CN113009805A - 用于振荡器机构或擒纵机构的刚性钟表部件和包括此部件的钟表机芯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于钟表机芯的振荡器机构或擒纵机构的刚性钟表部件（6、7、8），所述部件沿主平面（P）延伸并且包括由复合材料（1）制成的至少一部分，所述复合材料（1）包括基体（2）和分布在所述基体（2）中的许多纳米管或纳米线（3），所述纳米管或纳米线并置并基本上平行于轴线（A）放置，所述轴线（A）基本上垂直于所述部件的所述平面（P），所述基体（2）包括刚性材料（4）以填充间隙并将所述纳米管或纳米线（3）彼此接合，所述材料（4）具有刚性机械性能以阻止所述部件的弹性变形，所述刚性材料（4）包括在具有杨氏模量大于2GPa的部件中。
Description
技术领域
本发明涉及用于钟表机芯的振荡器机构或擒纵机构的刚性钟表部件。
本发明还涉及一种包括此部件的钟表机芯。
背景技术
钟表机芯通常包括擒纵机构和机械振荡器机构。所述擒纵机构特别地包括擒纵叉组件和擒纵轮，而所述振荡器机构包括例如与称为摆轮的振荡惯性块相关联的螺旋游丝。
现在，复合材料的技术进步使得用创新的且高性能的材料制造某些部件成为可能，这使得至少部分地淘汰金属材料成为可能。目前，正在尝试使用例如纳米管或纳米线制造部件。具有纳米管或纳米线的此材料在轻重量和强度方面提供优势。因此，文件JP2008116205A描述了一种螺旋游丝，所述螺旋游丝包括石墨和无定形碳基体，由分散在所述基体中并在所述螺旋的纵向方向上对准的碳纳米管加强。
然而，一些部件，例如擒纵轮或擒纵叉组件要求很高水平的刚性，特别是对于精确的钟表机芯。然而，此文件中描述的部件不适合于产生刚性元件，但是仅用于制造游丝的柔性部件。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种刚性钟表部件，其避免了上述问题。
出于此目的，本发明涉及一种用于钟表机芯的振荡器机构或擒纵机构的刚性钟表部件，所述部件沿主平面延伸并且包括由复合材料制成的至少一部分。
该部件的显着之处在于，所述复合材料包括基体和分布在所述基体中的许多纳米管或纳米线，所述纳米管或纳米线并置并基本上平行于轴线放置，所述轴线基本上垂直于所述部件的所述平面，所述基体包括刚性材料以填充间隙并将所述纳米管或纳米线彼此接合，所述材料具有刚性机械性能用于阻止所述部件的弹性变形。
因此，由于此刚性部件，可以产生必须防止任何偏转的钟表机芯的某些元件，例如擒纵轮或擒纵叉组件，同时具有基于纳米管或纳米线的复合材料的优点。由这些复合材料提供的优点是，除了轻重量以外，还可以使用可以自润滑的抗氧化材料。也可以改变所述刚性材料的渗透率，以进一步减轻部件或者使其具有多孔性，特别是用于自润滑。
根据有利的实施例，所述部件中包括的所述刚性材料具有大于2GPa的杨氏模量。
根据有利的实施例，所述纳米管由碳制成。
根据有利的实施例，所述纳米管是多壁的。
根据有利的实施例，所述纳米线使用特别地从以下列表中选择的元素制成：金、硅、氧化硅、氮化硼、氮化镓、氮化硅、氧化锌、砷化镓、硫化钨、银、铜、砷化锰、砷化铟、碳、金刚石。
根据有利的实施例，所述纳米管或纳米线具有在从2纳米到50纳米的范围内，优选地在从3纳米到15纳米的范围内或在从5纳米到10纳米的范围内的直径。
根据有利的实施例，所述纳米管或纳米线具有在从100微米到500微米的范围内，优选地在从100微米到300微米的范围内，或在从150微米到200微米的范围内的长度。
根据有利的实施例，所述刚性材料使用从以下列表中选择的元素制成：钨、有机材料（例如聚对二甲苯）、六方氮化硼、Al2O3型单晶红宝石、金刚石、钨或二硫化钼、石墨、铅、碳化硅、镍、磷化铟、氧化钛、硅、氧化硅、碳。
根据有利的实施例，所述部件是擒纵机构擒纵叉组件。
根据有利的实施例，所述部件是擒纵机构轮。
根据有利的实施例，所述部件是钟表机芯系。
根据有利的实施例，所述部件是振荡器机构摆轮。
本发明还涉及一种钟表机芯，所述钟表机芯包括根据本发明所述的刚性钟表部件。
附图说明
参考附图，在阅读仅通过非限制性示例的方式给出的若干实施例，本发明的其他特征和优点将显现出来，其中：
—图1示意性地表示根据本发明的复合材料的透视图，
—图2示意性地表示在用于制造本发明的第一实施例的方法期间的复合材料的截面图，
—图3示意性地表示擒纵机构擒纵叉组件的顶视图，
—图4示意性地表示根据本发明的擒纵机构轮的顶视图，以及
—图5示意性地表示振荡机构摆轮的透视图。
具体实施方式
在本描述中，我们描述了用于钟表机芯的刚性部件。例如，所述部件从包括擒纵机构擒纵叉组件、擒纵机构轮、钟表机芯系或振荡器机构摆轮的列表中选择。
所述刚性部件优选地是平坦的，并且沿主平面P延伸。所述部件包括由图1中表示的复合材料1制成的至少一部分。优选地，所述部件完全地由此复合材料1制成。因此，来自前述列表的所述部件可以由此复合材料1制成。
所述复合材料1包括基体2和分布在所述基体2中的许多纳米管或纳米线3。例如，所述部件具有沿平面P延伸的大致平坦的形状。
所述纳米管或纳米线3形成所述复合材料1的结构，其中所述纳米管或纳米线并置并基本上彼此平行放置。所述纳米管或纳米线基本上垂直于所述部件的所述平面P。术语纳米管表示管，其中所述内部通常是中空的，而纳米线通常是实心的管。
所述纳米管或纳米线3基本上平行于轴线A放置，所述轴线A垂直于所述部件的所述平面P。所述纳米管或纳米线均匀地分布，以便在所述基体2中均匀地间隔开。有利地，所述复合材料实施为在所述基体2的整个质量中存在纳米管或纳米线3。
例如，所述纳米管或纳米线3具有在从2纳米到50纳米的范围内的直径D。优选地，所述纳米管或纳米线3具有在从3纳米到15纳米的范围内或在从5纳米到10纳米的范围内的直径。
所述纳米管或纳米线3可以具有在从100微米到500微米的范围内的长度L。优选地，所述纳米管或纳米线3可以具有在从100微米到300微米的范围内或从150微米到200微米的范围内的长度。
在第一实施例中，所述复合材料包括由碳制成的纳米管3。所述碳纳米管3通常是多壁的，但是也可以是任选地单壁的。
根据第二实施例，所述复合材料包括纳米线3，所述纳米线至少部分地使用从以下列表中选择的元素制成：金、硅、氮化硼、氮化镓、氧化硅、氮化硅、氧化锌、砷化镓、硫化钨、银、铜、砷化锰、砷化铟、碳、金刚石。
所述基体2包括材料4，以填充间隙并将所述纳米管或纳米线3彼此接合。通过注入到所述纳米管或纳米线3之间的间隙5中，所述材料4可以有利地包括所述纳米管或纳米线3。该材料4帮助提供在所述纳米管或纳米线3之间的内聚力，并且因此改变所有纳米管或纳米线3的机械性能，特别是使所述基体刚性。在所述纳米管的第一实施例中，所述材料4也可以布置在所述纳米管3内部14。
根据本发明，所述材料4是刚性的，所述材料4具有刚性的机械性能以阻止所述部件的弹性变形。因此，由于此刚性材料4，可以实施为所述钟表机构的特定部件。例如，所述部件中包括的所述刚性材料4具有大于2GPa的杨氏模量。例如通过选择足够的厚度防止其变形，所述部件4由于其尺寸也可以是刚性的。
对于两个实施例，形成所述基体2的所述刚性材料4使用来自以下列表的元素制成：钨、有机材料，如聚对二甲苯、六方氮化硼、Al2O3型单晶红宝石、金刚石、二硫化钨或二硫化钼、石墨、铅、碳化硅、镍、磷化铟、氧化钛、硅、氧化硅、碳。所述刚性材料4也可以有利地由碳组成。
因此，所述钟表部件可以受益于基于纳米管或纳米线的复合材料的优势，同时保留了此类型部件的必不可少的高刚性水平。图3表示根据本发明的用复合材料制成的擒纵机构擒纵叉组件6。图4表示由此复合材料制成的擒纵轮7。最后，图5的摆轮8也由此复合材料制成。
例如，为了制造具有碳纳米管的第一实施例的部件，使用包括以下步骤的方法：
—优选地通过光刻制备衬底，例如硅衬底，使得纳米管森林生长在与所寻求的部件的形状对应的特定位置处发生的第一步骤。因此，通过光刻设计了擒纵叉组件、轮或摆轮形状。
—优选地用催化剂，例如铁，在图中未示出的衬底上生长所述纳米管或纳米线的第二步骤，
—以纳米管或纳米线分布渗透所述基体的刚性组成材料的第三步骤，和
—将所述部件从所述衬底分离的第四步骤。
第一步骤和第二步骤的示例在文件“碳纳米管模板化的金属微结构的机械性能和电性能”（Richard Scott Hansen 06/2012）中找到。
在所述第二步骤期间，所述纳米管16或纳米线与基本上垂直于所述衬底的轴线平行生长。
在图2中，所述衬底9涂有一层二氧化硅10和一层催化剂11，例如铁。所述碳纳米管12通过生长在所述一层催化剂11上形成。
从所述第二步骤的上游，可以将附加的纳米管在溶剂中混合并且例如通过超声分散在所述一层催化剂上，以限定纳米管的顶层。纳米管的此顶层13是多孔的，使得形成所述纳米管12的碳（或其他材料）可以通过其沉积，使得所述纳米管12在所述顶层13下面生长。因此，确保了所述纳米管12的规则且均匀的生长，使得所述纳米管具有基本上相同的长度。由于其多孔性，所述第三步骤也通过纳米管12的顶层13执行。所述分离优选地通过湿法或气相蚀刻，例如通过氟化氢HF执行。
关于所述第二实施例的纳米线的制造，使用了与列表中选择的材料相关联的常规技术。例如通过CVD（化学气相沉积）型化学沉积或通过PVD（物理气相沉积）型物理沉积，优选地使用薄层沉积。如在第一实施例中，使用光刻方法，以选择其中生长纳米线的例如由硅制成的衬底的位置。所述刚性材料渗透在所述纳米线之间。最后，一旦完成，所述部件就从所述衬底分离。
自然地，本发明不限于参考附图描述的实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下，可以设想替代的实施例。
Claims (12)
1.用于钟表机芯的振荡器机构或擒纵机构的刚性钟表部件（6、7、8），所述部件沿主平面（P）延伸并且包括由复合材料（1）制成的至少一部分，其特征在于，所述复合材料（1）包括基体（2）和分布在所述基体（2）中的许多纳米管或纳米线（3），所述纳米管或纳米线（3）并置并基本上平行于轴线（A）放置，所述轴线（A）基本上垂直于所述部件的所述平面（P），所述基体（2）包括刚性材料（4）以填充间隙并将所述纳米管或纳米线（3）彼此接合，所述材料（4）具有刚性机械性能以阻止所述部件（6、7、8）的弹性变形，所述刚性材料（4）包括在具有杨氏模量大于2GPa的部件中。
2.如权利要求1所述的部件（6、7、8），其特征在于，所述纳米管（3）由碳制成。
3.如权利要求2所述的部件（6、7、8），其特征在于，所述纳米管（16）是多壁的。
4.如权利要求1所述的部件（6、7、8），其特征在于，所述纳米线（3）使用从以下列表中选择的元素制成：金、硅、氮化硼、氮化镓、氧化硅、氮化硅、氧化锌、砷化镓、硫化钨、银、铜、砷化锰、砷化铟、碳、金刚石。
5.如前述权利要求中的任一项所述的部件（6、7、8），其特征在于，所述纳米管或纳米线（3）具有在从2纳米到50纳米的范围内，优选地在从3纳米到15纳米的范围内或在从5纳米到10纳米的范围内的直径（D）。
6.如前述权利要求中的任一项所述的部件（6、7、8），其特征在于，所述纳米管或纳米线（3）具有在从100微米到500微米的范围内，优选地在从100微米到300微米的范围内，或在从150微米到200微米的范围内的长度（L）。
7.如前述权利要求中的任一项所述的部件（6、7、8），其特征在于，所述刚性材料（4）使用从以下列表中选择的元素制成：钨、有机材料，例如聚对二甲苯、六方氮化硼、Al2O3型单晶红宝石、金刚石、二硫化钨或二硫化钼、石墨、铅、碳化硅、镍、磷化铟、氧化钛、硅、氧化硅、碳。
8.如前述权利要求中的任一项所述的部件（6），其特征在于，所述部件是擒纵机构擒纵叉组件。
9.如权利要求1至权利要求7中的任一项所述的部件（7），其特征在于，所述部件是擒纵机构轮。
10.如权利要求1至权利要求7中的任一项所述的部件，其特征在于，所述部件是钟表机芯系。
11.如权利要求1至权利要求7中的任一项所述的部件（8），其特征在于，所述部件是振荡器机构摆轮。
12.钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯包括根据前述权利要求中的任一项所述的刚性钟表部件（6、7、8）。
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