CN112936511B - 特别是用于钟表机芯的宝石以及制造其的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造特别是用于钟表的多晶类型的宝石的方法，该宝石(40)包括例如Al2O3Cr类型的多晶红宝石或ZrO2类型的氧化锆，该方法包括生产前体(21)的第一步骤，其特征在于，该方法包括第二步骤：对该前体(21)进行压制以形成主体，该压制利用设置有上模具(22)和下模具(16)的压制装置(20)进行，该上模具和该下模具限定出该前体(21)被置于其中的压制空间(25)，该装置设置有线状件(17)，该线状件穿过下模具(16)的至少一部分，以通入压制空间(25)中，该下模具(16)能沿所述线状件(17)滑动，通过使下模具(16)和上模具(22)彼此靠近以形成包括带孔的底面的主体来进行所述压制(8)。本发明还涉及宝石、钟表和压制装置。

Description

特别是用于钟表机芯的宝石以及制造其的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造特别是用于钟表机芯的宝石的方法。
本发明还涉及一种特别是钟表机芯的宝石，例如工业宝石或技术陶瓷。
本发明还涉及一种包括这样的宝石的钟表机芯。
本发明还涉及一种用于实施该方法的冲压装置。
背景技术
在钟表领域的现有技术中，红宝石，ZrO2或蓝宝石类型的宝石特别用于在钟表中形成已知为轴承的引导元件或托钻。这些托钻和引导元件旨在与枢轴接触，以使其能够以最小的摩擦以旋转的方式运动。因此，它们形成例如被安装成能转动的轴杆的轴承的全部或部分。引导元件通常包括通孔，使得枢轴的轴杆可插入其中。
图1示出了根据现有技术的用于旋转轮副的枢轴2的轴承1。轴承1包括轴承座3，引导元件4布置在该轴承座中，在这种情况下，该引导元件是宝石。宝石包括用于容纳枢轴2的端部6的通孔5。因此，枢轴2可在孔5内旋转。
原则上，在钟表机芯中使用合成工业宝石。特别地，Verneuil方法已知用于制造单晶型宝石。还存在多晶宝石，其通过压制前体以通过压制工具获得未来宝石的生坯而制造。然后将宝石烧结，并进行机加工以获得具有所需尺寸的成品形状。特别地，关于由多晶宝石制成的引导元件，压制工具例如设置有有助于产生孔坯的线状件。
然而，这些用于加工这些多晶宝石的技术不能获得小尺寸的孔。特别地，可以使用迄今为止已知的常规技术实现小至0.11mm的直径。但该值无法进一步减小。为了进一步减小该值，必须使用激光技术，这些激光技术难以在工业规模上实施，并且不能直接为孔提供高品质的表面光洁度。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种用于大规模制造宝石的方法来克服上述缺陷中的全部或部分，从而允许制造具有非常小的直径的孔。
为此，本发明涉及一种用于制造特别是用于钟表的多晶类型的宝石的方法，该宝石包括例如Al2O3Cr型的多晶红宝石(poly-ruby)或ZrO2型的氧化锆陶瓷，该方法包括生产前体的第一步骤。
该方法的特征在于其包括第二步骤：对该前体进行压制以形成主体；该压制利用设置有上模具和下模具的压制装置进行，该上模具和下模具限定出前体被置于其中的压制空间，该装置设置有线状件，该线状件穿过下模具的至少一部分，以通入压制空间中，该下模具能沿线状件滑动/在线状件周围滑动/围绕线状件滑动，通过使下模具和上模具彼此靠近以形成包括带孔的底面的主体来进行所述压制。
因此，该方法允许形成生坯，该生坯在烧结和机械加工之后形成具有孔的宝石，该孔的直径非常小、特别是其直径小于或等于0.1mm。此外，该方法通过易于使用的压制装置来实现，所使用的压制装置是用于制造生坯的装置的增强版。因此，本发明允许在不使用昂贵且实施复杂的系统的情况下大规模地工业制造这些宝石。
根据本发明的一个具体实施例，通过使下模具在固定不动的/静止的线状件周围/沿静止的线状件朝向上模具移位来执行压制步骤。
根据本发明的一个具体实施例，在压制期间，形成主体的基本平坦的顶面，上模具设置有基本上平坦的表面。
根据本发明的一个具体实施例，上模具在压制期间是固定不动的。
根据本发明的一个具体实施例，在压制步骤期间，围绕孔/在孔的周围于其底面上形成扩口部，下模具还设有穹顶部。
根据本发明的一个具体实施例，扩口部具有锥形、圆形或高原形/高台形形状，下模具的穹顶部包括/具有/是围绕线状件的对应穹顶部。
根据本发明的一个具体实施例，上模具在压制步骤期间保持固定不动。
根据本发明的一个具体实施例，该方法包括烧结所述生坯以形成矿物主体的第三步骤。
根据本发明的一个具体实施例，该方法包括第四机加工步骤，该第四机加工步骤用于将宝石切割成预定尺寸，特别是以便形成通孔。
根据本发明的一个具体实施例，该方法包括第五精加工步骤，其例如用于对所述矿物主体进行研磨和/或刷光和/或抛光。
本发明还涉及一种特别是用于钟表机芯的宝石，该宝石由多晶类型的主体形成并且包括例如Al2O3Cr类型的多晶红宝石或ZrO2类型的氧化锆，该主体能通过根据本发明的方法获得。宝石的特征在于，该主体包括具有孔的底面，该孔的直径小于0.11mm。
根据本发明的一个具体实施例，孔的直径在0.2mm至0.8mm的范围内，或者甚至在0.4mm至0.6mm的范围内。
根据本发明的一个特定实施例，宝石包括在其底面上的围绕孔/在孔周围的扩口部。
根据本发明的一个具体实施例，扩口部具有锥形、圆形或高原形形状。
本发明还涉及一种钟表，该钟表包括这种宝石，该宝石特别是用于摆轮轴承。
本发明还涉及一种压制装置，该压制装置用于制造特别是用于钟表的宝石，该压制装置包括限定腔室的壳套、构造成能在腔室的内部移动的上模具和下模具，所述上模具和所述下模具限定出压制空间，可在该压制空间中放置前体，该压制装置设置有线状件，该线状件穿过下模具的至少一部分以通入压制空间中，相对于该下模具而言，该线状件是固定不动的并且居中地就位于上模具的冲模母模(die button)上，下模具包括用于容纳线状件的孔，下模具能沿线状件滑动/在线状件周围滑动/围绕该线状件滑动。
根据本发明的一个具体实施例，下模具包括穹顶部，以便在孔的周围/围绕孔于主体的底面上形成扩口部。
根据本发明的一个具体实施例，该扩口部具有锥形、圆形或高原形形状。
附图说明
将在参照附图的下面的描述中清楚地观察到其他特定的特征和优点，这些描述是作为粗略的指导而绝不是限制性的指导，其中：
-图1是根据现有技术的一个已知实施例的用于枢轴的轴承的示意图。
-图2是根据本发明的用于制造宝石的方法的框图；
-图3是根据本发明的压制装置的一部分的示意图。
-图4是图3的具有前体的部分的示意图；
-图5是根据本发明的压制装置的示意图。
-图6是根据本发明的压制装置在压制过程中的示意图。
-图7是在根据本发明的方法的压制步骤之后获得的生坯的第一实施例的示意图。
-图8是在根据本发明的方法的压制步骤之后获得的生坯的第二实施例的示意图。
-图9是在根据本发明的方法的压制步骤之后获得的生坯的第三实施例的示意图；
-图10是使用根据本发明的方法获得的宝石的示意图；
-图11是用于制造宝石的系统的示意图，该系统包括根据本发明的压制装置。
具体实施方式
如上所述，本发明涉及一种用于制造能够形成钟表的引导元件的宝石的方法10。该宝石例如旨在与例如摆轴的枢轴(也称为耳轴)接触，以使其能够以最小的摩擦旋转。因此，应当理解，本发明特别地允许生产宝石，该宝石能够形成轴杆的轴承的全部或一部分，该轴杆被安装成使其能够旋转，例如图1所示。
该宝石由以生坯形式模制的前体形成，该前体成为蓝宝石的多晶类型的矿物主体，该主体包括例如Al2O3Cr类型的多晶红宝石或ZrO2类型的氧化锆陶瓷。该矿物主体被切割成最终的宝石。
在图2所示的方法10的实施例中，这样的方法包括第一步骤7：由至少一种粉末材料与粘合剂的混合物生产前体。该材料可以非限制性且非穷举性地是陶瓷的。该第一步骤7旨在由包含在粘合剂中的陶瓷基粉末形成前体。
在本文中，陶瓷基粉末可包含至少一种金属氧化物、至少一种金属氮化物或至少一种金属碳化物。为了说明的目的，陶瓷基粉末可包含氧化铝以形成合成蓝宝石，或包含氧化铝和氧化铬的混合物以形成合成红宝石，或甚至包含氧化锆。此外，粘合剂可具有例如像聚合物或有机物类型的各种性质。
然后，该实施例包括第二步骤8：使用压制装置的上模和下模压制前体，以形成未来宝石的生坯。压制步骤在图4至图7中示出，其在下文的描述中进行描述。压制步骤8允许获得具有孔的生坯。因此，可以理解，孔的形状是由压制装置20的下模具16的线状件17的形状引起的。
该方法包括第三步骤9：对所述生坯进行烧结，以在所述至少一种材料中形成未来宝石的矿物主体。如上所述，该材料可以是陶瓷。换句话说，该第三步骤9旨在烧结生坯，以形成未来的穿孔宝石的陶瓷主体。优选地，根据本发明，烧结步骤9可包括例如通过热脱粘的热解。
方法10包括第四机加工步骤11，该步骤特别是将矿物主体切割成预定尺寸，特别是以便获得贯穿宝石的孔。机加工操作包括，例如，对该主体的顶面进行刨削。因此，通过去除主体的顶部，主体的顶面中的孔被打开以便自底面获得通孔。机加工步骤11还包括使底面成形以获得预定的宝石厚度的子步骤。
该方法包括第五精加工步骤12，例如用于对矿物主体进行研磨和/或刷光和/或抛光。该精加工步骤使宝石具有与其用途相兼容的表面光洁度。这样的精加工步骤进一步允许调整最终尺寸和/或去除边缘和/或局部改变表面粗糙度。
在图3至图6中，压制装置20包括壳套15，该壳套15设置有腔室，该腔室被上模具22封闭并且下模具16可在该腔室中滑动。上模具22和下模具16中的每个均被紧固至双动压力机。上模具22和下模具16限定出压制空间25，前体21被置于该压制空间25中。
在图3和4中，仅示出了下模具16。装置20还设有穿过下模具16的至少一部分以通入压制空间25中的线状件17。线状件17相对于下模具16是固定不动的并且关于该下模具16居中。下模具16包括用于使线状件17通过的孔口19。因此，下模具16在线状件17周围/围绕线状件17滑动。因此，线状件17相对于下模具16不动。
下模具16还设有穹顶部18。根据第一实施例，如图4所示，穹顶部18具有圆锥形形状，其具有例如在60°至140°范围内，优选在90°至120°的范围内的宽顶角。穹顶部18在下模具16上居中，使得通道/孔口19和因此线状件17布置在穹顶部18的顶点处。
下模具的第二实施例包括具有圆形形状的穹顶部。在第三实施例中，穹顶部具有带圆形边缘的高原形形状。下模具的第二和第三实施例未在图中示出，但穹顶部的形状与对应于图7至9的生坯30、33、43的扩口部34、38、48的形状匹配。
如图4所示，将前体21定位在压制空间25中。然后，将上模具22定位在壳套上方以将其封闭。
上模具22包括基本平坦的表面。因此，在压制期间，生坯的顶面是基本上平平坦的。
压制8通过使上模具22和下模具16彼此靠近以压紧位于压制空间25中的前体21而进行。优选地，压制8通过使下模具16在固定不动的线状件17周围/围绕静止的线状件17/沿线状件朝上模具22移位而进行。因此，一旦两个模具16、22已彼此靠近，前体21便紧靠上模具22堆积，以使生坯具有与压制空间25匹配的形状。因此，生坯的顶面36和底面37分别呈上模具22和下模具16的形状。
因此，这种压制步骤8旨在压紧前体21以形成未来的穿孔宝石的生坯，该生坯在其底面37上具有孔。优选地，在压制8期间，上模具22保持静止并且在来自下模具16的压力的作用下不发生移动。
图7示出了由此获得的生坯30。生坯30包括平坦的顶面36。生坯30包括设有孔32的底面37。孔32在压制期间通过线状件形成。孔32呈圆柱形。孔32具有选定的深度。在该阶段，孔32不是通孔，而是具有底部。由于该方法，获得了直径非常小的孔32，特别地，该孔的直径可小于0.1mm，或甚至小于0.05mm。
在该实施例中，生坯30的底面37设置有扩口部34，扩口部34与孔32接界。扩口部34呈锥形。因此，该扩口部形成为用于穿孔宝石30的接合锥体。该锥体优选为圆形/圆锥体。该锥体在其底部具有第一开口39并且在其顶点具有第二开口41。第一开口39大于第二开口41并且形成在生坯30的底面37中。通过第二开口41产生椎体34和孔32之间的连接以形成边缘。因此，扩口部34允许容易地插入能够旋转的工件的轴杆的枢轴，特别是在有冲击力的情况下。选择锥体的角度，使得其能防止由锥体的顶部和孔形成的边缘突出过大。例如，选择在60°至140°范围内，优选在90°至120°范围内的角度。
在图8中，生坯的第二实施例包括圆形的扩口部，该扩口部具有曲率半径。该圆形与生坯的孔接界，并且以孔为中心地围绕该孔。该孔布置在扩口部的底部上。
如图9所示，生坯的第三实施例包括呈具有圆形边界的高原形状的扩口部。
在形成生坯30后，使生坯经历烧结步骤以获得保持相同形状的矿物主体。
图10示出了在方法10的所有步骤之后获得的宝石40的示例，该宝石40可用作安装在轴承内部的引导元件，例如图1所示。但，这样的宝石并不限于钟表领域，并且可以应用于可安装成能相对于轴承移动的任何元件，或者可应用于工业宝石(喷水嘴等)或陶瓷技术(绝缘体等)。宝石40包括以上方法中描述的特征。旨在容纳枢轴的孔42贯穿宝石40。宝石40具有顶面46和底面47，顶面和底面中的一个包括与通孔42连通的功能元件，在此情况下是椎体44。顶面36是基本上平坦的并且包括通孔42的另一侧。换句话说，孔42与顶面46和底面47连通。这样的通孔42包括第一开口49，该第一开口限定在矿物主体中并贯通到底面47中。通孔42还包括限定在矿物主体40中并贯通到顶面46的第二开口51。这种宝石具有例如0.18mm的厚度和0.8mm的直径，以及直径小于0.1mm的孔。这样的尺寸允许使用非常小的尺寸的枢轴。优选地，整个顶面36具有相同的高度。因此，除孔32之外，主体的顶面36是平坦的。在机加工步骤期间，也可以从顶面36去除材料，以获得期望的宝石厚度。
机加工步骤11可进一步包括子步骤：对矿物主体30的外周面52进行刨削，以便获得确定的直径。机加工步骤11还可包括子步骤：对底面37进行刨削，或甚至扩大或切割孔32。
不言而喻，本发明并不限于所示的示例，而是可以对其做出对于本领域技术人员而言显而易见的各种替代和修改。特别地，根据本发明可以有利地考虑在压制步骤期间形成的其他类型的功能元件。
参考图11，本发明还涉及用于制造宝石的系统60。该系统60包括以下不同的装置：
-用于由至少一种粉末材料与粘合剂的混合物生产前体的装置51；
-用于压制如上文所定义的前体材料的装置20；
-用于烧结所述生坯的装置53；和
-用于对烧结生坯后获得的未来宝石的主体30进行机加工的装置54。
应当注意，这些装置20、51、53和54中的至少两者可以共同形成系统60的同一实体。这样的系统60能够通过执行图2中的步骤来实施用于制造图10中示出的宝石40的方法。

Claims (19)

1.一种用于制造用于钟表的多晶类型的宝石(40)的方法(10)，该方法包括生产前体(21)的第一步骤(7)，其特征在于，该方法包括第二步骤(8)：对该前体(21)进行压制以形成主体(30)；该压制利用设置有上模具(22)和下模具(16)的压制装置(20)进行，该上模具和该下模具限定出该前体(21)被置于其中的压制空间(25)，该压制装置(20)设置有线状件(17)，该线状件穿过所述下模具(16)的至少一部分，以通入所述压制空间(25)中，该下模具(16)能沿所述线状件(17)滑动，通过使所述下模具(16)和所述上模具(22)彼此靠近以形成包括带孔(32)的底面(37)的主体(30)来进行所述压制，所述孔(32)的直径小于0.05mm。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使所述下模具(16)朝向所述上模具(22)移位来执行所述压制。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在压制期间，形成了所述主体的基本平坦的顶面，所述上模具(22)具有基本平坦的表面。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在压制的步骤期间，所述上模具(22)是固定不动的。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在压制的步骤期间，围绕所述孔(32)于所述主体的底面(37)上形成扩口部(34)，所述下模具(16)还设有穹顶部(18)。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述扩口部(34)具有锥形、圆形或高原形形状，所述下模具(16)的所述穹顶部(18)是围绕所述线状件(17)的对应穹顶部。
7.根据权利要求1或2或6所述的方法，其特征在于，所述方法(10)包括烧结所述主体(30)以形成矿物主体的第三步骤(9)。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法(10)包括第四机加工步骤(11)：将所述宝石切割成预定尺寸，以便形成贯通的孔(32)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法(10)包括第五精加工步骤(12)：对所述矿物主体进行研磨和/或刷光和/或抛光。
10.根据权利要求1、2、6、8和9中任一项所述的方法，其特征在于，该宝石(40)包括Al2O3Cr类型的多晶红宝石或ZrO2类型的氧化锆。
11.一种用于钟表机芯的宝石(40)，该宝石由多晶类型的主体形成，该主体(30)能通过根据前述权利要求中任一项所述的方法(10)获得，其特征在于，该主体(30)包括具有孔的底面(37)，该孔的直径小于0.05mm。
12.根据权利要求11所述的宝石，其特征在于，所述宝石包括位于其底面(37)上的围绕所述孔(32)的扩口部(34、38、48)。
13.根据权利要求12所述的宝石，其特征在于，所述扩口部(34、38、48)具有锥形、圆形或高原形形状。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的宝石，其特征在于，该宝石包括Al2O3Cr类型的多晶红宝石或ZrO2类型的氧化锆。
15.一种钟表，其包括根据权利要求11至14中任一项所述的宝石。
16.根据权利要求15所述的钟表，其特征在于，所述宝石用于轴承。
17.一种压制装置(20)，该压制装置用于制造用于钟表的宝石，该压制装置(20)包括上模具(22)和下模具(16)，所述上模具(22)和所述下模具(16)构造成使得一者能相对于另一者在腔室中移动，所述上模具(22)和所述下模具(16)限定出压制空间(25)，能在该压制空间中放置前体(21)，其特征在于，该压制装置(20)设置有线状件(17)，该线状件穿过所述下模具(16)的至少一部分以通入所述压制空间中，所述下模具(16)能沿所述线状件(17)滑动，所述线状件旨在于所述宝石的主体的底面上形成直径小于0.05mm的孔。
18.根据权利要求17所述的压制装置(20)，其特征在于，所述下模具(16)包括穹顶部(18)，以便在主体(30、33、43)的底面(37)上围绕孔(32)形成扩口部(34、38、48)。
19.根据权利要求18所述的压制装置(20)，其特征在于，所述扩口部(34、38、48)具有锥形、圆形或高原形形状。
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