JP6941244B1

JP6941244B1 - 耐摩耗性が改善された非磁性時計構成要素

Info

Publication number: JP6941244B1
Application number: JP2021007722A
Authority: JP
Inventors: クリスチャン・シャルボン
Original assignee: ニヴァロックス−ファーソシエテアノニム
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2021-01-21
Publication date: 2021-09-29
Anticipated expiration: 2041-01-21
Also published as: EP3885842B1; CN113515029A; US20210302914A1; US11762338B2; EP3885842A1; RU2763269C1; JP2021156873A; CN113515029B

Abstract

【課題】耐摩耗性が改善された非磁性時計構成要素を提供すること。【解決手段】本発明は、銅合金から作製した基体（４）を備える非磁性時計構成要素（１）に関し、基体（４）の少なくとも一部は、ＣｕxＴｉy金属間化合物を含む表面層（５）を備えることを特徴とする。本発明は、この時計構成要素を製造する方法にも関する。【選択図】図２

Description

本発明は、ムーブメント又は外部時計部品を対象とする非磁性時計構成要素、及び非磁性時計構成要素を製造する方法に関する。

硬質非強磁性金属合金は、多数の分野で、主として、高い機械的及び／又は摩擦学的応力を受け、磁界に反応しないままであることが必要とされる構成要素に対して適用されている。このことは、例えば、ムーブメント内の車、かな、心軸又はばね等の多数の時計構成要素に特に当てはまる。外部時計部品の場合、例えば、ケース中板、ベゼル、ケース裏蓋又はりゅうずに対して高い硬度を得るのにも有利である。実際、高い硬度は、概して、外部環境に露出されるこうした構成要素に対し改善された耐擦傷性及び耐摩耗性、したがって良好な耐久性を得ることを可能にする。

冶金学では、合金の化学組成及び熱機械履歴に応じて、様々な機構が合金を硬化させることを可能にする。したがって、以下：固溶体硬化、組織硬化、ひずみ硬化、鉄のマルテンサイト変換、スピノーダル分解及び粒界強化（ホール・ペッチ）が公知である。最も注目に値する合金では、こうした硬化機構のいくつかが同時に使用される。しかし、５００ＨＶよりも大きい硬度を有する非強磁性合金は、まれである。更に、そのような合金は、かなり高い硬度及びかなり低い伸度のために、切削が困難であり、変形がほぼ不可能である。

欧州特許第３２７３３０４号（特許文献１）から、１０から２０重量％の間のＮｉ及び６から１２％の間のＳｎを含有する非磁性銅合金から作製した少なくとも一部を備える時計構成要素、より詳細には枢軸が公知である。この合金は、約３５０ＨＶという低い固有の硬度を有する。硬度を増大させるため、構成要素の外部表面は、原子の拡散、又はＴｉＮ若しくはダイヤモンド等の層の堆積、又はイオン注入方法によって硬化される。

今日まで、依然として、改善された耐摩耗性、及び更には構成要素の種類に応じて適宜により良好な摩擦学的特性を有する、新たな非磁性時計構成要素が必要とされている。

欧州特許第３２７３３０４号

磁界に対する感度を制限すること、及び時計製造分野における耐摩耗性・耐衝撃性要件に適合する、改善された硬度を得ることの両方を可能にする一方で、枢軸、車等の構成要素に対してより良好な摩擦学的特性をもたらす時計構成要素を提案することは、本発明の一目的である。

この目的で、本発明は、ムーブメント又は外部時計部品を対象とする時計構成要素に関し、時計構成要素は、銅合金から作製した基体を備え、基体の少なくとも一部は、Ｃｕ_XＴｉ_Y金属間化合物の表面層を有する。この構成要素は、最も多く使用される部品のために非磁性銅合金の利点と外側金属間化合物層の硬度の利点とを組み合わせるものであり、この結果、耐摩耗性が改善される。更に、金属間化合物表面層の存在により、使用中の摩擦係数を低減する。

本発明は、前記構成要素を製造する方法にも関し、方法は、
ａ）銅合金から作製した基体を準備するステップであって、前記基体の少なくとも一部は、非磁性時計構成要素の最終形状を実質的に既に有する、ステップと、
ｂ）基体の前記部分上にチタン層を堆積するステップと、
ｃ）チタンを銅合金中に拡散させ、前記部分上にＣｕ_x，Ｔｉ_y金属間化合物層を形成するため、熱処理するステップと
を含む。

この拡散処理は、基体に完全に固着する硬い外側層を得ることを可能にする。実際、金属間化合物層は、基体の銅合金中にチタンが拡散するため、基体と連続する層を形成する。

他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら非限定的な例示として示す以下の説明から明らかになるであろう。

本発明による計時器構成要素、より正確にはてんぷ心棒の図である。金属間化合物外側層で被覆した図１の心棒の枢動部の一方の部分断面図である。

本明細書では、用語「非磁性」合金とは、透磁率が１．０１以下である常磁性合金又は反強磁性合金を意味する。

本発明は、ムーブメント又は外部時計部品を対象とする時計構成要素に関する。したがって、時計構成要素は、ケース中板、ケース裏蓋、ベゼル、プッシャ、バンド連結部、バンド又はストラップ、尾錠及びりゅうずを含む非網羅的リストから選択される外部構成要素とすることができる。ムーブメントの場合、非網羅的リストは、アンクル押さえ、車押さえ、歯車列、心軸、アンクル心棒及びかなを含むことができる。より詳細には、時計構成要素は、枢軸とすることができ、枢動部、ねじ、巻真又はひげぜんまい天真等の前記枢軸の少なくとも一部は、本発明の方法のために改善された耐摩耗性及び摩擦学的特性を有する。

本発明は、図１に示され、全体が１で参照される、時計構成要素のための非磁性てんぷ心棒に適用する背景において以下で説明する。この種類の部品は、２ｍｍ未満の直径を有する本体を有し、数ミクロンの精度で０．２ｍｍ未満の直径で枢動する。

図１を参照すると、本発明によるてんぷ心棒１が図示され、てんぷ心棒１は、異なる直径の複数の区分２を備え、複数の区分２は、好ましくは、棒の旋削又はあらゆる他のチップ除去切削技法によって形成され、従来のように、２つの枢動部３を画定する２つの端部分の間に配置される軸受け面２ａ及び肩部２ｂを画定する。これらの枢動部はそれぞれ、軸受け内、典型的には石又はルビーの穴内で枢動することを意図する。

本発明によれば、図２に示すように、時計構成要素１の少なくとも１つの部品、図示の例では少なくとも１つの枢動部３は、非磁性金属合金から作製した基体４から形成され、磁界に対する感度を制限するようにする。この合金は、例えば、ＣｕＮｉ、ＣｕＳｎ、ＣｕＺｎ、ＣｕＮｉＺｎ、ＣｕＮｉＳｎ、ＣｕＡｌ、ＣｕＡｌＮｉ、ＣｕＡｌＮｉＦｅ、ＣｕＢｅ又はＣｕＢｅＰｂ合金等の任意の銅合金である。より詳細には、やはり例として、合金は、ＣｕＮｉＳｎ及びＣｕＢｅ２合金の中からＣｕＮｉ１５Ｓｎ８、ＣｕＮｉ９Ｓｎ６若しくはＣｕＮｉ７．５Ｓｎ５合金を選択するか、又はＣｕＢｅ合金の中からＣｕＢｅ２Ｐｂを選択することができる。本発明によれば、基体４の少なくとも一部は、５で参照されるＣｕ_xＴｉ_y金属間化合物の表面層を有する。この金属間化合物は、以下の化合物：Ｃｕ₄Ｔｉ、Ｃｕ₂Ｔｉ、ＣｕＴｉ、Ｃｕ₃Ｔｉ₂、ＣｕＴｉ₂、Ｃｕ₄Ｔｉ₃の１つ又は複数を含有する。金属間化合物は、２０ｎｍから１０μｍの間、及び好ましくは５００ｎｍから２．５μｍの間に含まれる厚さを有する。

本発明によれば、金属間化合物層は、４００ＨＶ_0.01よりも大きい、及び好ましくは５００ＨＶ_0.01よりも大きい硬度ＨＶ_0.01（１０ｇ荷重）を有する。基体自体は、４００ＨＶ_0.01以下の硬度を有する。

本発明の時計構成要素製造方法は、
−銅合金（Ｃｕ）から作製した基体を準備するステップであって、前記基体の少なくとも一部は、時計構成要素の最終形状を実質的に既に有する、ステップと、
−前記部分上にチタン（Ｔｉ）層を堆積するステップと、
−前記チタン層をＣｕ_xＴｉ_y金属間化合物層に少なくとも部分的に変換するため、拡散熱処理を実行するステップと
を含む。

本発明によれば、基体は、あらゆる適切な技法：鋳造、圧延、粉末冶金、付加的製造等によって、その後、サイズ決定に必要な場合、切削動作によって作製することができる。基体は、チタン層を堆積する前に完全にサイズ決定することができる。チタン層を堆積する前に基体の一部のみをサイズ決定し、拡散熱処理の後に構成要素の残部をサイズ決定することも可能である。より具体的には、てんぷ心棒の場合、少なくとも枢動部は、銅合金棒からの棒の旋削又はあらゆる他のチップ除去切削技法によってサイズ決定され、この銅合金棒は、チタン層の堆積前に３ｍｍ未満、及び好ましくは２ｍｍ未満の直径を有する。

チタン層は、亜鉛めっき手段、ＰＶＤ、ＣＶＤ、ＡＬＤ又はあらゆる他の適切な方法によって基体の周囲に付加することができる。堆積層は、２０ｎｍから１０μｍの間、及び好ましくは５００ｎｍから２．５μｍの間に含まれる厚さを有する。拡散熱処理は、６００℃から９００℃の間に含まれる温度範囲で、３０分から１０時間、及び好ましくは１から６時間の間に含まれる時間の間で実行される。本発明の一変形形態によれば、チタン層全体が金属間化合物に変換される。本発明の別の変形形態によれば、チタン層は、金属間化合物に部分的にのみ変換され、したがって、チタン層は、金属間化合物層の周囲に残存する。この残留チタン層は、１ｎｍから５μｍの間に含まれる厚さを有する。残留チタン層は、最終製品上に保持しても、選択的化学エッチング又は研磨によって除去してもよい。

方法は、例えば、ＣｕＮｉＳｎ族合金のスピノーダル分解硬化、又はＣｕＢｅ族合金の組織硬化等の基板の全体積硬化のための熱処理を含むこともでき、この熱処理は、３００から５００℃の間、好ましくは３２０℃から４５０℃に含まれる温度範囲で、３０分から３時間の間、より具体的には３０分から１時間３０分の間に含まれる時間の間で行う。硬化熱処理は、硬化熱処理を実行する前、まず、硬化に関与する元素、ＣｕＮｉＳｎ合金の場合、Ｎｉ及びＳｎ、又はＣｕＢｅ若しくはＣｕＢｅＰｂ合金の場合、Ｂｅを高温溶解し、その後、元素を溶けた状態で維持するために急冷することを必要とする。本発明によれば、６００から９００°の間の拡散熱処理を使用して溶解を実行することができる。例として、ＣｕＢｅ２Ｐｂ合金の場合、Ｔｉ拡散及びＢｅ溶解処理を８００℃で実行し、次に、ＣｕＢｅ２析出のために３２５℃で３時間処理する前に、基体を２００℃より下の温度まで急速冷却する。このように、概して、製造方法は、チタン層堆積ステップの後、
−Ｔｉを拡散させ、例えば、ＣｕＮｉＳｎ合金の場合、Ｎｉ及びＳｎを溶解させるか又はＣｕＢｅ若しくはＣｕＢｅＰｂ合金の場合、Ｂｅを溶解させるため、６００から９００℃の間に含まれる温度で、３０分から１０時間の間、及び好ましくは１から６時間に含まれる時間の間、熱処理するステップと、
−２００℃より下の温度まで急冷するステップと、
−３００℃から５００℃の間、好ましくは３２０から４５０℃の間に含まれる温度で、３０分から３時間、及び好ましくは３０から９０分の間に含まれる時間の間で硬化熱処理を実行するステップと
を含む。

製造方法は、表面拡散熱処理、又は適宜に全体積硬化処理の後、研磨又は圧延等の表面仕上げステップによって完結することができる。

１非磁性時計構成要素
３枢動部
４基体
５金属間化合物層

Claims

銅合金から作製した基体（４）を備える非磁性時計構成要素（１）において、前記基体（４）の少なくとも一部は、Ｃｕ_xＴｉ_y金属間化合物を含む表面層（５）を備えることを特徴とする、非磁性時計構成要素（１）。
前記銅合金は、合金ＣｕＮｉ、ＣｕＳｎ、ＣｕＺｎ、ＣｕＮｉＺｎ、ＣｕＮｉＳｎ、ＣｕＢｅ、ＣｕＢｅＰｂ、ＣｕＡｌ、ＣｕＡｌＮｉ及びＣｕＡｌＮｉＦｅを含む群から選択することを特徴とする、請求項１に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記金属間化合物層（５）は、２０ｎｍから１０ミクロンの間、又は５００ｎｍから２．５μｍの間に含まれる厚さを有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記金属間化合物層（５）は、４００ＨＶ_0.01より大きい硬度、又は５００ＨＶ_0.01より大きい硬度を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記金属間化合物層（５）は、Ｃｕ₄Ｔｉ、Ｃｕ₂Ｔｉ、ＣｕＴｉ、Ｃｕ₃Ｔｉ₂、ＣｕＴｉ₂及びＣｕ₄Ｔｉ₃を含む群から選択する１つ又は複数の化合物を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記金属間化合物層（５）は、前記金属間化合物層（５）の外表面上に、残留チタン層を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記残留チタン層は、１ｎｍから５μｍの間に含まれる厚さを有することを特徴とする、請求項６に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記構成要素は、ムーブメント又は外部時計部品の一構成要素であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記構成要素は、アンクル押さえ、車押さえ、歯車列、心軸、アンクル心棒及びかなを含む群から選択することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記構成要素は、枢軸から構成し、前記部品は、枢動部（３）、ねじ、巻真又はひげぜんまい天真であることを特徴とする、請求項８に記載の非磁性時計構成要素（１）。
前記構成要素は、ケース中板、ケース裏蓋、ベゼル、プッシャ、バンド連結部、バンド及びりゅうずを含む群から選択することを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の非磁性時計構成要素（１）。
非磁性時計構成要素（１）を製造する方法であって、前記方法は、
ａ）銅合金から作製した基体（４）を準備するステップであって、前記基体（４）の少なくとも一部は、前記非磁性時計構成要素（１）の最終形状を実質的に既に有する、ステップと、
ｂ）前記基体（４）の前記部分上にチタン層を堆積するステップと、
ｃ）チタンを銅合金中に拡散させ、前記部分上にＣｕ_x，Ｔｉ_y金属間化合物層を形成するため、熱処理するステップと
を含む方法。
前記拡散熱処理は、６００℃から９００℃の間に含まれる温度で、３０分から１０時間、又は１から６時間の間に含まれる時間の間で実行することを特徴とする、請求項１２に記載の製造方法。
前記基体（４）は、鋳造、圧延、粉末冶金又は付加的製造、場合によってはその後の切削動作によって製造することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載の製造方法。
前記チタン層は、亜鉛めっき手段、ＰＶＤ、ＡＬＤ又はＣＶＤによって堆積することを特徴とする、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の製造方法。
前記堆積チタン層は、２０ｎｍから１０μｍの間、又は５００ｎｍから２．５μｍの間に含まれる厚さを有することを特徴とする、請求項１２から１５のいずれか一項に記載の製造方法。
前記方法は、前記拡散熱処理の後、前記金属間化合物層（５）の周囲に残存する残留チタン層を選択的に除去するステップを含むことを特徴とする、請求項１２から１６のいずれか一項に記載の製造方法。
前記方法は、前記基体（４）を全体積硬化させる熱処理ステップを含み、前記熱処理ステップは、３００から５００℃の間、又は３２０℃から４５０℃に含まれる温度で、３０分から３時間の間、又は３０から９０分の間に含まれる時間の間で実行し、前記ステップは、ステップｃ）の後に実行することを特徴とする、請求項１２から１７のいずれか一項に記載の製造方法。
前記方法は、前記拡散熱処理ステップｃ）と前記全体積硬化熱処理ステップとの間に、２００℃より下の温度まで急冷するステップを含むことを特徴とする、請求項１８に記載の製造方法。
前記拡散熱処理ステップｃ）は、ＣｕＮｉＳｎ合金のＮｉ及びＳｎを溶解するため、又はＣｕＢｅ若しくはＣｕＢｅＰｂ合金のＢｅを溶解するために使用することを特徴とする、請求項１９に記載の製造方法。