JP6142080B2 - 計時器ムーブメント用部品 - Google Patents

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Description

本発明は、計時器ムーブメント用部品に関し、特に、磁場に対して無感応性ないしほとんど無感応性であるような部品に関する。これは、例えば、歯車列のすべて又は一部、インデックスシステムのすべて又は一部、エスケープシステムのすべて又は一部である。
一般的に、マルテンサイト系鋼である快削鋼から計時器ムーブメント用部品を形成することが知られている。この種の既知の鋼として、鋼15P又は鋼20APが挙げられる。
この種の材料は、機械加工することが容易であって、特に、棒切断に適しており、また、焼戻しと焼入れの処理の後に、計時器ムーブメント用の回転部品を作るために非常に有利な優れた機械的性質を有するという利点を有する。熱処理の後に、これらの鋼は、特に優れた耐摩耗性及び硬度を有する(焼き戻しされた状態において900HVよりも大きく、施される焼入れに応じて550〜850HV)。
この種の材料は、上記の腕時計製造の用途のために満足的な機械的性質を与えるが、磁場及び腐食に感応性があるという課題がある。
また、再硫化鋼316Lが知られている。これは、機械加工するのが容易で、磁場にほとんど無感応性で、腐食にほとんど無感応性であるという利点を有する。しかし、ひずみ硬化(約350HV)の後にさえ、非常に限定された硬度しか有さない。このことは、動く部品に用いることはできないことを意味し(衝撃と摩耗のため)、これによって、仕上げ圧延又は艶出しのステップに適合できなくなる。
本発明は、鋼15P及び鋼20APと同様な利点、すなわち、機械加工することが容易であり、高度が500HV〜900HVであり、磁場又は腐食に不感応性であるような、代替材料を提案することによって、前記課題のすべて又は一部を克服することを目的とする。
このために、本発明は、格子間原子として少なくとも1種類の非金属を含有する単一の高間隙性オーステナイト鋼のタイプの材料を用いて形成される金属体を有する計時器ムーブメント用のマイクロ機械的部品であって、前記少なくとも1種類の非金属を前記単一の材料の全質量に対して質量比で0.15%〜1.2%の割合で含有するものに関する。
結果的に、このようなオーステナイト鋼のおかげで、当該マイクロ機械的部品は、驚くべきことに、外部磁場又は酸化雰囲気に対して露出されたとしても、単一の全体的に均質な材料を使用することによって、化学的及び物理的に安定する。
本発明の他の好ましい特徴によると、
− 前記少なくとも1種類の非金属は、窒素及び/又は炭素である。
− 前記少なくとも1種類の非金属には窒素と炭素が含まれ、前記金属体における重量%組成の炭素及び窒素の和が0.6%〜0.95%である。
− 前記少なくとも1種類の非金属には窒素と炭素が含まれ、前記金属体における重量%組成の炭素対窒素比が0.25〜0.55である。
− 前記金属体における重量%組成の炭素及び窒素の和は、実質的に0.8%であり、前記金属体における重量%組成の炭素対窒素比は、実質的に0.45である。
− 前記高間隙性オーステナイト鋼は、クロムを10%以上、ニッケル及び/又はマンガンを5%以上含有するオーステナイト鋼である
− 前記高間隙性オーステナイト鋼は、さらに、耐食性を向上させるために、モリブデン及び/又は銅を質量比で0.5%〜5%含有する。
− 当該マイクロ機械的部品は、インデックスシステム又はエスケープシステムの歯車列のすべて又は一部を形成する。
− 当該マイクロ機械的部品は、回転アーバー、コレット、ねじ、パレットスタッフ、車プレート、ピニオンプレート、インデックスプレート、エスケープ車プレート、パレットレバー、メインプレート、ブリッジ、巻きステム、バレルアーバー、ケーシングクランプ又は振動重量体を形成する。
また、本発明は、前記変種のいずれかに記載のマイクロ機械的部品を少なくとも1つ有する計時器に関する。
結果として、驚くべきことに、本発明によって高間隙性オーステナイト鋼を用いる場合、好ましいことに、浸炭又は窒化のような材料の硬化処理、材料の化学的保護又は磁気遮蔽処理の必要性はいずれもない。これによって、外部磁場又は酸化雰囲気に露出される場合でさえも、計時器ムーブメントにおいてマイクロ機械的部品を用いることができる。
最後に、本発明は、マイクロ機械的部品を作る方法であって、
a)格子間原子として少なくとも1種類の非金属を含有する高間隙性オーステナイト鋼のタイプの材料を用意するステップであって、前記少なくとも1種類の非金属を材料の全質量に対して0.15%〜1.2%の割合で含有する、ステップと、及び
b)前記材料のみによってマイクロ機械的部品を形成するステップと
を有する方法に関する。
本発明の他の好ましい特徴によると、
− 前記少なくとも1種類の非金属は、窒素及び/又は炭素である。
− 前記少なくとも1種類の非金属には窒素と炭素が含まれ、前記金属体における重量%組成の炭素及び窒素の和が0.6%〜0.95%である。
− 前記少なくとも1種類の非金属には窒素と炭素が含まれ、前記金属体における重量%組成の炭素対窒素比が0.25〜0.55である。
− 前記金属体における重量%組成の炭素及び窒素の和は、実質的に0.8%であり、前記金属体における重量%組成の炭素対窒素比は、実質的に0.45である。
− 前記高間隙性オーステナイト鋼は、クロムを10%以上、ニッケル及び/又はマンガンを5%以上含有するオーステナイト鋼である。
− 前記高間隙性オーステナイト鋼は、ビスマス、鉛、テルル、セレン、カルシウム、硫黄又は硫黄含有性マンガンを含有する。
− 第1の実施形態によると、ステップb)は、前記材料を細長片の形態に変形する段階を有する。
− 前記変形する段階の後に、細長片の一部によってマイクロ機械的部品を形成する切断する段階が行われる。
− 第2の実施形態によると、ステップb)は、前記材料を棒状又はワイヤーの形態に変形する段階を有する。
− 前記変形する段階の後に、棒状又はワイヤーの一部によってマイクロ機械的部品を形成する切断する段階が行われる。
− 第2の実施形態によると、ステップb)は、最終仕上げ圧延又は艶出しをする段階を有する。
− この方法が、ステップb)の後に、仕上げ研磨及び/又は熱処理をするステップを有する。
添付図面を参照しながら以下の説明(例としてのみ示している)を読むことによって、他の特徴及び利点が明らかになるであろう。
本発明に係る計時器ムーブメントの分解図である。 本発明に係る歯車列の部分図である。 本発明に係るパレットの図である。 本発明に係る巻きステムについての図である。 本発明に係る振動重量体についての図である。
図1は、計時器にマウントされることを意図された本発明に係る計時器ムーブメント1の部分図を示す。ムーブメント1は、好ましくは、ムーブメント1を統制するバランス5及びバランスばね7を有する共振器3を有する。好ましくは、共振器3は、ブリッジ2とメインプレート4の間を、特に、アーバーにマウントされるバランスばね7のコレット26によって、回転するようにマウントされ、インデックス17を主として有するブリッジ2にマウントされるインデックスシステム21を有する。図1において、特に、ねじ28によって、ブリッジ2がメインプレート4に固定されていることがわかる。
さらに、図1において、好ましいことに、ムーブメント1が、スイス式レバー11を有するエスケープシステム9と、及び歯車列15に共振器の運動を分配しそれを維持するように意図されたエスケープ車13とを有する。エスケープシステム9は、好ましくは、2つのブリッジ6、8及びメインプレート4の間にマウントされる。
最後に、歯車列19は、バレル(図示せず)から共振器へとエネルギーを伝達し、また、例えば、巻きステム19、バレルアーバー、ケーシングクランプ又は振動重量体23によって、バレルを巻き戻すようにも意図されている。
これらのマイクロ機械的部品のすべて又は一部は、現状、鋼15P及び鋼20APで作られており、したがって、磁場及び腐食に対して感応性がある。この感応性は動く部品の場合に直接的に不便であることがある上に、別の隣接する部品に影響を与えることによって間接的に不便であることもある。
結果的に、本発明は、単一の高間隙性オーステナイト鋼のタイプの材料で作られた金属体を有する計時器ムーブメント用のマイクロ機械的部品に関する。本説明においては、「オーステナイト鋼」は、ほとんどが実質的にオーステナイトの形態の鉄を含有している合金を意味する。実際に、いずれの製造システムにおいても、構造の全体を確実にオーステナイトとすることは困難である。
したがって、好ましいことに、開発の検討を受けて、本発明によって、驚いたことに、外部磁場に及び酸化雰囲気に対して無感応性ないしほとんど無感応性なオーステナイト鋼製部品を単一の材料を用いて作ることが可能になった。
この高間隙性オーステナイト鋼は、当該材料において、すなわち、金属体の全体にわたって、均質的に分布する窒素及び/又は炭素のような少なくとも1種類の非金属を格子間原子として金属体の全質量に対して0.15%〜1.2%含有する。したがって、本発明に係るオーステナイト鋼は、格子間炭素原子のみを、格子間窒素原子のみを、又は炭素原子と窒素原子の両方を含有することができることがわかる。
また、格子間原子が炭素及び窒素で形成され、金属体における重量%組成の炭素及び窒素の和が0.6%〜0.95%である場合及び/又は金属体における重量%組成の炭素対窒素比が0.25〜0.55である場合に、計時器部品を作るために特性が最適になる。
また、好ましくは、当該高間隙性オーステナイト鋼は、クロムを10%以上、ニッケル及び/又はマンガンを5%以上、鉄を残りの分、含有するようなオーステナイト鋼である。したがって、本発明に係るオーステナイト鋼は、金属体の全質量に対して5%以上のニッケルのみ、金属体の全質量に対して5%以上のマンガンのみ、又は金属体の全質量に対してニッケルを5%以上及び金属体の全質量に対してマンガンを5%以上含有するようにすることができる。
例として(これに制限されない)、前記和、すなわち、C+Nが、金属体の全質量に対して質量比で実質的に0.8%であり、炭素対窒素比、すなわち、C/Nが、実質的に0.45であるような、完全に満足できるクロム−マンガンタイプのオーステナイト鋼を開発した。下の表1において、合金1がこの組成比のものを示している。
一般的には、ガンマ生成元素(gammagenous element)、すなわち、鋼のγ相を促進するもの、であればいずれも、マンガンのすべて又は一部を置き換えることができる。これによって、コバルト又は銅のようなオーステナイト相が促進される。コバルト及び/又は銅の置換割合は、以下のモデルを用いて決めることができる。
ニッケル当量=(%Ni)+(%Co)+0.5(%Mn)+30(%C)+0.3(%Cu)+25(%N)
ここで、%値は、金属体の全質量に対する当該材料の質量の割合を表す。
特定の代替例によると、本発明に係る鋼は、さらに、添加剤としてビスマス、鉛、テルル、セレン、カルシウム、硫黄及び/又はマンガン含有性硫黄(鋼がマンガンを含有しない場合)を含有することができる。これによって、マイクロ機械的部品の機械加工性が改善する。実際に、これらの組成は、単独で用いたか添加剤を添加して用いたかにかかわらず、材料の不連続性を実現することが実証された。これによって、チップの長さを制限することができる材料を作り、結果的に、材料の機械加工を促進させる。好ましくは、ビスマス、鉛、テルル、セレン、カルシウム、硫黄及び/又はマンガン含有性硫黄(鋼がマンガンを含有しない場合)の割合は、金属体の全質量に対して質量比で0.05%〜3%である。
結果的に、上記の利点を考慮すると、好ましいことに、本発明に係るマイクロ機械的部品は、車プレート14、ピニオンプレート18又は回転アーバー16のような歯車列15のすべて又は一部、インデックス17のプレート20のようなインデックスシステム21のすべて又は一部、又はエスケープ車13のプレート22、回転アーバー24、パレット11のレバー10又はパレット11のスタッフ12のようなエスケープシステム9のすべて又は一部を形成するような計時器において、特に有利である。
もちろん、好ましいというわけではないが、鋼15P又は鋼20APで通常作られていない他のマイクロ機械的部品を思い描くことができる。したがって、本発明に係る高間隙性オーステナイト鋼を用いて、特に、メインプレート4及び/又はブリッジ2、6、8及び/又は巻きステム19及び/又は振動重量体23及び/又はコレット26及び/又はねじ28を形成することを思い描くことができる(これに制限されない)。
下の表1は、本発明に係るマイクロ機械的部品を形成するために用いることができる合金の例を示している。
Figure 0006142080
開発の検討時に、腕時計製造の用途の場合、合金1及び2が最も満足するものであることがわかった。上で説明したように、合金1は、磁場又は腐食に対する感応性がなく、機械加工性及び硬度(600HV〜900HVであって、これは、鋼20APのものと実質的に等価である)について完全に満足するものである。合金2は、合金1(500HV〜700HV)よりも硬度が大きくなかったが、鋼316の硬度よりも優れており、したがって、可動部品の製作に適合するものであって、また、仕上げ圧延や艶出しのステップに適合するものである。
また、本発明は、下記ステップを有するマイクロ機械的部品を作る方法に関する。すなわち、a)少なくとも1種類の非金属を格子間原子として有する高間隙性オーステナイト鋼のタイプの材料を用意するステップであって、この少なくとも1種類の非金属を当該材料の全質量に対して0.15%〜1.2%の割合含有するような、ステップと、b)前記材料のみによってマイクロ機械的部品を形成するステップとを有する。
本発明の利点の1つをすぐに理解できるであろう。実際に、高間隙性オーステナイト鋼は、複雑な実装ステップをいずれも必要としない。具体的には、材料の特定の厚みに対する硬化処理、材料の化学的保護又は磁気遮蔽処理のいずれも必要としない。
実際に、驚くべきことに、高間隙性オーステナイト鋼は、磁場と腐食に対する特定の専用の保護処置なしで腕時計産業の高い要求性能に適合することができる。
上で説明したように、ステップa)は、主として、当該材料において、すなわち、金属体の全体にわたって、均質的に分布する、窒素及び/又は炭素のような少なくとも1種類の非金属を格子間原子として金属体の全質量に対して0.15%〜1.2%含有する高間隙性オーステナイト鋼を鋳造成形することを伴う。
好ましい代替例によると、金属体における重量%組成の炭素及び窒素の和は、実質的に0.60%〜0.95%であり、及び/又は金属体における重量%組成の炭素対窒素比は、0.25〜0.55である。
また、好ましくは、本発明に係る高間隙性オーステナイト鋼は、クロムを10%以上、ニッケルを5%以上及び/又はマンガンを5%以上、鉄を残りの分、含有するオーステナイト鋼である。
例として(これに制限されない)、前記和、すなわち、C+Nが、金属体の全質量に対して実質的に0.8重量%であり、炭素対窒素比、すなわち、C/Nが、実質的に0.45であるようなクロムマンガン型オーステナイト鋼は、完全に満足するものである。上の表1における合金1がこの割合のものである。
特定の代替例によると、本発明に係る高間隙性オーステナイト鋼は、さらに、金属体の全質量の0.05〜3重量%の割合で、ビスマス、鉛、テルル、セレン、カルシウム、硫黄及び/又はマンガン含有性硫黄(鋼がマンガンを含有しない場合)を含有することができる。これによって、マイクロ機械的部品の機械加工性を向上させることができる。
したがって、第1の実施形態によると、ステップb)は、当該材料を細長片の形態に変形する段階を有する。この変形する段階の後に、前記細長片の一部をマイクロ機械的部品に形成する切断する段階が行われる。この切断する段階は、第1の実施形態において、好ましくは、型押しして当該部品のブランクを形成して、機能面を機械加工して、その後に研削することを伴う。
例えば、第1の実施形態によって、車プレート14、ピニオンプレート18、インデックス17のプレート20、エスケープ車13のプレート22、コレット26、又はパレット11のレバー10を形成することが可能になる。
第2の実施形態によると、ステップb)は、当該材料を棒状又はワイヤーの形態に変形する段階を有する。そして、変形する段階の後に、棒状又はワイヤーの一部をマイクロ機械的部品に形成する切断する段階が行われる。この切断する段階は、第2の実施形態においては、回転する段階と考えることができ、これは、好ましくは、機能面の輪郭回転をすることを伴い、可能性としては、この後に研削が行われる。最後に、第2の実施形態による方法において、ステップb)は、最終仕上げ圧延又は艶出しをする段階を有する。第2の実施形態によって、例えば、回転アーバー16、24、コレット26、ねじ28又はパレット11のスタッフ12を形成することができる。
もちろん、本発明は、図示した例に制限されず、当業者が思いつく様々な変種及び改変を行うことができる。具体的には、当該方法は、ステップb)の後に、マイクロ機械的部品の仕上げを行うように意図された仕上げ研磨及び/又は熱処理ステップを有することができる。
また、耐腐食性を向上させるために、当該高間隙性オーステナイト鋼は、さらに、モリブデンを金属体の全質量に対して質量比で0.5%〜5%、及び/又は銅を金属体の全質量に対して質量比で0.5%〜5%含有することができる。
最後に、脱酸素効果を与えるために、すなわち、溶融材料において酸素を制限するために、鋳造成形ステップの間に、当該高間隙性オーステナイト鋼は、さらに、ケイ素を金属体の全質量に対して質量比で0.6%以下、及び/又はマンガンを金属体の全質量に対して質量比で0.6%以下含有することができる。

Claims (16)

  1. 格子間原子として少なくとも窒素及び炭素を含有する単一の高間隙性オーステナイト鋼のタイプの材料を用いて形成される金属体を有する計時器ムーブメント(1)用のマイクロ機械的部品(2、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、26、28)であって、
    前記金属体における重量%組成の炭素及び窒素の和は実質的に0.8%であり、前記金属体における炭素対窒素比は重量%組成で実質的に0.45である
    ことを特徴とするマイクロ機械的部品(2、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、26、28)。
  2. 前記金属体における窒素の割合は0.45%〜0.55%である
    ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロ機械的部品(2、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、26、28)。
  3. 前記金属体における炭素の割合は0.15%〜0.25%である
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載のマイクロ機械的部品(2、4、5、6、7、8
    、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、26、28)。
  4. 前記高間隙性オーステナイト鋼は、クロムを10%以上、マンガンを5%以上含有するオーステナイト鋼である
    ことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載のマイクロ機械的部品(2、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、26、28)。
  5. 前記高間隙性オーステナイト鋼は、さらに、耐食性を向上させるために、モリブデン及び/又は銅を質量比で0.5%〜5%含有する
    ことを特徴とする請求項に記載のマイクロ機械的部品(2、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、26、28)。
  6. マイクロ機械的部品(2、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、26、28)を作る方法であって、
    a)格子間原子として少なくとも窒素及び炭素を含有する高間隙性オーステナイト鋼のタイプの材料を用意するステップであって、前記材料の金属体における重量%組成の炭素及び窒素の和が実質的に0.8%であり、前記金属体における重量%組成の炭素対窒素比が実質的に0.45であるような、ステップと、及び
    b)前記材料のみによってマイクロ機械的部品(2、4、5、6、7、8、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、22、23、24、26、28)を形成するステップと
    を有することを特徴とする方法。
  7. 前記金属体における窒素の割合は0.45%〜0.55%である
    ことを特徴とする請求項に記載の方法。
  8. 前記金属体における炭素の割合は0.15%〜0.25%である
    ことを特徴とする請求項6又は7に記載の方法。
  9. 前記高間隙性オーステナイト鋼は、クロムを10%以上、マンガンを5%以上含有するオーステナイト鋼である
    ことを特徴とする請求項6〜8のいずれかに記載の方法。
  10. 前記高間隙性オーステナイト鋼は、前記マイクロ機械的部品の機械加工性を向上させるために、添加剤としてビスマス、鉛、テルル、セレン、カルシウム、硫黄又はマンガン含有性硫黄を含有する
    ことを特徴とする請求項6〜9のいずれかに記載の方法。
  11. ステップb)は、前記材料を細長片の形態に変形する段階を有する
    ことを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載の方法。
  12. 前記変形する段階の後に、前記細長片の一部によって前記マイクロ機械的部品を形成する切断する段階が行われる
    ことを特徴とする請求項11に記載の方法。
  13. ステップb)は、前記材料を棒状又はワイヤーの形態に変形する段階を有する
    ことを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載の方法。
  14. 前記変形する段階の後に、前記棒状又はワイヤーの一部によって前記マイクロ機械的部品を形成する切断する段階が行われる
    ことを特徴とする請求項13に記載の方法。
  15. ステップb)は、仕上げ艶出しする段階を有する
    ことを特徴とする請求項14に記載の方法。
  16. ステップb)の後に、仕上げ研磨及び/又は熱処理をするステップが行われる
    ことを特徴とする請求項6〜14のいずれかに記載の方法。
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