(57)【要約】【課題】細長い精密部品、特に、時計用の４番カナや巻真の曲がりによる同軸度の精度不良を防止する製造方法を提供する。【解決手段】精密部品の製造方法であって、母材を所定の形状に加工する形状加工工程と、表層に窒化物の層を形成させる窒化処理工程と、形状加工工程による切削により生じたばりやかえりを除去するばり取り工程と、その後に行う熱処理工程と、を有する。熱処理工程は、ばり取り工程により除去しきれない窒化物を還元して消滅させる第１温度以上に加熱する第１処理と、オーステナイト変態する第２温度以上に加熱する第２処理とからなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
精密部品の製造方法であって、
母材を所定の形状に加工する形状加工工程と、
表層に窒化物の層を形成させる窒化処理工程と、
前記形状加工工程による切削により生じたかえりやばりを除去するばり取り工程と、
その後に熱処理を行う熱処理工程と、
を有し、
前記熱処理工程は、前記ばり取り工程により除去しきれない前記窒化物を還元して消滅させる第１温度以上に加熱する第１処理と、オーステナイト変態する第２温度以上に加熱する第２処理とからなる
ことを特徴とする精密部品の製造方法。
【請求項２】
前記熱処理工程は、前記第１処理と前記第２処理とを同一の温度で行う
ことを特徴とする請求項１に記載の精密部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、精密部品の製造方法であって、特に時計用歯車の４番カナのような細長い部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
機械式時計における機械構造は、時計の動力源となる動力ぜんまいを内包した香箱に嵌合する輪列と呼ばれる複数の歯車機構を有している。
輪列は、香箱側から２番車、３番車、４番車と、歯数の異なる歯車を順番に噛み合わせてなる。一般に、２番車には分針が接続され、歯車の仲介役となる３番車を介して接続する４番車には秒針が接続されている。
【０００３】
２番車、３番車、４番車の各番車は、回転軸体に番車（歯車）とカナと呼ばれる小型の歯車とが接続されている。カナは隣りの番車と噛み合っており、例えば、香箱の外周に設けてある香箱車は２番車のカナと噛み合い、２番車の番車は３番車のカナに噛み合い、３番車の番車は４番車のカナに噛み合っている。
【０００４】
カナは回転軸体に歯割り加工するなどして一体に形成されることもあるため、回転軸体とカナとで構成される構造物を番カナと称することが多い。例えば、４番車の場合は、４番カナと称する。
【０００５】
指針を用いて時刻を報知する時計において、一般的には時計の文字板方向から見たとき、秒針が最も風防ガラス側（最上部）に配置される場合が多い。このため、秒針が取り付けられる４番カナは、時計の輪列の中で最も長くかつ細い形状となっている。すなわち、４番カナは、地板と受けとの間に挟まれて配置される他の番カナと異なり、受けから地板を貫通し、更に、文字板、時針、分針を貫通し、そして、その先で秒針が装着される部分を有するためである。
【０００６】
４番カナは、胴軸径（回転軸体の径）に対して長さが大変長い形状となっているから、その製造にあっては、この細長い軸の曲がりを示す度合である同軸度の精度を保つことが最も重要である。
【０００７】
特に最近は、時計のデザインの多様化により、立体的な形状の文字板や何層にも板部材を重ねたような形状を有する文字板などを有する時計が登場してきた。
このため、そのような文字板を貫通する４番カナはさらに長くなる傾向にある。一例をあげると、４番カナのカナ径が約Φ０．７ｍｍ、胴軸径が約Φ０．３ｍｍに対し、全長が９ｍｍ以上の長さを有する。従って、近年の４番カナの製造にあっては、同軸度の精度を保つことは、さらに重要になってきている。
【０００８】
胴軸径に対して長さがさほど長くない形状を有する一般的な番カナの製造方法は、母材となる鉄鋼材料を所定の形状に加工し（歯割り加工も含む）、その後に熱処理（焼き入れ処理）を実施して所定の硬度にする。その後、形状加工の際に生じた細かいばり（かえりと称することもある）を取る、ばり取り加工を行うのが一般的である。
【０００９】
カナはその微細な形状ゆえに、歯割加工で発生する微小なばりが番カナと歯車との間に挟まると時計の止まりを引き起こす原因となるから、ばり取り加工は重要である。しかし、ばりは加工対象である物体の硬度が低いと取りにくい傾向があるため、ばり取り加工前に熱処理を行い、所定の硬度にする必要がある。また、４番カナの耐久性、耐摩耗性の向
上する目的のためにも、表面硬化は必要である。
【００１０】
近年、このばり取り工程の前の熱処理により、胴軸度が低下してしまうという懸念が指摘されている。ばり取り加工には対象物が高硬度であることが必要である。例えば、ビッカース硬度でＨｖ８００程度の硬度が必要である。このような高硬度にするためには、高温（例えば、８００℃）で熱処理し急冷（例えば、１５０℃）する必要がある。
【００１１】
しかし、そのような工程により、内部応力が解放されたり、急冷による熱の分布のムラなどの理由により、番カナは曲がってしまい、歩留りが低下してしまう。
このため、ばり取り工程の前の熱処理を行わずに所定の硬度にする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１２】
特許文献１に示した従来技術を、図３を用いて説明する。
なお、図３は、特許文献１に示された従来技術の製造工程を説明しやすいように書き直した図面であって、図３は、番カナの製造フローと番カナを模式的に示す図である。番カナは、３番カナを例にしている。
【００１３】
図３の最下段の模式図に示したように、３番カナ２は、カナ２１，歯車圧入部２２，ホゾ２３から形成され、図示しない地板と受けとの間に挟まれて配置される。この例におけるその寸法は、カナの外径が約Φ１ｍｍ，胴径が約Φ０．６ｍｍで、全長が地板と受けとの厚さ以下の約３ｍｍ程度である。
【００１４】
図３の上段の製造フローに示したように、はじめに、ステップＳ２０１の形状加工工程により、鉄鋼材料のステンレス鋼である棒状部材を旋盤加工によって切削し、カナ２１となる部分、歯車圧入部２２となる部分、ホゾ２３となる部分を形成する。そして、歯割り加工によってカナ２１の部分に歯を形成する。主にこの歯割りの際に、歯の端面にばりが発生する。
【００１５】
次に、ステップＳ２０２の窒化処理工程により、歯割り加工をした３番カナ２の表面に硬化処理を行う。この硬化処理は熱処理ではなく、窒化処理である。これにより、３番カナ２の表面に窒化層を形成する。この窒化層により前工程で発生したばりも硬化され、ばりは元々薄肉であるから硬化することで脆くなり折れやすくなる。
【００１６】
次に、ステップＳ２０３のばり取り工程により、バレル研磨機のバレル内に砥粒、コンパウンド、水、３番カナ２を投入し研磨を行い、脆くなり折れやすくなったばりの除去と表面研磨を行い、３番カナ２が完成する。
【００１７】
特許文献１に示した従来技術は、３番カナ２の製造において、硬化処理として窒化処理を採用しているため、３番カナ２にかかる温度は熱処理よりも低く、カナの部分に歪がほとんど生じない。このため、ばり取り工程前の硬化処理の時点での歩留りが高く、そして胴軸度が低下しない高精度な３番カナを製造できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００２−３２３１１４号公報（第４頁、第５図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
しかしながら、特許文献１に示した従来技術は、３番カナのような丈の短い部品には適用できるが、４番カナのように細く長い部品には適用できないことが分かった。すなわち
、窒化処理による表面硬化だけでは番カナ全体の剛性が足りないのである。
【００２０】
例えば、ばり取り工程の後の製造工程における、４番カナを搬送する際などのちょっとしたハンドリングや、４番歯車を圧入するときやカシメの工程、それら以外の不測の外力の印加によって、曲がりが生じてしまうのである。仮にその曲りが軽微であっても、４番カナは細長い部品であるから同軸度の精度不良となり、結果、歩留り低下の問題を生じてしまう。
【００２１】
もちろん、近年の立体的な形状の文字板や何層にも板部材を重ねたような形状を有する文字板などに対応する、さらに胴軸径が小さく非常に長い４番カナにあっては、軽微な曲りすら許されない。
【００２２】
また、特許文献１に示した従来技術では、上述のように番カナ全体の剛性を上げようとしてさらに硬化処理（熱処理）すると、番カナが曲がってしまうという問題があることがわかった。すなわち、ステップＳ２０３のばり取り工程後に、除去しきれない窒化物が存在し、これにより熱の分布が不均一になり曲りが生じてしまうのである。
【００２３】
このような除去しきれない窒化物を残留窒化物と称することにする。残留窒化物は、バレル研磨機内での砥粒、コンパウンド、番カナの衝突で除去しきれずにわずかに残る窒化物であって、番カナの表面に不均一に存在する。
【００２４】
この残留窒化物があると、番カナを所定の硬度に上げようとして熱処理を実施するとき、番カナの表面の熱の伝搬にムラが起き、その結果、番カナが曲りを起こすのである。
【００２５】
つまり、特許文献１に示した従来技術は、細く長く、もちろん精度も要求される４番カナのような精密部品の製造に適用すると剛性が足りず、それを補うため所定の硬度にする熱処理を実施すると、残留窒化物の影響で曲りを生じてしまうのである。
【００２６】
本発明の精密部品の製造方法は、このような課題を解決するためにある。その目的は、細長い精密部品の曲がりによる同軸度の精度不良を防止する製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明の精密部品の製造方法は、以下の製造工程を採用する。
【００２８】
精密部品の製造方法であって、母材を所定の形状に加工する形状加工工程と、表層に窒化物の層を形成させる窒化処理工程と、形状加工工程による切削により生じたかえりやばりを除去するばり取り工程と、その後に熱処理を行う熱処理工程と、を有し、熱処理工程は、ばり取り工程により除去しきれない窒化物を還元して消滅させる第１温度以上に加熱する第１処理と、オーステナイト変態する第２温度以上に加熱する第２処理とからなることを有することを特徴とする。
【００２９】
このような製造工程であるから、ばり取り工程の後、第１温度以上に加熱し残留する窒化物を消滅させ、続いて第２温度以上に加熱することで焼入れすることで部品全体の硬化と靱性とを向上した精密部品を形成することが可能である。
【００３０】
熱処理工程は、前記第１処理と前記第２処理とを同一の温度で行ってもよい。
【００３１】
このような製造工程にすることによって、熱処理工程の第１温度を第２温度で兼ねることで工程を短縮することが可能となる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の精密部品の製造方法によれば、窒化処理による硬化を行うことで曲りの発生を抑え、ばり取り処理後に残留する窒化物を消滅させることで、その後の熱処理工程でも新たな曲りを押さえることができる。そして、硬度と靱性とを向上した精密部品を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施例１における第１の製造方法を説明するための図である。
【図２】本発明の実施例２における第２の製造方法を説明するための図である。
【図３】特許文献１に示した従来技術の製造工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の精密部品の製造方法は、ばり取りを行うために対象物（番カナのような細長部品）を窒化処理にて硬化させる。窒化処理にかかる熱は低いから、これにより曲りの発生を抑えることができる。そして、ばり取り工程によりばりを取る。
その後に熱処理工程を行う。この熱処理工程は、ばり取り工程で取り切れない残留窒化物を消滅させる第１処理と対象物を所定の硬度にするための、いわゆる焼き入れ処理に相当する第２処理を行う。
【００３５】
この熱処理における第１処理は、残留窒化物を還元して消滅させる第１の温度以上に加熱する。第２処理は、対象物がオーステナイト変態する第２の温度以上に加熱する。
【００３６】
このようにすることで、従来ばり取り前に行っていた熱による硬化処理による曲りの発生を窒化処理することで防止する。そして、所定の硬度にするために行うその後の熱処理において、上述の硬化処理にて残留する残留窒化物を除去することで、不均質な熱分布に起因する加熱むらによる曲りを防止する。
【００３７】
これにより、その後に焼き入れ処理や焼き戻し処理等を行っても新たな曲りは発生せず、硬度と靱性とを有する精密部品を製造することができる。
【００３８】
以下、図面を用いて精密部品の製造方法を詳述する。
実施例１として、図１を用いて第１の製造方法を説明する。次に、実施例２として、図２を用いて第２の製造方法を説明する。説明にあっては、精密部品を４番カナとして説明する。また、４番カナの母材は鉄鋼材料のＳＫ４として説明する。図１及び図２においては、その製造フローと４番カナを模式的に示している。
【００３９】
なお、第１及び第２の製造方法においては、焼き入れ処理に相当する第２処理の後に、いわゆる焼き戻し処理に相当する第３処理も行う例で説明する。このような焼き戻し処理は、用途に応じた硬度を得るために行う処理であって、材料の靱性を増加し硬度を低下させる目的でも行われる公知の処理である。
【実施例１】
【００４０】
［第１の製造方法の説明：図１］
図１を用いて第１の製造方法を説明する。
図１の最下段に示したように、４番カナ１は、カナ１１，歯車圧入部１２，ホゾ１３、ソロバン玉１４、秒針装着部１５を備える非常に細長い部品である。
【００４１】
４番カナ１は、特に限定しないが、例えば、カナ径が約Φ０．７ｍｍ、胴軸径が約Φ０．３ｍｍ、全長が９ｍｍ以上の長さを有する。そして、同軸度精度は２０μｍを要する部
品である。
【００４２】
まず、ステップＳ０１の形状加工工程を行う。
この工程により、母材が鉄鋼材料のＳＫ４を強加工し、加工性を向上した棒状部材を図示しない旋盤により切削し、カナ１１、歯車圧入部１２、ホゾ１３、ソロバン玉１４、秒針装着部１５を形成する。
次に、歯割り加工によってカナ１１の部分に所定の歯数の歯を形成する。主にこの歯割りの際に、歯の端面にばりが発生する。
【００４３】
次に、ステップＳ０２の窒化処理工程を行う。
この工程により、歯割り加工をした４番カナ１を図示しない処理炉に投入し、アンモニア雰囲気中で４８０℃、５時間加熱する。これにより、４番カナ１の表層に図示しない窒化物の層を形成する。この窒化処理を行うと４番カナ１の硬度はＨｖ８００以上に達する。
【００４４】
説明したステップＳ０１の形状加工工程で発生したばりは元々薄肉であるから、Ｈｖ８００のような高い高度にすることで非常に脆く、折れやすくなっている。
しかし、この窒化処理は、加熱温度が４８０℃と低いから、４番カナ１には歪がほとんど生じず、この工程により生ずる残留応力による曲がりなども発生することがない。
【００４５】
次に、ステップＳ０３のばり取り工程を行う。
この工程は、いわゆるタンブリング処理と呼ばれる処理である。図示しないタンブリング加工機の槽内に、同時に加工する所定の数量の４番カナ１だけを投入し撹拌し、４番カナ同士を衝突させることによって、ステップＳ０２の窒化処理工程により脆く折れやすくなっているばりを除去する。
【００４６】
もちろん、すでに説明した従来技術のように、バレル研磨機を用いてもよい。その際は、バレル内に砥粒、コンパウンド、水、４番カナ１を投入し研磨を行う。このように、どのようにばり取りを行うかは、加工する番カナの形状などにより自由に選択できる。
【００４７】
次に、ステップＳ０４の熱処理工程を行う。
熱処理工程は、ばり取り工程により除去しきれない窒化物を還元して消滅させる第１処理と、オーステナイト変態する第２温度以上に加熱する第２処理とからなる。前者はＳ０４１、後者にＳ０４２の番号を付与している。
【００４８】
まず、ステップＳ０４１の第１処理を説明する。
４番カナ１を図示しない処理炉に投入し、第１温度として６５０℃、７分間の加熱処理を行う。一般に窒化物が還元されて消滅する温度は６５０℃である。したがって、第１温度は６５０℃としている。
【００４９】
図示しない処理炉の大きさや投入する４番カナの数、炉内の熱の分布などを考慮に入れて、６６０℃などの少し高い温度に設定してもよい。
【００５０】
この第１温度の加熱処理により、４番カナ１の表層に形成された、残留する窒化物の層が還元されて消滅し、鉄鋼材料ＳＫ４からなる４番カナ１の表面には残留窒化物が無くなる。これにより、次ステップである第２処理を行っても４番カナ１は変形することはない。
【００５１】
次に、ステップＳ０４２の第２処理を行う。
この第２処理は、材料を所定の硬度や靱性にするための焼き入れ処理である。
【００５２】
ステップＳ０４２の第２処理は、４番カナ１を図示しない処理炉に投入し、第２温度として８２０℃、７分間の加熱処理を行う。一般に鉄鋼材料ＳＫ４がオーステナイト変態する温度は８２０℃である。したがって、第２温度は８２０℃としている。
【００５３】
図示しない処理炉の大きさや投入する４番カナの数、炉内の熱の分布などを考慮に入れて、８３０℃などの少し高い温度に設定してもよい。
【００５４】
その後に、鉄鋼材料ＳＫ４のマルテンサイト変態温度（１９０℃）より少し高い２００℃の油冷を行う。そして、４番カナ１の肉厚の異なるところで温度差がなくなってから空冷する。以上の焼き入れ処理は、いわゆるマルクエンチ処理と呼ばれる。
【００５５】
次に、ステップＳ０４３の第３処理を行う。
この第３処理は、いわゆる焼き戻し処理に相当するものである。
【００５６】
ステップＳ０４３の第３処理は、４番カナ１を図示しない処理炉に投入し、２８５℃、６０分の処理を行う。これにより、仮にステップＳ０４２の第２処理により残留応力が残っていたとしても除去することができ、また、所望の硬度（例えば、Ｈｖ６５０）と靭性を有して、外力が加わっても曲がりに強い剛性を有する４番カナ１が形成される。
【００５７】
なお、この第３処理の温度は、ステップＳ０４２の第２処理の第２温度（この例では、８２０℃）よりも必ず低くしなければならない。そうでないと再びオーステナイト変態を起こしてしまうためである。
【００５８】
次に、４番カナ１の品質をさらに上げるため、２つの後処理工程を行う。
まず、ステップＳ０５の表面処理工程を行う。
この工程において、４番カナ１の表面に光沢を形成する。図示しないタンブリング加工機の槽内に４番カナ１と微小な銅球を投入し研磨を行う。その後洗浄し、錆止めのためにＮｉメッキ処理の表面処理を行う。
【００５９】
次に、ステップＳ０６の仕上げ工程を行う。
この工程において、軸受部と嵌合する４番カナ１の基準の部分であるホゾ１３とソロバン玉１４を、図示しないポリッシュ加工機によりポリッシングしてつや出しを行い、４番カナ１が完成する。
【００６０】
以上のような製造方法によって、細長い形状の精密部品である４番カナであっても、ばりもなく、製造工程中の各種の熱処理によっても残留応力による曲がりもなく同軸度精度も良好となる。
【００６１】
そして、これ以降の工程で４番歯車の圧入やカシメ、そのためのハンドリング、時計組み立ての秒針押し込み装着の大きな外力によっても、曲がりの発生しない硬度と靱性を有することが可能となる。
【実施例２】
【００６２】
［第２の製造方法の説明：図２］
次に、図２を用いて第２の製造方法を説明する。
すでに説明した第１の製造方法と同様、４番カナの製造工程で説明する。この第２の製造方法と第１の製造方法との異なるところは、熱処理工程を構成するステップＳ０４１の第１処理にかかる加熱温度と、ステップＳ０４２の第２処理を構成するステップＳ０４２の第２処理（つまり焼き入れ処理）にかかる加熱温度と、を同じ温度で処理する点である
。
【００６３】
従って、その他の工程は全く同じであり、同一の工程には同じステップの番号を付して重複する製造工程の説明は省略する。
【００６４】
図２に示すように、母材の強加工で加工性を向上した鉄鋼材料のＳＫ４の投入から、ステップＳ０１の形状加工工程、ステップＳ０２の窒化処理工程、そして、ステップＳ０３のばり取り工程までは、第１の製造方法と全く同じ工程であり、説明は省略する。
【００６５】
すでに説明したステップＳ０３のばり取り工程後に、ステップＳ４５の熱処理工程を行う。
この工程では、ばり取り工程で残った残留窒化物を消滅させるために行うステップＳ０４１の第１処理と、オーステナイト変態する第２温度以上に加熱するステップＳ０４２の第２処理（焼き入れ処理）とを、同一の温度である８２０℃で行う。
【００６６】
４番カナ１の表面に残留していた窒化物を還元させる温度は６５０℃であるから、８２０℃の印加により窒化物は還元されて消滅し、同時に鉄鋼材料ＳＫ４がオーステナイト変態する。
【００６７】
つまり、処理される４番カナ１を図示しない別の処理炉に移設することなく、そのまま焼き入れ処理をすることができる。
【００６８】
その後、ステップＳ０４３の第３処理（焼き戻し処理）は、すでに説明したように、４番カナ１を図示しない処理炉に投入し、２８５℃、６０分の処理を行えばよい。
【００６９】
そして、第１の製造方法と同様に、ステップＳ０５の表面処理工程、次に、ステップＳ０６の仕上げ工程を経て、硬度と靭性を有する４番カナ１が完成する。
【００７０】
以上のように、第２の製造方法は、第１の製造方法と同様に、容易にばり除去が可能であって、製造工程中の各種の熱処理によっても残留応力による曲がりもなく、そして、ハンドリングや組み立てにおける外力によっても曲がりの発生しない硬度と靱性を有する４番カナを提供することが可能となる。
【００７１】
以上説明した実施例にあっては、４番カナの母材を鉄鋼材料ＳＫ４として説明した。鉄鋼材料ＳＫ４を用いるから、第２の温度としてそのオーステナイト変態温度（８２０℃）以上で加熱処理した。同様に、マルテンサイト変態温度（１９０℃）以上の２００℃の油冷を行ってマルクエンチ処理を行った。
これらの温度は、４番カナの母材の材料に起因するものであるから、母材が変わればそれぞれの温度も変わる。
【００７２】
また、本発明の実施例においては、時計用の４番カナの例で説明したが、その他、時計を構成する部品であれば、他の部品でもよい。例えば、巻真である。もちろん、時計以外の精密部品の製造にも用いることができる。例えば、小型電子機器のスイッチや回転可動部分の軸部材、可動部分のシャフト等の細く長い部品である。
【符号の説明】
【００７３】
１  ４番カナ
１１  カナ
１２  歯車圧入部
１３  ホゾ
１４  ソロバン玉
１５  秒針装着部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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