、比較例１〜３では、耐磁性能が３５〜５０Ｇとなっており、前述した実施例１〜１０に比べて耐磁性能が劣っている。このことから、本開示の実施例１〜１０では、比較例１〜３に比べて、ｂ／ａが小さく、オーステナイト化相がフェライト相に対して大きく浸食していないので、耐磁機能層として機能するフェライト相の厚さを十分に確保でき、耐磁性能が向上することが示唆された。

図３は、実施例１〜１０および比較例１〜３におけるｂ／ａと耐磁性能との関係を示す図である。なお、図３において、耐磁性能としての８５Ｇの箇所に引かれた線は、「ＪＩＳＢ７０２４」に規定される第１種耐磁時計を保証するために必要な耐磁性能を示すものである。つまり、肉厚４ｍｍの時計ケースに一般的なクォーツ時計で使用されるムーブメントを収納した場合、当該時計ケースの耐磁性能が８５Ｇ以上であれば、第１種耐磁時計を保証できる。
図３に示すように、ｂ／ａが４５％以下、つまり、混在層の厚さが表面層の厚さに対して４５％以下であれば、第１種耐磁時計の耐磁性能を保証できる８５Ｇ以上を概ね確保できることが示唆された。このことから、本開示の実施例１〜１０では、第１種耐磁時計の耐磁性能を保証できることが示唆された。なお、本実施形態のプロセスにおいては、ｂ／ａは０％、つまり混在層の厚さｂがゼロになることはなく、経験的に１０％以上になることが分かっている。

［変形例］
なお、本開示は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本開示に含まれるものである。

前述した実施形態では、本開示の時計用部品はケース２として構成されていたが、これに限定されない。例えば、本開示の時計用部品は、ベゼル、裏蓋、バンド、りゅうず、ボタン等として構成されていてもよい。

前述した実施形態では、本開示のフェライト系ステンレス鋼を母材とした金属材料は、時計用部品を構成していたが、これに限定されない。例えば、本開示の金属材料は、時計以外の電子機器のケース、つまり、ハウジング等の電子機器用部品を構成していてもよい。このような金属材料から構成されるハウジングを備えることで、電子機器は高い硬度、耐食性を有することができる。

１…時計、２…ケース（時計用部品）、３…秒針、４…分針、５…時針、６…アワーマーク、７…りゅうず、８…Ａボタン、９…Ｂボタン、１０…文字板、２１…基部、２２…表面層、２３…混在層。

Claims

フェライト相で構成された基部と、前記基部の表面に形成されオーステナイト化相で構成された表面層と、前記基部と前記表面層との間に形成され前記フェライト相と前記オーステナイト化相とが混在する混在層と、を備えるオーステナイト化フェライト系ステンレス鋼で構成され、
前記表面からの深さ方向に切断した断面視で、前記混在層の厚さが前記表面層の厚さに対して４５％以下である
ことを特徴とする時計用部品。
請求項１に記載の時計用部品において、
前記基部は、質量％で、Ｃｒ：１８〜２２％、Ｍｏ：１．３〜２．８％、Ｎｂ：０．０５〜０．５０％、Ｃｕ：０．１〜０．８％、Ｎｉ：０．５％未満、Ｍｎ：０．８％未満、Ｓｉ：０．５％未満、Ｐ：０．１０％未満、Ｓ：０．０５％未満、Ｎ：０．０５％未満、Ｃ：０．０５％未満を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる
ことを特徴とする時計用部品。
請求項１または請求項２に記載の時計用部品において、
前記表面層の窒素の含有量は、質量％で１．０〜１．６％である
ことを特徴とする時計用部品。
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の時計用部品を備えることを特徴とする時計。