磁気的センタリングデバイス

本発明は、小型部品用の磁気的センタリングデバイスに関し、特に、回転可能に取り付けられる部品をセンタリングするための磁気的センタリングデバイスに関する。本発明の特定の応用分野の1つは、計時器用機構である。

永久磁石や軟強磁性物質で作られた部品のような能動性の磁気的部品を計時器用機構に導入するには、相当な技術的な挑戦が必要である。これは、信頼できる手法でクロノメーター機能を達成するためには、非常に小さな寸法構成及び高い空間的精度が必要であるからである。

ほとんどの自然又は合成の磁性材料は、mm規模又はこれより少ない規模で、不均質である。これによって、この規模で磁場の局在化及び強度を制御することが困難になる。具体的には、例えば、SmCo、NdFeBマイクロ磁性材料のような、最も高い磁気エネルギー強度を有する永久マイクロ磁石は、通常、希土類系の化学元素の粉末から製造される。これらの粒子構造は、1〜100μmの寸法を有する。一般に、磁場の均質性は、粒子のスケールに近づくにしたがって減る。

例えば、国際特許出願WO2012/0662524及び国際特許出願WO2012/062523に記載されているような計時器用ムーブメント又は機構、あるいは測定又は制御機器のような他のマイクロ機械機構の要素を回転させるために磁気的部品を利用することは、有利である。なぜなら、低摩擦で大きな局所的な力を発生させることができるからである。

本発明は、正確で信頼性が高い、μm規模又はそれより小さい規模の小さな大きさの部品用の磁気的センタリングデバイスを提供することを目的にする。

本発明の特定の目的の一つは、回転可能に取り付けられた部品用の磁気的センタリングデバイスを提供することである。

本発明の目的の一つは、計時器用部品用の磁気的センタリングデバイス及び磁気的センタリングデバイスを有する計時器用機構を提供することである。

回転するメンバーのために非常に低摩耗性のベアリングを備える磁気的センタリングデバイスを提供することは有利である。

高効率なベアリングを備える磁気的センタリングデバイスを提供することは有利である。

非常に小型で堅牢性の高い磁気的センタリングデバイスを提供することは有利である。

単純で経済的な手法で製造することができる磁気的センタリングデバイスを提供することは有利である。

本発明の目的は、請求項1に記載の磁気的センタリングデバイスによって達成される。従属請求項において、いくつかの本発明の有利な態様について記載している。

本発明の目的が、請求項23に記載の腕時計用ムーブメントによって達成される。

本発明の目的が、請求項24に記載の腕時計によって達成される。

本発明に従って能動性の磁気的部品に磁束局在化要素を装備させることによって、磁気的部品、特に磁気的な計時器用部品の使用を改善し、拡張することができる。

添付図面を参照して以下の実施形態の詳細な説明を読むことによって、本発明の他の有利な目的及び態様を想起することができるであろう。

図1は、本発明に係る磁気的センタリングデバイスの実施形態の図であり、図1aは、このデバイスの断面図であり、図1bは、このデバイスの平面図である。

図2は、本発明の一実施形態に係る磁気的センタリングデバイスの磁場を示す図である。

図3は、本発明の一実施形態に係る磁気的センタリングデバイスの磁束局在化部品の存在下及び不存在下における磁場の振幅を示すグラフである。

図面、特に、図1a及び1bを参照する。本発明の一実施形態に係る磁気的センタリングデバイス2は、磁石6、非磁性支持体12、及びこれら磁石6と非磁性支持体12の間に配置された磁束伝導デバイス4を有する。磁石6は、SmCo、NdFeBのような高い磁気エネルギー密度を発生させる物質で作ることができる。これらは、希土類系の化学元素の粉末から既知の方法によって製造される。本発明の範囲内において、別の実施形態において、非磁性支持体を省くこともできる。

本発明によって想起される応用用途において、磁石の厚みZ6は、1mmのオーダー又はそれよりも小さく、例えば、0.2〜0.7mmである。非常に大きな磁力を必要にする応用用途においては、磁石の高さZ6は、数mmのオーダーであることもでき、例えば、1〜5mmである。本発明によって想起される応用用途においては、磁石の平均幅X6(もし円筒状の磁石である場合、その直径)は、1mmのオーダーであり、典型的には、5mm未満であり、多くの応用用途においては、1mmのオーダー又はそれより少ない。好ましい一実施形態によると、磁石6は、図1bに示すように、円形、多角形、正方形、長方形又は他の不規則的な形状である断面を有する柱状形を有する。

ほとんどの応用用途においては、磁石の断面は、好ましくは、円形である。

非磁性支持体12は、非磁性材料で作られている。この材料の選択は、磁気的センタリングデバイス2のために考えられた応用用途等に依存する。非磁性支持体12は、磁束伝導デバイス4を保護し、作用面16を有し、この作用面16でメンバー(図示せず)を支えることができる。

本発明の一実施形態に係る磁気的センタリングデバイスの主要な応用用途の1つには、回転ないしピボットを行う可動部品用の軸ベアリングが含まれる。この軸ベアリングは、回転する可動なメンバーを、磁束伝導デバイス4によって定められる軸A上にセンタリングする機能も有する。本発明に係る磁気的センタリングデバイスは、回転しない部品、具体的には、静的な部品、のセンタリング又はポジショニング用にも用いることができる。このような場合、本発明に係る磁気的センタリングデバイスを使用して、例えば、可動部品のための基準点を定めることも想起することができる。

例えば、回転メンバー用の軸ベアリングとして、非磁性支持体12が可動支持メンバー(図示せず)用の作用面16を有するような応用用途においては、その材料は、良好な機械的性質、特に、良好な摩擦特性に加えて高い変形限界及び破壊限界を有する材料から選択される。これらの基準を満たす材料の例は、サファイア、ルビー、ダイヤモンドの石のような結晶性の石である。可動な計時器用部品については、非磁性支持体12の材料としてルビー石を用いることが好ましい。

好ましい一実施形態において、非磁性支持体は、均質な材料で作られる。これは、例えば、サファイアディスク、ルビー石のような材料からなる非磁性支持体である。しかし、本発明の範囲内で、非磁性支持体は、異なる材料のいくつかの層で作られた非磁性構造によって形成することもできる。例えば、一変形実施形態において、非磁性支持体12は、支持構成体用の主要材料として第1の材料と、高い硬度及び/又は作用面16を有する外側層を形成する良好な摩擦特性を有する第2の材料とを含む。例えば、第1の層は、磁束伝導デバイス4上に既知の堆積技術を使用して堆積によって形成された材料で作り、そして、第2の層を別の材料で作ることができる。この第2の層は、例えば、ダイヤモンド層であり、これも、プラズマ蒸着又はCVD(化学蒸着)のような堆積技術によって形成することができる。

非磁性支持体は、単一の部品の形態であってもよく、例えば、ルビー石又は他の切られた石、あるいはセラミックス材料で作られた部品である。

非磁性支持体の軸方向の厚みZ12は、好ましくは、1mmのオーダー又はそれよりも小さく、さらに好ましくは、0.5mmよりも小さい。ほとんどの応用用途においては、厚みZ12は、デバイスを作るのに使用される製造技術の限界に加えて、非磁性支持体にかかる応力及びその構成材料の抵抗を考慮に入れて、できるだけ低くする。これによって、可能な限り最も高い磁場強度に対して磁束伝導デバイス4から可能な限り最も小さい軸方向の距離が離れた作用面16を得ることができる。

作用面16は、平面ないし実質的に平面である。しかし、変形実施形態においては、作用面は、平面でない形状であってもよい。例えば、凸型の形状や凹型の形状であり、これらの形状は、本発明に係る磁気的センタリングデバイスに対して想起される応用用途などに依存する。

凸型の形状は、例えば、磁気的センタリングデバイスがピボットピンの端に配置された場合や作用面に支えられるメンバー(図示せず)が平面又は凹状の表面に有する場合に、有用であることがある。これによって、メンバーと作用面の間に接点を形成することができる。

一実施形態において、非磁性支持体の幅は、磁石の幅X6と同一ないし実質的に同一にする。しかし、変形実施形態においては、非磁性支持体12が、磁石の幅及び/又は断面とは異なる幅及び/又は断面を有する。例えば、一変形実施形態において、非磁性支持体は、他の機能を有するより大きな支持要素の完全体又は完全体の一部を形成することができる。

磁束伝導デバイス4は、磁性材料M1で作られた磁束伝導用中央盤8及び材料M2で作られた周領域10を有する。材料M2は、変形実施形態に応じて、中央盤の材料M1と同じであってもよく、あるいは中央盤の材料とは異なる材料で作られていてもよい。

周領域10は、中央盤の周りに配置され、距離R10の分、中央盤から離れている。好ましい一実施形態において、周領域は中央盤に接していない。一変形実施形態において、周領域と中央盤は、異なる形状の一又は複数の棒体、スポーク又はブリッジによって接続される。周領域と中央盤は、厚みが中央盤の厚みの10分の1以下であるような棒体又は接続プレートによって接続するようにすることができる。距離R10は、磁石の幅X6の半分のオーダーであって周領域を形成する材料の半径方向の厚みXpより小さく、中央盤8の半径(X8/2)よりも小さくすることができる。一実施形態において、周領域は、磁石6の外周部20又は非磁性支持体12の円周22の近傍にある。中央盤が周領域から離れている距離R8は、好ましい実施形態において、平均磁石幅X6の0.45〜0.2倍の範囲内にある。磁石が約1mmの幅を有する場合、周領域が中央盤から離れている距離は、好ましくは、0.45〜0.2mmである。

好ましい一実施形態において、周領域10は、中央盤の周りに、好ましくは、円形の閉回路を形成する、しかし、周領域は、三角形、正多角形、又は正方形の形を有していてもよく、中央盤は、製造上の許容範囲内で、周領域10の中央に配置されることが好ましい。変形実施形態(図示せず)において、周領域10は、中央盤を包囲する閉じていない回路によって形成されていてもよく、磁束伝導用中央盤8の周りに分布するような材料M2の複数の点、円弧、又は区分を有することができる。

好ましい一実施形態において、周領域10の材料M2は、好ましいことに、特に、高い透磁率を有する磁束伝導材料である。この実施形態において、材料M2は、好ましいことに、磁束伝導用中央盤8に対して用いられる磁束伝導材料と同じにすることができる。しかし、一変形実施形態において、材料M2は、低い透磁率を有する材料、特に、非磁性材料にすることができ、この場合、周領域は、磁石6の1つの表面及び支持性表面12の内側表面14との間で軸方向の距離Z10を定める支持機能及び/又はスペーサー機能を有する。

好ましい一実施形態において、磁束伝導デバイス4は、磁石の表面18、又は非磁性支持体の内表面14上に堆積技術によって形成される。既知の様々な最先端の堆積技術を用いることができ、したがって、これを詳細には説明しない。本発明の一実施形態において有利に用いることができる既知の方法の1つは、中央盤を形成する材料M1の層を堆積し(ここで、もし周辺領域を形成する材料が中央盤を形成する材料とは異なる場合、周領域を形成する材料M2とは異なる材料で中央盤が作られ)、その堆積の後に、中央盤8及び中央盤8が周領域10から離れる空間R8を形成するリソグラフィ工程が続く。一変形実施形態によって、この中央盤及び周領域を製造する方法は、中央盤及び周領域を形成する材料の層をレーザー加工することを伴うことができる。一変形実施形態によると、非磁性支持体12は、中央に窪みをもたすことができ、例えば、サファイア石又はセラミックスの部品のような硬質材をレーザー加工して形成される窪みである。中央盤の磁性材が、例えば、直流電気による堆積によって、窪みに堆積される。この後に、可能性としては、中央盤及び周領域の最終形状を形成する機械的又は化学的な付着工程を伴うことができる。周領域のためにも窪みを形成することによって、周領域を形成するために同じ方法を用いることもできる。支持体に形成される窪みは、中央盤、周領域、中央部分と周領域の間の空間を機械加工、化学的エッチング又はレーザー技術によって除去することによって形成することもできる。好ましい一実施形態において、非磁性支持体12の窪みは、この窪みの底に向かって、可能な限り最も小さい直径を有する切頭円錐に刻みを付けることによって形成することもできる。

周領域が中央盤から離れている空間を、気体、あるいは好ましい一変形実施形態においては、非磁性固体材料によって、充填することができ、この非磁性固体材料は、例えば、値1に近いような、低い透磁率を有する材料である。

中央盤8の材料M1は、周領域10が同じ材料で作られている場合には周領域10の材料でもあり、この材料M1は、ニッケル又はコバルト、又はニッケル又はコバルトの合金によって作ることができる。一実施形態において、材料M1及び/又は材料M2は、全体がニッケルで作られる。別の変形実施形態において、これらの要素全体が、リンの比率が11%以下であるようなニッケル−リンで作られる。更なる別の変形実施形態によって、磁束伝導要素全体がコバルトで作られる。別の変形実施形態によって、磁束伝導要素全体が、保磁場cが5kA/m未満で最大透磁率μ_Rが100以上であるというように特徴を定めることができる軟磁性材料で作られる。

図2は、図1の磁気的センタリングデバイスに起因する磁場線を示す。これらの磁場線は、中央盤8の領域において局在化しており、実際のスケールでは見ることは困難になっている。この例の中央盤8は、10μmの直径、10μmの厚みを有する。周領域10は、1mmの外径、0.8mmの内径及び10μmの厚みを有する環状のクラウン形を有する。中央盤と周領域は、ニッケルで作られている。磁束伝導デバイス4は、1mmの直径及び0.05mmの厚みを有するNdFeBで作られた永久磁石と、同じ直径及び0.5mmの厚みを有するルビー石との間に挿入される。

永久磁石の残留場は、1Tであり、その磁化は、不均質であって磁石の中央に対して0.2mmずれている。図3に、ルビー石の外側表面上の磁場を示す。図3において、磁場振幅は、磁束伝導要素Bが存在する場合と存在しない場合について、軸y=0、z=0.31mmに沿った断面におけるx軸に沿った方向において測定されている。最大磁場は、中央のニッケル盤に対応し、これは、磁石を出る磁束のコンダクター及びローカライザーの役割を果たす。伝導要素が存在しない場合において、この石上の最大磁場は、約0.2mmシフトする、これは、永久磁石の偏心的な磁化のためである。

好ましい一実施形態によると、磁束伝導要素は、10μm以下の直径及び7μm以下の厚みを有する円形の中央盤を有する。

好ましい一実施形態によると、磁束伝導要素は、中央盤を有し、10μm以下の直径を有する第1の面と、及び50μm以下の直径を有する第2の面、及び50μm以下の高さを有する切頭円錐において刻みを入れられるような中央盤を有する。これによって、最も大きい表面は磁石6に近い表面である。

好ましい一実施形態によると、中央盤と周領域の間の最小距離は、0.2mm以上である。

好ましい一実施形態によると、周領域は環状のクラウン形状を有する。

好ましい一実施形態によると、周領域は、中央盤から完全に分離される。

第2の実施形態によると、周領域と中央盤の間に非磁性の接続要素が存在する。

一実施形態によると、周領域と中央盤は、同じ材料で作られており、かつ、中央盤の厚みの10分の1以下の厚みを有する棒体又は接続プレートによって接続される。

好ましくは、磁石は、希土類永久磁石である。

好ましい一実施形態によると、材料M1と材料M2は同じである。

好ましい一実施形態によると、磁束伝導要素全体は、ニッケルで作られている。

一変形実施形態によると、磁束伝導デバイス全体は、リン含有率が11%以下であるニッケル−リンで作られている。

一変形実施形態によって、磁束伝導デバイス全体は、コバルトで作られている。

一変形実施形態によると、磁束伝導デバイス全体は、5kA/m未満の保磁場c及び100以下の最大透磁率μ_Rであることで特徴を定めることができる軟磁性材で作られている。

別の実施形態によると、材料M1は磁性材であり、材料M2は非磁性材である。

別の実施形態によると、非磁性支持体が省かれる。

好ましい製造方法に従うと、磁束伝導デバイスは、磁石の表面上に堆積することによって作られる。

別の好ましい製造方法によると、磁束伝導デバイスは、非磁性支持体の表面に堆積することによって作られる。

好ましい一製造方法によると、磁束伝導デバイスは、均質な材料層からリソグラフィを行うことによって得られる。

好ましい製造方法によると、非磁性支持体の表面はレーザー加工によって窪みを設けられ、次に、その窪んだ表面に直流電気によって堆積することによって材料M1が均一に堆積され、最後に、その窪みの内部に堆積した材料M1の機械的ないし化学的エッチングを行うによって磁束伝導デバイスが形成される。好ましい製造方法によると、磁性支持体における窪みは、可能な限り最も小さな直径を有する切頭円錐に対して窪みの底に向かってできるだけ刻みを入れることを伴うことができる。

計時器の応用用途において、本発明に従う磁気的センタリングデバイスを、以下において有利に使用することができる。 −機械的な腕時計用ムーブメント、特に、ばね仕掛けバランス及びエスケープ用 −歯車列、エスケープ又はバランスの部品のような様々な可動な部品用の磁気的ピボット −クロノグラフ(発振器、可動部品及び反フラッター) −日付機構(準瞬間的及び瞬間的なもの) −打撃機構(ハンマーゴング、ピン樽、レギュレーター) −音叉腕時計(特に、クリフォード磁気的エスケープを有するもの)

本発明は、測定又は制御機器及び小型のジャイロスコープのような回転するマイクロ機械部品を含む他の機器においても使用することができる。

数ある効果の中で、本発明に係る磁気的センタリングデバイスは、以下の効果を有する。 −10μm未満の精度を備えた計時器の大きさの磁気的部品を出る磁束の局在化を確実にする。 −磁気エネルギー密度、磁気残留磁気及び部品の他の磁気的特性にかかわらず、すべての能動性の磁気的部品(永久磁石、軟強磁性体、反強磁性部品など)に装備されることができる。 −磁気的ピボットのような腕時計製造業産業で既に開発されている高度な部品に直接装備することができる。 −非常に高温の範囲内で(選択される材料に応じて−200℃〜+150℃よりも広い範囲内)、様々な気候条件にかかわらず、その磁束局在化機能を確実にする。 −その強度にかかわらず磁束局在化を確実にする。 −衝撃に対して堅牢性を有する。

2 磁気的センタリングデバイス 4 磁束伝導デバイス 6 磁石 8 磁束伝導用中央盤 M1 磁性材料 10 周領域 M2 材料 22 側面の周囲 12 非磁性支持体 14 内側表面 16 外側表面(作用面) 18 内側表面 20 側面の周囲