CN105093897A - 无润滑的钟表擒纵机构 - Google Patents
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Abstract
一种具有改进的摩擦学性能的钟表擒纵机构(100)，它包括第一构件(2)和第二构件(3)，所述第一和第二构件分别包括第一摩擦表面(20)和第二摩擦表面(30)，所述第一和第二摩擦表面设置成彼此接触地协作，其中，所述第二摩擦表面(30)包括至少一种硅基材料，该硅基材料选自包括硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、非晶硅(a-Si)、多晶硅(p-Si)、多孔硅、或硅和氧化硅的混合物的组，并且其中，所述第一摩擦表面(20)由立体元件的表面形成，该立体元件由以化学计量配比的Si3N4形式的立体氮化硅制成。
Description
技术领域
本发明涉及具有改进的摩擦学性能的钟表擒纵机构，所述钟表擒纵机构包括至少一对构件，所述至少一对构件包括分别具有第一摩擦表面和第二摩擦表面的第一构件和第二构件，所述第一摩擦表面和第二摩擦表面设置成彼此接触地协作。
本发明还涉及一种用于制造这种擒纵机构的方法。
本发明涉及包括长久处于运动中的构件的钟表机构领域、且更具体地涉及擒纵机构领域。
背景技术
钟表设计者常常竭力于提高机芯的可靠性，由此降低维护操作的频率，同时确保钟表机芯的精确运行。
轮和小齿轮以及运动构件的润滑是一个待解决的难题。需要冗长的摩擦学测试以找到简化或者甚至消除润滑的方案。
更具体地，通过尝试限定摩擦接触的成对材料来寻求实现擒纵机构的无润滑运行，所述成对材料具有低的且稳定的摩擦系数和少的磨损，并且展现出随时间的优良的抗磨损性。
CSEM名下的欧洲专利申请No.0732635A1公开了具有包括在非特定组分中的氮化硅的摩擦表面的微机械构件、特别是擒纵机构的擒纵叉杆的制造。该文献设想一对具有改进摩擦学性能的相对部件：该文献例举了氮化钛与碳化钛对、或氮化钛与碳化硅对。
在MessrsDeng和Ko的文献XPXP002734688“Astudyofstaticfrictionbetweensiliconandsiliconcompounds(硅与硅化合物之间的静摩擦的研究)”中描述了氮化硅-硅对由于随时间的较低的磨损和改进的摩擦学性能而用于精密微机械中的用途。
MessrsStoffel,Kovacs,Kronsat,Müller的文献XP002734924“LPCVDagainstPECVDformicromechanicalapplications(用于微机械应用的LPCVD与PECVD)”公开了通过PECVD或LPCVD获得的非化学计量的氮化硅的使用，以确保摩擦学特性。
发明内容
本发明提出提供针对上述问题的解决方案。
本发明更特别地涉及氮化硅的使用，该氮化硅用作擒纵机构中的高摩擦学性能的材料。
为此，本发明涉及一种具有改善的摩擦学性能的钟表擒纵机构，该钟表擒纵机构包括至少一对构件，该至少一对构件包括分别具有第一摩擦表面和第二摩擦表面的第一构件和第二构件，所述第一和第二摩擦表面布置成彼此接触地协作，其特征在于，所述第二摩擦表面包括至少一种硅基材料，该硅基材料选自包括硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、非晶硅(无定形硅)(a-Si)、多晶硅(p-Si)、多孔硅、或者硅和氧化硅的混合物的组；以及在于，所述第一摩擦表面由立体(固体，实体)元件的表面形成，该立体元件由化学计量配比Si3N4形式的立体氮化硅制成。
本发明还涉及一种制造这种擒纵机构的方法，其特征在于，通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或通过化学气相沉积(CVD)或通过阴极溅射将氮化硅层施加至衬底(基质)上，以形成所述第一和第二摩擦表面中的一者。
本发明还涉及一种用于制造这种擒纵机构的方法，其特征在于，通过烧结或通过立体加工(固体加工，solidprocessing)来形成带有衬底的氮化硅构件，以便形成所述第一或第二摩擦表面中的一个。
根据本发明的特征，由第一摩擦表面和相对的第二表面形成的每个对被制造成带有Si3N4/Si对。
附图说明
本发明的其他特征和优点将通过参照附图阅读以下详细说明显见，在附图中：
–图1示出擒纵机构的示意性平面视图，该擒纵机构特别包括根据本发明设置在接触表面上的、与擒纵轮接触协作的擒纵叉瓦；
–图2示出相对的接触表面之间的协作的示意图；
–图3示出包括具有擒纵机构的机芯的钟表的方框图，该擒纵机构包括根据本发明设置的一对构件；
–图4为示出位于y轴上的摩擦系数随着位于x轴上的接触压力的倒数(GPa-1)变化的图表，其中上方的点线代表蓝宝石/类金刚石碳(或DLC)对，下方的点划线代表金刚石/类金刚石碳(或DLC)对；
–图5为与图4类似的图表：
–在上方点线中，针对Si3N4/纳米晶态金刚石(或NCD)对，
–在虚线中，针对类金刚石(或DLC)/红宝石对，
–在中间的点划线中，针对植入有碳的硅/红宝石对，
–在下方的基本水平的实线中，针对本发明优选的Si3N4/Si对。
具体实施方式
本发明涉及氮化硅的使用，该氮化硅作为允许钟表擒纵机构无润滑地运行的材料。
为了语言表达的方便，下文中所使用的“氮化硅”将为由以下形成的具有宽泛含义的材料:
–在大多数一般情况下为立体或为薄层的化学计量的硅(Si3N4)；
–或非化学计量的组分SixNyHz，其中x等于1，y在0.8和5.0之间，并且z在0.00和0.70之间、且更具体地在0.04至0.70之间，该组分优选以薄层形式施加，但也可由立体成分形成。
此处的“立体”指的是其最小尺寸大于0.10mm的成分，而“薄层”的最小尺寸小于10微米，并且优选小于1微米。
事实上，测试已经表明，氮化硅与硅或氧化硅之间的摩擦在钟表机构、更具体地在擒纵机构中展现出令人满意的性能。
该摩擦对具有在宽的力-速度范围内(1mN-100mN和1cm/s-10cm/s)的低的摩擦系数，小于0.17。
以下所引用的作者的工作示出了：对于硬的弹性材料而言，由于剪切应力随压力增加，摩擦系数通常根据由图4示出的规律μ＝S/P+α变化，其中S为剪切应力极限，P为赫兹压力，α为参数。
参数S确定该对随压力变化的相关性，因而在擒纵机构中的干摩擦情况下—在此情况下接触压力和力的变化很大—考虑该参数是特别有用的。
对比其他的摩擦对，氮化硅/Si对或氮化硅/SiO2对展现出摩擦系数随沿法向施加的力而变化的较低的相关性，如图5所示。这导致了非常低的参数S。该特性在擒纵机构中特别有用，因为法向力在接触或撞击中通常以0-100nM大幅度地变化。在失去接触和接触时，氮化硅维持小于0.2的低摩擦系数，该数值通常被视为擒纵机构的临界工作阈值。
本发明因而涉及具有基于上述发现的改进的摩擦学性能的钟表机构、且更具体地钟表擒纵机构100。
因此，根据本发明，该擒纵机构100包括至少一对构件，所述至少一对构件包括第一构件2和第二构件3，所述第一和第二构件分别包括第一摩擦表面20和第二摩擦表面30，所述第一和第二摩擦表面布置成彼此接触地协作。
第一摩擦表面20、30包括氮化硅，其为化学计量的氮化硅(Si3N4)或为非化学计量的氮化硅(SixNyHz)，其中x等于1，y在0.8和5.0之间，且z在0.00和0.70之间。
第二摩擦表面30、20包括至少一种硅基材料，该硅基材料选自包括硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、非晶硅(a-Si)、多晶硅(p-Si)、多孔硅或硅和氧化硅的混合物的组中。
“非晶硅(a-Si)”此处是指通过PECVD以具有50nm至10微米的薄层形式沉积的硅，其具有非晶态结构；它还可以是氢化的或n型或p型掺杂。
“多晶硅(p-Si)”此处是指由微晶硅颗粒通过LPCVD沉积形成的硅，该颗粒尺寸在10至1000nm之间；它还可为n型或p型掺杂。E接近160GPa。
“多孔硅”此处是指孔径为2nm至10微米的材料，该材料根据基于阳极氧化(电解液HF和电流)的复杂制造工艺制成。
更特别地，这些第一或第二摩擦表面20、30中的至少一个由立体元件的表面形成，该立体元件由立体氮化硅形成—优选但非限制性地为化学计量配比的Si3N4，或者由薄层的表面形成—优选但非限制性地为非化学计量组分SixNyHz，其中x等于1，y在0.8至5.0之间，z在0.00至0.70之间。
更具体地，z在0.04至0.70之间。
以与包括氮化硅的第一摩擦表面相同的方式，第二摩擦表面可为立体构件的表面、或薄层的表面。
本发明的特别有利的应用为由Si3N4制成的擒纵叉瓦与由Si+SiO2制成的轮的接触协作。
另一个有利的应用涉及“立体氮化硅”与由Si3N4通过例如激光切割等制成的轮的应用，所述轮与由Si+SiO2制成的单件式擒纵叉杆或与设置有由Si+SiO2制成的擒纵叉瓦的传统擒纵叉杆摩擦接触。
可用于钟表学中的组合尤其为：
–以SiO2、立体石英SiO2、Si+SiO2中的任一形式制成的轮，该轮与以薄层氮化硅或立体氮化硅中的任一形式制成的擒纵叉瓦协作，
-由氮、Si+氮化硅、立体氮化硅中的任一形式制成的轮，该轮与由SiO2、特别是立体Si+SiO2、SiO2中的任一形式制成的擒纵叉瓦协作，
-擒纵叉瓦可与擒纵叉杆制造成一体件。
一种有利的应用涉及由氧化的Si制成的轮、以及由立体Si3N4制成的擒纵叉瓦、或由涂覆有氮化硅的氧化的Si制成的擒纵叉瓦。
在一种特定变型中，第一摩擦表面20和第二摩擦表面30各自包括氮化硅。
在本发明的一种有利的实施例中，摩擦表面20、30中的包括氮化硅的摩擦表面包括氮化硅(Si3N4)或者由氮化硅(Si3N4)形成。
优选地，包括氮化硅的摩擦表面20、30为厚度小于2微米的氮化硅层的表面。
优选地，这种氮化硅层的厚度在50到1000nm之间。更具体地，该氮化硅薄层的厚度在50纳米到500纳米之间。
在本发明的一种特定变型中，包括氮化硅的摩擦表面20、30为氮化硅层的表面，该氮化硅层覆盖了由石英或硅或氧化硅、或硅和氧化硅的混合物形成的衬底。
在一种具体变型中，与包括氮化硅的表面20、30相对的摩擦表面30、20包括至少一种硅基材料—该硅基材料选自包括硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、非晶硅(a-Si)、多晶硅(p-Si)、多孔硅的组，并且是一种排它地由选自所述组的一种或多种硅基材料形成的层的表面。
如图5可见，Si3N4/Si对给出了特别有利的结果，摩擦力矩基本恒定而根本不需要任何润滑。
事实上，给定对应于图5中的不同对的位于实验点之间的等分线的形状的等式为：
Y＝0.1356X-0.0068，针对上部点线曲线上的Si3N4/纳米静态金刚石(或NCD)对，
Y＝0.0288X+0.0928，针对虚线曲线上的类金刚石(或DLC)/红宝石对，
Y＝0.0097X+0.1302，针对中间点划线曲线上的掺杂有碳的硅/红宝石对，
Y＝0.0024X+0.1362，针对下部几乎水平的实线曲线上的、本发明优选的Si3N4/Si对。
本发明还涉及一种制造这种擒纵机构100的方法。
根据该方法，通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或通过化学气相沉积(CVD)或通过阴极溅射将氮化硅层施加到衬底以便形成第一或第二摩擦表面20、30中的一个。
更具体地，通过烧结、或通过立体处理—即以如上定义的其最小尺寸大于0.10mm立体构件的形式—来与衬底一起形成氮化硅构件，以便形成第一或第二摩擦表面20、30中的一个。
特别地，对于包括氮化硅或由氮化硅形成的层的沉积而言，可使用MEMS领域普通技术人员已知的一种或多种技术。可使用LPCVD(低压化学气相沉积)、PECVD(等离子体增强化学气相沉积)、CVD(化学气相沉积)、ALD(离子层沉积)、阴极溅射、离子注入以及类似工艺。
优选地，将使用在0.2至1.2之间的Si/N比。更具体地，0.4的Si/N比值是化学计量的(根据Gardeniers等人的富含Si的氮化硅、低应力或可压缩的SixNyHz)。
优选地，将选择在2％至30％H之间的氢浓度。
优选地，非限制性地，将选择普通的硅衬底。
关于子层，可非限制性地选择通常厚度在50-2000nm的SiO2、多晶硅、SiC等。
与氮化硅沉积有关的技术限制是MEMS领域的普通技术人员已知的。
因此，氮化硅层的厚度优选在50-1000nm之间。
关于氮化硅的压缩状态，对于MEMS领域的普通技术人员而言已知的是，Si浓度的增加减小了氮化硅的张力并且甚至可使其具有压缩性。已知具有压应力的材料通常引起摩擦磨损的减少。这对应于富含Si的氮化硅。
对于本发明的适当实施例，使氮化硅层适当地粘附至衬底并且使材料的弹性模量不会太远是很重要的。下覆材料的特性则没有那么重要。如果氮化硅层超过一接近100nm的厚度，则摩擦由该氮化硅层确定。
由一片式Si3N4制成的擒纵叉瓦可借助于所属领域技术人员已知的与制造多晶硅红宝石所使用的技术相同的技术制造。
此外，尽管目前难以实现，有利地可考虑与Si或SiO2摩擦接触的立体氮化硅，例如氮化硅擒纵叉瓦与由SiO2制成的轮。
本发明具有多个优点：
–摩擦系数随摩擦速度变化的低的相关性。这在擒纵机构中特别有用，因为速度通常在0-3cm/s内变化；
–随速度和压力变化的稳定的摩擦系数减少了粘着滑动出现的风险，该粘着滑动通常导致摩擦接触材料的加速劣化；
–没有形成不利于摩擦的第三体部的风险；
–氮化硅、特别是其化学计量形式的Si3N4的低的化学反应性，这使得不受清洗、劣化、与环境介质相互作用的影响；
–少的磨损。
氮化硅还具有特别通过尤其在硅或氧化硅上的PECVD涂覆简单实施的优点。该沉积方法是硅工业中广泛已知且广泛使用的。
本发明允许使用多种形式的氮化硅：通过PECVD、CVD、阴极溅射、固结、烧结及其他方法沉积。
本发明包括氮化硅与非限制性配对件—例如：Si、SiO2、非晶硅(a-Si)、多晶硅(p-Si)、多孔硅—的摩擦接触。
本领域技术人员可参考如下出版物：
[1]:I.LSinger,R.N.Bolster,etal.“HertzianstresscontributiontolowfrictionbehaviorofthinMoS2coatings”,AppliedPhysicsLetters,Vol.57,1990.
[2]:Chromik,R.R.,Wahl,K.J.:Frictionofmicroscalecontactsondiamond-likecarbonnanocompositecoatings.In:ProceedingsoftheWorldTribologyCongressIII-2005,pp.829-830.AmericanSocietyofMechanicalEngineers,NewYork,NY,2005.
[3]:P.W.Bridgeman,“shearingphenomenaathighpressuresparticularlyininorganiccompounds”,Proc.Am.Acad.ArtsSci.71,387,1936。
Claims (11)
1.一种具有改进的摩擦学性能的钟表擒纵机构(100)，包括至少一对构件，该至少一对构件包括第一构件(2)和第二构件(3)，所述第一构件和第二构件分别包括第一摩擦表面(20)和第二摩擦表面(30)，所述第一摩擦表面和第二摩擦表面设置成彼此接触地协作，其特征在于，所述第二摩擦表面(30)包括至少一种硅基材料，该硅基材料选自包括硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、非晶硅(a-Si)、多晶硅(p-Si)、多孔硅、或硅和氧化硅的混合物的组，以及，所述第一摩擦表面(20)由立体元件的表面形成，该立体元件由以化学计量配比的Si3N4形式的立体氮化硅制成。
2.根据权利要求1所述的擒纵机构(100)，其特征在于，所述第一摩擦表面(20)为厚度小于1000纳米的氮化硅层的表面。
3.根据权利要求2所述的擒纵机构(100)，其特征在于，所述第一摩擦表面(20)为厚度在50纳米至500纳米之间的氮化硅层的表面。
4.根据权利要求1所述的擒纵机构(100)，其特征在于，包括选自包括硅(Si)、二氧化硅(SiO2)、非晶硅(a-Si)、多晶硅(p-Si)、多孔硅的组的至少一种硅基材料的所述第二摩擦表面(30)为排他地由选自所述组的一种或更多种硅基材料形成的层的表面。
5.根据权利要求1所述的擒纵机构(100)，其特征在于，该机构包括擒纵叉瓦(25)，所述擒纵叉瓦每个都形成一个包括所述第一摩擦表面(20)的所述第一构件(2)，这些擒纵叉瓦布置成与一擒纵轮(35)协作，该擒纵轮形成包括所述第二摩擦表面(30)的所述第二构件(3)。
6.一种钟表机芯(200)，包括至少一个根据权利要求1所述的擒纵机构(100)。
7.一种钟表(300)，包括至少一个根据权利要求6所述的钟表机芯(200)和/或至少一个根据权利要求1所述的擒纵机构(100)。
8.一种制造根据权利要求1所述的擒纵机构(100)的方法，其特征在于，通过等离子体增强化学气相沉积(PECVD)或通过化学气相沉积(CVD)或通过阴极溅射在衬底上施加氮化硅层以便形成所述第二摩擦表面(30)。
9.一种制造根据权利要求1所述的擒纵机构(100)的方法，其特征在于，通过烧结形成带有衬底的氮化硅构件，以便形成所述第一或第二摩擦表面(20；30)中的一个。
10.一种制造根据权利要求1所述的擒纵机构(100)的方法，其特征在于，通过以最小尺寸大于0.10mm的立体构件的形式进行加工来形成带有衬底的氮化硅构件，以便形成所述第一或第二摩擦表面(20；30)中的一个。
11.根据权利要求9或10所述的制造擒纵机构(100)的方法，其特征在于，由相对的第一摩擦表面(20)和第二摩擦表面(30)形成的各个对被制造成带有Si3N4/Si对。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112415881A (zh) * | 2019-08-22 | 2021-02-26 | 伊塔瑞士钟表制造股份有限公司 | 具有高品质因数和最小润滑的钟表调速器机构 |
| CN113711136A (zh) * | 2019-04-15 | 2021-11-26 | 劳力士有限公司 | 凸轮式钟表部件 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3002637B1 (fr) | 2014-09-29 | 2018-11-28 | Richemont International S.A. | Système horloger avec des propriétés tribologiques améliorées |
| EP3382468B1 (fr) * | 2017-03-30 | 2020-01-15 | The Swatch Group Research and Development Ltd | Mouvement avec prolongateur de réserve de marche |
| JP7103041B2 (ja) | 2018-08-03 | 2022-07-20 | セイコーエプソン株式会社 | アンクル、ムーブメント、時計 |
| EP4016049B1 (fr) * | 2020-12-15 | 2024-05-01 | Patek Philippe SA Genève | Méthode de modélisation du coefficient de frottement d'un système mécanique comprenant au moins deux pièces micromécaniques destinées à coopérer entre elle par glissement ou roulement |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0732635A1 (fr) * | 1995-03-17 | 1996-09-18 | C.S.E.M. Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa | Pièce de micro-mécanique et procédé de réalisation |
| US20040007092A1 (en) * | 2001-04-20 | 2004-01-15 | Masashi Yoshimura | Silicon nitride based composite sintered product and method for production thereof |
| CN101213497A (zh) * | 2005-06-28 | 2008-07-02 | Eta瑞士钟表制造股份有限公司 | 强化的微机械部件 |
| CN102193485A (zh) * | 2010-03-04 | 2011-09-21 | 蒙特雷布勒盖股份有限公司 | 包括高频机械机芯的钟表 |
| US20120307601A1 (en) * | 2010-04-01 | 2012-12-06 | Patek Philippe Sa Geneve | Impact-proof timepiece escapement |
| CN103765330A (zh) * | 2011-07-21 | 2014-04-30 | 斯沃奇集团研究和开发有限公司 | 功能性微机械组件 |
Family Cites Families (23)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CH564219A (zh) * | 1969-07-11 | 1975-07-15 | ||
| JPH0723650Y2 (ja) * | 1990-05-14 | 1995-05-31 | ヤンマーディーゼル株式会社 | シリンダとピストンリングの組合せ |
| US6755566B2 (en) * | 2001-02-15 | 2004-06-29 | Konrad Damasko | Clockwork |
| CN1292299C (zh) * | 2001-06-29 | 2006-12-27 | 西铁城时计株式会社 | 液晶显示板及其制造方法 |
| US6968814B2 (en) * | 2002-03-28 | 2005-11-29 | Stefan Battlogg | Device for converting a rotational movement into a reciprocating movement |
| JP2007519203A (ja) * | 2004-10-05 | 2007-07-12 | エムライズ・コーポレイシヨン | 王冠状の戻り止めを備えた回転式回路選択装置 |
| EP1904902B1 (fr) * | 2005-07-04 | 2009-03-11 | Montres Breguet S.A. | Echappement a ancre a haut rendement |
| DE102005039358B4 (de) * | 2005-08-19 | 2016-12-08 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Piezoelektrischer Aktor für einen Ultraschallmotor |
| US8422339B2 (en) * | 2006-04-28 | 2013-04-16 | Nissan Motor Co., Ltd. | Low friction lubrication assembly |
| JP2007316048A (ja) | 2006-04-28 | 2007-12-06 | Nissan Motor Co Ltd | 超低摩擦潤滑アセンブリーを適用させた時計 |
| TWI461865B (zh) | 2006-06-23 | 2014-11-21 | Omega Sa | 用於機械式時計機心之擺輪游絲調節系統及具有此系統之時計 |
| JP4869817B2 (ja) * | 2006-07-28 | 2012-02-08 | 川崎重工業株式会社 | 摩擦撹拌接合装置 |
| ES2325099T3 (es) * | 2007-03-09 | 2009-08-25 | Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse | Escape de relojeria con impulsos tangenciales. |
| DE102008029429A1 (de) | 2007-10-18 | 2009-04-23 | Konrad Damasko | Verfahren zum Herstellen von mechanischen Funktionselementen für Uhrwerke sowie nach diesem Verfahren hergestelltes Funktionselement |
| EP2189854A1 (fr) * | 2008-11-21 | 2010-05-26 | Nivarox-FAR S.A. | Procédé de fabrication d'une pièce de micromécanique |
| DE102009002425A1 (de) * | 2009-04-16 | 2010-10-21 | Albert Handtmann Elteka Gmbh & Co Kg | Lageranordnung mit Lagerelement aus Eltimid |
| US8770827B2 (en) * | 2009-05-18 | 2014-07-08 | The Swatch Group Research And Development Ltd | Method for coating micromechanical parts with high tribological performances for application in mechanical systems |
| EP2400352A1 (fr) | 2010-06-22 | 2011-12-28 | The Swatch Group Research and Development Ltd. | Système d'échappement pour pièce d'horlogerie |
| CH704016B1 (fr) * | 2010-10-15 | 2019-01-31 | Eta Sa Mft Horlogere Suisse | Assemblage d'une pièce ne comportant pas de domaine plastique. |
| EP2453038A1 (en) * | 2010-11-16 | 2012-05-16 | The Swatch Group Research and Development Ltd. | Method for coating micromechanical parts with dual diamond coating |
| EP2511229B1 (de) * | 2011-04-12 | 2017-03-08 | GFD Gesellschaft für Diamantprodukte mbH | Flankenverstärktes mikromechanisches Bauteil |
| JP6211754B2 (ja) * | 2012-09-28 | 2017-10-11 | セイコーインスツル株式会社 | 機械部品の製造方法、及び機械部品 |
| EP2743782B1 (fr) * | 2012-12-11 | 2016-02-03 | Nivarox-FAR S.A. | Dispositif d'assemblage par déformation de bras élastiques |
-
2014
- 2014-05-08 EP EP14167573.6A patent/EP2942147B1/fr active Active
-
2015
- 2015-04-21 TW TW104112715A patent/TWI654504B/zh active
- 2015-04-22 US US14/693,086 patent/US9612576B2/en active Active
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- 2015-05-07 CN CN201510227807.3A patent/CN105093897B/zh active Active
- 2015-05-07 JP JP2015094628A patent/JP5938122B2/ja active Active
- 2015-05-07 KR KR1020150064062A patent/KR101726496B1/ko active IP Right Grant
-
2016
- 2016-05-23 HK HK16105829.8A patent/HK1217775A1/zh unknown
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0732635A1 (fr) * | 1995-03-17 | 1996-09-18 | C.S.E.M. Centre Suisse D'electronique Et De Microtechnique Sa | Pièce de micro-mécanique et procédé de réalisation |
| US20040007092A1 (en) * | 2001-04-20 | 2004-01-15 | Masashi Yoshimura | Silicon nitride based composite sintered product and method for production thereof |
| CN101213497A (zh) * | 2005-06-28 | 2008-07-02 | Eta瑞士钟表制造股份有限公司 | 强化的微机械部件 |
| CN102193485A (zh) * | 2010-03-04 | 2011-09-21 | 蒙特雷布勒盖股份有限公司 | 包括高频机械机芯的钟表 |
| US20120307601A1 (en) * | 2010-04-01 | 2012-12-06 | Patek Philippe Sa Geneve | Impact-proof timepiece escapement |
| CN103765330A (zh) * | 2011-07-21 | 2014-04-30 | 斯沃奇集团研究和开发有限公司 | 功能性微机械组件 |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113711136A (zh) * | 2019-04-15 | 2021-11-26 | 劳力士有限公司 | 凸轮式钟表部件 |
| CN113711136B (zh) * | 2019-04-15 | 2024-04-16 | 劳力士有限公司 | 凸轮式钟表部件 |
| CN112415881A (zh) * | 2019-08-22 | 2021-02-26 | 伊塔瑞士钟表制造股份有限公司 | 具有高品质因数和最小润滑的钟表调速器机构 |
| CN112415881B (zh) * | 2019-08-22 | 2022-12-02 | 伊塔瑞士钟表制造股份有限公司 | 具有高品质因数和最小润滑的钟表调速器机构 |
| US11640139B2 (en) | 2019-08-22 | 2023-05-02 | Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse | Horological regulator mechanism with high quality factor and minimal lubrication |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US9612576B2 (en) | 2017-04-04 |
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