JP6543659B2 - 時計ムーブメント用の構成部品 - Google Patents

Description

本発明は、時計ムーブメント用の構成部品、特に、機械式時計ムーブメント用の非磁性枢軸アーバに関し、特に、非磁性のてん真、アンクル真、及びかんぎ小歯車に関する。

時計用の枢軸アーバの製造では、焼入れ可能な鋼製棒材に棒材旋削作業を行って種々の活性表面（軸受表面、肩部、枢軸等）を画成した後、この棒材旋削したアーバに対して、アーバの硬度を向上させるための少なくとも１回の焼入れ作業を含む熱処理とその靱性を向上させるための１回以上の焼戻し作業とを施している。熱処理作業後にはアーバの枢軸の圧延作業が続き、これにより枢軸が所要の寸法まで研磨される。枢軸の硬さ及び粗さは圧延作業時に更に向上される。このような圧延作業は、６００ＨＶ未満等の低硬度の大部分の材料に関して達成が極めて困難であり、場合によっては不可能でさえあることが理解される。

機械式時計ムーブメントに従来使用されているてん真等の枢軸アーバは、それらの機械加工性を向上させるために鉛及び硫化マンガンを含む通常はマルテンサイト系炭素鋼である、棒材旋削の等級の鋼で作製される。これらの用途には、２０ＡＰと呼ばれる、このタイプの公知の鋼材が通常使用される。

このタイプの材料は、機械加工が容易、特に棒材旋削に好適である利点を有し、焼入れ及び焼戻し後には時計用枢軸アーバの作製に極めて好都合である優れた機械的特質を有する。これらの鋼材は特に、熱処理後に優れた耐摩耗性及び硬度を有する。通常、２０ＡＰ鋼製のアーバ枢軸の硬度は、熱処理及び圧延後７００ＨＶを上回り得る。

このタイプの材料は上述の時計用途に対しては十分な機械的特質を提供するのだが、特に強磁性材料製のひげゼンマイと協同するてん真の作製にこの材料を使用したときには、磁界に曝された後に磁気を帯びることにより時計の作動を妨げ得る欠点がある。この現象は当業者には周知となっている。これらのマルテンサイト系鋼材が腐食を受けやすいこともまた認識されるであろう。

これらの欠点を克服するための試みが、非磁性、即ち、常磁性、反磁性、または反強磁性、である特異性を有するオーステナイト系ステンレス鋼材に関して行われている。しかし、これらのオーステナイト系鋼材は結晶構造を有するため、焼入れにより時計用枢軸アーバの作製に必要な要件に対応可能な硬度レベル、従って耐摩耗性、を達成させることが可能にならない。これらの鋼材の硬度を増大させる一手段に冷間加工があるが、この硬化作業では５００ＨＶを超える硬度を達成し得ない。したがって、摩擦に対する高い対摩耗性を要しかつ変形リスクがほとんどまたは全くない枢軸を要する部品に対して、このタイプの鋼材の使用は依然として限定されている。

これらの欠点を克服すべく企図された別の手法では、枢軸アーバ上にダイヤモンド状炭素（ＤＬＣ）等の材料の硬質層を堆積させている。しかし、硬質層の層間剥離、及びそれによる時計ムーブメント内の移動によってその動作を妨害し得る破片の形成に関する顕著なリスクが観察されており、要求を満たすには至っていない。

特許文献１に記載された類似の手法では、少なくとも主要部がある特定の非磁性材料で作製された、てん真の作製を提案している。枢軸は、同材料または鋼で作製され得る。流電または化学的手段によりもしくは気相（例えば、Ｃｒ、Ｒｈ等）により被着される追加の層の堆積に対する配置もまた可能である。このような追加の層は層間剥離の顕著なリスクを引き起こす。この文献はまた、硬化可能な青銅で全体的に製作されたてん真について記載している。しかし、枢軸の製作方法については何らの情報も提供されていない。更に、硬化可能な青銅製の構成部品は、４５０ＨＶ未満の硬度しか有さない。当業者には、そのような硬度は圧延処理の遂行には不十分であると思われる。

コバルトまたはニッケルのオーステナイト系合金で作製された、ある特定の深さに硬化された外面を有する枢軸アーバも、特許文献２により公知となっている。しかし、そのような合金は、切削屑除去式の機械加工が困難であることが判り得る。しかも、それらの合金は、コストの高いニッケル及びコバルトによるため比較的高価となる。

仏国特許第２０１５８７３号 欧州特許出願第２７５７４２３号

本発明の目的は、磁界に対する感度を制限すると共に時計産業で要されている耐摩耗性及び耐衝撃性の要望に対応可能な向上した硬度を達成し得る、枢軸アーバを提案することにより上述の欠点の全部または一部を克服することである。

本発明の目的はまた、向上した耐腐食性を有する非磁性枢軸アーバを提供することである。

本発明の更に別の目的は、簡素かつ経済的に製造可能な非磁性枢軸アーバを提供することである。

このため、本発明は、その端部のうちの少なくとも一方に少なくとも１つの金属枢軸を有する時計ムーブメント用の枢軸アーバに関する。

本発明によれば、磁界に対するその感度を制限するために金属は非磁性アルミニウム合金である。少なくとも１つの枢軸の少なくとも外面は、アーバの芯部に対して所定の深さに深硬化される。

したがって、アーバの表面領域または全面は硬化される、即ち、アーバ芯部はほとんどまたは全く改質されない。アーバの部分のこの選択的硬化によって、枢軸アーバは、良好な全般的靱性を依然維持しながら、良好な耐腐食性に加えて磁界に対する低感度及び主要応力領域での硬度等の利点を享受し得る。しかも、そのような非磁性アルミニウム合金の使用は、これらのアルミニウム合金が高機械加工性であるため好都合である。

本発明の他の好都合な特徴によれば、
所定の深さは枢軸の全直径ｄの５％〜４０％、典型的には５〜３５ミクロン、に相当し、
深硬化外面は少なくとも１つの化学元素の拡散原子を含み、
深硬化外面は好ましくは、６００ＨＶを超える硬度を有する。

更に、本発明は、上述の変形例のうちのいずれかに従った枢軸アーバを備える時計ムーブメント、特に、上に定義付けたようなアーバを備えたてん真、アンクル真、及び／またはかんぎ小歯車に関する。

最後に、本発明は、
ａ）磁界に対するその感度を制限するために、その端部のうちの一方に、好ましくは棒材の旋削または他の任意の切削屑除去式の機械加工法により、非磁性アルミニウム合金の少なくとも１つの金属枢軸を有する枢軸アーバを形成するステップ、及び
ｂ）高靱性を維持しながら主要応力領域で枢軸アーバを深硬化するために、イオン注入工程により枢軸の少なくとも外面に所定の深さに原子を拡散するステップ、
を含む枢軸アーバを製造する方法に関する。

したがって、アルミニウム合金中に原子を拡散することにより、枢軸の表面領域または全表面は硬化され、枢軸上に第２の材料を堆積させる必要はない。更に言えば、硬化が枢軸アーバの材料内に起こるため、本発明により好都合なことに、アーバに硬質層が堆積された箇所に生じ得る、その後のいかなる層間剥離も防止されることになる。

本発明の他の好都合な特徴によれば、
所定の深さは枢軸の全直径ｄの５％〜４０％に相当し、
原子は少なくとも１つの化学元素を含み、
枢軸は、ステップｂ）の後に圧延または研磨される。

添付の図面を参照することにより、他の特徴及び利点は非限定的図解による以下の説明から明らかになるであろう。

本発明による枢軸アーバの説明図である。 イオン注入による拡散処理作業後であって圧延または研磨作業後の、本発明によるてん真枢軸の部分断面である。

本説明中で、用語「非磁性の」は、透磁性が１．０１以下である、常磁性、反磁性、または反強磁性の材料を意味する。

アルミニウム合金は、アルミニウムを少なくとも５０重量％含有する合金である。

本発明は、時計ムーブメント用の構成部品、特に、機械式時計ムーブメント用の非磁性枢軸アーバに関する。

非磁性てん真１を参照しながら本発明を以下に説明する。例えば、時計用歯車セットのアーバ、典型的には、かんぎ小歯車またはアンクル真等の、他のタイプの時計用枢軸アーバ、もまた当然考え得る。このタイプの構成部品は、数ミクロンの精度で、好ましくは２ｍｍ未満の直径を有する本体、及び好ましくは０．２ｍｍ未満の直径を有する枢軸を有する。

図１を参照すると、本発明によるてん真１が示されている。このてん真１は複数の異なる直径の区分２を備え、これらの区分２は、好ましくは棒材の旋削または他の任意の切削屑除去式の機械加工法により形成されて、２つの枢軸３を画成する２つの端部間に配置された軸受面２ａ及び肩部２ｂを従来の方式で画成している。これらの枢軸は各々、典型的には宝石またはルビーの開口部中の軸受で回転するように意図されている。

日常的に遭遇する物体により引き起こされる磁気に関して、このてん真１を内蔵した時計の作動に対する影響を回避するように、てん真１の感度を制限することが重要である。

意外なことに、本発明は、何らの妥協もなく両方の課題を同時に克服して追加の利点を提供する。このように、磁界に対する真部の感度を好都合に制限するために、枢軸３の金属４は非磁性アルミニウム合金である。更に、枢軸３の少なくとも外面５（図２）は、高い靱性を維持しながら外面の優れた硬度を本発明により好都合に付与するように、イオン注入工程により、枢軸３の残部に対して所定の深さに深硬化される。

更に言えば、本発明によれば、枢軸３の深硬化外面は６００ＨＶを超える硬度を有する。

好ましくは、非磁性アルミニウム合金は、アルミニウム―銅―鉛合金、アルミニウム―珪素―マグネシウム―マンガン合金、及びアルミニウム―亜鉛―マグネシウム―銅合金からなる群から選択され、当該合金の割合は非磁性特質及び良好な機械加工性のいずれをも付与するように選択される。

例えば、ＤＩＮ標準ＥＮ―６７３―３に従って指定される、本発明に使用される非磁性アルミニウム合金は、
ＡｌＣｕ４ＰｂＭｇＭｎ（Ａｖｉｏｎａｌ Ｐｂ１１８と称される）の式を有するＥＮ ＡＷ―２００７、
ＡｌＣｕ６ＢｉＰｂ（Ｄｅｃｏｌｔａｌ ５００と称される）の式を有するＥＮ ＡＷ―２０１１、
ＡｌＳｉ１ＭｇＭｎ（Ａｎｔｉｃｏｒｄａｌ １１０／１１２と称される）の式を有するＥＮ ＡＷ―６０８２、または
ＡｌＺｎ５．５ＭｇＣｕ（Ｐｅｒｕｎａｌ ２１５と称される）の式を有するＥＮ ＡＷ―７０７５である。

ＡｌＺｎ８Ｍｇ２Ｃｕの式を有するアルミニウム合金７４４９もまた、使用可能である。

組成値は、質量百分率によるものである。組成値の表示のない元素は、残部（アルミニウム）であるかまたは組成中の百分率が１重量％未満の元素であるかのいずれかである。

他の非磁性アルミニウム系合金も、それらの成分割合が非磁性特質及び良好な機械加工性を与える場合には、想定し得るのは当然である。

枢軸３の全直径ｄの５％〜４０％の硬化深さは、てん真に対する適用上十分であることが実験によって実証された。例として、半径ｄ／２が５０μｍである場合、硬化深さは枢軸３の全周囲で約１５μｍであるのが好ましい。適用によっては、全直径ｄの５％〜８０％の異なる硬化深さも提供し得ることは明らかである。

好ましくは本発明によれば、枢軸３の深硬化外面５は少なくとも１つの化学元素の拡散原子を含む。例えば、この化学元素は、窒素、アルゴン、及び／またはヘリウム等の非金属であり得る。更に言えば、以下に説明するように、非磁性アルミニウム合金４中の侵入型過飽和の原子によって表面領域５は深硬化されるため、枢軸３上に第２の材料を堆積させる必要はない。更に言えば、硬化は枢軸３の材料４内に起こるため、本発明により好都合なことに、その後の使用中のいかなる層間剥離も防止し得る。したがって、枢軸３の外面５は硬質表面層を含んでいるが、外面５上に直接堆積させた追加の硬化層を有してはいない。硬化機能を有さない他の層を堆積させ得ることは当然である。このように、例えば、枢軸の外面に潤滑層を堆積させることは可能である。

したがって、枢軸の少なくとも一表面領域は硬化される。即ち、枢軸３の芯部及び／またはアーバの残部は、てん真１の機械的特質に対する実質的変更なく、ほとんどまたは全く改質しないままとし得る。てん真１の枢軸３のこの選択的硬化により、良好な耐腐食及び耐疲労性を付与しながら、主要応力領域での磁界に対する低感度、硬度、及び高靱性等の、利点の組合せが可能になる。

本発明はまた、上述したようにてん真の製造方法にも関する。本発明方法は、
ａ）端部の各々に少なくとも１つの、金属が非磁性アルミニウム合金である、金属枢軸３を有するてん真１を、好ましくは棒材の旋削または他の任意の切削屑除去式の機械加工法により、形成して、磁界に対するその感度を制限するステップ、及び
ｂ）主要応力領域で枢軸を深硬化するように枢軸３の少なくとも外面５にイオン注入工程により所定の深さに原子を拡散するステップ、
を含むのが好都合である。

拡散ステップｂ）は、窒素、アルゴン、及び／またはヘリウム等の、例えば非金属の、少なくとも一つの化学元素の原子の拡散からなる。この方法は、拡散原子を限定せずに侵入型及び置換型のいずれの拡散をも可能にする利点を有する。

外面５の硬化深さは好都合なことに、イオン注入処理ステップｂ）中または後に遂行される熱処理の援助により増大させ得る。

好ましい実施形態によれば、枢軸３に必要な最終寸法及び表面仕上げを達成するために、ステップｂ）の後に枢軸３は圧延または研磨される。処理後のこの圧延作業により、その枢軸が硬化作業を単に受けたアーバと比べて向上した耐摩耗性及び耐衝撃性を呈するアーバの取得が可能になる。したがって、本発明の枢軸３の少なくとも外面５は圧延を施される。

好都合なことに本発明によれば、実施形態にかかわらず、本方法はバルク材に適用され得る。最後に、好都合なことに、本方法による圧縮応力は耐疲労性及び耐衝撃性を向上させることが見出された。

本発明による方法は、枢軸３の外面５に追加の硬化層を直接堆積させるステップを何ら含まない。

本発明による枢軸アーバは、本発明に従って処理される枢軸を含み得るか、または非磁性アルミニウム合金で全体的に作製され得る。更に、ステップｂ）の拡散処理は、枢軸の表面に、または枢軸アーバの表面全体に遂行され得る。

本発明による枢軸アーバは、好ましくは３ｍｍ未満、特に２ｍｍ未満の直径を有する非磁性アルミニウム合金棒材を使用して、棒材の旋削または他の任意の切削屑除去式の機械加工法により好都合に作製し得る。アルミニウム合金は、圧延を可能にし、かつ使用時に耐摩耗性を呈するには軟質に過ぎるものと当業者に知られている。しかし、意外な予期しない方法で、本発明によるそのような材料の使用により、６００ＨＶを超える硬度を呈する枢軸アーバの作製が可能になり、圧延の遂行及び動作時に達成し得る十分な寿命が可能になる。本発明を達成するためには、当業者は、偏見を克服して非磁性アルミニウム系合金を使用することにより棒材の旋削（または他の任意の切削屑除去式の機械加工法）及び圧延のステップを含む方法により極小寸法の構成部品を作製しなければならなかった。

全ての予想に反して、本発明方法は時計用枢軸アーバの取得を可能にし、少なくとも枢軸は、非磁性アルミニウム合金を使用した棒材の旋削（または他の任意の切削屑除去式の機械加工法）及び圧延により形成される。

この発明は図示実施例に限定されることはなく、当業者に明らかとなるような種々の変形及び改変も可能であることは当然である。特に、枢軸３を全体的にまたは実質上全体的に処理、即ち、枢軸３の直径ｄの８０％より多くを処理、することも、時計てん真等の枢軸ピンに対する適用には必要ではないのだが、考え得る。

１ てん真
２ 区分
２ａ 軸受面
２ｂ 肩部
３ 枢軸
４ 金属
５ 外面

Claims (14)

1. 少なくとも１つの金属枢軸を端部のうちの少なくとも一方に備える時計ムーブメント用の枢軸アーバであって、
   磁界に対する前記枢軸の感度を制限するように金属がアルミニウム―銅―鉛合金、アルミニウム―珪素―マグネシウム―マンガン合金、及びアルミニウム―亜鉛―マグネシウム―銅合金からなる群から選択される非磁性アルミニウム合金であること、及び前記枢軸の少なくとも外面が前記枢軸アーバの芯部に対して所定の深さに深硬化されることを特徴とする、
   枢軸アーバ。
2. 前記所定の深さは前記枢軸の全直径の５％〜４０％に相当することを特徴とする、請求項１に記載の枢軸アーバ。
3. 前記深硬化外面は少なくとも１つの化学元素の拡散原子を含むことを特徴とする、請求項１または請求項２のいずれかに記載の枢軸アーバ。
4. 前記深硬化外面は６００ＨＶを超える硬度を有することを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれかに記載の枢軸アーバ。
5. 前記枢軸の前記外面は前記外面に直接堆積された硬化層を有さないことを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれかに記載の枢軸アーバ。
6. 前記枢軸の少なくとも前記外面は圧延されることを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれかに記載の枢軸アーバ。
7. 枢軸アーバは２つの枢軸を有することを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれかに記載の枢軸アーバ。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の枢軸アーバを備えた時計用のムーブメント。
9. 請求項１から７のいずれかに記載の枢軸アーバを有するてん真、アンクル真、及び／または脱進機ピニオンを備えた時計用のムーブメント。
10. 時計ムーブメント用の枢軸アーバを製作する方法であって、
    ａ）金属がアルミニウム―銅―鉛合金、アルミニウム―珪素―マグネシウム―マンガン合金、及びアルミニウム―亜鉛―マグネシウム―銅合金からなる群から選択される非磁性アルミニウム合金である少なくとも１つの金属枢軸を端部のうちの一方に有する枢軸アーバを形成して磁界に対するその感度を制限するステップ、及び
    ｂ）高い靱性を維持しながら主要応力領域で枢軸アーバを深硬化するためにイオン注入工程により前記枢軸の少なくとも外面に所定の深さに原子を拡散するステップ、
    を含む、
    方法。
11. 前記所定の深さは前記枢軸の全直径の５％〜４０％に相当することを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
12. 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１０または請求項１１のいずれかに記載の方法。
13. 前記方法は、枢軸の前記外面に直接硬化層を堆積するいかなるステップも含まないことを特徴とする、請求項１０から請求項１２のいずれかに記載の方法。
14. 前記枢軸は前記ステップｂ）後に圧延／研磨ステップを受けることを特徴とする、請求項１０から請求項１３のいずれかに記載の方法。

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