(57)【要約】本出願は、リリースエージェント（１１０）を用いて空間が設けられ、連続繊維又はセラミックから形成されるバランススプリング（１００）を円柱状のフォーマ（９０）のまわりに巻くことにより前記バランススプリングを作る方法を開示する。セラミック材料を回転するフォーマ、マンドレル又はプレートに適用し、その後に熱処理することにより、好ましくはセラミック材料のバランススプリングを作る方法がまた開示される。異なる熱膨張係数を有する構成要素の特有の配置により、温度の上昇とともに減少する慣性モーメントを有するバランスホイールがまた開示される。非磁性セラミック又は連続繊維製のバランススプリングと、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有する材料から形成され、複数の非磁性の平衡又は計時用の付属物とを有する非磁性バランスホイールとを備えた機械式振動システムがまた開示される。
2007533973.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時計又は他の精密器械に使用するためのバランススプリングを作る方法であって、連続繊維又はセラミックから形成される、ある長さの非磁性バランススプリング材料を円柱状のフォーマのまわりに巻くステップと、その巻いたものの隣接する層が互いに付着することを抑制するように又は前記隣接する層が付着している互いからの解放を容易にするようにリリースエージェントを使用するステップと、巻かれた前記バランススプリング材料を熱処理するステップとを備えていることを特徴とするバランススプリングを作る方法。
【請求項２】
前記熱処理するステップの後に、前記アッセンブリが、前記フォーマの回転軸に垂直に間隔を置いて薄く切られ、複数の渦巻状のスプリングを形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リリースエージェントが、蒸発粒子の形態にて前記スプリング材料に適用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記リリースエージェントは、前記ある長さのスプリング材料とともに前記円柱状のフォーマのまわりに巻かれる固体シートの形態をしたスペーサ材料であり、前記スプリング材料の隣接する層が前記スペーサ材料により分離されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
複数のバランススプリング材料と複数のスペーサ材料とが、前記円柱状のフォーマ上に互いのまわりに巻かれることを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記熱処理するステップの後に、前記スペーサ材料を取り除く更なるステップを更に備えていることを特徴とする請求項４又は５に記載の方法。
【請求項７】
前記リリースエージェントが、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ又はＥＴＦＥであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載の方法。
【請求項８】
前記バランススプリング材料が、セラミック材料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一に記載の方法。
【請求項９】
前記バランススプリング材料が、テープキャストであることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一に記載の方法。
【請求項１０】
前記バランススプリング材料が、シートの形態をした、マトリックス相と予め含浸させた連続繊維材料であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一に記載の方法。
【請求項１１】
前記円柱状のフォーマが、マンドレルであることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一に記載の方法。
【請求項１２】
前記のようにして形成される前記スプリングが、平らなアルキメデス螺旋の形態であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一に記載の方法。
【請求項１３】
時計又は他の精密器械に使用するためのバランススプリングを作る方法であって、受容プレート、フォーマ又はマンドレルのまわりに、又はその内部に、あるいはその上に、ある長さの非磁性バランススプリング材料を配置するステップと、前記バランススプリング材料を熱処理するステップと、前記フォーマ、受容プレート又はマンドレルから前記バランススプリング材料を取り除き、平らなアルキメデスのバランススプリングを形成するステップとを備えていることを特徴とするバランススプリングを作る方法。
【請求項１４】
前記バランススプリング材料が、円錐形のマンドレルのまわりに巻かれることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記バランススプリング材料が、押出成形されることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記マンドレル、フォーマ又は受容プレートは、当該マンドレル、フォーマ又は受容プレートの上に配置される前記スプリング材料が渦巻状の形態をとるように回転されることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか一に記載の方法。
【請求項１７】
前記フォーマ、受容プレート又はマンドレルは、前記バランススプリング材料を受容する溝部を有していることを特徴とする請求項１３〜１６のいずれか一に記載の方法。
【請求項１８】
前記フォーマ、受容プレート又はマンドレルが、加熱されることを特徴とする請求項１３〜１７のいずれか一に記載の方法。
【請求項１９】
前記バランススプリング材料が、セラミック又はセラミック複合材料であることを特徴とする請求項１３〜１８のいずれか一に記載の方法。
【請求項２０】
時計又は他の精密器械用の機械式振動システムに使用するための非磁性バランスホイールであって、前記バランスホイールの慣性モーメントが温度の増加とともに減少するように調整された、異なる熱膨張係数を有する２つの異なる材料の構成要素を備えていることを特徴とする非磁性バランスホイール。
【請求項２１】
前記構成要素は、１つ若しくはそれ以上のクロスメンバを有するバランスホイールアームと、前記クロスメンバに取り付けられる又は前記クロスメンバと一体化されるリムと、を含むことを特徴とする請求項２０に記載のバランスホイール。
【請求項２２】
前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバが、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から作られ、前記リムが、前記第１の熱膨張係数より小さい第２の熱膨張係数を有する第２の材料から作られることを特徴とする請求項２１に記載のバランスホイール。
【請求項２３】
前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバが、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から作られ、前記リムが、前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の材料からなる凹状セグメントを備えていることを特徴とする請求項２１に記載のバランスホイール。
【請求項２４】
前記バランスホイールリムと前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバが、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から形成され、前記バランスホイールが、前記リムの内部に、前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する、前記リムに対して異なる材料から形成される２つの凹状セグメントを更に備えていることを特徴とする請求項２１に記載のバランスホイール。
【請求項２５】
前記バランスホイールリムが、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から形成され、前記第１の材料より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の材料から形成される２つ若しくはそれ以上の部材が、前記リムに取り付けられ、そこから内方へ延びることを特徴とする請求項２１に記載のバランスホイール。
【請求項２６】
時計又は他の精密器械に使用するためのバランスホイールであって、正である第１の熱膨張係数を有する第１の非磁性材料から形成される１つ若しくはそれ以上のクロスメンバを有するバランスホイールアームと、前記バランスホイールアームに取り付けられ、第２の熱膨張係数を有する第２の非磁性材料から形成されるリムとを備え、前記第２の熱膨張係数が、前記第１の熱膨張係数より小さく、それにより、温度の増加が、前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバの長さの増加と、前記バランスホイールの慣性モーメントの減少をもたらす前記リムの半径方向内方へのたわみとを引き起こすことを特徴とするバランスホイール。
【請求項２７】
非磁気感受性タイミングウェイトの形態にて、前記リムに対して少なくとも２つの付属物が存在することを特徴とする請求項２６に記載のバランスホイール。
【請求項２８】
前記第２の熱膨張係数が、負であることを特徴とする請求項２６又は２７に記載のバランスホイール。
【請求項２９】
前記リムが、長さの等しい２つ若しくはそれ以上の凸状の円弧を有していることを特徴とする請求項２６〜２８のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項３０】
前記第１の熱膨張係数が、６×１０−６Ｋ−１より小さいことを特徴とする請求項２６〜２９のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項３１】
前記第２の熱膨張係数の大きさが、前記第１の熱膨張係数の大きさより小さいことを特徴とする請求項２８、あるいは請求項２８に従属する請求項２９又は３０に記載のバランスホイール。
【請求項３２】
前記付属物が、前記バランスホイールと平衡するように配置されることを特徴とする請求項２６〜３１のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項３３】
前記第１及び第２の熱膨張係数が、線形であることを特徴とする請求項２６〜３２のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項３４】
前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバ上に配置される１つ若しくはそれ以上の付属物が存在し、前記１つ若しくはそれ以上の付属物が、軸状部と、前記軸状部上にある偏心ヘッドとを有し、前記軸状部は、前記バランスホイールの回転軸に平行な軸のまわりに回転できるように前記バランスホイールの開口部内に回転可能に取り付けられ、それにより、前記偏心ヘッドを回転することにより調整される前記バランスホイールの慣性モーメントを小さくすることができることを特徴とする請求項２６〜３３のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項３５】
前記調整部材が、スクリュであることを特徴とする請求項３４に記載のバランスホイール。
【請求項３６】
前記調整部材の前記ヘッドが、前記軸状部から離れた先端に向かって先細になり、調整工具と係合するためのスプラインを備えていることを特徴とする請求項３４又は３５に記載のバランスホイール。
【請求項３７】
請求項２６〜３６のいずれか一に記載のバランスホイールと、前記バランスホイールと一体的に形成されるバランススタッフとを備えていることを特徴とするバランスホイールアッセンブリ。
【請求項３８】
時計又は他の精密器械に使用するためのバランスホイールであって、第１の熱膨張係数を有する第１の非磁気感受性材料から形成される１つ若しくはそれ以上のクロスメンバを有するバランスホイールアームと、正である第２の熱膨張係数を有する第２の非磁気感受性材料から形成される複数の凹状セグメントとを備え、前記第２の熱膨張係数が、前記第１の熱膨張係数より小さく、それにより、前記凹状セグメントが、温度の増加とともに前記バランスホイールの慣性モーメントの減少を引き起こすように半径方向内方へ更に延びることを特徴とするバランスホイール。
【請求項３９】
非磁気感受性タイミングウェイトの形態にて、前記凹状セグメントに対して複数の付属物が存在することを特徴とする請求項３８に記載のバランスホイール。
【請求項４０】
前記凹状セグメントが、前記バランスホイールのリムを形成することを特徴とする請求項３８又は３９に記載のバランスホイール。
【請求項４１】
前記バランスホイールが、前記クロスメンバに取り付けられるリムを有し、前記凹状セグメントが、前記リムに対して異なる材料から形成され、前記リムの内部に配置されることを特徴とする請求項３８又は３９に記載のバランスホイール。
【請求項４２】
前記凹状セグメントが、前記クロスメンバに、又は前記バランスホイールのリムに取り付けられることを特徴とする請求項３８〜４１のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項４３】
前記第１の熱膨張係数が、負であり、それにより、温度の上昇に対する前記クロスメンバの長さの減少及び前記凹状リムセグメントの長さの増加が、前記バランスホイールの慣性モーメントの減少を引き起こすことを特徴とする請求項３８〜４２のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項４４】
前記リムセグメントがそれぞれ、４５度から１８０度の円弧を有することを特徴とする請求項３８〜４３のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項４５】
前記付属物の少なくとも２つが、前記リムの隣接する凹状セグメントの間に位置付けられることを特徴とする請求項３９、又は請求項３９に従属する請求項４０〜４４のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項４６】
前記第１及び第２の熱膨張係数が、線形であることを特徴とする請求項３８〜４５のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項４７】
前記バランスホイールが、前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバ又は前記リムあるいは前記凹状セグメントに配置される２つ若しくはそれ以上の付属物を有し、前記付属物が、軸状部と、前記軸状部上にある偏心ヘッドとを有し、前記軸状部は、前記バランスホイールの回転軸に平行な軸のまわりに回転できるように前記バランスホイールの開口部内に回転可能に取り付けられ、それにより、前記偏心ヘッドを回転することにより調整される前記バランスホイールの慣性モーメントを小さくすることができることを特徴とする請求項３８〜４６のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項４８】
前記調整部材が、スクリュであることを特徴とする請求項４７に記載のバランスホイール。
【請求項４９】
前記調整部材の前記ヘッドが、前記軸状部から離れた先端に向かって先細になり、調整工具と係合するためのスプラインを備えていることを特徴とする請求項４７又は４８に記載のバランスホイール。
【請求項５０】
請求項２０〜４９のいずれか一に記載のバランスホイールと、前記バランスホイールと一体的に形成されるバランススタッフとを備えていることを特徴とするバランスホイールアッセンブリ。
【請求項５１】
時計装置又は他の精密器械に使用するための機械式振動システムであって、平らな渦巻状又は螺旋状の形態の非磁性バランススプリングと、非磁性バランスホイールとを備え、前記バランススプリングが、セラミック材料又は連続繊維を有する材料から形成され、前記バランスホイールが、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有する材料から形成され、前記バランスホイールが、前記バランスホイールの慣性モーメントに対する調整を行うための複数の非磁性の平衡又は計時付属物を更に備えていることを特徴とする機械式振動システム。
【請求項５２】
前記バランスホイールが、平面であることを特徴とする請求項５１に記載の機械式振動システム。
【請求項５３】
前記付属物が、前記バランスホイールと平衡するように配置されることを特徴とする請求項５１又は５２に記載の機械式振動システム。
【請求項５４】
１つ若しくはそれ以上の前記付属物が、軸状部と、前記軸状部上にある偏心ヘッドとを有する調整部材であり、前記軸状部は、前記バランスホイールの回転軸に平行な軸のまわりに回転できるように前記バランスホイールの開口部内に回転可能に取り付けられ、それにより、前記偏心ヘッドを回転することにより調整される前記バランスホイールの慣性モーメントを小さくすることができることを特徴とする請求項５１〜５３のいずれか一に記載の機械式振動システム。
【請求項５５】
前記調整部材が、スクリュであることを特徴とする請求項５４に記載の機械式振動システム。
【請求項５６】
前記調整部材の前記ヘッドが、前記軸状部から離れた端部に向かって先細になり、調整工具と係合するためのスプラインを備えていることを特徴とする請求項５１又は５６のいずれか一に記載の機械式振動システム。
【請求項５７】
前記バランススプリングが、前記バランスホイールと同じ材料から形成され、前記バランスホイールと一体的に形成されることを特徴とする請求項５１〜５６のいずれか一に記載の機械式振動システム。
【請求項５８】
前記バランス体及びスプリングが、別々に形成され、その後に融合又は接着によりともに結合されることを特徴とする請求項５１〜５８のいずれか一に記載の機械式振動システム。
【請求項５９】
時計又は他の精密器械用の機械式振動システムに使用するためのバランスホイールアッセンブリであって、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有する等方性非磁性材料から一体的に形成される一体化したバランススタッフとバランスホイールを備えていることを特徴とするバランスホイールアッセンブリ。
【請求項６０】
時計又は他の精密器械用の機械式振動システムに使用するためのアッセンブリであって、バランススタッフと、前記バランススタッフと一体的に形成され、バランスホイールリムを支持するための１つ若しくはそれ以上のクロスメンバとを備え、前記クロスメンバとバランススタッフとが、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有する非磁性材料から一体的に形成されることを特徴とするアッセンブリ。
【請求項６０】
前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバに取り付けられるバランスリムを更に備えていることを特徴とする請求項６１に記載のアッセンブリ。
【請求項６１】
請求項２０〜請求項５０のいずれか一に記載のバランスホイールを有することを特徴とする請求項５９〜６１のいずれか一に記載のアッセンブリ。
【請求項６２】
請求項５９〜６１のいずれか一に記載のアッセンブリを有することを特徴とする請求項５１〜５８のいずれか一に記載の機械式振動システム。
【請求項６３】
前記バランスリムと前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバとがともにグリーン状態にある場合に、結合又は熱処理によって前記バランスリムを前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバに取り付けることにより、請求項６０に記載のアッセンブリを形成する方法。
【請求項６４】
時計又は他の精密装置に使用するためのバランスホイールアッセンブリを形成する方法であって、セラミック製のスタッフとバランスホイールとがグリーン状態にある場合に、別々のセラミック製のスタッフとバランスホイールとをともに取り付けるステップと、結合又は熱処理プロセスを用いて、前記セラミック製のスタッフとバランスホイールとをともに固定するステップとを備え、前記バランスホイールとバランススタッフとが、非磁性であり、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有することを特徴とするバランスホイールアッセンブリを形成する方法。
【請求項６５】
前記バランスホイールとバランススタッフとがともに、セラミック材料から形成されることを特徴とする請求項６４に記載のバランスホイールを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、精密な時計学上の時間を計測する機械式振動システム又は他の精密器械に使用するためのバランスホイール（balance wheel）に関する。本発明は、特に機械式時計の振動システムに適用されるが、これに限定されるものではない。
【０００２】
（背景技術）
時計用のバランスホイールは、従来、主として金属から作られていた。バランススプリング（balance spring）は、バランスホイールを振動させるとともに等時性の振動周期で振動させるために配設される。
【０００３】
使用される金属は、たいていのセラミックに比べて高い線膨張係数を一般に有する。これは、例えば、金属（Ｆｅ−Ｎｉ、Ｃｕ−Ｂｅ、Ｃｕ−Ｚｎ、Ｃｕ−Ａｕ、Ｎｉ又はこれらの組み合わせ）から作られるバランスホイールと、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃ又は他の鋼派生合金（steel derivative alloy）から作られるバランススプリングとを有する前記システムにおいて標準であった。２００３年７月１０日に出願され、２００４年１月２２に公開され、引用することによりここに組み入れられる本出願人による先願ＰＣＴ／ＧＢ０３／００３０００は、熱と磁気の影響をこの関係において改良する又は解決することができ、それにより高精度を達成することができる新しいバランススプリング材料を開示している。
【０００４】
バランスホイールとバランススプリングに対する熱の影響の作用は、同じではない。バランスホイールとバランススプリングとの関係において熱及び熱弾性の特性は、等しい態様で変化しない。
【０００５】
関連する関係にある項（term）を不変にするための最も成功した以前の試み（１９１２年にシー・イー・ギヨーム（C.E.Guillaume）により発明されたバイメタル式補正バランスホイールと鋼製バランススプリングシステム、１９４３年にハミルトン（Hamilton）により発明された鋼と結合した高精度ニッケル鉄ベース合金のスプリングと不変鋼（invar）製の楕円形バランスホイール）は、有効な熱特性（ニッケル鉄合金が、異常なヤング率の変化を有する）にもかかわらず、磁気に敏感な材料の使用を必要としていた。この後者の影響は、ヤング率の安定性を妨げ、計時の精度（等時性）に悪影響をもたらす。
【０００６】
振動周期Ｔのための式は、以下に表される： 
2007533973.tif 000003
Ｔ：振動周期、Ｉ：バランスホイールの慣性モーメント、Ｇ：バランススプリングのトルク
【０００７】
前記振動システムは、磁気及び熱の性質の変動に左右される。バランスホイールが金属から作られる場合、バランスホイールは温度の増加とともに膨張する。ニッケル鉄合金から最も一般的に作られるバランススプリングもまた、温度の増加とともに膨張する。
【０００８】
線膨張率は、ミリメートル／度ケルビンについて１／１０００の単位で測定され、例えば、銅、Ｃｕの場合には＋１７×１０−６Ｋ−１と表され、α係数として知られている。
【０００９】
熱弾性係数は、温度の上昇に対する材料の弾性の変化の傾向を表す。
【００１０】
ニッケル鉄合金は、十分に消磁される場合には４０℃まで‘異常’といわれる正の熱弾性係数を有する。しかしながら、磁気蓄積（magnetic accumulation）は、温度に対するｒ（バランスホイールの回転半径）及び√Ｅ（バランススプリングの弾性率の平方根）の変化を表す図１のグラフに示すように、低温においてＥとｒの項の発散を引き起こす、この閾値を低くする。これは、振動システムの等時性における合成誤差の原因である。
【００１１】
バランスホイールは、物理的寸法に影響を及ぼす熱変動によってのみ一般に影響を及ぼされるのに対し、バランススプリングは、物理的寸法及び弾性（ヤング率）の両方に影響を及ぼす熱及び磁気の両方の変動によって影響を及ぼされる。
【００１２】
（発明の概要）
計時についての改良した性能のために、これらの負の作用がなくなる又は最小限まで低減される。本発明者は、バランススプリング、特にＦｅ−Ｎｉ製バランススプリングのヤング率が温度及び磁気により影響を及ぼされることと、バランススプリングの磁気蓄積が計時に悪影響を有することに注目した。本発明者は、前記スプリングにおけるこれらの変化が、振動システムの誤差の大部分（７５％）を占めることに注目した。その残りの誤差のほとんどは、バランスホイール内の熱誘導変化（thermally induced change）によるものである。
【００１３】
本発明の態様は、添付する特許請求の範囲に規定される。本発明、好ましい特徴及び本発明の別の態様の背後にある理論の考察が、以下に記述される。
【００１４】
関係［１］内に含まれる変数は、以下に表される：
2007533973.tif 000004
温度及び磁気の変動は、バランススプリング及びバランスホイールの膨張及び収縮の作用並びにバランススプリングの弾性の変化から得られるＴ（振動周期）に影響を与える。
【００１５】
バランススプリングのトルクは、以下の寸法、すなわち、長さｌ、高さｈ、厚さｅ及びヤング率Ｅの関数である。
【００１６】
バランスホイールの慣性モーメントＩは、半径ｒと（一定のままである）質量Ｍの関数であり、以下に表される：
2007533973.tif 000005
【００１７】
ヤング率係数Ｅは、温度及び磁気の作用の変動とともに変化する。
【００１８】
例えば本発明者によるＰＣＴ／ＧＢ０３／００３０００に開示されるもののように、動作温度範囲（０−４０℃）において線形の熱弾性変化を備えた非磁気感受性（non-magnetically sentive）及び熱安定性（thermically stable）を有するバランススプリングが選択される場合には、まだ解決されるべき熱誘導変化が、バランスホイールに存在する。
【００１９】
これは、バランスホイールにおいて正しい材料選択が行われる場合にのみ起こり得るものであり、その運動性能とその静的及び動的な平衡及び調整についての正しい知識が理解され、その製造と時計において一度調節することを可能とする。
【００２０】
温度変化により影響を及ぼされる前記等式内の変数は、一定の関係にさせる必要があり、簡略化して以下の式で表すことができる。
2007533973.tif 000006
ｒは前記バランスホイールの回転半径であり、Ｅは前記スプリングのヤング率である。
【００２１】
前記ホイールの回転半径とこれまで機械式振動システムに使用された材料からなるスプリングのヤング率との関係式は、［４］で表される通りである。
【００２２】
これらの項は線形の関係にはないが、この関係は、（振動周期Ｔの等時性を保つために）一定である必要がある。
【００２３】
質量が温度の変化により影響を受けず、また、慣性モーメントは［３］で表されるＭｒ２の結果（product）であるので、バランス体（balance）が達成しなければならない残りの補正は、熱により膨張又は収縮するｒの関数として計算される。
【００２４】
従来、金属合金製のバランススプリングは、熱弾性率の非線形調整を有していた（温度変化に対するヤング率の変化は、√Ｅ曲線により表される）。単一金属から作られるバランスホイールは、温度の上昇に対するｒ値の線形増加を有しているが、同一のグラフにプロットされた温度に対するｒ及び√Ｅの変化についての重ね合わせられた曲線は、δＥの値がδｒの値の解を与える、あるいは図示された√Ｅの値の曲線が直線ｒと交差する、２点での交わりを示す。最も幅広く離れている２つの曲線間の不一致は、図１のグラフに示すように中間温度誤差２として知られている。
【００２５】
従来、この問題を解決することができるバランスホイール及びバランススプリングは、磁気感受性材料から作られており、現在の磁気汚染のレベルにより決して適していない。
【００２６】
前記関係ｒ／√Ｅに対する解を与えるために、先ず、線形の熱弾性変化を有するスプリングが必要であり、前記スプリングの特性は、前記関係がｒ／Ｅの方へ向かうような一定の変化を可能とし、また、温度の上昇に対する前記スプリングの軸方向の膨張係数αが負である。
【００２７】
本発明者が発明したように（また、その製造方法が特許請求の範囲及び後の説明にて記載されるように）、スプリングについて正しい選択をした前記システムの性能を改良するために、バランススプリングのための材料選択が、磁気の影響を受けない材料、最も好ましくは低いα係数を有する材料からである必要があり、前記スプリング材料の軸方向のα係数と反対の符号を有する同一の符号ではない非常に低いα係数である場合には、温度をＸ軸にとり、名目上の単位（nominal unit）の長さ及び弾性率をＹ軸にとり、実線が温度に対するｒの変化を表し、破線が温度に対するＥの変化を表す図２のグラフの上部３に示すように、好ましくは線形であるとともに０℃から８０℃において１％より小さい低い熱弾性率の傾向を有する。最も好ましくは、バランススプリング材料は、前記スプリングの熱弾性率傾向と同一符号を有するα係数からなる。
【００２８】
等方性であるか異方性であるかにかかわらないα係数及び膨張特性とヤング率はすべて、関係［２］で計算され慎重に検討される。あらゆる変数を無視する場合、すなわち、それらが運転中に前記システムに関係している態様が、その他の変数及びそれらの相互関係を引用することなく、また理解することなく無視される場合、改良された性能を得られないであろう。
【００２９】
一般に、温度が１℃上昇した場合の計時変化（Ｕ）を示す式は、
2007533973.tif 000007
である。
従って、適切な材料を慎重に選択して、バランスホイールの熱膨張係数α１とバランススプリングの熱膨張係数α２と熱弾性係数Ｅの適正値を選択することで、Ｕをゼロに向かわせることができる。
【００３０】
熱弾性率が周囲範囲（ambient range）において線形の態様で変化するとともに最小限であり、また、前記スプリングがバランス体の一部に正又は負の向きにある残りの態様（residual manner）にて補償するように求める選択されたバランススプリング材料において、以下の解決法が提案される。
【００３１】
本発明の第１の態様は、時計又は他の精密器械に使用するためのバランススプリングを作る方法であって、連続繊維又はセラミックから形成される、ある長さの非磁性バランススプリング材料を円柱状のフォーマのまわりに巻くステップと、その巻いたものの隣接する層が互いに付着することを抑制するように又は前記隣接する層が付着している互いからの解放を容易にするようにリリースエージェントを使用するステップと、巻かれた前記バランススプリング材料を熱処理するステップとを備えているバランススプリングを作る方法を提供する。
【００３２】
本発明の第２の態様は、時計又は他の精密器械に使用するためのバランススプリングを作る方法であって、受容プレート、フォーマ又はマンドレルのまわりに、又はその内部に、あるいはその上に、ある長さの非磁性バランススプリング材料を配置するステップと、前記バランススプリング材料を熱処理するステップと、前記フォーマ、受容プレート又はマンドレルから前記バランススプリング材料を取り除き、平らなアルキメデスのバランススプリングを形成するステップとを備えているバランススプリングを作る方法を提供する。
【００３３】
本発明の第３の態様は、時計又は他の精密器械用の機械式振動システムに使用するための非磁性バランスホイールであって、前記バランスホイールの慣性モーメントが温度の増加とともに減少するように調整された、異なる熱膨張係数を有する２つの異なる材料の構成要素を備えている非磁性バランスホイールを提供する。
【００３４】
前記第３の態様は、時計又は他の精密器械に使用するためのバランスホイールであって、正である第１の熱膨張係数を有する第１の非磁性材料から形成される１つ若しくはそれ以上のクロスメンバを有するバランスホイールアームと、前記バランスホイールアームに取り付けられ、第２の熱膨張係数を有する第２の非磁性材料から形成されるリムと、を備え、前記第２の熱膨張係数が、前記第１の熱膨張係数より小さく、それにより、温度の増加が、前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバの長さの増加と、前記バランスホイールの慣性モーメントの減少をもたらす前記リムの半径方向内方へのたわみとを引き起こすバランスホイールを提供する本発明の第４の態様の形態をとってもよい。
【００３５】
本発明の第３の態様は、時計又は他の精密器械に使用するためのバランスホイールであって、第１の熱膨張係数を有する第１の非磁気感受性材料から形成される１つ若しくはそれ以上のクロスメンバを有するバランスホイールアームと、正である第２の熱膨張係数を有する第２の非磁気感受性材料から形成される複数の凹状セグメントと、を備え、前記第２の熱膨張係数が、前記第１の熱膨張係数より小さく、それにより、前記凹状セグメントが、温度の増加とともに前記バランスホイールの慣性モーメントの減少を引き起こすように半径方向内方へ更に延びるバランスホイールを提供する本発明の第５の形態をとってもよい。
【００３６】
本発明の第６の態様は、時計装置又は他の精密器械に使用するための機械式振動システムであって、平らな渦巻状又は螺旋状の形態の非磁性バランススプリングと、非磁性バランスホイールと、を備え、前記バランススプリングが、セラミック材料又は連続繊維を有する材料から形成され、前記バランスホイールが、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有する材料から形成され、前記バランスホイールが、前記バランスホイールの慣性モーメントに対する調整を行うための複数の非磁性の平衡又は計時付属物を更に備えている機械式振動システムを提供する。
【００３７】
本発明の第７の態様は、時計又は他の精密器械用の機械式振動システムに使用するためのバランスホイールアッセンブリ（balance wheel assembly）であって、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有する等方性非磁性材料から一体的に形成される一体化したバランススタッフとバランスホイールとを備えているバランスホイールアッセンブリを提供する。
【００３８】
本発明の第８に態様は、時計又は他の精密器械用の機械式振動システムに使用するためのアッセンブリ（assembly）であって、バランススタッフと、前記バランススタッフと一体的に形成され、バランスホイールリムを支持するための１つ若しくはそれ以上のクロスメンバと、を備え、前記クロスメンバとバランススタッフとが、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有する非磁性材料から一体的に形成されるアッセンブリを提供する。
【００３９】
本発明の第９の態様は、前記バランスリムと前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバとがともにグリーン状態にある場合に、結合又は熱処理によって前記バランスリムを前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバに取り付けることにより、本発明の第８の態様に記載のアッセンブリを形成する方法を提供する。
【００４０】
本発明の第１０の態様は、時計又は他の精密装置に使用するためのバランスホイールアッセンブリを形成する方法であって、セラミック製のスタッフとバランスホイールとがグリーン状態にある場合に、別々のセラミック製のスタッフとバランスホイールとをともに取り付けるステップと、結合又は熱処理プロセスを用いて、前記セラミック製のスタッフとバランスホイールとをともに固定するステップと、を備え、前記バランスホイールとバランススタッフとが、非磁性であり、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有するバランスホイールアッセンブリを形成する方法を提供する。
【００４１】
本発明の更なる態様及び好ましい特徴が、以下の説明と特許請求の範囲に見られる。
【００４２】
本発明の実施形態及び実施例が、ほんの一例として添付図面を参照して以下に説明される。
【００４３】
（詳細な説明）
本発明の種々の実施形態は、バランスホイールとバランススプリングとから構成される機械式振動システムのバランスホイールに関し、前記バランスホイール及び／又はバランススプリングは、好ましくは、非磁気感受性を有し、決してそればかりではないが、好ましくは、以下の群、すなわち、窒化アルミニウム、アルミノケイ酸ガラス、アルミナシリカボリア（alumina silica boria）、炭化ホウ素、窒化ホウ素、シリカ、ケイ素、二酸化ケイ素、窒化ケイ素、（安定化）ジルコニア、カリウム・アルミナ・モスコバイト（potassium alumina muscovite）、（ルビー及びサファイアを含む）酸化アルミニウム、ダイヤモンド又は人工的に生成されたダイヤモンド、押出成形又は静水圧成形グラファイト、熱硬化性又は熱可塑性ポリマーあるいはモノマー、ガラス、カーボン、又はガラス状炭素からのセラミック材料を有する、好ましくは低い（＋６×１０−６Ｋ−１より小さい）α係数を有する材料から全体として又は組み合わせとして構成されている。また、前記材料は、非磁気感受性金属間化合物からなる群から選択されてもよい。選択された材料は、熱硬化性又は熱可塑性ポリマー、セラミック、ガラス、カーボン、あるいはガラス状炭素のマトリクス内の連続する又は分散した繊維あるいはナノ粒子の形態であってもよい。更に、前記材料は、揮発性、水性又はポリマーの物質から作られる結合剤の中にある、好ましくはセラミックである加熱プレス又は反応結合した（reaction bonded）粉末、微小粉末又は微小球体あるいはテープキャスティング材料（tape casting meterial）の形態であってもよい。更に、前記材料は、熱硬化性又は熱可塑性ポリマー、セラミック、ガラス、カーボン、又はガラス状炭素のマトリクス内の黒鉛連続炭素繊維（graphitic continuous carbon fibre）又は非連続炭素繊維、カーボンナノファイバー又はチューブ、ポリマー又はセラミック繊維から構成される複合材料であってもよい。
【００４４】
バランスホイールに対して熱影響により与えられる変化を最小限にさせる必要がある。
【００４５】
まず第１に、バランスホイールの材料選択は、好ましくは、＋１．０×１０−６Ｋ−１より小さいα係数を有する単相結晶体又は混合相結晶体及び残留ガラス成分からなる低いα係数を有する等方性セラミック材料、例えば石英ガラス（二酸化ケイ素９６−９９％）であることが提案される。これは、温度に対するｒの限られた変化を確保する。
【００４６】
バランスホイールは、好ましくは円形及びディスク状であるが、円形であるものに限定するものではない。バランスホイールは、その周縁部に垂直に突出する浅いリム（rim）からなる付加質量（additional mass）を備えてあるいは備えていないで形成され得る。好ましくは円形である上側表面と好ましくは円形である下側表面とは、平行である。図４は、回転軸に沿うバランススタッフ（balance staff）を受容するための開口部３５を有する平面ディスク状のバランスホイール３０の実施例を示す。また、バランスホイールは、バランススタッフと一体的であってもよい。
【００４７】
本発明の１つの態様は、低いα係数を有し、バランスウェイト（balance weight）と一体化され組み込まれる平衡及び計時付属物（poising and timing appendages）を備えた平らなバランスホイール、又は、好ましくは１つの等方性材料組成から一体的に作られるバランスホイールとバランススタッフに関する。
【００４８】
バランスホイールには、好ましくは、バランスホイール３０の回転中心軸３５から同一半径の円周上に等しい距離離れて取り付けられる同一の付属物５が配設されており、前記付属物５は２つ以上であり、最大ではバランスホイールの縁部近くに等しい間隔で配置された前記付属物からなる連続的なリングを形成してもよい。各付属物５は、温度の増加とともに、中心点から等しい質量分布、最も好ましくはバランスホイールの回転平面と平行である前記付属物の円形平面内において等しい質量分布を可能とするように配置され、形作られる。
【００４９】
前記付属物５は、バランスホイールと同一若しくはそれ以上の密度を有する材料から構成され、Ｍｒにより表されるバランスホイール３０の慣性モーメントを決めることができ、また、精密時計及び他の器械の調整において知られているようにバランスホイールの静的及び動的平衡を決めることができる。
【００５０】
かかる付属物５は、精密時計の調整技術において知られているように、バランスホイールの静的平衡のために、前記材料のごく一部を通常規則的に移動させることができる金属又は非金属の非磁気感受性材料から作られてもよい。
【００５１】
図３及び５は、図４の付属物と類似する付属物を有しているが、特有の少し異なる付属物１５、１６及び５ａ、６を（付加的に又は代替的に）有するバランスホイールの別の形態の実施例を示している。これらのバランスホイールは、以下にさらに詳しく説明する。
【００５２】
また、前記付属物５、５ａは、バランスホイール３０の回転中心軸３５に対する付属物の一部又は全部の質量中心の有効半径を減少又は増加させることにより、Ｍｒの結果を増加又は減少させることができる。この特徴は、‘バネのない（フリースプラング：free-sprung）’振動システム（スプリングの長さ、ひいてはバランスホイールの振動周期を制御するためにカーブピン（curb pin）を必要としないシステム）において前記バランス体の振動数を調整するのに必要である。
【００５３】
これは、バランスリム（balance rim）に半径方向に取り付けられたタイミングスクリュ（timing screw）６、７によって行うことができる。タイミングスクリュ６、タイミングウェイト（timing weight）及び／又はスクリュアッセンブリあるいは偏心ウェイト又はスクリュ７は、好ましくは個々の付属物アッセンブリに組み込まれる。これらは、バランススタッフ軸に平行に（図４ａの場合のように）、あるいは垂直に（図３ａの場合のように）、あるいは平行且つ垂直に（図５の場合のように）位置付けることができ、平らなバランスホイールの端部近くに、又はバランスホイールのリム上に、あるいはあらゆる形状のクロスメンバ及びリム上に取り付けられる。バランスホイールの回転軸に平行に回転可能なタイミングスクリュ又は調整部材（adjusting member）を備えた付属物５は、回転可能な軸状部（stem）２６上に偏心ヘッド２５を有する。前記回転軸に垂直な調整部材（例えばタイミングスクリュ）６は、偏心していない。
【００５４】
前記付属物及びタイミングスクリュヘッドは、抵抗係数を低減するために空気力学的外形であるように形成される。
【００５５】
図４ａに示されるようなバランスホイールは、熱弾性率（Ｅ）の低い正の線形変化の影響を補償することができる。
【００５６】
バランススプリングが、温度誤差を解決するために、線形である‘標準の’負の熱弾性傾向（−Ｅ）を有する第２の場合には、温度の上昇とともに減少するＭｒの結果を有するのがよい。バランススプリングの低減される弾性作用は、慣性モーメントの減少により補償され、（バランスホイールの振動周期）Ｔは、影響を受けないままである。
【００５７】
これは、好ましくは２つの方法で達成することができる。これらの第１は、バランスホイールについて組み合わせ材料を使用するものであり、単一又は多数の部分からなる十分に剛性のあるバランスホイールアーム（balance wheel arm）が、前述した適切な材料から得られる＋αの熱係数を有する非磁性材料から作られ、（バランスホイールアームにある）１つの若しくは複数のクロスメンバ８は、温度の増加に対して伸びる。クロスメンバの長さが増加すると、あまり剛性のないバランスリム９を内方へたわませる。参照数字は、かかるバランスホイールの実施例を示す図３ａを引用する。図８の実施例にはただ１つのクロスメンバがあるが、原則的にはもっと多数であってもよい。
【００５８】
バランスホイールリム９は、１つのクロスメンバ又は等間隔に配置される複数のクロスメンバ８に取り付けられ、好ましくは、低い線形熱係数を有する十分に可撓性のある非磁性材料から構成される。好ましくは、この低い線形熱係数は負であり、最も好ましくは、１つ若しくは複数のクロスメンバの正の線形熱係数（＋α）より大きい大きさであり、前述した材料及び連続炭素繊維、ポリアラミド繊維及び液晶ポリエステル又はポリエステル／アミド共重合体を含む材料において使用することができる。従って、温度の増加に対してバランスホイールリム９の円周が減少し、十分に可撓性を有することが、クロスメンバ８の取付部の間の中間点１２において前記バランスホイールリムの内方へのたわみ（deflection）を可能にする。この実施例では、付属物５ａ、１５、１６は、中間点１２にあるが、平衡（equipoise）が達せられるならば前記リムのその他の位置にあってもよい。
【００５９】
図５は、好ましくは負の線形熱係数（−α）を有する１つ若しくは複数のバランスホイールクロスメンバ８と、４５度−１８０度の円弧からなる凹状のバランスホイールリムセグメント１０から構成され、好ましくはより大きい正の線形熱係数（＋α）を有するバランスホイールリムを使用することにより、同じ作用がどのように達せられるかについての実施例を示す。前記リムの凹状セグメント（concave segment）１０の端部は、位置１１において、１つ若しくは複数のクロスメンバ８に回転中心３５から等しい半径で取り付けられる。温度の上昇に対するリムセグメント１０の正の線形膨張は、図５の矢印１２に示すように、前記円弧の中心を回転中心３５の方へ移動させる。従って、逆円弧（inverted arc）リムセグメント１０の中心１２に取り付けられた主要付属物（mass appendage）１５、１６は、回転中心３５の方へ運ばれる。１つ若しくは複数のクロスメンバが負の線形熱膨張係数（−α）を有する場合には、前記クロスメンバは、温度の上昇とともに収縮する。また、クロスメンバは、凹状のリムセグメントの熱係数より小さい低い正の熱係数（＋α）を有することができ、かかる場合には、クロスメンバは膨張するが、前記リムセグメントより小さいことにより、結果として前記のように半径方向内方へ移動する。更に、凹状セグメントがリムを形成することは本質的ではなく、凹状セグメントは、別の挿入物として設けてもよい。例えば、１つ若しくは複数のクロスメンバと、クロスメンバに取り付けられクロスメンバより大きい熱膨張係数を有する前記リムの内部にある２つ若しくはそれ以上の別の凹状セグメントとに対して同じ−又は異なる−材料からなる円形のリムを有することが可能である。例えば、プラスティック材料製の凹状の挿入物が、従来の真鍮製バランスホイールのリムの内部に取り付けられ、プラスティック材料製の挿入物は、好ましくはそれに取り付けられる非磁性タイミングウェイトを有する。
【００６０】
この最後の２つの構成（図３ａ及び５に示す実施例）の結果として、有効半径ｒが減少し、従ってＭｒの結果が減少する。温度Ｘ度で所定のＭｒの結果を有するバランスリムに平衡して配置される平衡及び計時主要付属物が、温度の上昇とともに同時に回転中心の方へ移動することにより、その結果は、Ｘ＋ｎ度においてＭ（ｒ−ｎ）になる。
【００６１】
前記半径の変化率は、バランスホイールクロスメンバに取り付けられる位置の間にあるバランスホイールリムの円弧又は逆円弧上のすべての位置において同じではないので、バランスホイールリム上の前記付属物の相対位置及び大きさ並びに数を調整することにより、Ｍｒの結果の変化を正確に決定することができる。
【００６２】
選択される材料を好適に選択して、また組み合わせて、所定の温度上昇に対する負の変化率δｒ又は逆に湾曲したリムの場合には正の変化率δｒにより増えた質量Ｍが、バランススプリングの負の熱弾性率傾向の作用を無効にし、図２のグラフの下側部分のライン４に示すように残りの温度誤差が解決される。破線は、温度の変化に対するＥの変化を示し、実線はｒの変化を示す。
【００６３】
半径（ラジアル：radial）方向（回転軸に垂直）に向きを合わせられたタイミングスクリュは、Ｍｒの結果を精密に調整するために特別に形作られた工具の係合及び解放を容易にするように成形されてもよい。特に、図７ａ及び７ｂに示すようなタイミングスクリュは、軸状部２６とヘッド２８とを備えている。前記軸状部とともに図７ｂの側面図において、また（軸状部が視界から隠れた）図７ａの平面図において示すようなヘッド２８は、（前記軸状部から離れた）先端に向かって先細になり、スパナ型の回転工具と係合する複数のスプライン（spline）１３を有する。好ましくは、タイミングスクリュのヘッドは、円錐形状であり、先端まで先細であってもなくてもよい。この技術はまた、平行なタイミングスクリュ７に適用されてもよい。
【００６４】
タイミングスクリュの付属物５には、タイミングスクリュ７の相対位置を精密に決定することができるように目盛り１４を配置するようにしてもよい。
【００６５】
異なる材料（マテリアル：material）から作られるバランスリムと１つ若しくは複数のバランスホイールクロスメンバとをともに取り付けることは、好ましくは、計時及び平衡用の付属物と、結合されるべき２つの材料要素を締結する媒介物（agent）との両方の役割をすることができる付属物アッセンブリ（appendage assembly）５を使用することにより、一体的に成し遂げることができる。前記付属物５のいくつかがリムセグメント１０をクロスメンバ８と結合する位置１１に存在する１つの実施例が、図５に示されているが、それは、図３のバランスホイールに適用されてもよい。
【００６６】
バランスホイールリムは、主要付属物５、あるいは前記主要付属物を挿入するための座（seating）又は台座（setting）１５と完全に一体化して成形されてもよく、かかる場合には、放射状のタイミングスクリュ６を前記座又は台座の壁部を通じて導入することにより主要付属物１６に拘束させる。
【００６７】
バランスホイールアッセンブリの形態に関して、図８ａから図８ｄに実施例が示されている。
【００６８】
バランスホイール８、９は、図８ａから図８ｃのように、バランススタッフ１７と別体で作ることができる。また、バランスホイールが、図８ｄのようにインパルスピン（impulse pin）１９と一体的に形成され得るバランススタッフ２０と１つの部品として一体的に作られてもよい。その全体が、そっくりそのまま作られてもよく、あるいは、前記バランス体の旋回軸と同様の直径を有する（図８ｃに示すような）異なる材料のコア（core）１８が、回転の中心軸を通過するとともに固定される、あるいは、鋼、タングステン、セラミック、複合材料、特に鋼、タングステン、セラミック、ダイヤモンド、テフロン（登録商標）又は複合材料から作られる最も適切に選ばれた摩擦を軽減するベアリング表面とともに使用される場合にはダイヤモンド、から作られる高性能の摩擦を軽減する旋回軸としての役割をするバランススタッフの上側及び最も下側の端部内に一体化して固定されることが可能であるバランススタッフ１７と一体的に作られてもよい。
【００６９】
前記バランス体は、好ましくは、成形される好適な複合材料、セラミック、セラミック原料材料、セラミックテープキャスティング材料又はセラミック粉末あるいは微小粉末から作られ、それらは、グリーン状態（green state）（塑性的に変形可能であり十分に固化していない非溶融状態）では別の材料１８からなる別体のバランススタッフと一体化し固定することができる。あるいは、前記バランス体は、バランスホイールとクロスメンバとバランススタッフ２０とがともに１つの部品の成形から作られる、又は、別の材料あるいは異なる層又は組織（texture）が同じ材料からなるバランスリムが固定されるバランスホイールクロスメンバ及びスタッフの一体成形から作られる。
【００７０】
当技術分野で周知のように、好ましくは一体的な終端曲線（terminal curve）を形成する平らなアルキメデス（Archimedes）の形態又は螺旋状（helicoid）の形態のバランススプリングは、好ましくはセラミック又はセラミック複合材料から作ることができる。
【００７１】
バランススタッフとバランススプリングとが、同一又は異なる材料の場合には、バランスホイールに備えられる前に制御された態様にて、一体的に成形して熱分解される（pyrolised）、焼結される又は部分的に焼結される、炭化される、あるいは硬化されるのがよい。更に、好ましくは構成要素のアッセンブリの一方又は両方のために、熱、電子、Ｘ線、紫外線、マイクロ波又はレーザビームによる熱処理又は硬化を行うことができる、すなわち、熱及び／又は弾性の特性の調整が行われる。図９は、上からの平面図にて、一体的に形成されるバランススプリング５０とバランススタッフ１７とを有するアッセンブリを示している。
【００７２】
セラミック製のバランススタッフ、スプリング及びクロスメンバが一体となって作られる場合には、バランスホイールリムが、その後に適合する手段により所定の位置に取り付けられる。
【００７３】
２つの異なるセラミックが使用される場合には、それらは、好ましくは‘大量セラミック（high volume ceramic）’調製から精密成形され、熱分解により熱処理され、焼結され、炭化され、あるいはこれらが組み合わせられ、更なる熱処理のために組み立てられる、あるいは、２つの要素がグリーン状態で結合され、好ましくは、組み立てられた状態においてともに全部又は一部の熱処理を受ける。セラミック調製の精密成形は、好ましくは、高圧インジェクション及び／又は圧縮、及び／又は、熱、すなわち反応結合の有無に関わらず単軸、静水圧又は液圧プレスを必要とする。
【００７４】
同一のセラミック材料、あるいは好ましくは異なるセラミック材料から作られるバランスホイール、バランススタッフ及びバランススプリングから構成される前記振動システムは、好ましくは、別々の要素が、選ばれる熱処理プロセスを用いて正しい相対関係にて結合されるような熱処理の前に、揮発性結合剤が周囲温度により固化した後に組み立てるようにしてもよい。このように、セラミック製のバランススタッフは、適切な結合手段により、この段階で、セラミック製のバランススプリング又は他の材料製のバランススプリングに固定されてもよい。
【００７５】
図１０は、バランススタッフ１７とバランススプリング５０とともに、図４に示すものと類似するバランスホイール３０を有する機械式振動システムの実施例を示している。
【００７６】
セラミック製バランススプリングが精密押出成形により別に作られる場合には、１つ若しくは複数のクロスヘッド、及び、これに限定するものではないが、好ましくは、押出材料の断面を円形、正方形、矩形又は楕円形とすることができる押出ノズル又はダイは、好ましくは渦巻状（spiral）で終端曲線形態と記述できる受容プレート（receiving plate）、ダイ又はフォーマ（former）あるいはマンドレル上で前記材料が垂直方向に下方へ流れるのがよく、それにより、押し出された材料は、受容プレート、フォーマ又はマンドレルの上に又はその中に位置し、前記形態を取らざるを得ない。図１１ａは、渦巻状のものを形成するために、回転する円錐形のマンドレル８０へのノズル７０からのスプリング材料６０の押し出しを示している。
【００７７】
押し出された材料が、円錐形の溝部のある又は溝部のない加熱されたマンドレル上に巻かれる場合、その解放及び要求されるような終端曲線の形成の前に、前記材料の部分的な硬化（curing）又は固化（hardening）が行われるのがよい。
【００７８】
バランススプリングが、マイクロテープキャスティングプロセス（micro tape-casting process）により作られる場合、前記セラミック材料は、好ましくは、固定又は回転マンドレル、フォーマあるいはダイの中へ置かれ又はその上に巻かれ、好ましくは部分的に硬化され又は熱処理され、その後に更にその最終形態を得るように形作られ、その後に十分に硬化される又は熱処理される。
【００７９】
前記バランスリム又は前記スプリングが連続繊維から作られる場合、好ましい製造方法は、マンドレルが巻かれるあるいはフォーマの中へ置かれる又はその上に巻かれる前に、あらゆる断面の加熱されたダイを通過する際に、好ましくは部分的に硬化される‘プリプレグ’(マトリックス相と予め含浸させた連続繊維材料）のロービング又はトウの引抜成形である。
【００８０】
固形物又は蒸発粒子の形態にある、例えばＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（フッ化エチレンプロピレン共重合体）又はＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）などの必要なリリースエージェント（releasing agent）が、製造プロセス中に構成要素又は一部の構成要素の良好な解放又は分離のために前記マンドレル又はフォーマに適用されることが好ましい。
【００８１】
連続繊維製のバランスリム、連続繊維製のバランススプリング、セラミック繊維又は普通の（plain）セラミック製のリムあるいはセラミック製のスプリングの製造が、好ましくは、層間リリースエージェントスペーサシート（interlayer releasing agent spacing sheet）の使用の有無に関わらず、円柱状のフォーマのまわりに好ましくは‘プリプレグ’又はテープキャスティング材料シートを巻くことにより達せられる場合、全部又は一部の硬化又は熱処理の後に、円柱状のマンドレルのまわりに選ばれた材料からなる連続したシートを巻くことによって必要なだけ連続的に巻いた層から構成される、このように形成される円柱状に形作られるロール（roll）は、その次に円柱の回転軸に垂直な軸に間隔を置いて薄く切られることにより、リム又は渦巻状のものを作り出すことが好ましい。図１１ｂは、ある長さのスプリング材料１００とスペーサ材料シート１１０とを前記マンドレルのまわりに巻く前のプロセスの初めの円柱状のマンドレル９０を示す。図１１ｂでは、２つのスペーサ材料シート１１０と２つのスプリング材料シート１００が存在するが、それぞれが１つだけであっても、あるいはそれぞれが３つ若しくはそれ以上であってもよい。
【００８２】
前記切断方法は、好ましくは機械的、電気的又は化学的手段によるものであっても、あるいは冷却されたＣＯ２でないレーザを用いた切断技術及び方法を含む、あらゆる波長のスペクトルを有するビーム処理手段によるものであってもよい。
【００８３】
図１２は、スペーサ材料（spacing material）１００と、前記スペーサ材料とともにあるバランススプリングシート１１０とからなる巻回物アッセンブリ（wound assembly）１３０を示しており、前記バランススプリングシートは、破線として表されている。前記マンドレルの回転軸と切断方向もまた、示されている。
【００８４】
図１３は、巻回物アッセンブリ１３０が複数のバランススプリング１４０を与えることができる切断方法を示している。鋸が、名目上の機械切断装置１５０として示されているが、前記のような別の方法を使用してもよい。
【００８５】
多層ロールの連続する層を分離するのに用いられる空間を設ける材料（interspacing material）は、好ましくは、熱、機械的、電気的又は化学的処理、あるいはあらゆる波長のスペクトルを有するビーム処理手段により取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】従来のメタル製のバランスホイールとニッケル鉄合金製のバランススプリングについて、温度に対するバランスホイールの半径ｒとバランススプリングの弾性率の平方根√Ｅの変化を示すグラフである。
【図２】本発明の実施形態について、温度に対するｒと−Ｅの変化を示すグラフである。
【図３ａ】異なる材料からなるクロスアームとリムとを有する本発明の第１の実施形態に係るバランスホイールの上面図である。
【図３ｂ】図３ａの前記バランスホイールの側面図である。
【図４ａ】本発明の第２の実施形態に係るバランスホイールの上面図である。
【図４ｂ】図４ａの前記バランスホイールの側面図である。
【図５】クロスメンバに取り付けられた逆凹状セグメントを有する本発明の第３の実施形態に係るバランスホイールの上面図である。
【図６ａ】主要付属物内の偏心タイミングスクリュの上面図である。
【図６ｂ】図６ａの前記付属物及び偏心タイミングスクリュの側面断面図である。
【図７ａ】タイミングスクリュの上面図である。
【図７ｂ】図７ａの前記タイミングスクリュの側面図である。
【図８ａ】前記バランスホイールのリング構成要素の上面図及び側面図である。
【図８ｂ】バランスホイールクロスメンバの上面図及び側面図である。
【図８ｃ】バランススタッフの上面図及び側面図である。
【図８ｄ】一体化されたバランスホイールとバランススタッフの上面図及び側面図である。
【図９】一体化されたバランススタッフとバランススプリングの上面平面図である。
【図１０】バランススプリング、バランススタッフ及びバランスホイールを有する機械式振動システムを示す説明図である。
【図１１ａ】円錐形のフォーマを用いてバランススプリングを作る第１の方法を示す説明図である。
【図１１ｂ】円柱状のフォーマとインタースペーサ層を用いてバランススプリングを作る第２の方法を示す説明図である。
【図１２】図１１ｂの方法により形成されたバランススプリングとスペーシング材料との複合ロールの切断方向を示す説明図である。
【図１３】複数の渦巻状のスプリングを形成するために、図１２のアッセンブリを切断する方法を示す説明図である。
【図１】
2007533973.tif 000008
【図２】
2007533973.tif 000009
【図３ａ】
2007533973.tif 000010
【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
2007533973.tif 000014
【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図７ａ】
2007533973.tif 000017
【図７ｂ】
2007533973.tif 000018
【図８ａ】
2007533973.tif 000019
【図８ｂ】
2007533973.tif 000020
【図８ｃ】
2007533973.tif 000021
【図８ｄ】
2007533973.tif 000022
【図９】
2007533973.tif 000023
【図１０】
2007533973.tif 000024
【図１１ａ】
2007533973.tif 000025
【図１１ｂ】
2007533973.tif 000026
【図１２】
2007533973.tif 000027
【図１３】
2007533973.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成19年9月14日(2007.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時計又は他の精密器械に使用するためのバランススプリングを作る方法であって、連続繊維又はセラミックから形成される、ある長さの非磁性バランススプリング材料を円柱状のフォーマのまわりに巻くステップと、その巻いたものの隣接する層が互いに付着することを抑制するように又は前記隣接する層が付着している互いからの解放を容易にするようにリリースエージェントを使用するステップと、巻かれた前記バランススプリング材料を熱処理するステップとを備えていることを特徴とするバランススプリングを作る方法。
【請求項２】
前記熱処理するステップの後に、前記アッセンブリが、前記フォーマの回転軸に垂直に間隔を置いて薄く切られ、複数の渦巻状のスプリングを形成することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記リリースエージェントが、蒸発粒子の形態にて前記スプリング材料に適用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記リリースエージェントは、前記ある長さのスプリング材料とともに前記円柱状のフォーマのまわりに巻かれる固体シートの形態をしたスペーサ材料であり、前記スプリング材料の隣接する層が前記スペーサ材料により分離されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
【請求項５】
前記リリースエージェントが、ＰＴＦＥ、ＦＥＰ又はＥＴＦＥであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一に記載の方法。
【請求項６】
前記バランススプリング材料が、シートの形態をした、マトリックス相と予め含浸させた連続繊維材料であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一に記載の方法。
【請求項７】
前記のようにして形成される前記スプリングが、平らなアルキメデス螺旋の形態であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一に記載の方法。
【請求項８】
時計又は他の精密器械に使用するためのバランススプリングを作る方法であって、受容プレート、フォーマ又はマンドレルのまわりに、又はその内部に、あるいはその上に、ある長さの非磁性バランススプリング材料を配置するステップと、前記バランススプリング材料を熱処理するステップと、前記フォーマ、受容プレート又はマンドレルから前記バランススプリング材料を取り除き、平らなアルキメデスのバランススプリングを形成するステップとを備えていることを特徴とするバランススプリングを作る方法。
【請求項９】
前記フォーマ、受容プレート又はマンドレルは、前記バランススプリング材料を受容する溝部を有していることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記フォーマ、受容プレート又はマンドレルが、加熱されることを特徴とする請求項８又は９に記載の方法。
【請求項１１】
前記バランススプリング材料が、セラミック又はセラミック複合材料であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一に記載の方法。
【請求項１２】
時計又は他の精密器械の機械式振動システムにおいて熱安定性を有する非磁性バランススプリングと連動して使用するための熱補償非磁性バランスホイールであって、異なる熱膨張係数を有する２つの異なる材料の構成要素を備え、前記構成要素が、前記バランスホイールと平衡するように、また、温度の増加とともに前記バランスホイールの慣性モーメントの減少を引き起こすように配置され、前記慣性モーメントの減少が、温度の増加により引き起こされる前記バランススプリングの弾性の変化を補償するように配置されることを特徴とする熱補償非磁性バランスホイール。
【請求項１３】
前記構成要素は、１つ若しくはそれ以上のクロスメンバを有するバランスホイールアームと、前記クロスメンバに取り付けられる又は前記クロスメンバと一体化されるリムと、を含むことを特徴とする請求項１２に記載のバランスホイール。
【請求項１４】
前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバが、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から作られ、前記リムが、前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の材料からなる凹状セグメントを備えていることを特徴とする請求項１３に記載のバランスホイール。
【請求項１５】
前記バランスホイールリムと前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバが、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から形成され、前記バランスホイールが、前記リムの内部に、前記第１の熱膨張係数より大きい第２の熱膨張係数を有する、前記リムに対して異なる材料から形成される２つの凹状セグメントを更に備えていることを特徴とする請求項１３に記載のバランスホイール。
【請求項１６】
前記バランスホイールリムが、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から形成され、前記第１の材料より大きい第２の熱膨張係数を有する第２の材料から形成される２つ若しくはそれ以上の部材が、前記リムに取り付けられ、そこから内方へ延びることを特徴とする請求項１３に記載のバランスホイール。
【請求項１７】
前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバが、第１の熱膨張係数を有する第１の材料から作られ、前記リムが、前記第１の熱膨張係数より小さい第２の熱膨張係数を有する第２の材料から作られ、それにより、温度の増加が、前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバの長さの増加と前記リムの半径方向内方へのたわみとを引き起こし、前記バランスホイールの慣性モーメントの減少を引き起こすことを特徴とする請求項１３に記載のバランスホイール。
【請求項１８】
非磁気感受性タイミングウェイトの形態にて、前記リムに対して少なくとも２つの付属物が存在することを特徴とする請求項１７に記載のバランスホイール。
【請求項１９】
前記第２の熱膨張係数が、負であることを特徴とする請求項１７又は１８に記載のバランスホイール。
【請求項２０】
前記第１の熱膨張係数が、６×１０−６Ｋ−１より小さいことを特徴とする請求項１７〜１９のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項２１】
前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバ上に配置される１つ若しくはそれ以上の付属物が存在し、前記１つ若しくはそれ以上の付属物が、軸状部と、前記軸状部上にある偏心ヘッドとを有し、前記軸状部は、前記バランスホイールの回転軸に平行な軸のまわりに回転できるように前記バランスホイールの開口部内に回転可能に取り付けられ、それにより、前記偏心ヘッドを回転することにより調整される前記バランスホイールの慣性モーメントを小さくすることができることを特徴とする請求項１７〜２０のいずれか一に記載のバランスホイール。
【請求項２２】
前記第２の熱膨張係数が、正であり、前記第１の熱膨張係数より大きく、それにより、前記凹状セグメントが、温度の増加とともに半径方向内方へさらに延びるように配置され、前記バランスホイールの慣性モーメントの減少を引き起こすことを特徴とする請求項１４に記載のバランスホイール。
【請求項２３】
非磁気感受性タイミングウェイトの形態にて、前記凹状セグメントに対して複数の付属物が存在することを特徴とする請求項２２に記載のバランスホイール。
【請求項２４】
前記第１の熱膨張係数が、負であり、それにより、前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバの長さが、温度の増加とともに減少し、前記バランスホイールの慣性モーメントの減少を引き起こすことを特徴とする請求項２２又は２３に記載のバランスホイール。
【請求項２５】
請求項１２〜２４のいずれか一に記載のバランスホイールと、前記バランスホイールと一体的に形成されるバランススタッフとを備えていることを特徴とするバランスホイールアッセンブリ。
【請求項２６】
前記バランスホイールとバランススタッフが、セラミック材料から形成されることを特徴とする請求項２５に記載のバランスホイールアッセンブリ。
【請求項２７】
前記バランススタッフが、前記バランスホイールリムを支持するように配置される１つ若しくはそれ以上のクロスメンバと一体的に形成されることを特徴とする請求項２５又は２６に記載のバランスホイールアッセンブリ。
【請求項２８】
請求項２６に記載のバランスホイールアッセンブリを形成する方法であって、前記バランススタッフとバランスホイールとがグリーン状態にある場合に、前記バランススタッフとバランスホイールとをともに取り付けるステップと、前記バランススタッフとバランスホイールとをともに固定するために結合又は熱処理プロセスを使用するステップとを備えていることを特徴とする方法。
【請求項２９】
前記バランスリムと前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバとがグリーン状態にある場合に、結合又は熱処理によって前記バランスリムを前記１つ若しくはそれ以上のクロスメンバに取り付けることにより、請求項２７に記載のバランスホイールアッセンブリを形成する方法。
【請求項３０】
時計装置又は他の精密器械に使用するための機械式振動システムであって、平らな渦巻状又は螺旋状の形態の非磁性バランススプリングと、非磁性バランスホイールとを備え、
前記バランススプリングが、セラミック材料又は連続繊維を有する材料から形成され、前記バランスホイールが、６×１０−６Ｋ−１より小さい熱膨張係数を有する材料から形成され、前記バランスホイールが、前記バランスホイールの慣性モーメントに対する調整を行うための複数の非磁性の平衡又は計時付属物を更に備えていることを特徴とする機械式振動システム。
【請求項３１】
前記付属物が、前記バランスホイールと平衡するように配置されることを特徴とする請求項３０に記載の機械式振動システム。
【請求項３２】
１つ若しくはそれ以上の前記付属物が、軸状部と、前記軸状部上にある偏心ヘッドとを有する調整部材であり、前記軸状部は、前記バランスホイールの回転軸に平行な軸のまわりに回転できるように前記バランスホイールの開口部内に回転可能に取り付けられ、それにより、前記偏心ヘッドを回転することにより調整される前記バランスホイールの慣性モーメントを小さくすることができることを特徴とする請求項３０又は３１に記載の機械式振動システム。
【請求項３３】
請求項２５〜２７のいずれか一に記載のアッセンブリを有することを特徴とする請求項３０又は３１に記載の機械式振動システム。
【国際調査報告】
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