JP2024016031A - 固定式時計又は携行式時計のムーブメントのための渦巻き状のばね及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ンス車を取り付けるように意図された渦巻き状のばね、そして、この種の渦巻き状のばね
を製造する方法に関する。
合において一見してすべてを実現させることができないいくつかの制約に対処しなければ
ならない。
- 高い弾性限界を得る必要性
- 製造、特に、線引と圧延、が容易にできること
- 優れた疲労に対する強さ
- 時間にわたって性能が安定していること
- 断面が小さいこと
確実にするための熱補正である。このために、ゼロに近い熱弾性係数を得ることが必要で
ある。別の目的として、磁場から受ける影響が抑えられた渦巻き状のばねを製造すること
がある。
正、を改善することができれば、大きな前進となる。
携行式時計のムーブメントのバランス車を取り付けるように意図された新しい種類の渦巻
き状のばねを定めることを提案するものである。
付けるように意図された渦巻き状のばねに関する。これは、
100重量%までの残りの量のニオブと、
40~49重量%のチタンと、
O、H、C、Fe、Ta、N、Ni、Si、Cu、Alからなる群から選ばれた微少量
の元素と
によって構成するニオブベースの合金で作られており、
前記微少量の元素がそれぞれ0~1600重量ppmの量含有され、
前記微少量の元素のすべての合計量が0~0.3重量%であり、
チタンは、実質的に、β相(体心立方構造)でありニオブとの固溶体の形態であり、
α相(六方最密構造)のチタンの含有量は、10体積%以下であり、
前記合金は、600MPa以上の弾性限界及び100GPa未満の弾性係数を有する。
100重量%までの残りの量のニオブと、40~49重量%のチタンと、及びO、H、
C、Fe、Ta、N、Ni、Si、Cu、Alからなる群から選ばれそれぞれの元素を0
~1600重量ppmの量含有しすべての合計量が0~0.3重量%である微少量の元素
とによって構成するニオブベースの合金製のブランクを作るステップと、
α相のチタンの含有量が5体積%以下である、ニオブベースの合金のチタンが、実質的
に、β相でありニオブとの固溶体の形態であるように、所与の直径の前記ブランクをβ型
硬化させるステップと、
少なくとも1回の熱処理ステップと代わる代わる行われる前記合金を変形させる少なく
とも1回の変形ステップと
を有し、
この熱処理ステップと変形ステップの回数は、得られた前記ニオブベースの合金が、前
記ニオブベースの合金のチタンが、実質的に、β相でありニオブとの固溶体の形態である
構造を保持するように制限されており、
α相のチタンの含有量は、10体積%以下であり、
前記合金は、600MPa以上の弾性限界と100GPa以下の弾性係数を有し、最後
の熱処理ステップの前に、渦巻き状のばねを形成するように前記合金を巻くステップを行
う。
スの合金で作られている。そして、バランス車のための渦巻き状のばねとして用いられる
ために必要な機械的性質及び熱弾性係数を有する。これは、実装することが容易な製造方
法によって得られ、わずか数ステップで、熱補正を容易に形成し容易に補正することを可
能にする。
意図されておりニオブとチタンを含有するバイナリータイプの合金で作られた渦巻き状の
ばねに関する。
100重量%までの残りの量のニオブと、
40~49重量%のチタンと、及び
O、H、C、Fe、Ta、N、Ni、Si、Cu、Alによって構成する群から選ばれ
た微少量の元素と
によって構成しているニオブベースの合金で作られている。前記元素のそれぞれは、0~
1600重量ppm含有し、前記元素のすべての合計量は、0~0.3重量%であり、チ
タンは、実質的に、β相でありニオブとの固溶体の形態であり、α相のチタンの含有量は
、10体積%以下である。
的に単相構造を有するNbTi合金で作られており、αの形態のチタンの含有量は、10
体積%以下である。
体積%以下である。
、好ましくは、チタンを46~48重量%含有し、好ましくは、当該合金は、チタンを4
6.5重量%よりも多く含有し、また、当該合金は、チタンを47.5重量%よりも少な
く含有する。
くなるという問題につながる。ニオブのレベルが高すぎる場合、合金は柔らかすぎになる
。本発明の開発によって、約47重量%のチタン含有量という前記の2つの特性の間の最
適な妥協点を決めることができた。
。
ない微少量以外は、他の元素を含まない。このことによって、脆い相の形成を避けること
ができる。
5重量%以下である。
量%以下であり、さらには、全体の0.0175重量%以下である。
%以下であり、さらには、全体の0.020重量%以下である。
量%以下であり、さらには、全体の0.0075重量%以下である。
重量%以下であり、さらには、全体の0.0005重量%以下である。
重量%以下である。
特に、全体の0.005重量%以下である。
くは、60~80GPaの弾性係数を有する。
行式時計が用いられる温度の変動にもかかわらずクロノメーター性能を維持することを確
実にすることができるような熱弾性係数を有する。熱弾性係数は、TECとも呼ばれる。
TEC)は、発振器の熱係数を±0.6s/j/℃の範囲内とするように0近く(±10
ppm/℃)でなければならない。
ける式は、以下のとおりである。
り、そして、この式Eにおいては、βとαは、℃-1の単位で表現される。
係数(TEC)であり、βは、バランス車の膨張係数であり、αは、渦巻き状のばねの膨
張係数である。
数(TEC)、したがって、適切な熱係数(CT)、を容易に得ることができる。
製造する方法に関する。この方法は、
- 100重量%までの残りの量のニオブと、40~49重量%のチタンと、O、H、C
、Fe、Ta、N、Ni、Si、Cu、Alからなる群から選ばれた微少量の元素とを含
有し、前記元素のそれぞれが0~1600重量ppm含有し、前記元素すべての合計量が
0~0.3重量%である、ニオブベースの合金のブランクを作るステップと、
- 前記ニオブベースの合金のチタンが実質的にニオブがβ相となっておりα相のチタン
の含有量が5体積%以下である固溶体の形態であるように、前記ブランクに対して所与の
直径でタイプβ硬化を行うステップと、
- 少なくとも1回の熱処理を行うステップと代わる代わる行われる前記合金を変形させ
る少なくとも1回の変形ステップと
を有し、前記熱処理を行うステップと前記変形ステップの回数は、得られるニオブベース
の合金が、そのニオブベースの合金のチタンが実質的にβ相でありニオブとの固溶体の形
態でありα相のチタンの含有量が10体積%以下であり弾性限界が600MPa以上であ
り弾性係数が100GPa以下であるような実質的に単相構造を保持するように制限され
、
最後の熱処理するステップの前に、渦巻き状のばねを形成するように巻くステップを有
し、この最後の熱処理するステップによって、渦巻き状のばねの形をフィックスし、かつ
、熱弾性係数を調整することができる。
う固溶化処理であり、この後で、気体の環境で冷却される。
その後に、気体の環境で冷却される。
は、350~600℃の温度で5~10時間熱処理が行われる。さらに好ましくは、40
0~500℃の温度で3~6時間熱処理が行われる。
線引及び/又は圧延を含むことができる。線引には、同じ変形ステップの間に又は必要な
らば異なる変形ステップの間に、一又は複数のダイスを用いることが必要であることがあ
る。線引は、断面が丸形のワイヤーが得られるまで行う。線引と同じ変形ステップの間に
、又はその後の別の変形ステップの間に、圧延を行うことができる。好ましいことに、当
該合金に適用される最後の変形処理は、圧延であり、この圧延は、好ましくは、巻きピン
の入口の断面に適応する長方形の輪郭になるまで行われる。
変形度は、古典的な式、2ln(d0/d)に対応するものである。ここで、d0は、最
後のβ硬化の直径であり、dは、ワーク硬化ワイヤーの直径である。
合金の実質的に単相のβ構造を保持するために必要な最終寸法に最も近い寸法構成を有す
るブランクが用いられる。渦巻き状のばねのNbTi合金の最終構造は、ブランクの初期
の構造とは異なることができる。例えば、αの形態のチタンの含有量が変わっていること
ができ、重要な点は、渦巻き状のばねのNbTi合金の最終構造が、実質的に単相であり
、ニオブベースの合金のチタンが、実質的に、β相でありニオブとの固溶体の形態であり
、α相のチタンの含有量が、10体積%以下であり、好ましくは、5体積%以下であり、
さらに好ましくは、2.5体積%以下であることである。β硬化の後のブランクの合金に
おいて、α相のチタンの含有量は、好ましくは、5体積%以下であり、さらに好ましくは
2.5体積%以下であり、あるいは0の近く又は0であることもできる。
るような単一の変形ステップを有する。この変形度は、古典的な式2ln(d0/d)に
対応するものであり、ここで、d0は、最後のβ硬化の直径又は変形ステップの直径であ
り、dは、次の変形ステップで得られるワーク硬化ワイヤーの直径である。
によって線引きし、その後に圧延する変形ステップと、巻きステップと、そして、最後の
熱処理ステップ(フィックスと呼ばれる)とを有する。
る。これによって、当該方法は、例えば、β硬化ステップの後に、第1の変形ステップと
、中間的熱処理ステップと、第2の変形ステップと、巻きステップと、そして、最後の熱
処理ステップとを有する。
しくは、単一の変形ステップによって得られ、熱処理の回数、そして、熱処理のパラメー
ターは、0にできるだけ近い熱弾性係数を有する渦巻き状のばねを得るように選ばれる。
異なる熱処理によってβ硬化の後に材料が緩冷されるほど、熱係数CTが負の方になる。
変形度と熱処理のパラメーターを適切に選ぶことによって、単相のNbTi合金の熱弾性
係数(TEC)を0近くにすることができる。このことは特に好ましい。
銅、ニッケル、キュプロニッケル、キュプロマンガン、金、銀、ニッケル-リン(Ni-
P)及びニッケル-ホウ素(Ni-B)からなる群から選ばれた延性材の表面層を合金ブ
ランク上に堆積させるステップを有する。これによって、ワイヤーの形態を形成すること
が促進される。
体の直径が0.2~1mmであるようにワイヤー上に残るように伸長と線引によってワイ
ヤーを形成することを促進するように所与の時点において堆積される。
段によって供給することができ、機械的な手段である場合、機械的な手段は、大きな直径
のニオブチタン合金の棒に嵌められた銅のような延性材のジャケット又はチューブであり
、この棒が複合棒を変形させる一又は複数のステップによって細くされる。
Tiの領域に対する延性材の領域の比率が、1未満であり、好ましくは、0.5未満であ
り、さらに好ましくは、0.01~0.4であるように、選ばれる。
圧延することができる。
り除くステップを有することができる。好ましくは、巻きの前に、変形処理の操作をすべ
て実行した後に、すなわち、最後の圧延の後に、延性材を取り除く。
は硝酸のような酸をベースとする溶液を用いて、特に、エッチングによって、ワイヤーか
ら取り除かれる。
ニオブベースの合金の熱弾性係数は、延性材の影響を補償するように適合される。上で記
載したように、ニオブベースの合金の熱弾性係数は、適切な変形度と熱処理を選択するこ
とによって容易に調整されることができる。保持された延性材の表面層によって、完全に
規則的な最終的なワイヤーの断面を得ることができる。この場合、延性材は、電気めっき
、PVD又はCVDによって堆積した銅や金であることができる。
O2及びAlOからなる群から選択された材料の最終的な層をPVD又はCVDによって
堆積させるステップを有することができる。金が表面層の延性材としてまだ用いられてい
なければ、フラッシュ堆積された金又は電気めっきされた金の最終層も設けることができ
る。また、最終層の材料が表面層の延性材とは異なることを前提に、銅、ニッケル、キュ
プロニッケル、キュプロマンガン、銀、ニッケル-リン(Ni-P)及びニッケル-ホウ
素(Ni-B)を最終層に用いることができる。
候的な変動(温度と湿度)の影響を受けないようにすることができる。
るニオブチタンタイプの合金製のバランス車のための渦巻き状のばねを製造することがで
きる。変形と熱処理のステップを限定された回数行って、チタンがβ形態であるβ-Nb
-Tiの実質的に単相の微細構造を得ることができる。この合金は、600MPaよりも
大きい非常に大きい弾性限界と60GPa~80GPaのオーダーの非常に低い弾性係数
が組み合わさった高い機械的性質を有する。この特性の組み合わせは渦巻き状のばねに非
常に適している。
伝導体を作るために用いられているが、固定式時計と携行式時計の製造においては用いら
れていない。
イプの合金には、さらに、携行式時計が用いられる通常の温度範囲において実際上ゼロの
熱弾性係数を有し自己補正ばねを作るために適している「エリンバー(Elinvar)」の効
果と同様な効果がある。
の回数が少ない単純な製造方法によって渦巻き状のばねを製造することができる。実際に
、ニオブチタンタイプのこの合金は、銅のような延性材で容易に被覆することができ、こ
のことは、線引によって変形されることを非常に容易にする。また、変形度の適切な選択
及び限られた回数の単純な熱処理によって、合金の熱弾性係数を容易に調整することがで
きる。
経た53重量%のニオブのと47重量%のチタンによって構成するニオブベースの合金製
の所与の直径のワイヤーから開始して、本発明の方法によって渦巻き状のばねを製造した
。
ップ、第2の変形ステップ(線引と圧延)、巻きステップ、そして渦巻き状のばねのフィ
ックスに対応する最後の熱処理ステップを経る。
られた発振器の熱係数CTが測定される。
性係数の容易な調整を可能にすることを示している。
Claims (22)
- 固定式時計又は携行式時計のムーブメントのバランス車が取り付けられるように意図さ
れた渦巻き状のばねであって、
100重量%までの残りの量のニオブと、
40~49重量%のチタンと、
O、H、C、Fe、Ta、N、Ni、Si、Cu、Alからなる群から選ばれた微少量
の元素と
によって構成するニオブベースの合金で作られており、
前記微少量の元素がそれぞれ0~1600重量ppmの量含有され、
前記微少量の元素のすべての合計量が0~0.3重量%であり、
チタンは、実質的に、β相でありニオブとの固溶体の形態であり、
α相のチタンの含有量は、10体積%以下であり、
前記合金は、600MPa以上の弾性限界及び100GPa未満の弾性係数を有する
ことを特徴とする渦巻き状のばね。 - 前記α相のチタンの含有量は、5体積%以下である
ことを特徴とする請求項1に記載の渦巻き状のばね。 - 前記合金は、チタンを44~49重量%含有する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の渦巻き状のばね。 - 前記合金は、チタンを46~48重量%含有する
ことを特徴とする請求項3に記載の渦巻き状のばね。 - 前記合金は、チタンを46.5重量%以上含有する
ことを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の渦巻き状のばね。 - 前記合金は、チタンを47.5重量%未満含有する
ことを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の渦巻き状のばね。 - 固定式時計又は携行式時計のムーブメントのバランス車が取り付けられるように意図さ
れた渦巻き状のばねの製造方法であって、
100重量%までの残りの量のニオブと、40~49重量%のチタンと、及びO、H、
C、Fe、Ta、N、Ni、Si、Cu、Alからなる群から選ばれそれぞれの元素を0
~1600重量ppmの量含有しすべての合計量が0~0.3重量%である微少量の元素
とによって構成するニオブベースの合金製のブランクを作るステップと、
α相のチタンの含有量が10体積%以下である、ニオブベースの合金のチタンが、実質
的に、β相でありニオブとの固溶体の形態であるように、所与の直径の前記ブランクをβ
型硬化させるステップと、
少なくとも1回の熱処理ステップと代わる代わる行われる前記合金を変形させる少なく
とも1回の変形ステップと
を有し、
この熱処理ステップと変形ステップの回数は、得られた前記ニオブベースの合金が、前
記ニオブベースの合金のチタンが、実質的に、β相でありニオブとの固溶体の形態である
構造を保持するように制限されており、
α相のチタンの含有量は、10体積%以下であり、
前記合金は、600MPa以上の弾性限界と100GPa以下の弾性係数を有し、最後
の熱処理ステップの前に、渦巻き状のばねを形成するように前記合金を巻くステップを行
う
ことを特徴とする方法。 - 前記変形ステップは、線引及び/又は圧延を伴う
ことを特徴とする請求項7に記載の方法。 - 前記合金に対して行われる最後の変形処理は、圧延である
ことを特徴とする請求項8に記載の方法。 - 変形度が1~5である単一の変形ステップを有する
ことを特徴とする請求項7~9のいずれかに記載の方法。 - 変形度が2~5である単一の変形ステップを有する
ことを特徴とする請求項10に記載の方法。 - 全体的な変形度、熱処理の回数、そして、熱処理のパラメーターは、できるだけ0に近
い熱弾性係数を有する渦巻き状のばねを得るように選択される
ことを特徴とする請求項7~11のいずれかに記載の方法。 - β硬化ステップの後に、変形ステップ、巻きステップ及び熱処理ステップを有する
ことを特徴とする請求項7~12のいずれかに記載の方法。 - 中間的熱処理ステップを有する
ことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - β硬化ステップは、真空下で700~1000℃の温度で5分~2時間行われる固溶化
処理であり、その後に、気体の環境で冷却する
ことを特徴とする請求項7~14のいずれかに記載の方法。 - 前記熱処理は、350~700℃の温度で1~15時間行われる
ことを特徴とする請求項7~15のいずれかに記載の方法。 - 前記熱処理は、350~600℃の温度で5~10時間行われる
ことを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 前記熱処理は、400~500℃の温度で3~6時間行われる
ことを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 前記変形ステップの前に、ワイヤーの形を形成することを促進するように、前記合金の
ブランク上に、銅、ニッケル、キュプロニッケル、キュプロマンガン、金、銀、ニッケル
-リン(Ni-P)及びニッケル-ホウ素(Ni-B)からなる群から選ばれた延性材の
表面層を堆積させるステップを有する
ことを特徴とする請求項7~18のいずれかに記載の方法。 - 前記変形ステップの後に、前記延性材の表面層を取り除くステップを有する
ことを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 前記延性材の表面層は保持され、これに応じて前記ニオブベースの合金の熱弾性係数が
適合される
ことを特徴とする請求項19に記載の方法。 - 保持された延性材の表面層上に、前記表面層の延性材とは異なるように選ばれた、銅、
ニッケル、キュプロニッケル、キュプロマンガン、銀、ニッケル-リン(Ni-P)、ニ
ッケル-ホウ素(Ni-B)、金、Al2O3、TiO2、SiO2及びAlOからなる群か
ら選ばれた材料の最終層を堆積させるステップを有する
ことを特徴とする請求項21に記載の方法。
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