JP2021042968A

JP2021042968A - 時計用部品および時計

Info

Publication number: JP2021042968A
Application number: JP2019162774A
Authority: JP
Inventors: 昇吾小林; Shogo Kobayashi
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2019-09-06
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2021-03-18
Also published as: US20210072704A1; CN112462589A

Abstract

【課題】耐食性を確保でき、かつ、識別表記や意匠表現のためのマーキングが施された時計用部品を提供すること。【解決手段】時計用部品は、フェライト相で構成された基部と、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、前記表面層には凹部が形成され、前記表面層の表面から前記凹部の底面までの距離は、前記表面から前記混在層までの距離よりも短い。【選択図】図３

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

特許文献１に記載の時計用ハウジングにおいて、識別表記や意匠表現を付与するために、例えば、レーザー加工等によりハウジングの一部にマーキングを施すことがある。この際、マーキング箇所の一部がオーステナイト化相を貫通してフェライト相にまで到達してしまうと、フェライト相がマーキング箇所を介して露出してしまうことになる。そうすると、時計用のハウジングとして要求される耐食性を得られなくなってしまう可能性がある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、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、前記表面層には凹部が形成され、前記表面層の表面から前記凹部の底面までの距離は、前記表面から前記混在層までの距離よりも短い。

本開示の時計用部品において、前記表面から前記底面までの距離は、１．５μｍ以上、かつ、３５０μｍ未満であってもよい。

本開示の時計用部品において、前記表面から前記底面までの距離は、５μｍ以上、かつ、２０μｍ以下であってもよい。

本開示の時計用部品において、前記底面の算術平均粗さＲａは、前記表面の算術平均粗さＲａと異なっていてもよい。

本開示の時計用部品において、前記凹部は、文字、数字、記号、刻印、標識、符号、紋章、およびシンボルの少なくとも１つを構成していてもよい。

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。時計の裏蓋の一例を示す図。裏蓋の要部を示す断面図。レーザー加工を行った裏蓋の断面を示す写真。

［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を示す正面図であり、図２は、時計１の裏蓋２２を示す図である。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、２に示すように、時計１は、金属製のケース２を備える。ケース２は、円筒状のケース本体２１と、当該ケース本体２１の裏側の開口に取り付けられる裏蓋２２とを備える。そして、ケース本体２１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。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。なお、裏蓋２２は、本開示の時計用部品の一例である。

［裏蓋］
図２に示すように、裏蓋２２には、型式番号２３と、防水性能を示す防水性能表示２４と、耐磁性能を示す耐磁性能表示２５とが形成されている。なお、型式番号２３および防水性能表示２４は、本開示の文字および数字の一例であり、耐磁性能表示２５は、本開示の記号の一例である。
図３は、裏蓋２２の要部を示す断面図である。なお、図３では、裏蓋２２を表面側から深さ方向に切断、つまり、裏蓋２２を表面と直交する方向に切断した断面図を示している。
図３に示すように、裏蓋２２は、フェライト相で構成された基部２２１と、オーステナイト化相で構成された表面層２２２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２２３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にて構成される。そして、表面層２２２には、凹部２２４が形成されている。

［基部］
基部２２１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２２２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２２２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２２２は、基部２２１を構成する母材に窒素吸収処理を施すことで、フェライト相がオーステナイト化されることにより形成される。表面層２２２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、たとえば５００から１０００倍でＳＥＭ観察したときの視野内において、表面層２２２の表面２２２Ａから混在層２２３のフェライト相までの最短距離である。あるいは、表面層２２２の表面２２２Ａから最も浅いオーステナイト化相である。また、表面層２２２の表面２２２Ａから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２２２の厚さａとしてもよい。なお、表面層２２２は、裏蓋２２がケース本体２１に取り付けられた際に、裏蓋２２の露出する面側に形成されている。本実施形態では、表面層２２２における窒素の含有量は質量％で１．０〜１．６％とされている。
また、本実施形態では、表面２２２Ａと直交する方向に裏蓋２２を切断した断面視で、表面２２２Ａから混在層２２３までの距離ａが３５０μｍとなるように、窒素吸収処理が施されている。すなわち、表面層２２２は、最も浅い箇所の厚さが３５０μｍとなるように形成されている。これにより、裏蓋２２として要求される硬度や耐食性を確保できるようにしている。なお、表面層２２２は、上記構成に限られるものではなく、例えば、上記した距離ａが、３５０μｍ以上となるように構成されていてもよく、また、３５０μｍ以下となるように構成されていてもよく、要求される硬度や耐食性に応じて形成されていればよい。
さらに、本実施形態では、表面層２２２の表面２２２Ａには、鏡面加工が施されている。これにより、表面２２２Ａは鏡面とされている。具体的には、表面２２２Ａは、算術平均粗さＲａが約１９ｎｍになるように構成されている。

［混在層］
混在層２２３は、表面層２２２の形成過程において、フェライト相で構成された基部２２１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、フェライト相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、フェライト相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２２３が形成される。なお、混在層２２３は、断面視においてオーステナイト化相の最も浅い部位から最も深い部位を含む層であり、表面層２２２よりも薄い層である。

［凹部］
凹部２２４は、表面層２２２に形成されており、前述した断面視で、側面２２５と、当該側面２２５から連続する底面２２６と、を有する矩形状に形成されている。なお、凹部２２４は、断面視で矩形状に形成されることに限られるものではなく、例えば、断面視で略三角形状や、略台形状や、略半円状に形成されていてもよい。また、本実施形態では、凹部２２４は、図２に示す型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５を構成している。

凹部２２４は、表面２２２Ａから底面２２６までの距離ｂ、つまり、凹部２２４の最も深い箇所から表面２２２Ａまでの最短距離である距離ｂが、表面２２２Ａから混在層２２３までの距離ａよりも短くなるように形成されている。具体的には、凹部２２４は、距離ｂが３５０μｍ未満となるように形成されている。これにより、凹部２２４は、表面層２２２を貫通して混在層２２３にまで到達することがないので、当該凹部２２４を介して、フェライト相が露出することはない。また、凹部２２４は、上記した距離ｂが、１００μｍ以下となるように形成されることが好ましく、２０μｍ以下となるように形成されるのがより好ましい。凹部２２４がこのように構成されることにより、後述するように当該凹部２２４をレーザー加工により形成する際に、レーザー加工の加工時間を短縮することができ、裏蓋２２の生産性を向上できる。
さらに、凹部２２４は、上記した距離ｂが１．５μｍ以上となるように形成されている。これにより、凹部２２４と表面２２２Ａとを見分けるために必要な、底面２２６と表面２２２Ａとのコントラストを確保できる。そのため、凹部２２４によって構成される型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５の視認性を確保できる。また、凹部２２４は、上記した距離ｂが、３μｍ以上となるように形成されることが好ましく、５μｍ以上となるように形成されるのがより好ましい。凹部２２４がこのように構成されることにより、底面２２６と表面２２２Ａとのコントラストをより大きくできるので、型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５の視認性を向上できる。
すなわち、本実施形態では、凹部２２４は、距離ｂが１．５μｍ以上、かつ、３５０μｍ未満となるように形成されることにより、フェライト相の露出を防止でき、かつ、型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５の視認性を確保できる。
さらに、凹部２２４は、距離ｂが、３μｍ以上、かつ、１００μｍ以下となるように形成されることが好ましく、５μｍ以上、かつ、２０μｍ以下となるように形成されるのがより好ましい。凹部２２４がこのように形成されることにより、裏蓋２２の生産性を向上でき、かつ、型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５の視認性を向上できる。

また、本実施形態では、前述したように、型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５を構成する凹部２２４は、レーザー加工により、表面層２２２の一部が気化され、マーキングされることで形成されている。このように、凹部２２４は、レーザー加工で形成されることにより、底面２２６が粗面とされている。具体的には、底面２２６は、算術平均粗さＲａが約５００ｎｍになるように形成されている。すなわち、底面２２６は、算術平均粗さＲａが表面層２２２の表面２２２Ａと異なるように、具体的には、底面２２６は、算術平均粗さＲａが表面２２２Ａよりも大きくなるように形成されている。これにより、表面２２２Ａと底面２２６とのコントラストを大きくできるので、凹部２２４によって構成される型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５の視認性を向上できる。なお、底面２２６は、表面２２２Ａよりも算術平均粗さＲａが、例えば５倍以上異なるように形成されるのが好ましく、１０倍以上異なるように形成されるのがより好ましい。
さらに、本実施形態では、底面２２６と表面２２２Ａとは、反射率が異なっている。具体的には、底面２２６は、表面２２２Ａよりも反射率が小さくなるように形成されている。これにより、表面２２２Ａと底面２２６とのコントラストをさらに大きくできるので、凹部２２４によって構成される型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５の視認性を向上できる。

［実施形態の作用効果］
このような本実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態では、時計用部品である裏蓋２２は、フェライト相で構成された基部２２１と、オーステナイト化相で構成された表面層２２２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２２３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にて構成される。表面層２２２には、凹部２２４が形成されている。そして、凹部２２４は、表面２２２Ａから底面２２６までの距離ｂが、表面２２２Ａから混在層２２３までの距離ａよりも短くなるように形成されている。
これにより、凹部２２４は、表面層２２２を貫通して混在層２２３にまで到達することがないので、当該凹部２２４を介して、フェライト相が露出することを防止できる。そのため、耐食性を確保でき、かつ、識別表記や意匠表現のためのマーキングが施された時計用部品としての裏蓋２２を得ることができる。

本実施形態では、表面２２２Ａから底面２２６までの距離ｂが１．５μｍ以上、かつ、３５０μｍ未満となるように、凹部２２４は形成されている。
これにより、フェライト相の露出を防止でき、かつ、凹部２２４によって構成される型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５の視認性を確保できる。

本実施形態では、底面２２６の算術平均粗さＲａが表面２２２Ａの算術平均粗さＲａと異なるように凹部２２４が形成されている。
これにより、表面２２２Ａと底面２２６とのコントラストを大きくできるので、凹部２２４によって構成される型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５の視認性を向上できる。

本実施形態では、凹部２２４は、レーザー加工により形成されている。
これにより、レーザー光線の照射条件を調整することにより、表面２２２Ａから凹部２２４の底面２２６までの距離ｂを容易に調整できるので、凹部２２４を容易に形成することができる。

次に、具体的な実施例について説明する。
［実施例］
実施例の時計用部品としての裏蓋に対して、レーザー加工により型式番号、防水性能表示、および耐磁性能表示を構成する凹部を形成する方法について説明する。
まず、質量％で、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、当該母材に窒素吸収処理を施すことで、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。そして、当該金属材料を加工して、裏蓋を製造した。

次に、上記のように製造した裏蓋の表面に、すなわち、ケース本体に裏蓋が取り付けられた際に露出する側の面にレーザー加工を施して、型式番号、防水性能表示、および耐磁性能表示を構成する凹部を形成した。
具体的には、レーザー加工装置を用い、波長：５３２ｎｍ、平均出力：４Ｗ、スイッチ周波数：１００ｋＨｚ、走査速度：１０００ｍｍ／ｓ、のレーザー照射条件でレーザー加工を施して凹部を形成した。

図４は、上記のようにレーザー加工を施した裏蓋の断面を、走査型電子顕微鏡により撮影した写真である。
図４に示すように、上記のようなレーザー照射条件にてレーザー加工を施すことにより、表面から底面までの距離が５．５６μｍになる凹部が形成可能であることが示唆された。すなわち、表面から底面までの距離が１．５μｍ以上、かつ、３５０μｍ未満となるような凹部を形成可能であることが示唆された。したがって、上記のような条件でレーザー加工を施すことにより、フェライト相の露出を防止でき、かつ、視認性を確保できる型式番号、防水性能表示、および耐磁性能表示を裏蓋に形成できることが示唆された。

［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裏蓋２２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、ケース本体、ベゼル、バンド、中留、文字板等として構成されていてもよい。また、時計は、上記のような時計用部品を複数有していてもよい。

前述した実施形態では、本開示の文字および数字である型式番号２３、防水性能表示２４、および耐磁性能表示２５が凹部２２４により構成されていたが、これに限定されない。例えば、刻印、標識、符号、紋章、およびシンボル等が凹部により構成されていてもよく、文字、数字、記号、刻印、標識、符号、紋章、およびシンボルの少なくとも１つが凹部により構成されていればよい。

前述した実施形態では、表面層２２２の表面２２２Ａは、鏡面加工が施されていたが、これに限定されない。例えば、表面２２２Ａは、筋目加工が施され、算術平均粗さＲａが約１２０ｎｍの粗面とされていてもよい。この場合、底面２２６は、表面２２２Ａとのコントラストを大きくするために、算術平均粗さＲａが約８００ｎｍの粗面とされていてもよい。
さらに、底面２２６は、算術平均粗さＲａが表面２２２Ａよりも小さくなるように形成されていてもよい。

前述した実施形態では、レーザー加工により凹部２２４が形成されていたが、これに限定されない。例えば、電子ビームの照射や、切削加工等の機械加工により凹部２２４が形成されていてもよい。

前述した実施形態では、表面層２２２は、裏蓋２２がケース本体２１に取り付けられた際に、裏蓋２２の露出する面側に形成されていたが、これに限定されない。例えば、表面層は裏蓋等の時計用部品の表面全体にわたって形成されていてもよい。

前述した実施形態では、底面２２６は、表面２２２Ａよりも反射率が小さくなるように形成されていたが、これに限定されない。例えば、底面２２６は、表面２２２Ａよりも反射率が大きくなるように形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、時計用部品としての裏蓋を構成していたが、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、識別表記や意匠表現のためのマーキングが施した上で、耐食性を確保できる。

１…時計、２…ケース、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…ケース本体、２２…裏蓋（時計用部品）、２３…型式番号（文字、数字）、２４…防水性能表示（文字、数字）、２５…耐磁性能表示（記号）、２２１…基部、２２２…表面層、２２２Ａ…表面、２２３…混在層、２２４…凹部、２２５…側面、２２６…底面。

Claims

フェライト相で構成された基部と、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、
前記表面層には凹部が形成され、
前記表面層の表面から前記凹部の底面までの距離は、前記表面から前記混在層までの距離よりも短い
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、
前記表面から前記底面までの距離は、１．５μｍ以上、かつ、３５０μｍ未満である
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、
前記表面から前記底面までの距離は、５μｍ以上、かつ、２０μｍ以下である
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において、
前記底面の算術平均粗さＲａは、前記表面の算術平均粗さＲａと異なる
ことを特徴とする時計用部品。
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の時計用部品において、
前記凹部は、文字、数字、記号、刻印、標識、符号、紋章、およびシンボルの少なくとも１つを構成する
ことを特徴とする時計用部品。
請求項１から請求項５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。