Fundãoのルビー工場：Companhia Industrial de Materiais Duros
CIMD - Companhia Industrial de Materiais Duros
Fundãoの赤い名産品はサクランボだけではありません。この町では、1200以上の時計キャリバー向けのルビーも製造されています。Fundãoの中心部で私たちが出会ったのは、こうした時計用ルビーの生産に特化した工場、CIMD（Companhia Industrial de Materiais Duros）です。CHEVAL FRÈRES社の生産部門を発展させる形で1990年に設立されたCIMDは、時計用石と硬質素材の技術部品の製造において、世界をリードする存在となりました。いまあなたの手首にある時計にも、Fundãoで作られたルビーが使われているかもしれません。
CIMDを訪れた私たちを温かく迎えてくれたのは、30年以上にわたり代表取締役を務めるCarlos Morgadinho氏と、総務責任者のMarina Nascimento氏でした。工場とそのすべての工房を見学するという貴重な機会にも恵まれました。どんな質問にも快く答えてくれるチームがあり、施設では手作業による最も伝統的な知識と技術が、最新のCNC機械やレーザー機械と肩を並べて息づいていました。
CIMDの歴史は1990年、CHEVAL FRÈRESがポルトガルに時計用石の生産拠点を設けたことに始まります。当初は単結晶ルビーを専門としていましたが、CIMDはまもなくセラミック、サファイア、多結晶ルビーといった他の超硬質素材へと事業を広げました。現在は完全に統合された工房と、定評ある技術の専門家を擁しています。創業から34年、従業員は140名を数えます。
CIMDで作られているもの
現在の生産品は、平面またはドーム状の面と、ストレートまたはオリーブ形の穴を持つ穴石、平面とストレートの穴を持つくぼみ付きの穴石、そして平面またはドーム状の面で穴のない受け石です。さらに、底石やリング、カボション（たとえば一部のCartierの時計のリュウズに付いている小さな石）を製作する技術も備えています。
140名の従業員の多くは専門技術を持ち、機械加工、穴あけ、旋削、精密研磨などの作業を担っています。とりわけ高度な作業の一部は、寸法測定・キャリブレーション部門で行われます。
FundãoのCIMDは今日、合成ルビー製造における世界的な基準となっています。
CIMDでのルビーの作り方
酸化アルミニウムそのものは現在ポルトガルでは生産されていませんが、ルビーの機械加工、仕上げ、検査の全工程はFundãoで行われています。
ここでは、アルミナの「洋ナシ」が時計用ルビーへと姿を変える過程のいくつかを紹介します
原材料
アルミナとも呼ばれる酸化アルミニウム（Al₂O₃）は、洋ナシ形または赤い石の形で届き、最終寸法にごく近い大きさまで薄く切り出されて円盤状になります。
機械加工
ルビーの形状とカットは、下の写真にある数十年前の機械から、CNC機械、さらには強力なレーザー機械まで、さまざまな機械を使って仕上げられます。
研磨
続く写真の槽の中で、ルビーの平らな面は目的の形状になるよう研磨されます。この工程で守られる公差は最大で± 5 μmです。最終的には鏡面仕上げの表面を得ることができます。
ルビーを一つひとつ手作業でフィラメントに並べたあと、その上から熱した錫を流し込みます。これによりルビーの位置が固定され、続く研磨工程が容易になります。
測定と検査
専用の部門で、マイクロメーターなどの専門工具を用いてルビーを測定します。この測定は品質管理のための抜き取り検査として行われます。
IPRを親切かつ丁寧に迎えてくださったCIMDの皆さま、そして時計づくりのこの貴重な側面について多くを教えてくださったことに、心より感謝申し上げます！
時計とルビー
― 歴史上の二人の人物 ―
Nicolas Fatio de Duillier
時計用石を製造する最初の方法の
発明者
Nicolas Fatio de Duillier（1664年2月16日生まれ、1753年5月10日没）は、数学者、自然哲学者、天文学者、発明家であり、宗教活動家でもありました。スイスのバーゼルに生まれ、市民権を持つジュネーヴ共和国で主に育ったのち、成人後の人生の大半をイングランドとオランダで過ごしました。Giovanni Domenico Cassiniとともに黄道光という天文現象を正しく説明したこと、「押し」あるいは「影」による重力理論を考案したこと、Christiaan HuygensやIsaac Newtonと親密な関係にあったこと、そしてLeibnizとNewtonの微積分をめぐる論争で果たした役割で知られています。
機械式時計のための石を製造する最初の方法を開発したのは、Nicolas Fatio de Duillierでした。
24歳でロンドン王立協会（Royal Society）の会員に選ばれたFatioですが、初期の業績や人脈が約束していたほどの地位と名声を得ることはついにありませんでした。
1690年代、彼はダイヤモンドドリルを使ってルビーに小さく真円に近い穴を開ける方法を発見しました。
Fatioはパリの時計師たちにこの発明への関心を持たせようとしましたが、うまくいきませんでした。ロンドンに戻った彼は、ソーホーのChurch Streetで繁盛する時計店を営んでいたユグノーの兄弟、Peter DebaufreとJacob Debaufreと手を組みます。1704年、FatioとDebaufre兄弟は、ルビーに関するFatioの発明をイングランドで独占的に使用する14年間の特許を取得しました。
1705年3月、Fatioはこうして石を装着した時計の見本を王立協会で披露しました。Isaac Newtonの書簡からは、1717年にFatioが15ポンドの報酬でRichard Bentleyのために時計を製作することに同意したこと、また1724年には石付き時計の宣伝にNewtonの名前を使う許可を求めたことがわかります。Fatioのルビー穴あけ法は、1768年にFerdinand Berthoudによって大陸で採用されるまで、イギリス時計製造の専売特許であり続けました。
Auguste Victor Louis Verneuil
人工コランダム製造法の考案者
Auguste Victor Louis Verneuilは、合成宝石を製造する初の商業的に実用可能な方法を発明したことで知られるフランスの化学者です。
1902年、彼は「火炎溶融法」を発見しました。のちに「Verneuil法」と呼ばれるこの方法は、人工コランダム、すなわちルビーやサファイアを安価に製造する手法です。
1856年、フランスのダンケルクで時計師兼機械工の息子として生まれたVerneuilは、将来を嘱望される学究の道を歩みました。17歳で化学者Edmond Frémyの実験助手となり、1875年に学士、1880年に修士、1886年に博士の学位を取得。1892年からは13年間、パリの自然史博物館の有機化学部門で応用化学の教授を務めました。
Verneuilはルビーの合成から閃亜鉛鉱の燐光の研究、希土類元素の化学に至るまで、化学のさまざまな分野に取り組みました。火炎溶融によるルビー合成の研究は早くも1886年に始め、6年のうちに重要な成果を上げています。1891年と1892年にはパリ科学アカデミーに封印した研究ノートを預けていましたが、発見を公表したのは1902年になってからでした。Verneuil法は人工コランダムを安価に製造する方法として今日も使われており、合成宝石の製造に不朽の遺産を残しています。
― ルビーの物理的・化学的特性 ―
時計に使われるルビーは合成品であり、おそらく時計全体のなかで最も安価な部品です。それでも、時計製造にとどまらず、さまざまな産業・科学分野で欠かせない一連の特性を備えています。その一部を挙げてみましょう。
硬度
合成ルビーは非常に硬く、鉱物の硬さを示すモース硬度で9に相当します。これを上回るのはダイヤモンドだけであり、そのため合成ルビーは傷や摩耗に非常に強いのです。
化学組成
ルビーは一般に、コランダムとも呼ばれる酸化アルミニウム（Al₂O₃）でできています。クロム、チタン、鉄などの微量元素が含まれることで、合成ルビーは赤からピンク、紫までさまざまな色を帯びます。
透明度
合成ルビーは、品質やカット・研磨の仕方によって、透明または半透明になるのが一般的です。高品質のものは優れた透明度を示し、光をほとんど歪ませずに通します。
光学的特性
ルビーは高い屈折率と複屈折（光の進む方向によって異なる屈折率を持つという、物質の光学的性質）など、優れた光学的特性を備えています。こうした特性が、正しくカット・ファセット加工されたときの輝きときらめきを生み出します。
熱安定性
合成ルビーは熱安定性に優れ、物理的・光学的特性を大きく変えることなく高温に耐えられます。この特性により、レーザー技術のような高温での用途にも適しています。
電気絶縁性
ルビーは絶縁体であり、電気を通しません。
この特性は、特定の電子機器や機械装置など、電気的な絶縁が求められる用途で役立ちます。硬度、色、透明度、光学的特性、熱安定性を兼ね備えたこの素材は、産業、科学、装飾の幅広い分野で価値ある存在となっています。
― 時計に使われるルビーの種類 ―
時計に使われるルビーには、次の3種類があります。
穴石
受け石
アンクルのツメ石
振り石
― 問題と解決策 ―
問題：摩擦
2本の木をこすり合わせれば火をおこすことができます。これは摩擦によるものです。接触している面どうしが相対的に動くと、その間の摩擦が運動エネルギーを熱エネルギーに、つまり動きを熱に変えるのです。
摩擦とは、接触している面どうしの間に相対的な運動、あるいは運動しようとする動きがあるときに働く、接線方向の抵抗力です。
この力は、接触している凹凸のある面の原子や分子の間に働く電磁的な相互作用から生じます。摩擦は乾燥摩擦、流体摩擦、潤滑摩擦に分けられます。乾燥摩擦はさらに、運動の始まりを妨げる静止摩擦と、運動中に生じる動摩擦に分けられます。また、先の例で触れたように、摩擦は機械的エネルギーを熱として散逸させるうえで決定的な役割を果たし、素材の摩耗や機械装置の効率に直接影響します。
摩擦は運動を妨げる力であるだけではありません。多くの動作や機能に欠かせないものでもあります。
たとえば、摩擦がなければ私たちは歩くことも物をつかむこともできません。
しかし摩擦は素材の摩耗も招き、機械的エネルギーが熱に変わることで、時計のムーブメントのエネルギー効率を低下させたり、部品を摩耗させたりします。ふつうはルビーを使っていない多くの掛け時計や、一部の腕時計では、ホゾの作用によって受けや地板の穴が楕円形に広がってしまうことがあります。
摩擦を減らすために、接触面には適量の潤滑油が差されます。
解決策：合成ルビーと注油
ルビーはその優れた物理的・化学的特性から、時計に広く使われています。この合成素材の主な利点は次のとおりです。
低摩擦：ルビーは非常に硬く、モース硬度でこれを上回るのはダイヤモンドだけです。この硬さに適切な注油が組み合わさることで、時計の部品はごくわずかな摩擦で互いに滑り合うことができます。摩擦が少なければ摩耗も少なく、時計の寿命も長くなります。
耐摩耗性：その硬さのおかげで、ルビーは何年も連続して使用しても摩耗しにくいのです。これは特に、ホゾとそれが接する部分にとって重要です。部品が絶えず動くこうした箇所は、すぐに摩耗が進みかねないからです。
化学的安定性：ルビーは化学的に不活性で、水や汗、ほこりなど時計の機構に入り込む可能性のある物質と反応しません。
耐熱性：ルビーは温度変化に対して優れた耐性を持ち、過酷な条件でも性能を保ちます。温度の変化は時計の部品の膨張や収縮を引き起こすことがあるため、これは時計の精度にとってきわめて重要です。
精度の向上：ムーブメントの重要な箇所で摩擦と摩耗を減らすことで、ルビーは時計の長期的な精度に大きく貢献します。摩擦が少なければ、ムーブメントに必要なエネルギーの変動も小さくなり、エネルギーがより均一に伝わります。
美的・伝統的価値：機能面の利点に加え、ムーブメントに使われるルビーは美的な要素ももたらします。伝統的に、ムーブメントに組み込まれた石の数は、その複雑さと品質を示す指標とみなされてきました。
合成ルビーの製造方法
合成ルビーはさまざまな方法で製造され、それぞれの方法によって色合いや透明度、純度など、特有の性質を持つ結晶が生まれます。ルビー合成に用いられる主な方法は次のとおりです。
1. Verneuil法（火炎溶融法）
プロセスの簡略図 かつて使われた炉のスケッチ
Verneuil法の簡略図と、VerneuilがVerneuil法でルビーを合成するのに使った古い炉のスケッチ。
前述のとおり19世紀末にAuguste Verneuilが開発したこの方法は、合成ルビーの製造において最も古く、最も広く普及している手法の一つです。酸化アルミニウム（Al₂O₃）の粉末を約2000℃に達する炎の中に通して溶かし、それを基板の上に堆積させて少しずつ結晶構造として固めていきます。材料が次々と積み重なることで「ブール」と呼ばれる円柱状の結晶ができあがり、これをのちに切り分けて宝石にします。合成されるルビーの色合いを調整するため、工程中に着色剤を加えることもできます。
2. Czochralski法
この方法は、ルビーをはじめとする高品質な合成結晶の製造で知られています。まず、液状の酸化アルミニウムを入れたるつぼの上で、小さな種結晶を浸します。種結晶を回転させながら慎重に引き上げることで、融液から結晶が成長していきます。この技術は、形成される結晶の大きさや方位を制御できる点で特に高く評価されており、きわめて純度の高い宝石が得られます。
3. 水熱合成法
この方法は宝石が自然に生まれる過程を再現するもので、栄養分（すなわち酸化アルミニウムと発色元素）を、オートクレーブ内で高温・高圧にさらした水溶液に溶かし込みます。溶液が冷えるにつれて溶けていた物質が結晶化を始め、基板や種結晶に付着しながら徐々に大きくなっていきます。宝石が自然にできる条件を再現できる点がこの方法の特長で、天然のものにきわめて近い化学的・物理的特性を持つ合成ルビーを作ることができます。
自宅で合成ルビーを作るには？
決して一般的な趣味とはいえませんが、自宅で合成ルビーを作る方法を動画にした愛好家が何人もいます。その一部をご紹介します。
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