在钟表机芯中的具有减小的接触或者无接触的力传动装置 |
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| 申请号 | CN201180037624.5 | 申请日 | 2011-05-11 | 公开(公告)号 | CN103097968A | 公开(公告)日 | 2013-05-08 |
| 申请人 | 斯沃奇集团研究和开发有限公司; | 发明人 | T·黑塞勒; M·维勒明; J-L·黑尔费尔; F·盖斯萨斯; T·科尼斯; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种用于制造在钟表 机芯 中的具有受控的或减小的 接触 或者无接触的传动装置的方法。该方法包括制造或改变所述钟表机芯的至少一对相对构件，所述构件中的其中一个驱动另一个或与另一个接合，其中，制造或改变所述至少一对相对构件是通过在其表面上或在其体部内在相对表面上施加处理实现的，所述处理赋予所述构件静电荷和/或磁荷，所述静电荷和/或磁荷具有相同的极性和/或 磁性 ，使得当所述相对构件移动而更靠近彼此时，它们倾向于相互排斥。所述处理在于：在所述接合表面和/或所述相对的接合表面上形成或沉积至少一层薄层。本发明还涉及一种钟表机构，该钟表机构包括至少一对相对构件，该相对构件中的一个驱动另一个或与另一个接合，通过实施该方法来制造或改变所述对构件。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于制造在钟表机芯中的具有受控的或减小的接触或者无接触的传动装置的方法，其特征在于，制造或改变所述钟表机芯的同一构件或一对相对构件的至少一对称作协作表面的相对表面是通过如下方式实现的，即，对形成所述对的所述相对表面中的至少一个实施表面处理或整体处理以在其上赋予静电荷和/或磁荷，其中，所述表面中的其中一个驱动另一个或紧靠另一个，使得当所述表面移动而更靠近彼此时，所述表面中的其中一个表面倾向于排斥所述对的另一相对表面。 |
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| 说明书全文 | 在钟表机芯中的具有减小的接触或者无接触的力传动装置技术领域[0001] 本发明涉及一种用于制造在钟表机芯中的具有受控的或减小的接触或者无接触的传动装置的方法。 [0002] 本发明还涉及一种钟表机构，该钟表机构包含通过实施上述方法制造或改变的至少一对构件。 背景技术[0003] 本发明涉及制表领域，且更具体地本发明涉及机械机芯的领域。 [0004] 钟表机构的构件的摩擦行为对尺寸确定、性能、运行质量、速率的规律性及其寿命都有直接影响。 [0005] 摩擦首先导致效率损失，这使得必须不但增大能量存储装置例如主发条等的尺寸，而且增大在整个机构内用于传递上述能量的装置的尺寸。这导致比钟表工作所必须的截面和直径更大的截面和直径。自然地，摩擦越大，钟表的自治受到的影响越大，动力储备越低。 [0006] 磨损影响所有承受摩擦、冲击应力或高接触压力的构件。磨损是重复出现的问题，长期磨损导致机芯质量恶化，尤其是在等时性方面。虽然磨损涉及机芯的所有运动部件，但是它主要涉及擒纵机构的构件和调速元件、轮片和齿轴的齿圈以及心轴和枢轴。 [0007] 利用合适的表面处理将摩擦最小化是已知的。事实上，润滑的可行性在制表领域是非常有限的，且不能最优地用于长期动作。 [0008] 还设想过通过消除接触或通过减小接触的长度或通过减小接触压力使实际的接触最小化。 [0009] 在动力传动装置的领域已尝试通过磁性类型解决方案来消除任何接触，这种解决方案使用通过第二驱动发送轮片或齿轴驱动第一从动接收轮片或齿轴的枢轴式驱动，该第一从动接收轮片或齿轴包括磁化表面，该第二驱动发送轮片或齿轴由能量源驱动并且也包括磁化表面，其中，第一和第二轮片或齿轴在如在李岭群名下的CN专利No.200610112953.2中所述的接合平面中或者如在相同文件中所述的沿基本上切向彼此接近，或甚至以如在Shoei Engineering Co Ltd名下的JP专利No.0130332中所述的更复杂的螺旋形几何形状彼此接近。 [0010] 在Newman名下的GB专利No.2397180和在钱辉名下的CN专利No.2446326中描述了用于传动装置应用或电机械动力机械的齿圈和磁性表面的组合。在CN专利No.2446326中，轮的每个齿都包括在径向线的两侧的具有不同极性的两个扇区，所述扇区设置成与相对轮的具有相同极性的类似扇区相对，它们的齿圈相互作用。 [0011] 关于支承，从在烟台市南通工商公司名下的CN专利No.2041825已知径向磁悬浮支承，或者从在Seikosha KK名下的JP专利No.7325165已知轴向和径向磁悬浮支承。 [0012] 自17世纪以来，例如由于Adam Kochanski的成就，制表领域已熟悉用于限制摆轮行程并从而使摆轮游丝冗余的磁止动件。 [0013] 然而，在上述各种方法中，大量的固体磁体的使用导致巨大的空间需求，以及在制造各构件中的复杂性。 发明内容[0015] 本发明因此涉及一种用于制造在钟表机芯中的具有受控的或减小的接触或者无接触的传动装置的方法，其特征在于，制造或改变所述钟表机芯的同一构件或一对相对构件的至少一对称作协作表面的相对表面是通过如下方式实现的，即，对形成所述对的所述相对表面中的至少一个实施表面处理或整体处理以在其上赋予静电荷和/或磁荷，其中，所述表面中的其中一个驱动另一个或紧靠另一个，使得当所述表面移动而更靠近彼此时，所述表面中的其中一个倾向于排斥所述对的另一相对表面。 [0016] 根据本发明的一个特征，制造或改变同一构件或一对相对构件的所述至少一对相对协作表面是通过如下方式实现的，即，对所述相对协作表面实施表面处理或整体处理以赋予其具有相同极性和/或磁性的静电荷和/或磁荷，使得当所述相对表面移动而更靠近彼此时，它们倾向于相互排斥。 [0017] 根据本发明的特征，当制造或改变所述对相对表面时，所述相对协作表面中的每一个都受到表面处理或整体处理。 [0018] 根据本发明的特征，在所述表面处理期间，所述表面覆盖有至少一层彼此具有相同极性或相同磁性的带电或带磁的粒子的称作激活层的薄层，使得当所述相对协作表面移动而更靠近彼此时，它们倾向于相互排斥，或者产生至少一层这种薄激活层。 [0019] 根据本发明的另一特征，所述表面处理或整体处理在于：在所述相对协作表面中的每一个上产生或沉积成对的具有相同极性或相同磁性的带电和/或带磁的粒子的多个薄层，使得当所述相对协作表面移动而更靠近彼此时，它们倾向于相互排斥。 [0020] 有利地，根据上述方法，减小或消除了在形成该对彼此协作的相对构件的构件之间的在其中一个构件的至少一个协作表面和另一个构件的至少一个相对协作表面上的任何摩擦。 [0022] 根据本发明的特征，所述表面处理或整体处理在于，在所述协作表面上或在所述相对协作表面上产生或沉积至少一层薄磁激活层，该薄磁激活层具有大于或等于1T的剩余磁场Br和大于或等于100kA/m的矫顽励磁Hc。 [0023] 根据本发明的另一特征，所述薄层包括至少一层氟化聚合物膜。 [0024] 根据本发明的另一特征，所述薄层的厚度小于或等于20μm。 [0025] 本发明还涉及一种钟表机构，该钟表机构包含至少一对相对构件，其中一个构件驱动另一个构件或紧靠另一个构件，通过实施上述方法制造或改变所述对构件。 [0026] 本发明提供了以下优点：由于薄层的厚度充分小，从而该厚度不改变动力学特性，所以使得可以保持各构件的尺寸。 [0027] 通过在相对表面之间的相排斥或相吸引来控制其摩擦的相对表面的特定配置与摩擦层的组合，提供了对摩擦的良好控制和良好的机械效率，并获得了最小的磨损。 [0028] 从下面仅通过非限制性实施例给出的描述中，可清楚地发现其它特征和优点。 具体实施方式[0029] 本发明涉及制表领域，且更具体地本发明涉及机械机芯的领域。 [0030] 因此，本发明涉及一种用于制造在钟表机芯中的具有受控的接触的传动装置、尤其是具有减小的接触的传动装置或无接触的传动装置的方法。 [0031] 根据本发明的优选实施例，制造或改变所述钟表机芯的同一构件或一对相对构件的至少一对称作协作表面的相对表面是通过如下方式实现的，即，对形成所述对的所述相对表面中的至少一个实施表面处理或整体处理以在其上赋予静电荷和/或磁荷，其中，所述表面中的其中一个驱动另一个或紧靠另一个，使得当所述表面移动而更靠近彼此时，所述表面中的其中一个表面倾向于排斥所述对的另一相对表面。 [0032] 在本发明的特定实施中，制造或改变同一构件或一对相对构件的所述至少一对相对协作表面是通过如下方式实现的，即，对所述相对协作表面实施表面处理或整体处理以赋予其具有相同极性和/或磁性的静电荷和/或磁荷，使得当所述相对表面移动而更靠近彼此时，它们倾向于相互排斥。 [0033] 在该方法的实施期间，减小或消除了在形成该对相对构件的构件之间的任何摩擦。这些构件经由一个构件的至少一个协作表面和另一个构件的至少一个相对协作表面彼此协作。 [0034] 简言之，该对相对构件通过减小摩擦得到保护，整个钟表机芯也是如此。 [0035] 当制造构件时或者当改变构件时，可应用该方法。在下文中术语“制造”不加区别地用于这两种情况。 [0036] 例如，在优选的和非限制的应用中，该对相对表面或相对构件可包括： [0038] -两个凸轮； [0039] -一个凸轮和一个杆； [0040] -两个杆； [0041] -一个心轴或轴和一个枢轴； [0042] -擒纵叉和擒纵轮； [0043] -擒纵叉叉头和摆轮圆盘； [0044] -轮和鞭状件； [0045] -心形凸轮和锤； [0046] -同一弹簧、尤其是细弹簧或游丝的两个连续圈； [0047] -星形轮和指状件。 [0048] 根据本发明的特征，优选地，当制造或改变一对相对表面时，相对协作表面中的每一个都受到表面处理和/或整体处理。 [0049] 当该对相对表面受到表面处理时，每个相对表面都覆盖有至少一层彼此具有相同极性或相同磁性的带电或带磁的粒子的称作激活层的薄层，使得当这些相对协作表面移动而更靠近时，它们倾向于相互排斥，或者产生至少一层这种薄激活层。 [0050] 当该对相对表面受到整体处理时，所涉及到的每个构件的结构中的一部分在至少一层称作激活层的薄层上受到电化处理和/或磁化处理，该激活层在所述处理之后包括彼此具有相同极性或相同磁性的带电或带磁的粒子，使得当这些相对协作表面移动而更靠近时，它们倾向于相互排斥，或者产生至少一层这种薄激活层。 [0051] 自然地，根据本发明，相对表面中的其中一个可以受到表面处理，而另一相对表面受到整体处理，或者两个相对表面都可以受到表面处理，或者两个相对表面都可以受到整体处理。 [0052] 带电或带磁的粒子的概念也适用于由至少两种元素制成的晶体的生长，所述至少两种元素不是单独带电或带磁，而是在结晶生长时带电或带磁。该概念也适用于通过加热激活或固定的带电或带磁粒子的沉积。 [0053] 上述激活层可以是已激活的，例如，尤其是磁化层；或者上述激活层是可激活的，即，在其产生或沉积之后被激活，尤其是将在下面看到的驻极体。 [0054] 尤其是，上述表面处理在于：在相对协作表面中的每一个上产生或沉积成对的具有相同极性或相同磁性的带电和/或带磁的粒子的多个薄层，使得当这些相对协作表面移动而更靠近彼此时，它们倾向于相互排斥。 [0055] 尤其是，以类似方式，整体处理在于：在整个构件上产生这些薄层。上述整体处理在于：使所涉及到的每个构件的结构中的一部分在多个薄层上受到电化和/磁化处理，所述薄层在所述处理之后包括成对的具有相同极性或相同磁性的带电和/或带磁的粒子，使得当所述相对协作表面移动而更靠近彼此时，它们倾向于相互排斥。 [0056] 虽然本发明的优选实施例是涉及对相对协作表面的全部或部分进行表面处理，但是显然整体处理也可以获得所希望的效果。然而，因为钟表机芯的其它构件不希望受到干扰，所以整体处理不是始终可行的，这是为什么在本文中更具体地描述表面处理的情况的原因。上述表面处理可涉及相关的构件的一层或若干层外周层。多层处理可允许产生更均匀的力，该力随着时间推移更加稳定，并较少地取决于电荷或磁场强度的小的局部变化。 [0057] 因此，显然，虽然认为小的层是有利的解决方案，因为它利用它们的公差间隙与现有的构件是直接兼容的，但是这种薄层是优选的解决方案，而不是可用于实施本发明的唯一解决方案。 [0058] 根据精细加工的方法，薄层是受到电力作用的带电层，此时称作驻极体，或者薄层是受到磁场力作用的薄磁化层，或者薄层是同时带电并带磁的薄层。当使薄层带磁时，其优选由硬磁材料——例如钕铁硼或诸如此类等——的形式制成。“磁荷”是指非点状的磁偶极子，虽然它可以是小尺寸的。 [0060] 关于磁化层，在沉积法结束时在协作表面上某些磁化层已被极化，其它磁化层必须在该方法结束之后被极化。一种特定的极化方法在于：将构件置于激光场中，该激光场产生干扰，从而允许颗粒在外部磁场的作用下容易地定向。 [0061] 在特定的实施例中，在沉积之后，上述类型的至少一层薄层在协作表面上被激活，以便赋予所需要的极化或磁化。 [0063] 对于带电的薄层或驻极体，可引用下列文章，尤其是关于“电晕”型激活。 [0064] –东京大学机械工程系的Yukinori Tsurumi、Yuji Suzuki和Nobuhide Kasagi先生在《Proc.IEEE Int.Conf.MEMS2008,Tucson,2008,pp511-514》上发表的《Non-contact electrostatic micro-bearing usingpolymer electret》; [0065] -东京大学机械工程系的M.Edamoto、Y.Suzuki和N.Kasagi先生以及神奈县的Asahi Glass Corporation公司的研究中心的K.Kashiwagi、Y.Morizawa先生以及京都的Omron Corporation公司的核心技术中心的T.Yokohama、T.Seki和M.Oba先生在《978-1-4244-2978-3/09 2009IEEE,pp1059-1062》上发表的《Low-resonant-frequency micro electretgenerator for energy harvesting application》; [0066] –德国Freiburg大学的微系统工程系（IMTEK）的U.Bartsch、J.Gaspar和O.Paul先生 在《978-1-4244-2978-3/09 2009IEEE,pp1043-1046》上发 表 的《A 2D electret-based resonant micro energyharvester》。 [0067] 对于带磁的薄层，尤其可引用下列文章： [0068] -IFW Dresden 的 S. V.Neu、M.Weisheit、U.Hannemann、S.Leinert、A.Singh、A.Kwon、S.Melcher、B.Holzapfel和L.Schultz先生在《18th Workshop on High Performance Magnets and theirApplications,Annecy France2004,pp566-576》上发表的《Highperformance thin film magnets》; [0069] -University of Sheffield UK的Department of Engineering Materials的I.Betancourt和H.A.Davies先生在《Materials Science and Technology,2010,Vol26,No1,pp5-19, 2010Institute of Materials,Minerals andMining》上发表的《Exchange coupled nanocomposite hard magneticalloys》。 [0070] 优选地，在第一实施例中，薄驻极体层是带电的（离子或电子注入，“电晕”法，通过2 2 2 液体接触，或其它方法），上述薄层设置成产生约10mC/m 且有利地在0.1C/m 至50mC/m 的 2 范围内的电荷表面密度，10mC/m 的数值例如允许对于大于或等于100μm的距离获得大于 2 或等于10μN/mm 的静电力。 [0071] 在驻极体的情况下，激活层被电极化，并可由SiO2、As2S3、聚合物（例如PET）、氟化聚合物（例如特氟龙、《Asahi Glass 》的《CYTOP 》、《Speciality Coating Systems》的派瑞林“HT ”）形成。可沉积派瑞林或诸如此类，以适应在环境温度下的表面。 [0074] 带电的激活层可视情况封闭在每层金属层的厚度在10和1000nm之间的两层金属层之间，或在厚度在10和1000nm之间的单层金属层上面设置在构件的外周，在两种情况下，激活层和金属层的总厚度都优选小于20μm。构件本身还可以是导电的。 [0076] 在本发明的第二实施例中，薄层被磁化，表面处理或整体处理优选在于，在协作表面和/或相对的协作表面上并优选在两者上都产生或沉积至少一层薄磁激活层，该薄磁激活层具有约1T、显著大于或等于1T的剩余磁场Br和数百kA/m、显著大于或等于100kA/m的矫顽励磁（excitationcoercitive）Hc。 [0077] 根据特定情况，与平面平行或者与平面垂直地实施极化。切向力矩作用产生相排斥或相反地相吸引的效果，这是实施本发明所需要的。对于与平面垂直的极化，如果磁体是相对的磁体，则存在排斥，在相反的情况下，则存在吸引。对于与平面平行的磁化，如果磁体是相同方向的话，则存在排斥和力矩，或者如果它们是在相反的方向，则存在吸引。 [0078] 在磁体的情况下，层可由磁性材料——例如FePt和/或CoPt和/或SmCo和/或NdFeB——形成，这些磁性材料可以照现在的样子沉积或在场中沉积或然后显而易见地通过电镀、物理沉积（三极管溅射、脉冲激光或其它方法）或其它手段极化，或者可以例如通过热退火或在激光束子场中或以其它手段在沉积时立即磁化或者随后磁化。极化可以主要在层的平面中或与层垂直的平面中。 [0079] 在实施起来更加复杂的第三实施例中，使薄层同时带电和带磁。 [0080] 在有利的变型中，激活层或电激活和/或磁激活层可覆盖有摩擦层。该方案是有利的，其中，接触不是完全消除，而是保持非常低水平的接触力。尤其是在钟表擒纵机构的情况下，与一般的实施例相比，该方法通过减小摩擦大大提高了擒纵机构的效率。例如，覆盖有具有有利的合适的摩擦学性能的材料——例如类金刚石碳（DLC）——的氧化硅擒纵机构具有完全令人满意的行为并提高了效率。 [0081] 在协作表面中的其中一个的最外面，电化和/或磁化的激活层所在处的深度优选是小的，典型地在0.1μm和5μm之间，使得力是有效的，但是该深度对于承受自然磨损的摩擦层必须是足够的。 [0082] 上述薄层的厚度小于100μm，并优选在0.1和20μm之间。自然地，在两个相对构件之间的薄层的总厚度必须保持与运动学兼容，并不超过在它们之间的工作间隙，且优选地在大多数不利条件下保持小于上述间隙的数值的一半。 [0083] 所述层的表面区域自然取决于在其上实施处理的构件和沉积的类型。根据特定情况，有利地，可将所述层分割成多个岛。例如，对于嵌入式多晶硅系统，将由多晶硅岛形成的电荷库横向分割可能是明智的，以便在电荷库的一部分泄露（电荷丢失）的情况下提高效率。对于钟表的应用，激活层表面区域的最大尺寸数值或当因此将所述层分割成岛时岛的最大尺寸优选在0.01mm和1mm之间。实际上，在0.01mm和几毫米之间的岛尺寸通常是合适的，当然假设斥力与所涉及的表面区域成比例的话。 [0084] 薄电化和/或磁化层施加在其上的并且本身可能由外部摩擦层保护的构件的基础材料对于钟表应用来说可以是制表工业使用或正在研发的材料之一：单晶硅、单晶石英、多晶硅、金属、金属合金、陶瓷、塑料、玻璃、非晶态材料、非晶态金属、"LIGA"。上述举例不是限制性的。 [0085] 例如在驻极体的情况下，薄层可局部设置在构件上，以便延长产品的寿命。 [0086] 如果两个相对构件中的其中一个处于抗磁状态并且如果仅有两个相对构件中的另一个具有至少一层磁化层，则也可以存在磁斥力。用于制造在钟表机芯中的具有减小的接触或者无接触的传动装置的方法的特征因此在于：制造或改变所述钟表机芯的至少一对相对表面是通过如下方式实现的，即，通过在相对协作表面的其中一个表面上实施表面处理或整体处理以在其上赋予磁荷，所述相对表面中的另一个处于抗磁状态，其中，一个表面驱动另一表面或紧靠另一表面，使得当所述相对构件移动而更靠近彼此时，它们倾向于相互排斥。 [0087] 在特定的实施例中，以与EEPROM型电子存储器类似的方式使嵌入在氧化物中的多晶硅层带电。 [0088] 虽然本发明优选设计成应用于一对相对的构件上，但是在使用薄电化或磁化层的处理的性质方面本发明也可应用于单个独立的构件，该构件与不接受相同的薄电化或磁化层处理的相对构件协作，但是该构件整体进行更传统的电化或通电流，或者该构件整体磁化或者处于由磁体或电流产生的磁场的影响下。 [0089] 例如，该情况可更具体地涉及轴或心轴，使用根据本发明的带电或带磁的薄层的处理方法施加在该轴或心轴上，该轴或心轴与受到电化和/或磁化的大的固体部件例如机板或桥夹板协作。优选地，在包含大量对干扰机芯的速率和规律性的磁场敏感的构件的钟表中，优选给予固体部件电极而不是磁极并因此选取用于相关的轴或心轴的薄带电层处理。 [0090] 本发明应用于心轴和孔对是特别有利的，由于它使得能够省掉枢轴或者制造成具有较小尺寸，这是因为通过本发明实现了非常小的残余接触应力。可以有利地改变在由电磁材料制成的构件中包括盲或通加工的大量钟表机构而不改变它们的尺寸，并且极化和/或磁化所述钟表机构以便在心轴的端部处沿径向和轴向排斥具有相同极性或磁性的心轴，这意味着心轴在其壳体内可保持悬浮。 [0091] 有利地，包括相对表面的构件或构件对由利用MEMS技术获得的可微加工的材料或由硅或石英或由通过LIGA法制造的材料制成。事实上，因为这些材料的惯性低于钢或其它合金，所以优选使用这些材料，且此外，这些支承材料尤其适于固定根据本发明的薄层。 [0092] 在有利的变型中，微磁体通过光刻制成或在通过光刻制成的结构内制成。 [0093] 特别地，通过实施厚度小于或等于20μm的表面处理来改变或制造同一构件或一对相对构件的至少一对相对协作表面。 [0094] 本发明还涉及一种钟表机构，该钟表机构包含至少一对相对构件，其中一个构件驱动另一个构件或紧靠另一个构件，通过实施上述方法制造或改变所述对构件。 [0095] 本发明提供了下列优点：当薄层的厚度非常小、优选地比表面之间或相对构件之间的工作间隙小得多时，使得可以保持各个构件的原始尺寸不变。本发明的实施提高了钟表机芯的总效率，并且允许增加机芯的动力储备或允许采用较小尺寸的发条盒或能量储存装置，以便获得更紧凑的机芯，尤其是应用于女士表中。 [0096] 显然，依据薄层的尺寸并根据它们的电激活和/或磁激活的水平，在机芯中的应力传动装置在所涉及到的每对相对构件处可实现作为理想情况的真正无接触，或者可实现与具有相同运动链的未应用本发明的方法的相同机芯相比减少很多的接触。在所有情况下，作为本发明的结果，在摩擦、能量和磨损方面都大大节省。 [0097] 在构件之间的排斥现象还允许吸收某些震动或冲击，该排斥现象还使得磨损减小和机芯寿命延长，以及尤其是随着时间推移性能一致。 [0098] 自然地，当寻求彼此吸引相对表面时，上述特征适用于相反的问题。 [0099] 尤其是，通过将相对表面设置成彼此吸引，可以占据在传动装置或类似机构中的 |
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