JP2014137376A - 時計ムーブメントのための部品 - Google Patents

Abstract

【課題】磁場に対する感受性を制限し、並びに耐磨耗性及び耐衝撃性の要求に適合する硬度を達成する枢動ピンを提供する。
【解決手段】各端部にホゾ３を含む金属製枢動ピンに関し、金属は、ピンの磁場に対する感受性を制限するためにオーステナイト系鋼、オーステナイト系コバルト合金又はオーステナイト系ニッケル合金であること、及び２つのホゾのうちの一方の少なくとも外側表面５は、１つ又は複数のホゾ３を硬化するために、ピンの残りの部分に対して所定の深さまで硬化されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は時計ムーブメントのための部品に関し、具体的には機械式時計ムーブメントのための非磁性枢動ピンに関し、更に具体的には非磁性天真、アンクル真及び脱進機ピニオンに関する。

時計用枢動ピンの製造は、様々な作用表面（肩部、突出部分、ホゾ等）を画定するために、硬化性の棒鋼に棒材旋削加工を実施することと、続いて棒材を旋削したピンを、ピンの硬度を改善するための少なくとも１回の焼入れ作業及び粗度を改善するための１回又は複数回の焼戻し作業を含む熱処理に供することとからなる。熱処理作業の後にはピンのホゾの圧延作業が続き、この圧延作業はホゾを所望の寸法に研磨することからなる。圧延作業により、ホゾの硬度及び粗度も改善される。圧延作業は極めて困難であり、低硬度即ち６００ＨＶ未満の硬度を有する材料では達成不可能でさえあることに留意されたい。

機械式時計ムーブメントにおいて従来使用される枢動ピン、例えば天真は、棒材旋削可能な鋼種から作製され、これらは一般に被削性を改善するために硫化鉛及び硫化マンガンを含むマルテンサイト系炭素鋼である。このような用途には、２０ＡＰと呼ばれるこのタイプの公知の鋼が典型的に用いられる。

このタイプの材料は、機械加工が容易であるという利点、特に棒材旋削に適しているという利点を有し、焼入れ及び焼戻し後に、時計の枢動ピンを作製するのに極めて有利である優れた機械的性質を有する。これらの鋼は特に、熱処理後に優れた耐摩耗性及び硬度を有する。典型的には、２０ＡＰ鋼製のピンのホゾの硬度は、熱処理及び圧延後に７００ＨＶを超え得る。

このタイプの材料は上で説明した時計への応用のための十分な機械的性質を提供するが、この材料は磁性であり、特に強磁性材料製のヒゲゼンマイと協働する天真を作製するためにこの材料を使用すると、磁場にさらされた後で腕時計の動作が中断され得るという欠点を有する。この現象は当業者にはよく知られており、例えば非特許文献１に記載されている。これらのマルテンサイト系鋼は腐食に対しても繊細であることにも留意すべきである。

非磁性、即ち常磁性又は反磁性又は反強磁性であるという特性を有するオーステナイト系ステンレス鋼を用いて、このような欠点を克服するための試みがなされてきた。しかしながら、これらオーステナイト系ステンレス鋼は結晶構造を有し、これは、オーステナイト系ステンレス鋼が硬化できないか、又は時計の枢動ピンを作製するために必要な要件に適合する硬度ひいては耐摩耗性を達成できないことを意味する。これら鋼の硬度を増大させる１つの手段は冷間加工であるが、この硬化作業では５００ＨＶ超の硬度を達成できない。従って、摩擦による摩耗に対する高い耐性を必要とする部品及び変形のリスクが殆どないか又は変形のリスクが全くないホゾのために、このタイプの鋼を使用することには依然として制限がある。

このような欠点を克服することを目的とした別のアプローチは、ダイヤモンド様炭素（ＤＬＣ）等の材料の硬化層を枢動ピンに蒸着することからなる。しかしながら、硬化層の層間剥離の有意なリスクが観察され、結果として腕時計ムーブメント内を移動して時計の動作を中断し得るデブリの形成が観察されたため、これは不十分である。

オーステナイト系ステンレス鋼の欠点を克服するために、更に別のアプローチ、即ち窒化、浸炭又は浸炭窒化による枢動ピンの表面硬化が考案されている。しかしながらこれらの処理では、窒素及び／又は炭素が鋼中のクロムと反応し、窒化クロム及び／又は炭化クロムが形成されることにより、クロムマトリクスの局所的な消耗が生じるため、耐腐食性が有意に低下することが知られており、これが望ましい時計への応用を困難にしている。

Bulletin Annuel Suisse de Chromometrie 第１巻、５２〜７４ページ

本発明の目的は、磁場に対する感受性を制限し、並びに時計産業において必須である耐摩耗性及び耐衝撃性の要求に適合する改善された硬度を達成することができる枢動ピンを提案することにより、上述の欠点の全部又は一部を克服することである。

本発明の目的はまた、改善された耐腐食性を有する非磁性枢動ピンを提供することである。

本発明の更に別の目的は、簡単かつ経済的に製造できる非磁性枢動ピンを提供することである。

従って本発明は、時計ムーブメントのための金属製枢動ピンに関し、上記枢動ピンは端部の少なくとも一方に少なくとも１つのホゾを含み、上記金属は枢動ピンの磁場に対する感受性を制限するためにオーステナイト系鋼、オーステナイト系コバルト合金又はオーステナイト系ニッケル合金であること、並びに上記少なくとも１つのホゾの少なくとも外側表面は、ピンの中心部に対して所定の深さまで硬化されることを特徴とする。

結果として、表面領域又はピン全体が硬化する、即ちピンの中心部は殆ど変化しないか、又は全く変化しない。このようなピンの部分の選択的な硬化により、枢動ピンは、良好な全体の粗度を依然として維持しながら良好な耐腐食性を有することに加え、磁場に対する低い感受性及び主応力領域における硬度等の利点を享受できる。その上、このタイプのオーステナイト系鋼の使用は、大幅な機械加工が可能であるという点において有利である。

本発明の他の有利な特徴によると：
-所定の深さとは、ホゾの全直径ｄの５〜４０％、典型的には５〜３５ミクロンであり；
-硬化した外側表面は、少なくとも１つの化学元素の拡散した原子を含み、上記少なくとも１つの化学元素は非金属であり、好ましくは窒素及び／又は炭素であり；
-硬化した外側表面は、１０００ＨＶ超の硬度を有する。

更に、本発明は時計ムーブメントに関し、このムーブメントは上述の変形例のいずれかによる枢動ピンを含み、及び特にこれらの枢動ピンは具体的には天真、アンクル真並びに／又は脱進機ピニオンを含むことを特徴とする。

最後に、本発明は以下のステップを含む枢動ピンの製造方法に関する：
ａ）磁場に対する感受性を制限するために、オーステナイト系鋼、オーステナイト系コバルト合金又はオーステナイト系ニッケル合金の基材から、少なくとも１つの端部に少なくとも１つのホゾを含む枢動ピンを形成するステップ；
ｂ）応力がかかる主領域において高い粗度を維持しながら枢動ピンを硬化するために、上記少なくとも１つのホゾの少なくとも外側表面において、所定の深さまで原子を拡散させるステップ。

結果として、鋼又はコバルト合金又はニッケル合金に原子を拡散させることにより、ホゾの上面に第２の材料を蒸着する必要なしに、表面領域又はホゾ全てが硬化する。実際、硬化は枢動ピンの材料内で起こり、これは本発明によると有利には、ピンに蒸着した硬化層で起こり得るいずれの後続の層間剥離を防ぐ。

更に、合金の格子間位置に炭素及び／又は窒素原子を拡散させることを目的としたこの熱化学処理は、原理的には枢動ピンの耐腐食性を損い得る炭素及び／又は窒素を形成しない。

本発明の他の有利な特徴によると：
−所定の深さとは、ホゾの全直径ｄの５〜４０％を表し；
−原子は、好ましくは窒素及び／又は炭素等の非金属である少なくとも１つの化学元素を含み；
−ステップｂ）は熱化学拡散処理からなり；
−ステップｂ）はイオン注入及び拡散処理からなり；
−ホゾはステップｂ）の後に圧延又は研磨される。

その他の特徴及び利点は、添付の図面を参照して非限定的な説明として挙げる以下の説明からより明らかになるであろう。

図１は、本発明による枢動ピンの図である。 図２は、拡散処理作業後及び圧延又は研磨作業前の、本発明による天真のホゾの部分断面図である。 図３は、拡散処理作業後及び圧延又は研磨作業前のホゾを示す、図２と同様の部分断面図である。 図４は、拡散処理後及び圧延又は研磨処理前の、本発明による天真のホゾの表面から中心部への硬度のプロファイルを示すグラフである。 図５は、拡散処理後及び圧延又は研磨処理後の、本発明による天真のホゾの表面から中心部への硬度のプロファイルを示すグラフである。

本発明は、時計ムーブメントのための部品に関し、具体的には機械式時計ムーブメントのための非磁性枢動ピンに関する。

本発明を、枢動ピンとしての非磁性天真１への応用を参照しながら以下に説明する。勿論、例えば、典型的には脱進機ピニオン又はアンクル真である時計のホイールセットアーバ等のその他のタイプの時計の枢動ピンを想定してもよい。

図１を参照すると、本発明による天真１が図示されており、この天真１は異なる直径の複数の部分２を含み、部分２は典型的には、ホゾ３を画定する２つの端部分の間に配設された肩部２ａ及び突出部分２ｂを画定する。これらホゾはそれぞれ、典型的には宝石即ちルビーの開口部内の軸受において枢動するよう構成される。

日常的に接触する物品が誘発する磁気に関して、天真１の感受性を制限して、天真１が組み込まれる時計の動作に悪影響を与えることを回避することが重要である。

驚くべきことに、本発明は両方の問題を妥協することなく同時に克服し、更なる利点をもたらす。よって天真１の金属４は、オーステナイト系及び好ましくはステンレス鋼であり、これにより有利には天真の磁場に対する感受性を制限する。更に、ホゾの少なくとも１つの外側表面５（図２、３）は、天真の残りの部分に対して所定の深さまで硬化し、これにより本発明によると有利には、上記外側表面において高い粗度を維持しながら優れた硬度を提供できる。

実際、本発明によると、ホゾ３の外側表面において１０００ＨＶ超の硬度を得ることができた。上記の値は、少なくとも１６．５％のＣｒ及び１０％のＮｉ（ＤＩＮ Ｘ２ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２＋Ｓｕ＋Ｃｕ）を含み、硫黄及び硫化マンガンを添加した、３１６Ｌクロム−ニッケルオーステナイト系ステンレス鋼から得られた。勿論、その組成割合が常磁性、反磁性又は反強磁性及び良好な被削性をもたらす場合は、その他のステンレス鋼も想定してもよい。

ホゾ３の全直径ｄの５〜４０％の硬化深さは、天真への応用には十分であることが経験的に明らかになっている。例として、半径ｄ／２が５０μｍである場合、ホゾ３の周囲の硬化深さは好ましくは約１５μｍである。当然、応用例に応じて全直径ｄの５〜８０％の異なる硬化深さを提供することが可能である。

本発明によると好ましくは、ホゾ３の硬化した外側表面５は、窒素及び／又は炭素等の少なくとも１つの非金属の拡散した原子を含む。実際、以下に説明するように、鋼４における原子の格子間飽和を通して、ホゾ３の上部に第２の材料を蒸着する必要なしに、表面領域５が硬化する。実際、硬化はホゾ３の材料４内で起こり、これは本発明によると有利には、使用中のいずれの後続の層間剥離を防ぐ。

従って、少なくとも１つの表面領域５が硬化する。即ちホゾ３の中心部及び／又はピンの残りの部分は、天真１の機械的性質を有意に変えることなく、殆ど変化しないか、又は全く変化しないままである。ホゾ３のこのような選択的変更の結果として、良好な耐腐食性及び耐疲労性を維持しながら、磁場に対する低い感受性、応力がかかる主領域における硬度及び高い粗度といった利点を組み合わせることができる。

本発明はまた、上で説明した通り天真の製造方法にも関する。本発明の方法は有利には以下のステップを含む：
ａ）天真の磁場に対する感受性を制限するために、オーステナイト系鋼の基材から、各端部にホゾ３を含む天真１を形成するステップ；
ｂ）応力がかかる主領域においてホゾを硬化するために、ホゾ３の少なくとも外側表面５において所定の深さまで原子を拡散させるステップ。

第１の好ましい実施形態によると、ホゾ３に必要な寸法及び最終表面仕上げを達成するために、ホゾ３をステップｂ）の後に圧延又は研磨する。この処理後の圧延作業の結果として、ホゾに硬化作業を施しただけのピンに対して改善された耐摩耗性及び耐衝撃性を有するピンが得られる。

全ての表面にステップｂ）の拡散処理を施した天真に基づいて作成した図４、５に示したグラフから、ホゾ３の表面を含むピンがおよそ１３００ＨＶ（カーブＡ、図４）の表面硬度を達成していることが分かるだろう。予期に反して、表面層５ａ（図２の暗色の層）の一部を除去した圧延作業は、ホゾ３の表面層５の最も硬い部分も除去したこと、及びそれにもかかわらずホゾ３の表面硬度（カーブＢ、図５）は有利には１０００ＨＶ超のままであり、これはホゾ３に、関連する応用のために申し分のない耐摩耗特性をもたらすことも分かるだろう。

本発明によると有利には、実施形態に関係なく、本方法をバルク状態に対して適用できる。よって、ステップｂ）は複数の天真及び／又は複数の天真の未完成品を浸炭又は窒化する等の熱化学処理からなってよい。ステップｂ）は、好ましくは窒素及び／又は炭素等の非金属である化学元素の原子を鋼４に格子間拡散することからなってよいことが明らかである。最後に、有利には、本方法の圧縮応力により耐疲労性及び耐衝撃性が改善されることが分かった。

ステップｂ）はまた、イオン注入工程及び／又は熱拡散処理からなってもよい。この変形例は、拡散する原子のタイプに制限がないという利点、並びに格子間拡散及び置換型拡散の両方が可能であるという利点を有する。

勿論、本発明は説明した実施例に限定されるものではなく、当業者には明らかである様々な変形例や変更例が可能である。特に、時計の天真等の枢動ピンへの応用には必須ではないが、ホゾ３を全体的に又はほぼ全体的に、即ちホゾ３の直径ｄの８０％以上を処理することを想定することが可能である。

本発明によると、枢動ピンを作製するための基本的な材料はまた、少なくともコバルトを３９％含むオーステナイト系コバルト合金、典型的には通常３９％のＣｏ、１９％のＣｒ、１５％のＮｉ、６％のＭｏ、１．５％のＭｎ、１８％のＦｅ及び添加物からなる残部を有する、ＤＩＮ Ｋ１３Ｃ２０Ｎ１６Ｆｅ１５Ｄ７として公知である合金、又は少なくともニッケルを３３％含むオーステナイト系ニッケル合金、典型的には通常３５％のＮｉ、２０％のＣｒ、１０％のＭｏ、３３％のＣｏ及び添加物からなる残部を有する、ＭＰ３５Ｎ（登録商標）として公知である合金からなってもよい。

１ 枢動ピン、天真
２ 部分
３ ホゾ
４ 金属、鋼、材料
５ ホゾの外側表面
ｄ 全直径

Claims (19)

1. 時計ムーブメントのための金属製枢動ピンであって、
   前記枢動ピンは、端部の少なくとも一方に少なくとも１つのホゾを含み、
   前記金属は、前記枢動ピンの磁場に対する感受性を制限するために、オーステナイト系鋼、オーステナイト系コバルト合金又はオーステナイト系ニッケル合金であること、及び
   前記少なくとも１つのホゾ（３）の少なくとも外側表面（５）は、前記ピンの中心部に対して所定の深さまで硬化されること
   を特徴とする、枢動ピン。
2. 前記所定の深さとは、前記ホゾ（３）の全直径（ｄ）の５〜４０％を表すことを特徴とする、請求項１に記載の枢動ピン。
3. 前記硬化した外側表面（５）は、少なくとも１つの化学元素の拡散した原子を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の枢動ピン。
4. 前記少なくとも１つの化学元素は、非金属であることを特徴とする、請求項３に記載の枢動ピン。
5. 前記少なくとも１つの非金属は、窒素及び／又は炭素であることを特徴とする、請求項４に記載の枢動ピン。
6. 前記硬化した外側表面（５）は、１０００ＨＶ超の硬度を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の枢動ピン。
7. 前記ピンを形成する前記金属は、少なくとも１６．５％のＣｒ及び１０％のＮｉを含むオーステナイト系クロム−ニッケルステンレス鋼、少なくとも３９％のコバルトを含むオーステナイト系コバルト鋼、少なくとも３３％のニッケルを含むオーステナイト系ニッケル鋼を含む群から選択されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の枢動ピン。
8. 前記ピンを形成する前記金属は、Ｘ２ＣｒＮｉＭｏ１７−１２−２＋Ｓｕ＋Ｃｕオーステナイト系鋼、Ｋ１３Ｃ２０Ｎ１６Ｆｅ１５Ｄ７オーステナイト系コバルト合金、並びに３５％のＮｉ、２０％のＣｒ、１０％のＭｏ、３３％のＣｏ及び添加物からなる残部を有するオーステナイト系ニッケル合金を含む群から選択されることを特徴とする、請求項７に記載の枢動ピン。
9. 前記ピンは２つのホゾを有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の枢動ピン。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の枢動ピンを含むことを特徴とする、時計用ムーブメント。
11. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のピンを含む天真（１）、アンクル真及び／又は脱進機ピニオンを含むことを特徴とする、時計用ムーブメント。
12. 枢動ピンを製造する方法であって、以下のステップ：
    ａ）磁場に対する感受性を制限するために、オーステナイト系鋼、オーステナイト系コバルト合金又はオーステナイト系ニッケル合金の基材から、前記ピンの少なくとも１つの端部に少なくとも１つのホゾ（３）を含む前記枢動ピンを形成するステップ；
    ｂ）応力がかかる主領域において高い粗度を維持しながら前記ホゾ（３）を硬化するために、前記少なくとも１つのホゾ（３）の少なくとも外側表面において所定の深さまで原子を拡散させるステップ
    を含む、方法。
13. 前記所定の深さとは、前記ホゾ（３）の全直径（ｄ）の５〜４０％を表すことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
14. 前記拡散ステップは、少なくとも１つの化学元素の原子の拡散を含むことを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の方法。
15. 前記原子は、少なくとも１つの非金属を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
16. 前記少なくとも１つの非金属は、窒素及び／又は炭素であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
17. 前記ステップｂ）は熱化学拡散処理からなることを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記ステップｂ）はイオン注入からなり、前記イオン注入の後に拡散処理を行っても行わなくてもよいことを特徴とする、請求項１２〜１６のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記ホゾ（３）は、ステップｂ）の後に圧延／研磨ステップを経ることを特徴とする、請求項１２〜１８のいずれか１項に記載の方法。

Images