JP3789477B2 - ２つのエレメント、特に金属製腕時計バンドのリンクを締着する方法 - Google Patents

Description

本発明は、二つのエレメントを締着する方法に関し、それによれば、エレメントの使用温度よりも高い第１温度領域でマルテンサイト組織からオーステナイト組織に変わって太さが増大するように、また上記使用温度よりも低い第２温度領域でオーステナイト組織からマルテンサイト組織に戻るようにプログラム制御される大きなヒステリシス特性を有した形状記憶合金製の金属ピンが、リンク連結されるエレメントの少なくても一つの孔の内部にマルテンサイト組織のまま挿入され；引き続きピンが第１温度領域よりも高い温度に加熱され、その結果ピンの太さが増大されて、ピンと孔の間のクランプ力が非常に大きくなり；ピンは、最終的に使用温度まで冷却されるように成っている。
形状記憶合金の使用によって、更により大きなクランプ力が得られる為に、孔内部でのピンの単なる機械的なクランプ作用も改善される。
形状記憶合金の作用は、金属組織における変化に基づいており、即ちマルテンサイト組織が加熱中の或る温度でオーステナイト組織に変化し、また温度が低下すると、マルテンサイト組織に戻ると言うことである。その種の素材から造られたピンの具体的形状や直径を金属組織の各々に関連付けることは可能である。これは、低温から高温への移行中又はその逆において、ピンの形状や直径が変化したり、又はもしこの変化が加熱中に阻止されれば力が発生されることを意味している。
その種の記憶合金が加熱されると、オーステナイト組織への変態やそれによる変形が温度Ａｓで始まる。この変態は、上記のより高い温度Ａｆに到達するまで続く。その合金が再度冷却された場合、マルテンサイト組織への戻り変態は、後者の温度では開始せずにマルテンサイト開始温度Ｍｓと呼ばれているより低い戻り温度で開始し、その現象はヒステリシスと呼ばれている。マルテンサイト組織への戻りは、更に低い温度Ｍｆで終了される。
その種の合金の例としては、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ａｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｚｒ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｈｆ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ａｇ−Ｃｄ、Ａｕ−Ｃｄ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ａｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｂｅ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｎｉで単結晶や多結晶の両方がある。
その種の形状記憶合金から造られたピンを使用してリンクを締着する方法は、ＷＯ−Ａ−９４／２３２１４に説明されている。
この公知の方法では、マルテンサイト組織での太さが孔の幅より小さくなっているピンが使用されており、その結果、何も力を加える必要無しにピンは孔内部にゆるく差し込まれる。ピンがオーステナイト組織を有すると、それらは孔の内部で動かなくなる。
しかし、ピン太さの増大のかなりの部分は、ピンが孔に充満するのに必要とされる為に、この動かなくなるのは制約されることになる。事実、孔の充満で阻止されるほんの一部分の増大のみが、孔内部でクランプ力を発生させるのに使用されるだけである。
また、本発明は、より優れたクランプ作用が得られる形状記憶合金製のピンを使って、二つのエレメント、具体的には腕時計バンドのリンクを締着する方法を提供することを目的としている。
この目的は、マルテンサイト組織を有したピンが、孔の幅よりも若干大きい太さを有するようにした本発明に依って達成される。
これは、ピンが或る力で孔に挿入されなければならないことを意味している。マルテンサイト組織からオーステナイト組織への変態の結果として、太さが増大しようとする全体的な傾向はクランプ力に変換され、その結果、ピンがただ機械的に孔内部でプレスされただけでは得られない優れたクランプ作用が得られる。
冷却時にオーステナイト組織からマルテンサイト組織に戻ると、エレメントの使用温度よりも低い戻り温度での太さが減少する形状記憶合金を使うことができる。
好ましくは、ピンと孔は丸くされ、ピンの上記太さと孔の上記幅とは直径となっている。
本発明の実施例に依れば、４０℃よりも高いオーステナイト開始温度と１０℃よりも低いマルテンサイト開始温度を有した記憶合金によって造られたピンが使用される。
好ましくは、上記オーステナイト開始温度は、６０と８０℃の間に設定されており、またマルテンサイト開始温度は、−４０℃より低い。
実際には、８０℃よりも高く、例えば９０℃と２００℃の間に設定されたオーステナイト終了温度を有した記憶合金で造られたピンが使用される。
本発明の他の特殊性と効果は、本発明に従って二つのエレメント、具体的には金属製腕時計バンドを締着する方法に対する次の説明から明らかになろう。この説明は、ただ例として提供されているに過ぎず、本発明を何ら制約するものではない。符号は添付図面を基準にしており、そこで：
図１は、本発明の方法に従って適用されるピンによって連結される腕時計バンドの二つのリンクから成る部分の一部切り欠き側面図を示しており；
図２は、本発明の方法に係る適用におけるリンクの一部分とピンの側面図を示しており；
図３は、温度の関数としてピンの直径の漸減に関する線図を示しており；
図４は、図３と形状は類似しているが、ピンに対し別の金属を基準とした線図を示している。
図１は、丸い金属ピン２に連結される腕時計バンドの二つのリンク１の一部分を示している。このピン２は、リンクの一方の二つの突出部４に対面貫通状に設けられた丸孔３に押し込まれている。他方のリンク１は、ピン２の周りで一つのリップ５で折り曲げられている。
もし、孔３からピン２を引き抜くのに必要とされる力が１７５ニュートンよりも大きければ、良好なクランプ作用が達成される。これは、通常更に孔にピンを押し込むのに必要な力ともなろう。本発明に依れば、そのような優れたクランプ作用は、孔３にピン２を差し込むのに上記の大きな力をピン２に加える必要無しに、又は純粋に機械的に達成可能なものよりも遥かにうまく成就される。
これは、特別にこの最終目的までプログラム化された形状記憶合金から造られたピン２を使うことで、本発明に因って可能となる。
次の一連のもの：Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ａｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ、Ｎｉ−Ｔｉ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｃｕ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｆｅ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｎｂ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｚｒ、Ｎｉ−Ｔｉ−Ｈｆ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ−Ｔｉ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ−ＴＩ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ、Ａｇ−Ｃｄ、Ａｕ−Ｃｄ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ａｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｂｅ、Ｃｕ−Ｚｒ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｃｒ−Ｎｉで単結晶や多結晶からの合金のような公知の形状記憶合金を採用できる。
ルーズピンや、例えば使用直前にピンとして必要長さの部片に切断されるリール巻き線条等の線は、通常の技術に従ってプログラム制御される、即ち、合金がより低い温度におけるマルテンサイト組織からより高い温度におけるオーステナイト組織へ変態する時に別の形状を呼び戻すように熱機械的処理を受ける。ピン又は線条の場合、この変形は、長さや直径における変化、即ち、もし線条がマルテンサイト組織で伸びていれば、線条の長さの収縮と直径の増大を意味する。ピン２の必要長さが決められる時には長さの変化が考慮されるのに対し、直径における変化は、孔３の内部でピン２のクランプ力を得るために使用される。
きっとピン２の又はプログラム制御された記憶合金の線条の直径Ｄ１は、ピンがマルテンサイト組織を持つている時に孔３の直径Ｄ２よりも若干大きくなっていると思われる。勿論、ピン２の直径は、オーステナイト組織を持つと一層大きくなっている。
更に、オーステナイト組織への変態が開始し、また合金がマルテンサイト組織を持つ温度範囲の終端を形成する温度Ａｓは、確実にできるだけ高く且ついかなる場合もピンの最大使用温度、即ち腕時計バンドにおけるピンに対して最大周囲温度よりも高くなっているようにしている。
実際に、この温度Ａｓはいかなる場合も４０℃よりも高く、好ましくは６０℃と８０℃の間に、又は８０℃より一層高く選定されている。完全オーステナイト組織は、好ましくは８０℃より高い、例えば９０℃と２００℃の間のオーステナイト終了温度Ａｆで得られる。合金が再度冷却されると、マルテンサイト組織への戻り変態はこの終了温度Ａｆで起きず、できるだけ低く、いかなる場合も通常の使用温度よりも低くなければならないより低い戻り温度Ｍｓで起きる。これは、合金のヒステリシスはできるだけ大きくなければならないことを意味している。好ましくは、温度Ｍｓは、０℃よりもかなり低く、例えば−１０℃よりも、また更には−４０℃よりも低い。マルテンサイト組織への戻りは、更に一層低い温度Ｍｆで終了される。
ピン２、又はピン２が切断される線条は、オーステナイト開始温度Ａｓよりも低い温度に保持される。もし、線条が使用される場合、ピン２は切断される。
孔３の直径Ｄ２よりも幾分大きく且つマルテンサイト組織を有した直径Ｄ１のピン２は、或る一定の力で、しかし必要なクランプ力よりかなり小さな力で、リンク１の２つの孔３の一方を通して他方の孔３に押し込まれる。
この目的に、例えば油圧ピストン機構等の通常の押し込み装置が使用される。
次いで、ピン２は、オーステナイト開始温度Ａｓよりも高い温度に加熱される。結果的に、ピン２は元のマルテンサイト組織からオーステナイト組織に移り、その直径はもし自由に膨張できればそれで増大する。孔３内部で動かなくなるピン２の部分の直径増大は、リンク１の突出部４によって阻止されるが、しかし、それで孔３内部にはこの最終目的の非常に大きな歪力が存在し、その結果として、この目的にかなうように孔３内部で非常にタイトにクランプされる。
上記クランプ作用は、ウォームアップ温度とマルテンサイト組織への戻りの終了温度Ｍｆとの間の全温度範囲に渡って、即ち腕時計バンドが受ける全ての通常の使用温度に渡って維持される。この温度範囲でピン２を孔３から抜き出すには、１７５ニュートンよりも大きな引張り力が必要とされる。
Ｆｅ−Ｍｎ−Ｓｉベースの合金に対して、上記クランプ作用は、ウォームアップ温度下での全温度範囲に渡って維持される。
マルテンサイト組織からオーステナイト組織への変態中は、直径が増大するばかりでなく長さも減少するので、適用前にピン２の長さを確定する時にこのことを考慮に入れなければならないし、また上記長さは例えば約５％よりも大きく選定されなければならない。
最も重要な温度は、勿論オーステナイト組織への変態の開始温度Ａｓであるが、戻り温度Ｍｓも重要である。これら温度は、合金の選択に、特に熱機械的処理に左右され、かくして合金が受けるプログラム制御に左右される。
図３と４は、１．３７ｍｍの孔にクランプされるように設計されたピン２の温度の関数として直径の漸減の二つの例を示している。変形と焼鈍後には、ピン２は１．４４ｍｍの直径を有し、１．７２ｍｍの本来の直径を有した記憶合金製線条から造られた。マルテンサイトの条件下では、線条は１．３８ｍｍと１．３９ｍｍの直径に各々変形され、その後にピンはその線条から切断された。
図３が引き合いに出しているピン２は、室温で孔３に入れられ、１．３８ｍｍの直径を有し、その後にピンは５２℃に加熱される。４３℃より組織変態が始まる。８．２％にも達していた本来の変形は、ピンが自由状態で加熱されると２．８％へと減少し、直径は１．４２ｍｍへ増大する。孔３内部では、変形は制限され、それで大きな歪力を発生させることになる。この歪力は、５２と−８５℃の間の温度範囲に渡って維持される。
４３℃の後者のＡｓ温度は、まだ比較的低く、マルテンサイトのより大きな変形を達成する適当な熱機械的処理によって、又はこの位相の安定化によって、上記Ａｓ温度は、図４に依ればピンに対して８０℃まで昇温された。しかし、上記ピン２が孔３に挿入された後には１６０℃まで加熱されなければならない。ピン２の直径は、１．３９ｍｍから１．４３ｍｍに増大したが、それは自由に膨張できる場合である。孔３の内部では、歪力がピン２に発生され、それは１６０℃と−４０℃の間で維持された。
上述のように、ピンの挿入が非常に容易で簡単であるのに対し、大きな温度範囲に渡ってピンは孔にうまくクランプされる。ただ低減された力と加熱が必要とされるだけである。工業的に製造されるピンについては、それらのコスト価格は比較的低くなろう。
本発明は、決して上述の実施例に限定されるものでなく、反対に、本発明の実現に使用される部品の形状と寸法に関する限り他のものでも、本発明の技術的範囲内に留まっている限り多くの変更が上記実施例に対して加えられ得る。
具体的には、ピンと孔は必ずしも丸い必要はない。

Claims (10)

1. エレメントの使用温度よりも高く設定された第１温度範囲においてマルテンサイト組織からオーステナイト組織へ変態し、それによって太さが増大するように、また上記使用温度より低く設定された第２温度範囲においてオーステナイト組織からマルテンサイト組織へ変態するようにプログラム制御される大きなヒステリシスを有した形状記憶合金から造られた金属ピン（２）は、リンクされるエレメントの少なくても一つの孔（３）にマルテンサイト組織のまま挿入され；ピン（２）の太さが増大されて、それによって孔（３）内部でのピン（２）のクランプ力が非常に大きくなるようにピン（２）は引き続き第１温度領域よりも高い温度に加熱され；ピン（２）は最終的に使用温度まで冷却されるようにした二つのエレメントを締着する方法において、マルテンサイト組織を有したピン（２）は、孔（３）の幅（Ｄ２）よりも若干大きい太さ（Ｄ１）を有することを特徴とする二つのエレメントを締着する方法。
2. 冷却時にオーステナイト組織からマルテンサイト組織へ戻ると、戻り温度、即ちピン（２）の使用温度よりも低いマルテンサイト開始温度（Ｍｓ）での太さが減少する形状記憶合金が使用されていることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. ピン（２）と孔（３）は丸くなっており、またピン（２）の上記太さと孔（３）の幅とは直径（Ｄ１、Ｄ２）となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. ４０℃よりも高いオーステナイト開始温度（Ａｓ）を有した記憶合金から造られたピン（２）が使用されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載の方法。
5. オーステナイト開始温度（Ａｓ）は、６０と８０℃の間に設定されることを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. ８０℃よりも高いオーステナイト終了温度（Ａｆ）を有した記憶合金から造られたピン（２）が使用されることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載の方法。
7. ９０℃と２００℃の間に設定されたオーステナイト終了温度（Ａｆ）を有した記憶合金から造られたピン（１）が使用されることを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. −１０℃よりも低いマルテンサイト開始温度（Ｍｓ）を有した記憶合金から造られたピン（２）が使用されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一つに記載の方法。
9. −４０℃よりも低いマルテンサイト開始温度（Ｍｓ）を有した記憶合金から造られたピン（２）が使用されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一つに記載の方法。
10. 当該孔（３）が盲孔であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一つに記載の方法。

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