JP2000321371A - 機械的なスパイラル天輪ホイール振動器用の自己補償型スパイラル及びその処理方法 - Google Patents

機械的なスパイラル天輪ホイール振動器用の自己補償型スパイラル及びその処理方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈ
ｆの元素の少なくとも１種を含有する常磁性合金から作
られ、時計輪列または他の精密計器における機械的なス
パイラル天輪ホイール振動子用の自己補償型スパイラル
に関し、ならびにこのスパイラルの処理方法に関する。 【解決手段】 時計輪列または他の精密計器における機
械的なスパイラル天輪ホイール振動器用の、常磁性合金
から作られた自己補償型スパイラルは、Ｎｂ、Ｖ、Ｔ
ａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの元素の少なくとも１種を含有
し、そして上記スパイラルに陽極酸化処理を施すことに
よって形成される２０ｎｍ以上の厚みを有する実質的に
均質な酸化物層で被覆される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、
Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆの元素の少なくとも１種を含有する常
磁性合金から作られ、時計輪列または他の精密計器にお
ける機械的なスパイラル天輪ホイール振動子(mechanica
l spiral balance-wheel oscillator)用の自己補償型ス
パイラル(self-compensating spiral)に関し、ならびに
このスパイラルの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】スパイ
ラル天輪ホイール振動器の振動数において、時間の関数
としての、ドリフト現象の存在を、時計製造業者は良く
知っている。すなわち、強磁性合金で作られ且つ製造し
たままのスパイラルを取り付けた振動器は、振動器の振
動数の増加を次第に示していき、そして一年後に１０秒
／日程度の精度の変化量を結果として生じる。
【０００３】これは、製造作業がこのスパイラルの結晶
組織中に乱れ作りだすという事実によって実質的に説明
される。例えば、ブレグァ曲線(Breguet curve) を線引
き加工し、圧延加工しまたは成形加工することによって
起こる塑性変形が、空孔、格子間型または転位のような
の結晶中の欠陥を作りだす。加熱後の非常に急激な冷却
工程が、空孔を閉じ込める。また内部応力が、塑性変形
または温度の突然の変化によって発生する。酸素は加熱
処理中に結晶内を拡散することができる。
【０００４】結晶組織のこれら乱れの全てが、スパイラ
ルのヤング率をわずかに変化させる遅延弾性現象を起こ
させる。一般的にこの遅延弾性現象が、真の弾性係数よ
り低い係数をもたらす。時間が経過する間ずっと、結晶
組織中に作りだされる欠陥が、室温でゆっくりした拡散
で、安定で内部応力が緩和される等価な位置まで移動す
る。すなわち、これらの組織再構成機構が遅延弾性現象
を起こさせて、消失するまでゆっくりとヤング率を乱
す。一般的に真の弾性値に向かう傾向のある係数の増加
が観察される。
【０００５】遅延弾性現象とそれらの消失による相対的
な変化量は極端に小さく、１０-4程度であるが、それに
もかかわらず、時計の精度について明確に測定ができる
のは、２．３×１０-5の係数の相対的な変化量が１秒／
日の精度に相当するからである。このドリフトを減少す
るために、熱処理いわゆるオーブン処理をすることは通
常のやり方であり、この方法は１００〜２５０℃の間の
適度の温度で６〜２４時間完全にスパイラルを加熱する
ことからなる。この処理は、最初の数年間に渡って、精
度ドリフトを１秒／日以下まで減少することを可能に
し、これは、打撃のような時計を摩耗させることによっ
てもたらされるその他の乱れを満足させる。オーブン処
理は、熱的活性化によって、応力緩和と、欠陥のそれら
の等価な位置への拡散と、の工程の促進効果を備える。
【０００６】同じドリフト現象が、さらに力説するが、
図１の図に図示されるように、常磁性合金特に、Ｎｂ−
Ｚｒ合金で作られたスパイラルの場合に明らかにされ
た。強磁性合金で作られたスパイラルにおいて起こるこ
とと同じでなく、常磁性合金で作られたスパイラルのよ
うな場合、同じ形式のオーブン処理で、精度ドリフトを
一年後約５秒／日以下に減少することが可能でなく、図
２の図に示されるように、曲線ａ）は１７０℃で処理し
たスパイラルに相当し、そして曲線ｂ）は２７０℃で処
理したスパイラルに相当する。
【０００７】常磁性合金特にＮｂ−Ｚｒ合金で作られた
スパイラルを取り付けたスパイラル天輪ホイール振動器
の残留精度ドリフトを、適切な制限内に減少させること
の可能性、または、さらに弱めることの可能性は、強磁
性合金で作られたスパイラルにおいては前述のそれらに
加えて、別の機構がスパイラルによって働くトルクを変
化させることを考慮することで導かれる。
【０００８】常磁性合金は、酸素に対して非常に大きな
親和力を有する。周囲空気内で、表面酸化物膜を形成し
て合金を不動態化する。この膜の存在は、数ｎｍのその
薄い厚さに係わらず、スパイラルによって働くトルクを
乱す。これは、スパイラルの厚みが約３０〜５０μｍで
あり、そして振動器の精度を乱すトルクの相対的変動が
１０-4程度であり、すなわち、スパイラルの厚みに対す
る酸化物膜の厚みの割合程度の大きさであることが理由
である。この考察では、一方でＮｂ−Ｚｒ合金で作られ
たスパイラルで観察された精度ドリフトは、時を経て周
囲空気中で酸化物膜が変化するためであり、それによっ
て、其自体の従来のオーブン処理が、強磁性合金で作ら
れたスパイラルの場合に使えないが、なぜこのドリフト
問題を解決できなかを説明できる。
【０００９】常磁性合金、特にＮｂ−Ｚｒ合金で作られ
たスパイラルを取り付けたスパイラル天輪ホイールの精
度ドリフトが、二つの効果の重なりによるという考察か
ら推定することが可能である。すなわち、 ａ） 室温での顕微鏡組織のゆっくりした再組織化によ
り起こる体積効果。この効果は、強磁性のスパイラルの
場合に観察されるそれと同一である。
【００１０】ｂ） 空気と接触する表面層の酸化及び不
動態化により起こる表面効果。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記課題
に対して、本発明の主題は、請求項１にしたがう時計輪
列または他の精密計器における機械的なスパイラル天輪
ホイール振動器用の自己補償型スパイラルである。また
本発明の主題は、請求項４にしたがう上記スパイラルの
処理方法である。
【００１２】スパイラルの表面上の酸化物層の成長は、
スパイラルを不動態化するのに役立ち、屋外でまたは他
の理由で生じるのゆっくりした酸化物層の形成のため、
時を経てスパイラルのトルクにもはやドリフトを起こさ
せないようにする。この酸化物層を形成するための陽極
酸化工程の利点は、スパイラルの結晶組織を阻害するこ
となく、低温度で実施可能であることである。さらに、
この陽極酸化処理は、酸化物層の厚みを、所望の値に、
非常に簡単に全く安全に且つ完全に再現可能に調整する
ことを可能にする。さらにその上に、この層の厚み、す
なわちスパイラルの色が、完全に均一になる。
【００１３】さらに、本発明の利点を、実施例を意図す
る本発明の実施態様に係わる記載と、添付した説明図面
と、を考慮して明確にする。
【００１４】
【発明の実施の形態及び実施例】本発明の主題を形成す
る処理工程を実施する方法にしたがい、水に０．１ｖｏ
ｌ％の硫酸を含有する希硫酸溶液を用意する。スパイラ
ルをこの溶液に浸漬し、３０Ｖの電圧で３０秒間弱電流
を流す。この弱電流が、陽極酸化処理の際に、ヤング率
の温度係数（ＴＥＣ値）を変化させないように、スパイ
ラルを関知できるほど加熱しないことを可能にする。こ
れらの条件の下で、形成された酸化物層は、５０ｎｍ程
度の厚みを有し、スパイラルは青色になる。その後、こ
のスパイラルは、６時間２００℃で窒素雰囲気でオーブ
ンで処理される。色を変化させることは、単なる課題で
あり陽極酸化電圧を変更する。所定の電圧が、規定の色
に対応する。陽極酸化工程の停止はこの層の厚みに依存
し、厚み自体はこの酸化物層の絶縁破壊電圧に依存す
る。このことが、この層の厚みすなわちこの層の色が完
全に制御可能であり且つ再現性があることを説明する。
さらに、この色はスパイラルの全面に渡って均一であ
る。
【００１５】図３の曲線ａ）は、このスパイラルを取り
付けた時計の日差が実質的に０であり、オーブン加熱処
理のみが施されたスパイラルの曲線ｂ）とは似ていない
ことを示す。酸化物層の厚みは本発明の目的を達成する
のに重要ではないので、所望とする色にしたがってこの
厚みを選択することが可能である。すなわち、上記陽極
酸化条件のもとで、黄色はスパイラルに１５Ｖの電圧を
印加することによって達成され、そして赤色は１８Ｖの
電圧で達成される。一般的に、着色層の厚みは２０〜２
００ｎｍの間である。
【００１６】しかしながら、２０〜２００ｎｍの酸化物
層の形成は、ほとんど約５ｐｐｍ／℃ごとにスパイラル
の見かけのＴＥＣを減少し、そしてトルクを増加するこ
とを考慮する必要がある。したがって、形状を決める前
の熱処理に際し、これらの相違を考慮して、陽極酸化処
理後に、所望のＴＥＣと所望のトルクとが達成されるよ
うにする。
【００１７】周囲空気中でのＮｂ−Ｚｒ合金スパイラル
のゆっくりした酸化によって生じる精度ドリフトは、Ｎ
ｂ合金の全て、または大きな比率でＮｂを含有する合金
に対して一般的な現象であり、特に、Ｔｉ、Ｖ、Ｚｒ、
Ｃｒ、Ｔａ、Ｍｏ及びＨｆのような主要な合金化元素が
酸素に対して非常に再活性化する場合には、一般的な現
象である。
【００１８】さらにスイス及びリヒテンシュタイン特許
第５５１、０３２号は、一般的に、Ｎｂ、Ｔａ、Ｖを基
本とした常磁性合金が不活性なＴＥＣを備えがちである
ことを開示する。これらの元素は酸素に対して非常に再
活性化し、周囲空気中での表面の酸化によりスパイラル
のトルクにドリフトを作りがちである。また、ドイツ特
許第１，５５８，８１６号は、Ｎｂ、Ｖ、Ｔａの群から
少なくとも１種と、不活性なＴＥＣを備えがちなＴｉ、
Ｚｒ、Ｈｆの群からの元素と、を基本とする合金を引用
する。この種の合金の全てが、また酸素に対して非常に
再活性化し、そして、それらの全てが本発明の主題にし
たがう酸化物層で被覆されるように、周囲空気中の酸化
によって、スパイラルのトルクにドリフトを作りだす。
【００１９】熱酸化は、比較的高温度での加熱処理を含
むので、陽極酸化より劣るとはいえその他の可能な方法
である。一般的には、青色を備える層が空気中で４５０
℃で２〜３分の処理で達成される。この温度は、酸素を
スパイラル容積に拡散させるに十分であるので、酸化物
層による効果に加えてＴＥＣが乱される。すなわち、こ
の種の処理の再現性は陽極酸化よりさらにばらつきがあ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、時計の日数あたりの時間の因子ｔとし
ての秒／日での日ドリフトの変化を示す図であり、その
時計のスパイラル天輪ホイールは、製造されたままの１
８％Ｎｂ−Ｚｒ合金のスパイラルが取り付けてある。
【図２】図２は、時計の図１と同様の図であり、その時
計のスパイラル天輪ホイールは、窒素中で２４時間オー
ブン処理された１８％Ｎｂ−Ｚｒ合金のスパイラルを取
り付けてある。
【図３】図３は、二つの時計の同様の図であり、ａ）は
本発明に従う１８％Ｎｂ−Ｚｒ合金のスパイラルを備え
且つオーブン処理されたものであり、ｂ）はオーブン処
理だけがなされた同様のスパイラルである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｄ 11/26 ３０３ Ｃ２５Ｄ 11/26 ３０３ Ｇ０４Ｂ 17/20 Ｇ０４Ｂ 17/20 (72)発明者 ジャック ボー スイス国，セアシュ−1170 オボンヌ，シ ュマン ドゥ ラ トラブース ３ (72)発明者 パトリック ソル スイス国，エフ−01420 シャネイ，ボッ コノ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 Ｎｂ、Ｖ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＨｆの
    うちの少なくとも一つの元素を含有する常磁性合金から
    作られ、時計輪列または他の精密計器における機械的な
    スパイラル天輪ホイール振動器用の自己補償型スパイラ
    ルであって、 ２０ｎｍ以上の厚みを有する実質的に均質な酸化物層で
    被覆されたことを特徴とする自己補償型スパイラル。
  2. 【請求項２】 前記酸化物層の厚みが、自己補償型スパ
    イラルを着色可能であることとを特徴とする請求項１に
    記載のスパイラル。
  3. 【請求項３】 前記自己補償型スパイラルが、５〜２５
    ｗｔ％の範囲のＺｒを含有するＮｂ−Ｚｒ合金から作ら
    れることを特徴とする請求項１または２に記載のスパイ
    ラル。
  4. 【請求項４】 請求項１に記載する自己補償型スパイラ
    ルの処理方法であって、 前記スパイラルに陽極酸化処理を施すことによって、実
    質的に均質な酸化物層を形成することを特徴とする自己
    補償型スパイラルの処理方法。
  5. 【請求項５】 １０〜３５Ｖの電圧を陽極酸化浴中で１
    ０〜２００秒間印加することを特徴とする請求項４に記
    載の方法。
  6. 【請求項６】 前記陽極酸化処理以前に、前記スパイラ
    ルのヤング率の温度係数（ＴＣＥ）を増加させ且つ前記
    トルクの値を減少させて、前記酸化物層の形成により生
    じるＴＣＥ値とトルク値との変動を補償することを特徴
    とする請求項４または５に記載の方法。
  7. 【請求項７】 陽極酸化した前記スパイラルを１００°
    〜２５０°の間で１〜２４時間オーブン加熱処理を施す
    ことを特徴とする請求項４または５に記載の方法。
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