CN112415881B - 具有高品质因数和最小润滑的钟表调速器机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了具有高品质因数和最小润滑的钟表调速器机构。钟表调速器机构(300)，其包括具有大于1,000的品质因数的具有虚拟轴榫和可弯曲支承件的谐振器机构(100)，其惯性元件(2)与自由式擒纵机构(200)间接协作，在其运转周期的过程中，谐振器机构(100)具有至少一个自由阶段，在此阶段中其不与擒纵机构(200)接触，这种调速器机构(300)包括一对组件(22；32)，它们包括设置为互相协作并互相接触的摩擦表面(20；30)，其中第一摩擦表面(20)由包含碳化硅的元件的表面形成。
Description
技术领域
本发明涉及一种钟表调速器机构（horological regulator mechanism），其包括设置为布置在夹板上的具有大于1,000的品质因数的谐振器机构和设置为经受来自机芯中包括的驱动装置的力矩的擒纵机构，所述谐振器机构包括设置为相对于所述夹板振荡的惯性元件，所述惯性元件经受设置为直接或间接附接到所述夹板上的弹性复位装置（elasticreturn means）的作用，且所述惯性元件设置为与所述擒纵机构中包括的擒纵轮组间接协作，所述调速器机构包括至少一对组件，其包括第一组件和第二组件，它们分别包括设置为互相协作并互相接触的第一摩擦表面和第二摩擦表面。
本发明进一步涉及包括这样的调速器机构的钟表机芯。
本发明进一步涉及包括这样的机芯和/或这样的调速器机构的表。
本发明进一步涉及制造这样的擒纵机构的方法。
本发明涉及包括恒速运动的组件的钟表机构领域，更特别涉及擒纵机构领域。
背景技术
钟表制造商不断努力地在确保钟表机芯以精确方式运转的同时通过降低保养操作的频率改进机芯的可靠性。
运动（moving）组件和轮组的润滑是不容易解决的问题。需要长时间的摩擦学测试以开发简化润滑或甚至消除对润滑的需要的解决方案。
更特别地，通过尝试限定具有低和稳定的摩擦系数以及随时间经过的低磨损和优异耐磨性（resistance）的互相摩擦的材料对，探寻擒纵机构的无润滑运行。
许多现有机械表带有游丝摆轮谐振器（sprung balance resonator），其构成机芯的时基，并与擒纵机构，通常是瑞士杠杆式擒纵机构相关联。这种擒纵机构执行两个主要功能：
- 其维持谐振器中包括的至少一个惯性体（inertial mass），通常是摆轮的往复运动；
- 和其对这些往复运动进行计数。
除这两个主要功能外，擒纵结构必须稳固，能够经得住冲击并且不卡住机芯（翻摆（overbanking））。瑞士杠杆式擒纵机构具有低能量效率（大约30%）。这种低效率归因于擒纵机构运动急动、存在落点（drops）或间隙（backlashes）以补偿机械加工误差的事实，也归因于多个组件经由互相摩擦的斜面互相传递它们的运动的事实。
需要至少一个惯性元件、导向装置和弹性复位装置以构成机械谐振器。照惯例，螺旋游丝（spiral spring）充当由摆轮构成的惯性元件的弹性复位元件。
当引导惯性体以使其通过在光滑红宝石轴承内旋转的轴榫旋转时，这造成摩擦并因此导致能量损失和运转干扰，其取决于表在空间中相对于引力场的位置并力图将其消除。
新一代的机械谐振器包括与惯性元件相连的至少两个可弯曲元件，它们执行这两个轴榫引导和弹性复位装置功能。这些新型谐振器与具有摆轮和摆轮游丝的那些常规机械谐振器（其品质因数通常为大约280）相比能够实现更高振荡频率（大约10 Hz或甚至50 Hz或更大）和高得多的品质因数（通常超过1,000，特别是大约2,000）。在每次交替时供应到谐振器的能量因此低得多，例如为1/20。
经擒纵机构传递的能量因此相对低得多。这要求擒纵组件被设置为具有降低的惯性。这一特征一方面通过使用低密度材料，例如硅或类似材料实现，另一方面通过降低擒纵组件的尺寸实现。可将硅（或硅的氧化物之一，或甚至在钟表领域中现在常见的任何其它可微加工的材料）有利地用产生自电子学的技术之一，如“深反应离子刻蚀”（DRIE）机械加工，其获得适应这样的擒纵机构的运行约束的精度水平。硅在空气中自然发生氧化，也可在制造过程中氧化以例如提高组件的韧度或改变其热弹性系数。二氧化硅SiO2的受控生长特别能对薄带预加应力，并制造双稳态或多稳态组件。
氧化硅（二氧化硅）以其吸水倾向著称。这种吸湿性质也用于为某些环境（conditionings）干燥空气以防止在其中运输的物品被湿气改变（例如以硅胶包的形式）。
在传递极低能量的机构的情况下，正如这些新型谐振器的情况，会出现粘着现象。如果擒纵组件的尺寸小，这些表面现象可变得重要。更具体地，随着部件的尺寸变小，这些表面效应（摩擦和粘着）逐渐变得大于体积效应（惯性、质量（mass））。这最终导致潜在有害的粘结。进行的测试更具体地显示随相对湿度提高的显著效率损失。粘着力取决于不同表面张力和液体的体积，而不取决于一个组件对另一组件施加的力。当擒纵力矩低且湿度高时，这些粘结的影响可导致机芯停止，这可造成动力储备损失。在不存在关于接触表面的任何特定防范措施的情况下，可以看出，当表在湿度大于80%的气氛中运转时，出现涉及振荡器的振幅突降或甚至停摆的现象，当擒纵能量低时更是如此；在大约50%的较低湿度下已经出现这些现象。应该指出，在大约20%的低湿度下，基本没有观察到振幅损失或停摆。
更具体地，在这样的新型谐振器与擒纵机构之间交换的能量看起来非常低，并且仅略大于释放接触表面和破坏润滑剂弯月面所需的能量。例如，在谐振器机构和擒纵机构之间交换的能量为破坏接触的能量的大约3至10倍。这种情况当然使得在意外停摆后，例如在撞击后的自起动困难。
克服这一问题的一种替代方案包括在由可微加工的材料（特别是硅和/或氧化硅）制成的组件的表面上沉积疏水涂层。但是，由于擒纵机构的运行限制，这一涂层必须耐磨以保证长期运行。可表面接枝的自组装的单层或成膜润滑剂可能不够耐磨，并在磨损后暴露出可微加工的材料，特别是硅和氧化硅的表面，以致该机构又对湿度敏感。
防油涂层（epilame）的沉积具有随时间经过老化的缺点，这就是为何重要的是为受到摩擦的组件，如冲击销、镖状物（darts）、带角的擒纵叉头、擒纵叉（pallets）、擒纵轮齿、定位销和类似组件的接触表面寻找经受尽可能少的磨损的材料。
MM. Deng和Ko的文献XP002734688, "A study of static friction betweensilicon and silicon compounds"描述了为了随时间经过的低磨损和改进的摩擦学，在精密微机械学中使用氮化硅-硅对。
MM, Stoffel, Kovacs, Kronast, Müller的文献XP002734924, "LPCVD againstPECVD for micromechanical applications"描述了使用通过PECVD或LPCVD获得的非化学计量氮化硅以保证摩擦学性质。
DAMASKO提交的国际专利文献WO2009/049591描述了一种制造机芯的机械功能元件，特别是振荡发条（oscillating clockwork）的功能元件的方法，其材料或原材料选自大范围的化合物，包括氮化硅。
DAMASKO提交的美国专利文献US2002/114225A1描述了一种发条，其中摆轴的轴承轴颈以及擒纵叉轴的轴承轴颈具有比已知发条中大的直径，因为这些轴承轴颈的DLC涂层和相应的轴承表面提供极低摩擦，这使得能够增加轴承轴颈直径而不降低功能和精确度。轴承轴颈直径的增大带来改进的抗冲击性，还使得在常规发条中为了抗冲击性提供的元件变得部分或完全不必要。
ETA Manufacture Horlogère Suisse提交的欧洲专利文献EP3327515A1描述了一种钟表调速件，其包括具有杠杆的自由式擒纵机构和具有品质因数Q的谐振器，所述谐振器包括具有与杠杆的擒纵叉头协作的销（pin）并经受附接到夹板上的两个柔性条带（blades）的弹性复位的惯性元件，两个柔性条带一起界定围绕主轴的虚拟轴榫，杠杆围绕副轴旋转，并且当销与擒纵叉头接触时谐振器升角(β)小于10°，且惯性元件相对于主轴的惯性I B和杠杆相对于副轴的惯性I A之间的比率I B/I A大于2Q.α2/(0.1.π.β2)，α是与擒纵叉头的最大角行程对应的杠杆升角。
AUDEMARS PIGUET提交的欧洲专利文献EP3182213A1描述了一种用于调节钟表机芯中的平均速度的机构，其包括擒纵轮和机械振荡器，其中在振荡平面中为弹性可弯曲的许多条带以使摆轮在振荡平面中以一定角度振荡的方式支撑和复位摆轮。擒纵叉-杠杆（pallet-lever）包括两个刚性擒纵叉，它们刚性连接到摆轮上并设置为在摆轮以一定角度振荡时与擒纵轮的齿交替协作。
发明内容
本发明打算解决在用于表的钟表机芯中间歇性接触的组件的粘结问题，所述钟表机芯包括与擒纵机构关联的具有可弯曲支承件和虚拟轴榫的新型谐振器，其品质因数超过1,000。
本发明更特别涉及碳化硅或基本包含碳化硅的工程材料作为擒纵机构中的高性能摩擦学材料的用途。
为此，本发明涉及一种用于表的钟表机芯，其包括品质因数超过1,000的具有可弯曲支承件和虚拟轴榫的新型谐振器，和擒纵机构，其具有改进的摩擦学。
本发明进一步涉及一种制造这样的擒纵机构的方法，其特征在于由第一摩擦表面和第二相对摩擦表面构成的每一对如下制造：通过烧结或通过固体加工，制造具有基底的由碳化硅制成的组件以构成所述第一摩擦表面和/或第二摩擦表面。
附图说明
在阅读参照附图给出的下列详述时更好地理解本发明的其它特征和优点，其中：
图1图示显示在根据本发明设置的接触表面处的特别包括与擒纵轮协作并接触的擒纵叉的常规擒纵机构的平面视图；
图2图示显示相对的接触表面之间的协作；
图3图示显示根据本发明的钟表调速器机构的平面视图，其包括具有超过1,000的高品质因数的具有可弯曲支承件和虚拟轴榫的谐振器机构，所述谐振器机构包括带有冲击销的振荡惯性体，所述冲击销设置为与擒纵叉-杠杆的擒纵叉头协作，所述擒纵叉-杠杆又设置为与擒纵轮的齿协作；
图4显示图3的详细视图；
图5显示包括机芯的表的方框图，所述机芯包括根据本发明的这样的钟表调速器机构。
具体实施方式
本发明涉及碳化硅作为允许钟表调速器机构以最小润滑运转的材料的用途，所述钟表调速器机构包括与擒纵机构关联的具有超过1,000的高品质因数的具有可弯曲支承件和虚拟轴榫的谐振器机构。
无润滑运行是一种特例。但是，下文描述的特征也适用于有润滑的调速器机构，其优点是能够实现比干式运转的调速器大的振幅，在某些情况下特别具有10%至20%的振幅增益。调速器机构300因此优选包含表面张力小于50 mN/m，更特别小于40 mN/m，再更特别小于或等于36 mN/m的润滑剂；所用钟表润滑剂的表面张力因此明显低于水，水的表面张力等于72 mN/m，即在其大约1/2至2/3之间。更特别就干式运转描述本发明，但本领域技术人员容易外推到有润滑的机构。
为了语言方便，“碳化硅”下面以材料的广义使用：
- 所述材料由化学计量碳化硅SiC形成，其在最一般的情况下可为固体，或为薄层；
- 或所述材料由所谓的非化学计量化合物（composition）SixCyHz形成，其中x等于1，y在0.8至5.0的范围内，且z在0.00至0.70的范围内，更特别在0.04至0.70的范围，其优选以薄层施加，但也可形成固体组件。
“固体”在本文中用于表示其最小尺寸大于0.10 mm的组件，而“薄层”的最小尺寸小于10微米，优选小于1微米。无需说，许多钟表组件包含最小尺寸小于0.10 mm的区域，如擒纵轮的臂或齿，或类似组件；在具有高品质因数的谐振器的情况中使用的钟表组件通常产生自厚度大于0.10 mm的晶片，或多个更薄晶片的组装件（晶片结合）以制造厚度大于0.10 mm的所得晶片。
更具体地，测试已经确定，碳化硅对硅或氧化硅的摩擦在钟表机构中，更具体在擒纵机构的情况下表现出特别合意的性质。
这样的摩擦对在宽的力-速度范围（1 mN - 200 mN和1 cm/s - 10 cm/s）内具有小于0.17的低摩擦系数。
文献证实，对于硬弹性材料，由于剪切应力随压力而提高，摩擦系数通常根据μ=S/P+α类型的规则变化，其中：S是剪切应力极限，P是赫兹压力且α是定值参数。
参数S决定了该对对压力的依赖性，因此特别可用于在干摩擦的情况下在擒纵机构中（其中接触压力和力变化极大）以及在擒纵机构与谐振器的界面处进行考虑。
与其它摩擦对相比，碳化硅/Si或碳化硅/SiO2对表现出摩擦系数对法向施加力的低依赖性。这导致极低的参数S。这一行为在擒纵机构中特别有用，因为法向力在接触和冲击过程中变化极大，通常从0到200 mN。当失去和作出接触时，碳化硅保持小于0.2的低摩擦系数，这是通常被视为擒纵机构的临界工作阈值的值。
在分离过程中（例如，一方面擒纵轮的齿和另一方面杠杆的擒纵叉瓦的分离），粘着力介入。在干式运转的情况下，静电力、范德华力、氢等具有影响。在与液体（或流体）介质接触的情况下，表面张力对抗分离并因此消耗能量。绝对地说，它们不能被视为摩擦力。在具有游丝摆轮的常规调速器机构的情况下，它们倾向于同化为摩擦力，因为粘着力比摩擦力低得多，并在与其比较时几乎可忽略不计。在具有高品质因数的调速器的情况下，它们具有相同量级，在一些情况下甚至占优势。用于减轻摩擦或粘着的潜在机制和策略不同，并且在某些配置中甚至可具有相反作用。
此外，碳化硅非常耐磨损，这保证随时间经过的良好强度。
与由硅或氧化硅制成的接触组件的对比测试表明表面碳化硅的使用消除了振荡器的停摆。
本发明因此涉及一种钟表调速器机构300，其包括设置为布置在夹板1上的具有大于1,000的品质因数Q的具有虚拟轴榫和可弯曲支承件的谐振器机构100，和设置为经受来自机芯500中包括的驱动装置400的力矩的擒纵机构200，其特别用于装配表1000。
例如，图3和4中所示的调速器机构300具有大约0.7微瓦的擒纵功率（escapementpower），这为常规调速器的大约1/20。
谐振器机构100包括至少一个惯性元件2，其设置为相对于夹板1振荡。这种惯性元件2经受设置为直接或间接附接到夹板1上的弹性复位装置3的作用。此外，这种惯性元件2设置为与擒纵机构200中包括的擒纵轮组4间接协作。
附图以非限制性方式显示与惯性体2一体化并设置为与擒纵叉-杠杆7协作的冲击销6，擒纵叉-杠杆7又设置为与这样的擒纵轮组4（在这种情况下由擒纵轮形成）协作。
这种谐振器机构100在这种情况下是具有围绕主轴DP旋转的虚拟轴榫、具有包括至少两个柔性条带5的可弯曲支承件，并包括与惯性元件2一体化的这样的冲击销6的谐振器。
擒纵机构200包括擒纵叉-杠杆7，其围绕副轴DS旋转并包括设置为与冲击销6协作的杠杆擒纵叉头8。这种擒纵机构200是自由式擒纵机构，在其运转周期的过程中，谐振器机构100具有至少一个自由阶段，在此阶段中冲击销6与杠杆擒纵叉头8相距一定距离。
这种调速器机构300是根据上述观察结果具有改进的摩擦学的机构，并设置为使经受可变和/或不连续接触的组件表面之间的粘结现象最小化。
更特别地，这种谐振器100具有大于1,000，更特别大于1,800，再更特别大于2,500的品质因数。
虚拟轴榫谐振器，特别是具有柔性条带的那些的技术尚未实现惯性体的高振荡振幅。在本发明的情况下，谐振器100的振荡振幅小于180°，更特别小于90°，再更特别小于40°。
谐振器100的振荡频率大于8 Hz，更特别大于或等于10 Hz，再更特别大于或等于15 Hz。
以本发明专有的方式，这种调速器机构300在谐振器机构100和/或擒纵机构200处和/或在谐振器机构100和擒纵机构200之间包括至少一对组件，其包括第一组件22和第二组件32，它们分别包括设置为互相协作并互相接触的第一摩擦表面20和第二摩擦表面30。
例如并且以非限制性方式，这种第一组件22和这种第二组件32选自：冲击销6、擒纵叉-杠杆7、杠杆镖状物（lever dart）、带有角26的杠杆擒纵叉头8、擒纵叉72、81、82、擒纵轮齿4、附接到夹板上的定位销36和类似组件。
在一个具体实施方案中，调速器机构的所有经受可变和/或不连续接触的组件对包括根据本发明的特征的相对表面，其中至少一个组件22或32包含碳化硅或其等效物，即包含至少90重量%碳化硅SiC和至少一种选自下面提供的列表的其它材料的材料。
本发明更特别涉及在每次冲击过程中传递的能量小于200 nJ的谐振器机构的情况。
更特别地，本发明更特别涉及在每次冲击过程中传递的能量小于200 nJ且品质因数大于1,000的谐振器机构的情况。
第一摩擦表面20是包含碳化硅的组件的表面，所述碳化硅是化学计量碳化硅SiC或非化学计量碳化硅SixCyHz，其中x等于1，y在0.8至5.0的范围内，且z在0.00至0.70的范围内，或甚至所谓的等效材料，即包含至少90重量%碳化硅SiC和至少一种选自下列列表的其它材料，其比例按重量显示：α-SiC 6H、β-SiC 3C、SiC 4H、氟化SiC、碳氮化硅SiCN、400至2,000 ppm的铝、小于3,000 ppm的铁、硼和/或碳化硼B4C和/或多苯基硼（polyphenylicboron）和/或癸硼烷B10H14和/或碳硼烷B10H12C2，这些材料总共含有0.04%至0.14%的硼，小于8,000 ppm的碳、碳化钒、碳化锆、α氧氮化硅、钇掺杂的α-SiAlON、石墨烯、小于500 ppm的其它杂质。
但是，杂质通常对接触问题有害，并应该优选限制为最低的可能值，尤其是关于可与水分反应以形成破坏性氧化物的铁，应该将其限制为小于400 ppm。其它杂质必须限制为优选小于100 ppm。硼只有在通过与另一元素成键以变稳定时才有利，因此优选避免单独的硼。
第二摩擦表面30是包含至少一种确保与碳化硅良好协作的材料的组件的表面，所述材料是例如：
- Al2O3或CBN或TiO2或玻璃或石英或金刚石或DLC；
或根据本发明：
- 或基于硅的材料，其选自硅Si、脱氧硅（deoxidised silicon）、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、化学计量氮化硅Si3N4、在所谓的非化学计量组成SixNyHz下的氮化硅，其中x等于1且y在0.8至5.0的范围内且z在0.00至0.70的范围内，氧氮化物SixOyNz；
- 或第二摩擦表面30是包含至少一种基于硅的材料的组件的表面，所述基于硅的材料，如同第一摩擦表面20，选自碳化硅，其是化学计量碳化硅SiC或非化学计量碳化硅SixCyHz，其中x等于1，y在0.8至5.0的范围内，且z在0.00至0.70的范围内，或甚至包含至少90重量%碳化硅SiC和至少一种选自下列列表的其它材料的材料，所述其它材料的比例按重量显示：α-SiC 6H、β-SiC 3C、SiC 4H、氟化SiC、碳氮化硅SiCN、400至2,000 ppm的铝、小于3,000 ppm的铁、硼和/或碳化硼B4C和/或多苯基硼和/或癸硼烷B10H14和/或碳硼烷B10H12C2，这些材料总共含有0.04%至0.14%的硼，小于8,000 ppm的碳、碳化钒、碳化锆、α氧氮化硅、钇掺杂的α-SiAlON、石墨烯、小于500 ppm的其它杂质。
“非晶硅a-Si”在本文中被理解为是指通过PECVD以50 nm至10微米的薄层沉积的非晶结构的硅；其也可氢化或N-型或P-型掺杂。
“多晶硅p-Si”在本文中被理解为是指通过LPCVD沉积的由微晶硅的晶粒形成的硅，晶粒大小为10至2,000 nm；其也可N-型或P-型掺杂。弹性模量E接近160 GPa。
“多孔硅”在本文中被理解为是指根据基于阳极化的复杂制造方法（HF电解质和电流）制成的具有2 nm至10微米的孔径的材料。
更特别地，这些第一或第二摩擦表面20、30的至少一个由固体碳化硅（优选但不限于为化学计量公式SiC）制成的固体元件的表面形成，或由化学计量公式SiC或根据非化学计量组成SixCyHz（其中x等于1，y在0.8至5.0的范围内，且z在0.00至0.70的范围内）的碳化硅薄层21、31的表面形成。更特别地，z在0.04至0.70的范围内。
正如其第一摩擦表面包含碳化硅的第一组件22的方式，第二摩擦表面30可以是固体组件的表面，或薄层的表面。
本发明的一个特别有利和相关的应用是与由Si + SiO2制成的轮接触的由SiC制成的擒纵叉瓦的协作。
另一有利的应用涉及所谓的“固体碳化硅”应用，具有由SiC，例如切割（cut）或激光切割（laser cut）或类似物制成的轮，其对着由Si + SiO2制成的一体式擒纵叉-杠杆或对着带有由Si + SiO2制成的擒纵叉瓦的常规擒纵叉-杠杆摩擦。
钟表业中可用的组合特别是：
- 由任何形式的SiO2、固体石英SiO2、Si + SiO2制成的轮，其与由任何形式的碳化硅，以薄层形式、或固体碳化硅制成的擒纵叉协作；
- 由任何形式的碳化物、Si + 碳化硅、固体碳化硅制成的轮，其与由任何形式的SiO2、Si + SiO2，特别是固体SiO2制成的擒纵叉协作；
- 擒纵叉可与擒纵叉-杠杆一体制造。
一种有利的应用涉及由氧化Si制成的轮和由固体SiC制成的擒纵叉，或被碳化硅涂布的由氧化Si制成的擒纵叉。
在本发明的一个有利的实施方案中，摩擦表面20、30——其是包含碳化硅的组件的表面——是包含碳化硅SiC或甚至由碳化硅SiC制成的组件的表面。
特别地，第一摩擦表面20和第二摩擦表面30是各自包含碳化硅或如上文规定的其等效物的组件22和32的表面。再更特别地，第一摩擦表面20和第二摩擦表面30是各自包含碳化硅SiC或甚至由碳化硅SiC制成的组件的表面。
在一个具体的替代实施方案中，摩擦表面20、30——其是包含碳化硅的组件的表面——是具有小于2微米的厚度的碳化硅层的表面。更特别地，摩擦表面20、30各自是具有小于2微米的厚度的碳化硅层的表面。
粘着现象涉及该材料的表面，并且仅以原子层为极限；但是，不可避免的磨损现象使得必须存在牺牲层，因此有利地，摩擦表面20、30——其是包含碳化硅的组件的表面——是具有大于0.5微米的厚度的碳化硅层的表面。更特别地，摩擦表面20、30各自是具有大于0.5微米的厚度的碳化硅层的表面。
优选地，这样的碳化硅层的厚度在50至2,000 nm的范围内。更具体地，这种所谓薄碳化硅层的厚度在50纳米至500纳米的范围内。
在本发明的一个具体的替代实施方案中，摩擦表面20、30——其是包含碳化硅的组件的表面——是碳化硅层的表面，所述层覆盖由石英或由硅或由氧化硅或由硅和氧化硅的混合物形成的基底。更特别地，摩擦表面20、30各自是碳化硅层的表面，所述层覆盖由石英或由硅或由氧化硅或由硅和氧化硅的混合物形成的基底。
在一个具体的替代实施方案中，与作为包含碳化硅的组件的表面的摩擦表面20、30相对的摩擦表面30、20是包含至少一种选自硅Si、二氧化硅SiO2、非晶硅a-Si、多晶硅p-Si、多孔硅的基于硅的材料的组件的表面，并且是完全由选自所述组的一种或多种基于硅的材料形成的层的表面。更特别地，摩擦表面20、30各自是包含至少一种选自硅Si、二氧化硅SiO2、非晶硅a-Si、多晶硅p-Si、多孔硅的基于硅的材料的组件的表面，并且是完全由选自所述组的一种或多种基于硅的材料形成的层的表面。
SiC/Si对提供特别有利的结果在于，摩擦力矩基本恒定，完全不需要任何润滑。但是，仍有摩擦损失，并且流体油润滑的选择可减少这些摩擦损失，由此可通过相对较低的表面张力对抗油的存在固有的粘结现象。
有利地，摩擦表面20、30——其是包含碳化硅的组件的表面——至少在至少一个接触表面处具有大于或等于5纳米Ra，更特别大于或等于9纳米Ra，再更特别大于或等于25纳米Ra的粗糙度。更特别地，这一摩擦表面20、30在各接触表面处具有大于或等于5纳米Ra的粗糙度。再更特别地，这些摩擦表面20、30各自在各接触表面处具有大于或等于5纳米Ra的粗糙度。
在一个具体的替代实施方案中，两个摩擦表面20、30之一光滑以防止摩擦太高（例如粗糙表面的互穿（interpenetration））。粗糙表面必须与光滑表面发生相对位移以防止磨损。对应物的表面粗糙度必须优选低以限制磨损，并且粗糙度有利地小于接触表面的粗糙度，更特别地但非限制性地，小于5纳米Ra。
在另一个具体的替代实施方案中，为了实现改善的润滑，表面之一是包含例如以并排的角锥体或类似物的形式凸起的第一框架凸起区域（framed raised area）的组件的表面，且相对表面是包含第二框架凸起区域的组件的表面，第二框架凸起区域可类似于第一框架凸起区域，但相差的是其框架方向相对于第一框架凸起区域的框架方向的相对倾斜，以防止互锁在彼此内。
本发明进一步涉及一种制造这样的擒纵机构200的方法。
根据这种方法：
- 在第一替代方案中，如下将碳化硅层施加到基底上以形成第一或第二摩擦表面20、30之一：
- 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；
- 或在第二替代方案中，在碳化硅的固体块体形式的组件上进行深蚀刻。
这些替代实施方案不是穷举的，它们是最成本有效的。也可在牺牲硅掩模中进行SiC生长，但这一操作困难且昂贵。也可将硅晶片碳化（或如果对于相对表面之一期望获得Si3N4，也可氮化），但难以控制晶格变形，这会导致位错或显著的尺寸改变。
更具体地，通过烧结或通过固体加工，制造具有基底的碳化硅组件以形成第一或第二摩擦表面20、30之一的基体。
特别地，为了沉积包含碳化硅或由碳化硅形成的层，可以使用专门研究"MEMS"的本领域技术人员已知的一种或多种技术：LPCVD（低压化学气相沉积）、PECVD（等离子体增强化学气相沉积）、CVD（在大气压下的化学气相沉积）、ALD（原子层沉积）、阴极溅射、离子注入和类似方法。
优选地，选择在0.8至1.2的范围内的Si/C比。更具体地，Si/C值为1是化学计量的。
优选地，在SixCyHz的情况下，选择在2%至30% H的范围内的氢浓度。
优选地，以非限制性方式，选择普通Si基底。
关于子层（sub-layer），以非限制性方式，可以选择SiO2，厚度通常在50至2,000nm的范围内，或可以选择多晶Si（poly-Si）、SiC或类似材料。
与碳化硅沉积有关的技术限制是MEMS领域的技术人员已知的。
因此，碳化硅层的厚度优选在50至2,000 nm的范围内。
关于碳化硅的压缩状态，专门研究"MEMS"的本领域技术人员已知的是，Si浓度的提高降低碳化硅中的张力并使其可压缩。已知的是，具有压缩应力的材料通常导致摩擦磨损降低。这对应于富Si的碳化硅。但是，应该防止太多的表面硅氧化成氧化硅，因为这重新造成我们期望阻止的粘着现象。
为了正确实施本发明，重要的是，碳化硅层适当地粘着至基底，并且所述材料的弹性模量不能相距太远。下方材料的性质不太重要。如果碳化硅层超过接近200 nm的厚度，为了防止磨损导致太快出现硅（其迅速氧化成对粘着有害的氧化硅），通过这种碳化硅层的最外围的纳米（the very first peripheral nanometres）测定摩擦。
可通过与本领域技术人员已知的用于制造多晶红宝石擒纵叉瓦的技术相同的技术制造由一体式SiC制成的擒纵叉。
此外，有利地可以考虑固体碳化硅对Si或SiO2的摩擦，例如碳化硅擒纵叉对由SiO2制成的轮。
本发明在擒纵机构无润滑的情况下具有许多优点：
- 摩擦系数对摩擦速度的依赖性低。这在擒纵机构的情况下特别有用，因为速度通常在0至3 cm/s之间变化。
- 根据速度和压力的稳定的摩擦系数降低了出现粘滑运动（stick-slip）的风险，粘滑运动通常导致摩擦材料的加速降解。
- 没有形成不利于摩擦的第三体的风险。
- 碳化硅的低化学反应性，特别是在其化学计量形式SiC下，这使其对清洁、降解或与周围环境的相互作用相对不敏感。
- 低磨损。
应该指出，本发明提出的解决方案致力于减少粘着现象（分离/法向位移和切向位移），其不同于摩擦现象（仅切向位移）。
碳化硅也具有在实施上简单的优点，特别是通过PECVD适形涂布，特别是在硅或氧化硅上。这种沉积方法在硅工业中众所周知并广泛使用。
本发明允许以各种形式使用碳化硅：通过PECVD、CVD、阴极溅射沉积、固体、烧结和其它形式。
本发明的相关应用包括碳化硅对非限制性的配对物，例如：Si、SiO2、非晶硅a-Si、多晶硅p-Si和多孔硅的摩擦。
本发明解决了迄今阻碍品质因数大于1,000的用于表的调速器机构的发展和工业化的粘结问题，并且要理解的是，也可对其它钟表问题作出改进。例如，常规机构中的销与擒纵叉-杠杆的擒纵叉头之间的接触也会遭受粘结。更通常，这一解决方案可适用于起作用的能量水平低的所有情况。
Claims (13)
1.钟表调速器机构(300)，其包括设置为布置在夹板(1)上的具有大于1,000的品质因数Q的谐振器机构(100)和擒纵机构(200)，所述谐振器机构(100) 具有围绕主轴(DP)的虚拟轴榫和可弯曲支承件，所述擒纵机构(200)设置为经受来自机芯(500)中包括的驱动装置(400)的力矩，所述谐振器机构(100)包括设置为相对于所述夹板(1)振荡的惯性元件(2)，所述惯性元件(2)经受设置为直接或间接附接到所述夹板(1)上的弹性复位装置(3)的作用，且所述惯性元件(2)设置为与所述擒纵机构(200)中包括的擒纵轮组(4)间接协作，所述擒纵机构(200)是自由式的，并且在其运转周期的过程中谐振器机构(100)具有至少一个自由阶段，在此阶段中其不与所述擒纵机构(200)接触，所述钟表调速器机构(300)包括至少一对组件，其包括第一组件(22)和第二组件(32)，它们分别包括设置为互相协作并互相接触的第一摩擦表面(20)和第二摩擦表面(30)，其特征在于所述第一组件(22)在其所述第一摩擦表面(20)处由碳化硅制成，所述碳化硅是化学计量碳化硅SiC或非化学计量碳化硅SixCyHz，其中x等于1，y在0.8至5.0的范围内，且z在0.00至0.70的范围内，或由包含至少90重量%碳化硅和至少一种选自下列列表的其它材料的材料制成，所述其它材料的比例按重量表示：
碳氮化硅SiCN、
400至2,000 ppm的铝，
小于3,000 ppm的铁，
硼、碳化硼B4C、多苯基硼、癸硼烷B10H14、碳硼烷B10H12C2，这些含硼材料总共含有0.04%至0.14%的硼，
小于8,000 ppm的碳，
碳化钒、
碳化锆、
α氧氮化硅、
钇掺杂的α-SiAlON、石墨烯、
小于500 ppm的其它杂质，
且其特征进一步在于所述第二组件(32)在其所述第二摩擦表面(30)处由基于硅的材料制成，所述基于硅的材料选自硅Si、二氧化硅SiO2、硅和氧化硅的混合物、化学计量氮化硅Si3N4、在所谓的非化学计量组成SixNyHz下的氮化硅，其中x等于1且y在0.8至5.0的范围内且z在0.00至0.70的范围内，氧氮化物SixOyNz；
- 或所述第二组件(32)在其所述第二摩擦表面(30)处由碳化硅制成，所述碳化硅是化学计量碳化硅SiC或非化学计量碳化硅SixCyHz，其中x等于1，y在0.8至5.0的范围内，且z在0.00至0.70的范围内，或由包含至少90重量%碳化硅和至少一种选自下列列表的其它材料的材料制成，所述其它材料的比例按重量表示：
碳氮化硅SiCN、
400至2,000 ppm的铝，
小于3,000 ppm的铁，
硼、碳化硼B4C、多苯基硼、癸硼烷B10H14、碳硼烷B10H12C2，这些含硼材料总共含有0.04%至0.14%的硼，
小于8,000 ppm的碳，
碳化钒、
碳化锆、
α氧氮化硅、
钇掺杂的α-SiAlON、
石墨烯、
小于500 ppm的其它杂质。
2.根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)，其特征在于当所述第二组件(32)包含硅Si时，Si为小于400重量ppm。
3.根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)，其特征在于当所述第二组件(32)包含二氧化硅SiO2时，SiO2为小于8000重量ppm。
4.根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)，其特征在于所述第一组件(22)和所述第二组件(32)各自由碳化硅制成，所述碳化硅是化学计量碳化硅SiC或非化学计量碳化硅SixCyHz，其中x等于1，y在0.8至5.0的范围内，且z在0.00至0.70的范围内，或由包含至少90重量%碳化硅和至少一种选自下列列表的其它材料的材料制成，所述其它材料的比例按重量表示：
碳氮化硅SiCN、
400至2,000 ppm的铝，
小于3,000 ppm的铁，
硼、碳化硼B4C、多苯基硼、癸硼烷B10H14、碳硼烷B10H12C2，这些含硼材料总共含有0.04%至0.14%的硼，
小于8,000 ppm的碳，
碳化钒、
碳化锆、
α氧氮化硅、
钇掺杂的α-SiAlON、
石墨烯、
小于500 ppm的其它杂质。
5.根据权利要求4所述的钟表调速器机构(300)，其特征在于所述第一组件(22)和所述第二组件(32)各自包含碳化硅。
6.根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)，其特征在于所述第二摩擦表面(30)由固体碳化硅制成的固体元件的表面形成。
7.根据权利要求6所述的钟表调速器机构(300)，其特征在于所述第二摩擦表面(30)由化学计量公式SiC的固体碳化硅制成的固体元件的表面形成。
8.根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)，其特征在于所述钟表调速器机构(300)不含润滑剂。
9.根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)，其特征在于所述基于硅的材料选自脱氧硅、非晶硅a Si、多晶硅和多孔硅。
10.钟表机芯(500)，其包括至少一个根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)。
11.表(1000)，其包括至少一个根据权利要求10所述的钟表机芯(500)和/或至少一个根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)。
12.制造根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)的方法，其特征在于制造由包含碳化硅的第一摩擦表面(20)和相对的第二摩擦表面(30)形成的各对，并且其特征在于通过烧结制造具有基底的由碳化硅制成的组件以形成所述第一摩擦表面(20)和/或所述第二摩擦表面(30)。
13.制造根据权利要求1所述的钟表调速器机构(300)的方法，其特征在于制造由包含碳化硅的第一摩擦表面(20)和相对的第二摩擦表面(30)形成的各对，并且其特征在于通过以厚度大于0.10 mm的固体组件的形式进行加工，制造具有基底的由碳化硅制成的组件以形成所述第一摩擦表面(20)和/或所述第二摩擦表面(30)。
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