Thermal compensation spring and fabrication method thereof

本発明はひげゼンマイ付きテンプ輪（スプラング・バランス）用のスプリング（いわゆるひげゼンマイ）に関し、より詳細には熱弾性係数がほぼ零であり、かつ事実上磁場に不感なこの種のスプリング（ひげゼンマイ）に関する。 物体の熱弾性係数（ＣＴＥ）は、その物体の相対ヤング率の変動を温度の関数として示すものである。

機械的時計のムーブメントのために、変動割合が可能な限り最小のものを探求することが知られている。 しかし特にテンプ・アセンブリの温度変動および磁場変動に対する感度のために、それを達成することは非常に困難である。

欧州特許第１０３９３５２号明細書は、外側表面に酸化被膜を有する、特定の合金で作られた合金ひげゼンマイを開示している。 本文献は、熱補償されて熱弾性係数が、すなわちヤング率温度係数とも呼ばれる値が、ほぼ零に近く、かつ磁場に対する感度が非常に低いひげゼンマイを開示する。 しかしこのひげゼンマイは実現することが非常に難しく、非常に高い不良率と費用価格をもたらす。

本発明の目的は、実現することが簡単なひげゼンマイ付きテンプ輪用の熱補償されたスプリング（ひげゼンマイ）を提案することにより、前述の欠点の全てまたは一部を克服することである。

したがって本発明は、第１の金属材料を含む断面を持ち、当該断面の少なくとも１つの片は第２の金属材料を含む外側の層を有し、その第２の金属材料の熱弾性係数は、第１の材料の熱弾性係数とは温度変化に対して反対方向に変化することを特徴とする、熱補償されたひげゼンマイ付きテンプ輪用のスプリング（ひげゼンマイ）に関する。

本発明によれば、本スプリングは非常に簡単であり、したがって従来の材料を使用可能で、複雑な製作ステップを避け得る点が有利である。

本発明の別の有利な特徴には次が挙げられる。
− 断面の少なくとも２つの平行な辺、または少なくとも２つの隣接する辺、または全ての辺が前記外側の層を含み、
− 前記外側の層はスプリング長さの全てまたは一部にわたって延び、
− 金属材料のうちの少なくとも１つは常磁性であり、
− 第２の材料はステンレス鋼であり、
− 第１の材料はＦｅＭｎ合金またはアンバー型（インバー型とも称される）のＦｅＮｉ３６合金であり、
− 断面はいくつかの異なる外側の層を有する。

本発明はまた、前述の変種の１つに合致する少なくとも１つのスプリングを含む時計に関する。

最後に本発明は、次のステップを含む時計用スプリングの製作方法に関する。
ａ）第１および第２の材料の熱弾性係数が反対方向に変化する、互いに固定された第１および第２の金属材料を使用して本体を形成するステップ、
ｂ）本体断面を縮小するステップ、
ｃ）前記スプリングを形成するために本体を巻付けるステップ。

したがって本スプリングは、非常に簡単な材料を用い、不良率が非常に低くなるような十分に熟知された機械的ステップを使用して取得できることが明らかである。

本発明の別の有利な特徴によれば、この方法は、
− ステップｂ）とｃ）の間に、前記本体断面を多角形断面に変形するステップｄ）を含み、
− ステップｃ）の後に、外端コイルのスプリングを引き上げて、ブレゲひげ（Breguet spring）を形成するステップｅ）を含み、
− スプリングが形成された後に、本体から材料を除去してその熱弾性係数を調整するステップｆ）を含み、
− スプリングが形成された後に熱処理を行って、スプリングの熱弾性係数と形状を調整する、最終ステップｇ）を含み、
− 第１の実施形態に従って、ステップａ）は、第１の金属材料で作られた棒を形成するフェーズｈ）と、第２の材料で作られた管を形成するフェーズｉ）と、棒を管内に装着するフェーズｊ）と、棒を管内に固着するフェーズｋ）とを含み、
− フェーズｊ）中に、棒の冷却および／または管の加熱を、これら２つの要素の間の間隙を増加させてフェーズｊ）の促進がはかられるように、行うステップを含み、
− 代替案としてステップａ）は、第１の金属材料で構成要素を形成するフェーズと、オーバモールディング、めっき、冷間変形および／または熱間変形、接着および／または溶接によって、第２の金属材料を、前記構成要素に固着させるフェーズとを含み、
− ステップｂ）が冷間変形および／または熱間変形によって達成され、
− 本体の外側断面は、ステップａ）の終わりに５ｍｍから１００ｍｍの間にあり、ステップｃ）の終わりに１０μｍから１ｍｍの間にあり、
− 少なくとも材料の１つは常磁性である。

１つの代替案は、次のステップを含むひげゼンマイ付きテンプ輪用のスプリングを製作する方法を提案することである。
ａ'）第１の金属材料を使用してスプリング形状の本体を形成するステップ、
ｂ'）反対方向に変化する熱弾性係数を有する第１および第２の材料において、第２の金属材料をオーバモールディングおよび／またはめっきによって、本体に付着するステップ。

したがって、第１の材料を使用して非常に高い精度を有するスプリング形状が得られ、さらに、十分に熟知されたステップである第２の材料のオーバモールディングおよび／またはめっきを使用して、非常に高品質の熱補償されたスプリングが、非常に低い不良率で得られることが明らかである。

別の代替案の有利な特徴によれば、
− ステップａ'）は、伸線−ラミネート−巻付け−熱固定処理によって、または前記第１の材料の板の深掘り反応性イオン・エッチングによって、あるいはＬＩＧＡ型の電鋳処理によって達成される、
− ステップｂ'）は、鋳造、電鋳、または物理的もしくは化学的気相堆積によって達成される、
− この方法は、スプリングが形成された後に本体から材料を除去して、その熱弾性係数をを調整するステップｆ）を含み、
− この方法は、スプリングが形成された後に熱処理を行って、スプリングの熱弾性係数と形状を調整する最終ステップｇ）を含み、
− 少なくとも材料の１つは常磁性である。

非限定的な表示として与えられた一枚の図を参照する以下の説明によって、別の特徴および利点が明瞭に示されるであろう。

本発明によるスプリングを製作する方法の流れ図である。

本発明は、ひげゼンマイ付きテンプ輪型の時計の調整部材のための熱補償されたスプリングに関する。 本発明によるスプリングは、従来の金属成形方法を使用して加工できる材料を使用する。 さらに、使用される材料は普通のものであり、したがって高価ではない。

本発明によればスプリングの熱弾性係数はほぼ零にできる、すなわちスプリングの温度の関数としての相対ヤング率の変動はほぼ零である。 この目的を達成するために、それぞれの熱弾性係数が反対方向に変動しそれによって互いに補償するように、重なり合う２つの金属材料が使用される。 したがって、材料の１つが正の熱弾性係数を有するならば、第２の材料は負の熱弾性係数を有することが明らかである。

正の熱弾性係数を有する材料が他の材料を被覆するか、またはその逆であるかは重要でない。 覆われる厚さに基いて、およびバランスの型式に基いて調整しなければならないのは、重複部の厚さまたは被膜の厚さのみであり、それによってひげゼンマイ付きテンプ輪調整部材を全体的に補償する。

材料の重複部または被膜は、部分的であっても全面的であってもよい。 したがって、第１の材料で作られた本体の表面の少なくとも２つの平行な表面または隣接する表面に、第２の材料を設けることができる。 同様に、重複部または被膜は、第１の材料でできた本体の長さの一部または全体を覆い得る。 各表面が、特有の材料も含み得ることも明らかである、すなわち表面が、単に１つの第２の材料のみを含み得るのと言うのではない。 最後に、磁場に対してスプリングを事実上不感にするために、材料の少なくとも１つは常磁性であり得る。

本スプリングは次の材料の対を使用することが好ましい： ステンレス鋼−ＦｅＭｎ合金、または、ステンレス鋼−アンバー型ＦｅＮｉ３６合金。 どの材料がどれを被覆するかは必ずしも重要でない。 しかし、２つの材料のうちの１つが強磁性であるなら、コアにはその強磁性材料を使用することが好ましい。 すなわち上記の例では、コアにはＦｅＭｎ合金（反強磁性）またはＦｅＮｉ３６（強磁性）を使用し、外側層には鋼（反強磁性）を使用することが好ましい。 この構成によって前記スプリングの酸化が限定されることにも注意されたい。

外側層（材料２）に対するそれぞれのコア（材料１）の厚さを計算するために、我々は、所望の修正熱弾性係数ＣＴＥ'、および所望の修正トルクＣ'が平衡するように、次の関係式に従って計算する。 ここで、膨張率は同じと見なす。

であり、そして、
− Ｅ _xは材料ｘのヤング率であり、
− ＣＴＥ _xは材料ｘの熱弾性係数であり、
− ｅはコアの厚さであり、
− ｈはコアの高さであり、
− ｄは外側の層の厚さである。

本発明はもちろん、ステンレス鋼−ＦｅＭｎ合金、またはステンレス鋼−ＦｅＮｉ３６合金の対に限るものではない。 すなわち別の対も想定可能である。 例えば、外側層はステンレス鋼、および／またはクロム、および／またはニッケル、および／または鉄を含み得る。 同様に例えば、スプリングのコアはニオブ、ＮｂＺｒ合金、ＣｒＭｎ合金、ＦｅＭｎ合金、ＦｅＮｉ３６合金、またはＡｕＰｄ合金を含み得る。

上述のスプリングを製作する方法１を、図１を参照して説明することとする。 方法１はそれぞれ、互いに固定された第１および第２の金属材料を使用して本体を形成するステップ１１と、本体断面を縮小させるステップ１５と、前記本体を巻付けて前記スプリングを形成するステップ２１との、３つの主なステップを含むことが好ましい。

形成ステップ１１は、一般にフェーズ３、５、７、および１３を含み、それらはいくつかの実施形態に使用される。 第１の実施形態によれば、本体は棒（バー）と管（チューブ）で形成される。 方法１の最初のフェーズ３で、第１の材料の棒が形成される。 方法１の２番目のフェーズ５で、第２の材料の管が形成される。 これはフェーズ３と並行して、その前で、またはその後で実施してもよい。 次に３番目のフェーズ７で、棒が管の内側に装着される。 断面内の棒の外面と管の穴との間の差異は可能な限り小さくし、いかなる相対運動もないようにすることが好ましい。

したがって、フェーズ７の効率を促進するために、選択自由なフェーズ９をフェーズ７の前に設けることが好ましい。 フェーズ９は、あり得る最大の間隙すなわち断面内の棒と管との間の差異を担保するために、棒および／または管の熱処理を行うことである。 すなわち管を拡大させるための加熱、および／または棒を収縮させるための冷却が想定できることは明らかである。 ステップ１１では、棒を管の内側に固定するために４番目のフェーズ１３が、フェーズ７の後に続く。 したがってこの第１の実施形態が、第１の材料のコアの表面の全体を被覆することを含んでいるのは明らかである。

一部の外面のみを被覆することも想定できる。 したがって別の実施形態でも、第１および第２の材料を形成するためにフェーズ３および５がやはり実行される。 ３番目および４番目のフェーズ７、１３において、２つの材料はそれぞれ一緒にされ、次いで互いに固定される。 限定するものではないが、この別の実施形態においてフェーズ１３は、冷間変型および／または熱間変型のみでなく、接着および／または溶接を含むことも可能である。

もちろん、３、５、７、９、および１３よりも多数のフェーズまたは少数のフェーズを含む、別の形成ステップ１１も可能である。 すなわち代替案によれば、フェーズ３は第１の材料で本体を形成するために使用され、次いで２番目のフェーズ５で第２の材料がオーバモールドまたはめっきされる。 したがって、例えば鋳造、電鋳、または物理的もしくは化学的気相堆積によって、フェーズ５、７、および１３を同時に実行できることは明らかである。

第２のステップ１５は、前記スプリングの断面積を所望の断面積に縮小することである。 例えば、本体の最大の幅寸法はこうして、ステップ１１の終わりの５ｍｍから１００ｍｍの間に、さらに最終の幅寸法を １０μｍから１ｍｍの間まで変化し得る。

ステップ１１、１５、および２１を別の順番で実施することを想定することも全面的に可能である。 実際、ステップ１１、１５、および２１に従って、第１の材料のみを１番目のフェーズで形成し、そして次に、上述の代替案におけるように、第２の材料をフェーズ５で形成し、そこで第１の材料を第２の材料でオーバモールド、および／またはめっきすることも可能である。

例えば、第１の材料をスプリング形状にすることができる。 すなわちその形状は伸線−ラミネート−巻付け−熱固定処理を通して、または第１の材料の板の深掘り反応性イオン・エッチング(RIE) によって、あるいはＬＩＧＡ型の電鋳処理（感光性レジンモールド内のガルバニック成長）によって達成できる。 次いで第１の材料は上述の代替案と同様に、鋳造、電鋳、または物理的もしくは化学的気相堆積によって被膜することができる。

本発明の第１の実施形態では、フェーズ１３およびステップ１５は単一の塑性変形工程で実行することが好ましい。 すなわち変形により、棒と管を互いに固着させ得るだけでなく、その断面をその後のスプリングの断面まで縮小させることも可能であることが有利である。 変形工程は、場合によっては中間焼鈍工程を有する冷間および／または熱間工程であり、それによって材料を非常に小さい寸法に変形できる。

すなわち全ての実施形態においてステップ１５は、伸線、および／または引抜き、および／または鍛造、および／またはラミネーション、および／または型押しを含み得る冷間変形を含んでよい。 同様に例えば、熱間変形も想定可能であり、引抜き、および／または鍛造、および／またはラミネーション、および／または型押しを含んでよい。

方法１は、スプリング断面を最終形状にするために、ステップ１５の後に追加ステップ１７も含み得ることが好ましい。 すなわち、ステップ１７において本体断面は、例えば長方形断面のような多角形断面に変えられる。 このステップ１７は、非常に有利な寸法公差を得るために、ラミネーションで実行されることが好ましい。

方法１はステップ２１に続き、そこで本体は巻かれて例えばおおよそらせん形状のスプリングを形成する。 本発明によれば、ステップ２１で方法１を終了できる。 しかし、別の変形手法が可能である。

したがってステップ２１で形成された外端コイルのスプリングを引き上げるために、３番目の選択自由なステップ２３をステップ２１の後に設けることが可能である。 したがってこのステップ２３でＢｒｅｇｕｅｔ型の巻上げひげを形成できる。 本発明によれば、選択自由なステップ２３で方法１を終了することも可能である。

しかし、方法１はステップ２１または２３の後に、ステップ３１、および／または３３を続けることも可能である。 すなわち図１に２重線で示すように、方法１はステップ２１または２３の後に、熱弾性係数とスプリングの形状を調整するために熱処理を行うステップ３３を含むことが可能である。 本発明によればステップ３３で方法１を終了することも可能である。

それにもかかわらず図１の単線で図示されるように、ステップ３３はステップ３１で置き換えられるか先行され得る。 ステップ３１はスプリングが形成された後に本体から材料を除去するためのものであり、すなわちステップ２１、または２３の後でスプリングの熱弾性係数を調整するためのものである。 例えばステップ３１は機械加工、および／または化学エッチングフェーズを含み得る。 本発明によれば、ステップ３１で方法１を終了することも可能であり、および／または次のバッチで除去されるべき過剰厚さを決定するためにステップ３１が使用されることも明らかである。

もちろん、本発明は図示した例に限定されず、当業者に明らかであろう様々な変形手法および代替案が可能である。 すなわち、他の熱間変形、および／または冷間変形のステップを想定できる。

３，５，７，９ フェーズ； １３ フェーズ；
１１，１５，ステップ； １７、２１，２３，３１、３３ ステップ。