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
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Description
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)
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- −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。
- −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。
- 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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