JP2020183941A - 計時器用ムーブメントのためのバランスばねを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 変形を促進させ、特に、転がり動作を容易にするような、計時器用ムーブメントのバランスが取り付けられるバランスばねを製造する方法を提供する。【解決手段】 本発明は、計時器用ムーブメントのバランスが取り付けられるように意図されたバランスばねを製造する方法に関する。この方法は、１０〜３０重量％の範囲のＺｒを含有するＮｂとＺｒの合金によって作られるブランクを作るステップと、前記ブランクをアニールして冷却するステップと、及びワイヤを形成するようにアニールされたブランクを変形させる少なくとも１つの変形ステップとを行い、この方法は、前記変形ステップの前に、ワイヤ成形操作を容易にするように、前記ブランク上に、銅、ニッケル、キュプロニッケル、銅−マンガン、金、銀、ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）及びニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）からなる群から選択される延性材料の層を堆積させるステップを行い、堆積させる延性材料の層の厚みは、所与のワイヤ断面における合金の面積に対する延性材料の面積の比が１未満、好ましくは０．５未満、より好ましくは０．０１〜０．４の範囲であるように選択される。【選択図】なし
Description
本発明は、計時器用ムーブメントのバランスが取り付けられるように意図されたバランスばねを製造する方法に関する。
計時器のためのバランスばねの製造においては、以下のような制約を受けることがあり、これらは一見して相容れないように思えることが多い。
− 高降伏強度を得る必要がある
− 製造、特に、引き延ばしや転がり動作、を容易にする
− 優れた疲労強度
− 長期間にわたるパフォーマンスレベルの安定性
− 小さな断面
− 高降伏強度を得る必要がある
− 製造、特に、引き延ばしや転がり動作、を容易にする
− 優れた疲労強度
− 長期間にわたるパフォーマンスレベルの安定性
− 小さな断面
また、バランスばねの製造は、さらに、一貫したクロノメーター的性能レベルを確実にするために、温度補償の課題にも焦点を当てている。これには、ゼロに近い熱弾性係数を得ることが必要である。また、磁場に対する影響が少ないバランスばねも求められる。
バランスばねは、ニオブやジルコニウムの合金を用いて開発されてきている。しかし、これらの合金は、引き延ばしや線引き延ばし用の引き延ばしプレート（ダイヤモンド又は硬い金属）において、また、圧延ローラ（超硬合金又は鋼材）に対して、付着したり固着したりする問題を発生させる。このことによって、例えば、これらを鋼に用いられる標準的な方法を用いて細線に形態を変えることが実際上不可能になってしまう。
本発明は、変形を促進させ、特に、転がり動作を容易にするような、計時器用ムーブメントのバランスが取り付けられるように意図されたバランスばねを製造する方法を提案することを目的の１つとする。
このために、本発明は、計時器用ムーブメントのバランスが取り付けられるように意図されたバランスばねを製造する方法であって、
１００重量％までの残りの量のニオブと、１０〜３０重量％の範囲のジルコニウムと、及び全量が０〜０．５重量％の範囲の不純物とを含有するニオブとジルコニウムの合金によって作られるブランクを作るステップと、
前記ブランクをアニールして冷却するステップと、
その後に、ワイヤを形成するようにアニールされたブランクを変形させる変形ステップと、
バランスばねを形成するように巻くステップと、及び
熱処理する最後のステップと
を行い、アニールするステップと変形ステップは、複数回行うことができる。
１００重量％までの残りの量のニオブと、１０〜３０重量％の範囲のジルコニウムと、及び全量が０〜０．５重量％の範囲の不純物とを含有するニオブとジルコニウムの合金によって作られるブランクを作るステップと、
前記ブランクをアニールして冷却するステップと、
その後に、ワイヤを形成するようにアニールされたブランクを変形させる変形ステップと、
バランスばねを形成するように巻くステップと、及び
熱処理する最後のステップと
を行い、アニールするステップと変形ステップは、複数回行うことができる。
本発明によれば、本方法は、変形ステップの前及び焼鈍及びアニールして冷却するステップの後に、ワイヤ成形操作を促進させるために、ブランク上に、銅、ニッケル、キュプロニッケル、銅−マンガン、金、銀、ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）及びニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）からなる群から選択される延性材料の層を堆積させるステップを行う。堆積される延性材料の層の厚みは、所与のワイヤ断面におけるＮｂＺｒ合金の面積に対する延性材料の面積の比が１未満、好ましくは０．５未満であり、より好ましくは０．０１〜０．４の範囲にあるように選択される。これらの範囲から選択されるＮｂＺｒ合金の延性材料の表面積／表面の比のみによって、延性材料／ＮｂＺｒの複合材料を容易に圧延することができる。延性材料の厚みは、引き延ばし又は線引き延ばしの操作時にワイヤを引き延ばしプレート内に挿入するために必要なやすりかけ又は熱間引き延ばしによって作られる点が延性材料においてコーティングされるように最適化される。この層は薄くしなければならない。具体的には、層が厚いと、引き延ばしプレートにおける詰まる問題の原因となる。また、延性材料の層が厚いと、ワイヤのコアの形状を制御することが難しくなり、円の形状から逸脱するような形状となってしまう。
本発明は、計時器用ムーブメントのバランスが取り付けられるように意図されニオブとジルコニウムを含有する合金によって作られたバランスばねを製造する方法に関する。
本方法は、
− １００重量％までの残りの量のニオブと、
− １０〜３０重量％の範囲のジルコニウムと、及び
− 全量が０〜０．５重量％の範囲の不純物と
を含有するニオブとジルコニウムの合金によって作られたブランクを作るステップを行う。具体的には、前記不純物は、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｆｅ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｃｏ及びＢからなる群から選択される微量の元素であることができ、これらの元素のそれぞれの量は、０〜１０００重量ｐｐｍの範囲である。本方法は、さらに、
− 前記ブランクをアニールし、その後に、前記ブランクを冷却するステップと、
− 前記ブランク上に延性材料を堆積させるステップと、
− ワイヤを形成するように前記ブランクを変形させる少なくとも１つの変形ステップとを行う。この変形ステップを複数回行う場合には、それらの変形ステップの間に、アニールして冷却するステップを行う。本方法は、さらに、
− バランスばねを形成するように巻くステップと、
− バランスばねの形状を固定し熱弾性係数を調整することを可能にする熱処理する最後のステップとを行う。
− １００重量％までの残りの量のニオブと、
− １０〜３０重量％の範囲のジルコニウムと、及び
− 全量が０〜０．５重量％の範囲の不純物と
を含有するニオブとジルコニウムの合金によって作られたブランクを作るステップを行う。具体的には、前記不純物は、Ｏ、Ｈ、Ｃ、Ｆｅ、Ｎ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｖ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｐｂ、Ｃｏ及びＢからなる群から選択される微量の元素であることができ、これらの元素のそれぞれの量は、０〜１０００重量ｐｐｍの範囲である。本方法は、さらに、
− 前記ブランクをアニールし、その後に、前記ブランクを冷却するステップと、
− 前記ブランク上に延性材料を堆積させるステップと、
− ワイヤを形成するように前記ブランクを変形させる少なくとも１つの変形ステップとを行う。この変形ステップを複数回行う場合には、それらの変形ステップの間に、アニールして冷却するステップを行う。本方法は、さらに、
− バランスばねを形成するように巻くステップと、
− バランスばねの形状を固定し熱弾性係数を調整することを可能にする熱処理する最後のステップとを行う。
好ましくは、本発明で用いられるＮｂＺｒ合金のブランクは、潜在的な避けられない微量含有物を除いていかなる他の元素も含有しない。これによって、脆性相の形成を防ぐことができる。
特に、酸素含有量は、好ましくは、全組成物の０．１０重量％以下、特に、全組成物の０．０５重量％以下、さらには、全組成物の０．０３重量％以下である。
特に、炭素含有量は、好ましくは、全組成物の０．０４重量％以下、特に、全組成物の０．０２重量％以下、さらには、全組成物の０．０１５重量％以下である。
特に、鉄含有量は、好ましくは、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０２重量％以下、さらには、全組成物の０．００５重量％以下である。
特に、窒素含有量は、好ましくは、全組成物の０．０４重量％以下、特に、全組成物の０．０２重量％以下、さらには、全組成物の０．０１５重量％以下である。
特に、水素含有量は、好ましくは、全組成物の０．０１重量％以下、特に、全組成物の０．００３５重量％以下、さらには、全組成物の０．００１重量％以下である。
特に、ケイ素含有量は、好ましくは、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０２重量％以下、さらには、全組成物の０．００５重量％以下である。
特に、ニッケル含有量は、好ましくは、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００２重量％以下である。
特に、合金における銅のような延性固溶体における元素の含有量は、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００４重量％以下である。
特に、アルミニウム含有量は、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００２重量％以下である。
特に、クロム含有量は、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００２重量％以下である。
特に、マンガン含有量は、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００２重量％以下である。
特に、バナジウム含有量は、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００２重量％以下である。
特に、スズ含有量は、全組成物の０．０１重量％以下、特に、全組成物の０．００３５重量％以下、さらには、全組成物の０．００１重量％以下である。
特に、マグネシウム含有量は、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００２重量％以下である。
特に、モリブデン含有量は、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００２重量％以下である。
特に、鉛含有量は、全組成物の０．０５重量％以下、特に、全組成物の０．０１重量％以下、さらには、全組成物の０．００２重量％以下である。
特に、コバルト含有量は、全組成物の０．０１重量％以下、特に、全組成物の０．００３５重量％以下、さらには、全組成物の０．００１重量％以下である。
特に、ホウ素含有量は、全組成物の０．００５重量％以下、特に、全組成物の０．０００１重量％以下である。
アニールステップは、真空中で７００〜１５００℃の範囲の温度で、好ましくは５分〜２時間の範囲の継続時間で行う溶解処理であり、その後に、気体中でクエンチ（急冷）し、又は真空にて自然冷却させて、β相ＮｂにおけるＺｒの過飽和固溶体を得る。
より具体的に本発明の対象を形成する堆積ステップにおいては、ワイヤ成形操作を容易にするために、銅、ニッケル、キュプロニッケル、銅−マンガン、金、銀、ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）及びニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）からなる群から選択される延性材料の層を堆積させる。堆積される延性材料の層の厚みは、所与のワイヤ断面におけるＮｂＺｒ合金の面積に対する延性材料の面積の比が１未満、好ましくは０．５未満、より好ましくは０．０１〜０．４の範囲であるように選択される。例えば、全ワイヤ直径が０．１ｍｍである場合、延性材料の層は、直径０．０８６ｍｍのＮｂＺｒ合金の断面に対して７μｍの厚みを有することができる。これは、ＮｂＺｒの面積（０．００５８ｍｍ2）に対する延性材料の面積（０．００２ｍｍ2）の比０．３５に対応する。
延性材料は、好ましくは銅であり、延性材料を所与の時間に堆積させて、引き延ばし、線引き延ばし及び圧延によるワイヤ成形操作を促進させて、これによって、０．２〜１ｍｍの範囲の総直径を有するワイヤに好ましくは１〜５００μｍの範囲の厚みが残るようにする。
延性材料の添加は、直流電気、ＰＶＤ、ＣＶＤによって又は機械的に行うことができる。機械的な場合、延性材料は、銅のような延性材料のスリーブ又はチューブであり、これは、ＮｂＺｒ合金の棒体上で直径が大きな状態で調整され、一又は複数の変形ステップの間に細くされる。したがって、一つの可能性は、Ｎｂ−Ｚｒの棒体と銅スリーブを組み付けることによって複合ビレットを形成することを伴い、その後に、この複合ビレットを熱間押出しで用いる。
変形ステップは、全体として、線引き延ばし及び／又は圧延を含むことができる一又は複数の変形処理を表す。線引き延ばしは、必要に応じて、同一の変形ステップ又は異なる変形ステップにおいて、一又は複数の引き延ばしプレートを用いることを必要とすることができる。線引き延ばしは、丸い断面を有する線が得られるまで行う。圧延は、線引き延ばしと同じ変形ステップ又はその後の別の変形ステップにて行うことができる。好ましいことに、当該合金に対して行われる最後の変形処理は、圧延操作であり、好ましくは、ワインダスピンドルの入口断面に適合する矩形の輪郭を有するようにされる。
当該方法は、各ステップの変形比が１〜５の範囲、好ましくは２〜５の範囲であるような一又は複数の変形ステップを行うことかでき、この変形比は、伝統的な式２ｌｎ（ｄ０／ｄ）を満足する。ここで、ｄ０とｄはそれぞれ、変形の前と後の直径である。全変形比は、１〜１４の範囲にある。
当該方法は、異なる変形ステップの間に中間アニールステップを行うことができる。このような中間アニールは、５分〜２時間の範囲の継続時間に７００〜１５００℃の範囲の温度で行われ、その後にクエンチされる。代わりに、これらのアニールの後に、好ましくは真空中で、徐冷、すなわち、自然冷却を行うことができる。
本発明の方法は、好ましくは、変形ステップの後、延性材料の層を除去するステップを行う。好ましくは、延性材料は、すべての変形操作が行われる後、すなわち、最終的な圧延操作の後、巻き取り操作の前に、除去される。しかし、これは、すべての変形操作を完了する前に延性材料の層を除去することを除外するものではない。したがって、複数のステージで圧延する場合、最終的な圧延ステージの前に延性材料の層を除去することができる。好ましくは、銅のような延性材料の層は、特に、シアン化物ベース又は酸ベースの溶液、例えば、硝酸の溶液で、エッチングすることによってワイヤから除去される。
巻きの後の最終的な熱処理は、６００〜８５０℃の範囲、好ましくは６５０〜７５０℃の範囲の温度で、３０分〜８０時間の範囲、好ましくは３０分〜２時間の範囲の持続時間行われる。この熱処理の終わりにβ相のＮｂとα相のＺｒを含む二相構造を得た。
本発明の方法によって、ニオブ−ジルコニウムタイプの合金によって作られたバランスのためのバランスばねの製造、特に、成形、が可能になる。この合金は、６００ＭＰａよりも大きい非常に高い降伏強さと、６０〜１００ＧＰａのオーダーの非常に低い弾性率を組み合わせることによる高い機械的特性を有する。この特性の組み合わせは、バランスばねに適している。また、このような合金は常磁性である。
また、本発明を実装するために選択された上述したタイプのニオブとジルコニウムを含有する二元タイプの合金は、腕時計のための通常の動作温度範囲において熱弾性係数が実質的にゼロであるような「エリンバー合金」と同様の効果を発揮し、自己補償バランスばねの製造に適している。
Claims (7)
- 計時器用ムーブメントのバランスが取り付けられるように意図されたバランスばねを製造する方法であって、
１００重量％までの残りの量のニオブと、１０〜３０重量％の範囲のジルコニウムと、及び全量が０〜０．５重量％の範囲の不純物とを含有するニオブとジルコニウムの合金によって作られるブランクを作るステップと、
前記ブランクをアニールして冷却するステップと、
ワイヤを形成するようにアニールされたブランクを変形させる少なくとも１つの変形ステップと、
バランスばねを形成するように巻くステップと、及び
前記バランスばねを熱処理する最後のステップと
を行い、
当該方法は、前記変形ステップの前に、ワイヤ成形操作を容易にするように、前記ブランク上に、銅、ニッケル、キュプロニッケル、銅−マンガン、金、銀、ニッケル−リン（Ｎｉ−Ｐ）及びニッケル−ホウ素（Ｎｉ−Ｂ）からなる群から選択される延性材料の層を堆積させるステップを行い、
堆積させる延性材料の層の厚みは、所与のワイヤ断面における合金の面積に対する延性材料の面積の比が１未満、好ましくは０．５未満、より好ましくは０．０１〜０．４の範囲であるように選択される
ことを特徴とする方法。 - 前記巻くステップの前に、前記延性材料の層を除去するステップを行う
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。 - 前記変形ステップは、線引き延ばし及び／又は圧延によって行われる
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。 - 一又は複数の変形ステップを行い、この各変形ステップにおいて変形比が１〜５の範囲であり、この変形ステップのすべてにわたっての変形の全累積によって発生する総合的な変形比は、１〜１４の範囲である
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。 - 前記変形ステップの間に、アニールして冷却するステップを行う
ことを特徴とする請求項４に記載の方法。 - 前記アニールして冷却するステップはそれぞれ、真空中で７００〜１５００℃の範囲の温度で５分〜２時間の範囲の持続時間行う溶解処理であり、その後に、ＮｂにおいてＺｒの過飽和固溶体を得るように、気体中でクエンチさせ、又は真空中で自然冷却させる
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。 - 前記熱処理する最後のステップは、６００〜８５０℃の範囲の温度で３０分〜８０時間の範囲の継続時間行われる
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
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