JP6475088B2 - 機械部品、ムーブメント、時計および機械部品の製造方法 - Google Patents
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Description
また、前記接触部の前記添加物の含有量は、前記本体部に向かって漸次に減少してもよい。
また、前記本体部の前記添加物は、鉄であり、前記本体部の鉄の含有量は、0.1wt%以上15wt%以下であってもよい。
また、前記接触部は、前記添加物である鉄とニッケルとにより形成され、前記接触部の鉄の含有量は22wt%であり、前記接触部のニッケルの含有量は78wt%であってもよい。
このため、機械部品を例えば歯車等の部品として採用した時計は、炭素鋼により形成された従来の時計用部品を採用した時計と比較して、磁化されにくい。したがって、本発明の機械部品を時計に採用することにより、耐磁性に優れた時計とすることができる。
また、本発明の時計は、上述のムーブメントを備えることを特徴としている。
図1は第一実施形態に係る機械部品を示す模式図であり、図1(a)は機械部品の平面図であり、図1(b)は図1(a)のA−A線に沿った断面図である。
図1(a)に示すように、本実施形態の機械部品1は、例えば歯車1Aである。歯車1Aは、ニッケルイオンと添加物である鉄(Fe)イオンとを含む電鋳液41(図11(a)参照)中に成形型30(図11(a)参照)を浸漬し、電鋳により形成された機械部品1であって、本体部2と、本体部2の少なくとも一部を覆い、他部品と接触する接触部3と、を有している。
機械部品1の中心部には、例えば軸(図示せず)が嵌合される貫通孔4が設けられている。機械部品1の外周面には、複数の歯部5が形成されている。
接触部3は、機械部品1の側面6、底面7および貫通孔4の内面に対応して、本体部2を覆うように設けられている。
図2(b)に示すように、第一実施形態に係る機械部品1は、接触部3の鉄の含有量が本体部2に向かって減少する。
鉄の濃度は、接触部3で略一定であり、本体部2で大幅に減少する。より具体的には、接触部3における鉄の濃度は、側面6および貫通孔4の内面から本体部2に向かって、最大値で略一定となっている。また、鉄の濃度は、本体部2において、最小値で略一定となっている。
ここで、物体に働く応力緩和について着目する。応力緩和とは、例えば、物体に一定のひずみを与えてそのまま保持するとき、物体の応力が経過時間とともに次第に低下する現象等をいう。そして、応力緩和率は、応力緩和の生じやすさを示すものとする。
そして、添加物としての鉄(Fe)の含有量が多くなるにしたがい、応力緩和率が低くなり応力緩和が生じにくくなる。これに対して、添加物の含有量が多い条件で機械部品1を電鋳により製造すると、残留応力が大きくなるため反りが大きくなるおそれがある。機械部品1の応力緩和率が上昇すると、例えば貫通孔4に軸を嵌合(圧入)したときの嵌合力が低下し、機械部品1の抜け等の不具合が発生するおそれがある。かかる嵌合力は、時間の経過とともにさらに低下するため、この抜け等の不具合は、時間の経過とともに拡大(発生の頻度が上昇等)してしまうおそれがある。
そこで、添加物としての鉄(Fe)の含有量を制御することにより、機械部品1の反りを抑制しつつ、応力緩和率の上昇に起因する機械部品1の抜け等の不具合を防止する構成とした。
具体的には、上述の通り、側面6や底面7、貫通孔4等の他部品と接触する接触部3は、本体部2よりも鉄(Fe)の含有量が多くなっている。このように、本体部2の鉄(Fe)の含有量を抑制することで機械部品1の反りを抑制しつつ、接触部3の鉄(Fe)の含有量を本体部2よりも多くすることで応力緩和率の上昇を抑制し、応力緩和に起因する機械部品1の抜け等の不具合を防止できる。
ここで、物体の保磁力について着目する。保磁力とは、例えば、磁化された磁性体を磁化されていない状態に戻すために必要な反対向きの外部磁場の強さをいう。したがって、物体の保磁力の値が高ければ、その物体は大きな磁力を有していることとなる。
ここで、「物理学選書4 強磁性体の物理(上)−物質の磁性−、近角聰信、裳華房、ISBN4−7853−2304−3」によれば、ニッケル(Ni)の保磁力は0.7×103/4π(A/m)であり、鉄(Fe)の保磁力は1.8×103/4π(A/m)であり、鉄(Fe)−ニッケル(Ni)合金であってニッケル(Ni)の含有量が約78wt%のいわゆる78パーマロイ(パーマロイA)の保磁力は0.05×103/4π(A/m)であり、「材料学シリーズ 磁性入門 スピンから磁石まで、志賀正幸、内田老鶴圃、ISBN978−4−7536−5630−1」によれば、炭素鋼(0.9C1Mn)の保磁力は50×103/4π(A/m)である。
本実施形態によれば、添加物として鉄(Fe)を含有することにより、機械部品1の保磁力をニッケル(Ni)よりも低くすることができる。また、ニッケル(Ni)と鉄(Fe)との含有比率を調整することにより、機械部品1の保磁力を鉄(Fe)や炭素鋼(よりも低くすることができる。とりわけ、機械部品1の鉄(Fe)とニッケル(Ni)との含有比率が、78パーマロイにおける鉄(Fe)とニッケル(Ni)との含有比率に近くなるように、鉄(Fe)を約22wt%とし、ニッケル(Ni)を約78wt%とすることで、保磁力を大幅に低下させることができる。
このため、機械部品1を例えば歯車等の部品として採用した時計は、炭素鋼により形成された従来の時計用部品を採用した時計と比較して、磁化されにくい。したがって、本実施形態の機械部品1を時計に採用することにより、耐磁性に優れた時計とすることができる。
なお、ここで生産性とは、例えば、ある資源から付加価値を生み出す際の効率の程度等をいう。そして、生産性が優れているとは、例えば、製造効率が上昇することにより、無駄な生産コストを削減すること等をいう。
続いて、第一実施形態の機械部品の各変形例について説明する。
図3は、第一実施形態の第一変形例に係る機械部品の説明図であり、図3(a)は第一実施形態の第一変形例に係る機械部品の拡大断面図であり、図3(b)は図3(a)のC−C線に沿う機械部品の鉄(Fe)の濃度を示す図である。なお、図3(b)において、横軸を側面6からの距離とし、縦軸を鉄(Fe)の濃度としている。
図3(b)に示すように、第一実施形態の第一変形例に係る機械部品1は、接触部3における鉄の濃度が、側面6および貫通孔4の内面から、本体部2に向かって段階的に減少する。また、鉄の濃度は、本体部2において最小値で略一定となっている。なお、鉄の濃度は、図3(b)において2段階に減少しているが、3段階以上で減少するようにしてもよい。
図4(b)に示すように、第一実施形態の第二変形例に係る機械部品1は、接触部3における鉄の濃度が、側面6および貫通孔4の内面から、本体部2に向かって漸次減少する。この場合は、接触部3の残留応力が緩和されるため、接触部3がさらに本体部2から剥離しにくくなる。
図5(b)に示すように、第一実施形態の第三変形例に係る機械部品1は、接触部3から本体部2にわたる鉄の濃度が、本体部2の内部であって側面6と貫通孔4の内面との中間位置に向かって漸次減少する。この場合においても、接触部3の残留応力が緩和されるため、接触部3が本体部2からさらに剥離しにくくなる。
続いて、他の実施形態に係る機械部品について説明する。なお、以下の説明において、第一実施形態と同様の構成については、同一の符号を付けてその説明を省略する。
(第二実施形態)
図6は第二実施形態に係る機械部品を示す模式図であり、図6(a)は機械部品の平面図であり、図6(b)は図6(a)のF−F線に沿った断面図である。
図7は、第二実施形態に係る機械部品の鉄の濃度を示す説明図であって、図7(a)は第二実施形態に係る機械部品の拡大断面図であり、図7(b)は図7(a)のG−Gに沿う機械部品の鉄(Fe)の濃度を示す図である。なお、図7(b)において、横軸を側面6からの距離とし、縦軸を鉄(Fe)の濃度としている。
図6に示すように、第二実施形態に係る機械部品10は、歯車10Aであり、本体部2の上面11に円環状の空洞部12が形成されている点で、第一実施形態と相違する。
図7(b)に示すように、本体部2および接触部3の鉄の濃度分布は、第一実施形態と同様となっている。すなわち、鉄の濃度は、接触部3で略一定であり、本体部2で大幅に減少する。より具体的には、接触部3における鉄の濃度は、側面6および貫通孔4の内面から本体部2に向かって、最大値で略一定となっている。また、鉄の濃度は、本体部2において、最小値で略一定となっている。第二実施形態によれば、機械部品10の軽量化が可能である。
図8は第三実施形態に係る機械部品を示す模式図であり、図8(a)は機械部品の平面図であり、図8(b)は図8(a)のH−H線に沿った断面図である。
図9は、第三実施形態に係る機械部品の鉄の濃度を示す説明図であって、図9(a)は第三実施形態に係る機械部品の拡大断面図であり、図9(b)は図9(a)のI−I線に沿う機械部品の鉄(Fe)の濃度を示す図である。なお、図9(b)において、横軸を側面6からの距離とし、縦軸を鉄(Fe)の濃度としている。
図8に示すように、機械部品20は、歯車20Aであり、本体部2の上面22に接触部3として環状の接触部3bが設けられている点で第一実施形態と相違する。環状の接触部3bには、例えば摺動部品としてのクラッチバネ21が接触する。
図9(b)に示すように、鉄の濃度は、接触部3で略一定であり、本体部2で大幅に減少する。より具体的には、側面6および貫通孔4の内面に対応する接触部3aの鉄の濃度は、側面6および貫通孔4の内面から本体部2に向かって漸次減少している。また、本体部2の上面22に対応する環状の接触部3bの鉄の濃度は、クラッチバネ21と接触する中央部分が最大濃度となり、中央部分から本体部2に向かって大幅に減少している。
第三実施形態の機械部品20によれば、クラッチバネ21と接触する部分にも、鉄の含有量が多く耐摩耗性が高い環状の接触部3bが設けられているので、歯車20Aの上面22がクラッチバネ21と接触しても、摩耗を抑制できる。
続いて、実施形態に係る機械部品の製造方法について説明する。以下では、第一実施形態に係る機械部品の製造方法について説明する。
図10は、機械部品の製造方法の説明図である。
図11は、電鋳装置の概略構成図である。
図10に示すように、機械部品の製造方法は、成形型30を形成する成形型形成工程(図10(a)参照)と、成形型30に電極膜32を形成する電極膜形成工程(図10(b)参照)と、接触部3を形成する接触部形成工程(図10(c)参照)と、接触部3に重ねてのちの本体部2となる本体母体50を形成する本体部形成工程(図10(d)参照)と、本体母体50および接触部3を研磨する研磨工程(図10(e)参照)と、機械部品1を取り出す取出工程(図10(f)参照)と、を備える。
まず、図10(a)に示すように、成形型形成工程を行う。成形型形成工程では、機械部品1(図1(a)参照)の外形形状を成形するための成形型30を形成する。成形型30は、機械部品1の外形形状を成形する機械パターン31としての凹部30a、および凹部30aから立設されて貫通孔4(図1(b)参照)を成形するための柱部30bを備えている。
ここで、電鋳装置40について説明する。
図11(a)に示すように、電鋳装置40は、ニッケルイオンと添加物である鉄イオンとを含む電鋳液41が貯液された電鋳槽42と、不溶性の導電性材料もしくは電鋳すべき金属材料である例えばニッケルと鉄の少なくともどちらか一方を含む材料からなり電鋳液41内に浸漬された電極43と、電極43および成形型30に形成された電極膜32間に電気配線44を介してそれぞれ接続される電源部45と、を備えている。
電鋳装置40は、電源部45の陽極側に電極43が接続され、陰極側に電極膜32が接続されている。また、電鋳液41は、電鋳材料に応じて選択されるが、ニッケル合金電鋳を行う場合には、例えばスルファミン酸浴、ワット浴や硫酸浴等が用いられる。仮にスルファミン酸浴を用いてニッケル鉄合金電鋳を行う場合には、例えば電鋳槽42の中にスルファミン酸ニッケル水和塩とスルファミン酸鉄水和塩とを主成分とするスルファミン酸浴を入れる。
図11(a)に示すように、接触部形成工程では、まず成形型30を電鋳装置40にセットする。次いで、図11(b)に示すように、成形型30の機械パターン31上の電極膜32上に、接触部3を形成する。接触部形成工程では、電鋳槽42内に貯液された電鋳液41中に成形型30を浸漬させた後、電源部45を作動させて、電極43と電極膜32との間に電圧を印加する。
本体母体50が形成された時点で、接触部形成工程および本体部形成工程が終了する。
なお、上述のように、接触部形成行程と本体部形成行程とは、電鋳液41に浸漬させたままの状態で連続的に行うのが好ましい。これにより、工程時間の短縮化が図れる。また、成形型30を導電体で形成した場合には、電極膜32を形成することなく、電極43と成形型30との間に電圧を印加することにより電鋳を行ってもよい。
なお、機械部品1の取出工程は、溶解に限らず、物理的な方法を用いても構わない。また、成形型30としてステンレス等の溶解不能な材料を用いた場合には、例えば少なくとも機械パターン31(図10(a)参照)の凹部30a内に離型層(不図示)を形成し、離型層上に接触部3および本体部2を形成することが好ましい。この場合には、取出工程において、成形型30と電極膜32との間に介在する離型層のみを除去することで、機械部品1を成形型30から取り出すことができる。
このように製造された機械部品1は、成形型30の機械パターン31内面に対応する面に接触部3が形成される。また、機械部品1は、成形型30の柱部30bに対応する部分に、厚さ方向に貫通する貫通孔4が形成される。以上で、機械部品1の製造方法の全工程が終了するとともに、歯車1Aとしての機械部品1を得ることができる。
次に、上述した各実施形態に係る機械部品を使用する装置の一例として、ムーブメントおよび時計について説明する。
一般に、時計の駆動部分を含む機械体を「ムーブメント」と称する。時計の基板を構成する地板の両側のうち、時計ケースのガラスのある方の側、すなわち文字板のある方の側をムーブメントの「裏側」と称する。また、地板の両側のうち、時計ケースのケース裏蓋のある方の側、すなわち文字板と反対の側をムーブメントの「表側」と称する。
図12に示すように、時計100のムーブメント100Aは、基板を構成する地板102を有している。地板102の巻真案内穴102aには、巻真110が回転可能に組み込まれている。また、ムーブメント100Aには、不図示の文字板が取り付けられている。なお、ムーブメント100Aの表側に組み込まれる輪列を表輪列と称し、ムーブメント100Aの裏側に組み込まれる輪列を裏輪列と称する。
表輪列の回転を制御するための脱進・調速装置は、てんぷ140と、がんぎ車130と、アンクル142とで構成されている。てんぷ140は、地板102およびてんぷ受166に対して回転可能に支持されている。
第一実施形態に係る機械部品1としての歯車1Aは、例えば二番車124や三番車126、四番車128、がんぎ車130等に採用される。
例えば、上述した各実施形態では、接触部3の一例として、機械部品1の側面6、底面7および貫通孔4の内面に対応して、本体部2を覆うように設けられているが、この形態には限定されない。例えば、接触部3は、機械部品1の側面6のみ、底面7のみ、または貫通孔4の内面のみに対応して設けられていてもよいし、機械部品1の側面6の一部領域のみ、底面7の一部領域のみ、または貫通孔4の内面の一部領域のみに対応して設けられていてもよいし、これらを種々組み合わせた部分に設けられていてもよい。
また、本体部2の一部分における添加物の含有量または含有比率が接触部3の添加物の含有量または含有比率と同一か、それよりも多くなってしまった場合であっても、接触部3の全体における添加物の含有量または含有比率が本体部2の全体における添加物の含有量または含有比率よりも多くなっていればよいことはいうまでもない。
Claims (11)
- ニッケルイオンと添加物のイオンとを含む電鋳液中に成形型を浸漬し、電鋳により形成された機械部品であって、
本体部と、
前記本体部の少なくとも一部を覆い、他部品と接触する接触部と、
を有し、
前記接触部は、前記本体部よりも前記添加物の含有量が多いことを特徴とする機械部品。 - 前記接触部の前記添加物の含有量は、前記本体部に向かって減少することを特徴とする請求項1に記載の機械部品。
- 前記接触部の前記添加物の含有量は、前記本体部に向かって段階的に減少することを特徴とする請求項2に記載の機械部品。
- 前記接触部の前記添加物の含有量は、前記本体部に向かって漸次に減少することを特徴とする請求項2に記載の機械部品。
- 前記接触部の前記添加物は、鉄であり、
前記接触部の鉄の含有量は、3wt%以上30wt%以下であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の機械部品。 - 前記本体部の前記添加物は、鉄であり、
前記本体部の鉄の含有量は、0.1wt%以上15wt%以下であることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の機械部品。 - 前記接触部は、前記添加物である鉄とニッケルとにより形成され、
前記接触部の鉄の含有量は22wt%であり、前記接触部のニッケルの含有量は78wt%であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の機械部品。 - 前記機械部品は歯車であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の機械部品。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の機械部品を備えたムーブメント。
- 請求項9に記載のムーブメントを備えた時計。
- 請求項1から8のいずれか1項に記載の機械部品を製造する機械部品の製造方法であって、
前記電鋳液中に前記成形型を浸漬して電鋳を行い、前記接触部を形成する接触部形成工程と、
前記電鋳液中で前記成形型を浸漬して電鋳を行い、前記接触部に重ねて前記本体部を形成する本体部形成工程と、
を備え、
前記接触部形成工程では、前記本体部形成工程よりも前記添加物の析出量が多くなるように電鋳が行われることを特徴とする機械部品の製造方法。
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