CN113009807B - 柔性时计部件以及包括此部件的钟表机芯 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性时计部件，该柔性时计部件特别地用于钟表机芯的振荡器机构或发条盒，该部件沿主平面（P）延伸并且包括由复合材料（1）制成的至少一部分，复合材料（1）包含基体（2）和分布在基体（2）中的多根纳米线（3），纳米线（3）被并置，基体（2）包含用于填充纳米线（3）之间的间隙以将它们彼此结合的材料（4），每根纳米线（3）形成实心的一体式管，纳米线（3）被设置成基本上平行于轴线（A），该轴线基本上垂直于部件（6、7）的主平面（P）。
Description
技术领域
本发明涉及特别地用于钟表机芯的振荡器机构或发条盒的时计部件。
本发明还涉及包括此部件的钟表机芯。
背景技术
机械钟表机芯通常包括发条盒、擒纵机构和机械振荡器机构。发条盒包括游丝以向振荡器机构供应能量。擒纵机构特别地包括锚固件和擒纵轮，而振荡器机构通常包括与被称为摆轮的振荡惯性质量相关联的螺旋游丝。
在复合材料方面的技术进步允许由创新的且高性能的材料制造一些部件，这至少部分地允许不使用纯金属材料。如今，尝试使用例如碳纳米管制造部件。此材料提供轻质、强度和制造简单方面的优点。因此，文件JP2008116205A描述了一种包含由碳纳米管增强的石墨和无定形碳的基体的螺旋游丝，该碳纳米管分散于基体中并沿螺旋的纵向方向（即沿主弹性应力的方向）对齐。
在N. Hutchison等人的出版物中（MEMS 2009），复合材料一方面由竖直对齐的碳纳米管（VACNT）丛形成，并且在另一方面由纳米管之间的第二填充材料（主要为碳，其次为硅，或甚至氮化硅）形成。填充材料主要确定复合材料的机械特性。
尽管如此，这些材料均受限于纳米管的使用，纳米管通常为空的。然而，并不总是容易由碳以外的材料制造纳米管。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种避免前述问题的时计部件。
为此，本发明涉及柔性时计部件，特别地用于钟表机芯的振荡器机构或发条盒的柔性时计部件，该部件沿主平面（P）延伸并且至少包括由复合材料制备的部分。
该部件的不同寻常之处在于复合材料包含基体和分布在基体中的多条纳米线，纳米线被并置，基体包含用于填充纳米线之间的间隙以将它们彼此结合的材料，每根纳米线形成实心的一体式管。
因此，由于此材料，获得了实心的一体式纳米线，使得可使用所有种类的材料来制造这些纳米线，此外，可以以比由一些材料制备的纳米管更简单的方式容易地制造纳米线。最终，可以产生钟表机芯的一些元件（所述元件必须能够折曲），诸如螺旋游丝或发条盒游丝。
根据有利的实施方案，纳米线基本上被设置成平行于基本上垂直于部件的平面的轴线。
根据有利的实施方案，纳米线由选自以下列表的元素制成：金、钯、硅、多晶金刚石、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、镍、铂、锗、钴-石墨烯、磷-锗、铜-银、金-银合金、磷-铟、氮-镓、氮-铟-镓、氮-砷-镓、砷-镓、磷-铟-镓、硫-镉、硫-镉-硒、氮-铝-镓、铯-铅、碲化锑、碲化铋、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化铟、氧化铝、氧化镁、氧化锡、氧化锌、铌酸锂、氧化锰化合物、无机化合物（诸如Li2Mo6Se6或Mo6S9-xIx）。还可以由无定形或部分无定形金属合金制备纳米线。
根据有利的实施方案，纳米线具有包括在1至50nm范围内（优选地在3至15纳米的范围内，或者甚至在5至10nm的范围内）的直径。
根据有利的实施方案，纳米线具有包括在100至500微米的范围内（优选地在100至300微米的范围内，或者甚至在150至200微米的范围内）的长度。
根据有利的实施方案，填充材料由选自以下列表的元素制备：钨、有机材料（诸如聚对二甲苯）、六方氮化硼、Al2O3型多晶红宝石、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、聚硅氧烷、无定形碳、DLC（金刚石状碳）型的无定形碳、氧化铪、氧化硅、多晶硅、钛酸锶、氧化锌、氧化铟、氧化钨、氧化铌、氧化镉、氟化镁、氮化钛、氮化硅、氮化铝、氮化镓、氮化铪、氮化钙、氮化银、氧化的氮化硅、铂、钯、钼、钽、硫化锌、硫化钼、锗、氢氟烃、AlP、AlN、AlGaSb、AlGaAs、AlGaInP、AlGaN、AlGaP、GaSb、GaAsP、GaAs、GaN、GaP、InAlAs、InAlP、InSb、InGaSb、InGaN、GaInAlAs、GaInAlN、GaInAsN、GaInAsP、GaInAs、GaInP、InN、InP、InAs、InAsSb、ZnSe、HgCdTe、GeSbTe型的化合物。
根据有利的实施方案，部件为振荡器机构的螺旋游丝。
根据有利的实施方案，部件为发条盒游丝。
根据有利的实施方案，部件为防震装置。
本发明还涉及包括根据本发明的柔性时计部件的钟表机芯。
附图说明
本发明的其他特征和优点将通过参考附图阅读仅以非限制性示例的方式给出的若干实施方案而变得明显，在附图中：
—图1示意性地示出根据本发明的复合材料的透视图，
—图2示出设置有机械振荡器机构的螺旋游丝的摆轮的透视图，
—图3示意性地示出设置有发条盒游丝的发条盒的透视图。
具体实施方式
本说明书呈现了用于钟表机芯的部件。该部件为选自包括例如振荡器机构螺旋游丝或发条盒游丝的列表的柔性部件。
柔性部件优选地为平展的并且沿主平面P延伸。部件包括由图1中所示的复合材料1制成的至少一部分。优选地，部件完全由该复合材料1制成。因此，前述列表的部件可由该复合材料1制成。
复合材料1包含填充基体2和分布在所述基体2中的多根纳米线3。基体2例如具有在平面A内延伸的大体平展的形状。
纳米线3形成复合材料1的结构，它们并置在复合材料1中。它们为规则分布的以在基体2中彼此均匀地间隔开。术语“纳米线”意指通常为实心的一体式管。因此，纳米线3的内部16包含与外护套相同的材料。
纳米线3优选地被设置成基本上彼此平行。它们基本上垂直于部件的主平面P。它们被设置成基本上平行于垂直于部件的主平面P的轴线A。基本上平行意指该纳米线被基本上定向在相同方向上。
有利地，复合材料以纳米线3存在于基体2的整个质量中的方式来制备。
纳米线3例如具有包括在2至50nm的范围内的直径D。优选地，纳米线3具有包括在3至15nm或甚至5至10nm的范围内的直径。
纳米线3可具有包括在100至500微米的范围内的长度L。优选地，纳米线3具有包括在100至300微米或甚至150至200微米的范围内的长度。
纳米线3由选自以下列表的材料制成：金、钯、硅、金刚石、氮化硼、氮化镓、氮化硅、氧化硅、砷化镓、硫化钨、银、铜、砷化锰、砷化铟、镍、铂、锗、钴-石墨烯、磷-锗、铜-银、金-银合金、磷-铟、氮-镓、氮-铟-镓、氮-砷-镓、砷-镓、磷-铟-镓、硫-镉、硫-镉-硒、氮-铝-镓、铯-铅、碲化锑、碲化铋、氧化硅、氧化钛、氧化钨、氧化铟、氧化铝、氧化镁、氧化锡、氧化锌、铌酸锂、氧化锰化合物、Li2Mo6Se6或Mo6S9-xIx型的无机化合物。还可以由无定形或部分无定形金属合金制备纳米线。该列表不是穷举性的，其他材料也是可行的。
基体2包含用于填充纳米线3之间的间隙5的填充材料4。通过注入到纳米线3之间的间隙5中，填充材料4可有利地包含纳米线3。该材料4主要确定复合材料1的机械特性，特别地用于制备柔性基体2。
组成基体2的填充材料4由来自以下列表的元素制备：钨、有机材料、诸如聚对二甲苯、六方氮化硼、Al2O3型多晶红宝石、多晶金刚石、二硫化钨或二硫化钼、石墨、铅、碳化硅、镍、磷化铟、氧化钛、聚硅氧烷、无定形碳、DLC（金刚石状碳）型无定形碳、氧化铪、氧化硅、多晶硅、钛酸锶、氧化锌、氧化铟、氧化钨、氧化铌、氧化镉、氟化镁、氮化钛、氮化硅、氮化铝、氮化镓、氮化铪、氮化钙、氮化银、氧化的氮化硅、铂、钯、钼、钽、硫化锌、硫化钼、锗、氢氟烃、AlP、AlN、AlGaSb、AlGaAs、AlGaInP、AlGaN、AlGaP、GaSb、GaAsP、GaAs、GaN、GaP、InAlAs、InAlP、InSb、InGaSb、InGaN、GaInAlAs、GaInAlN、GaInAsN、GaInAsP、GaInAs、GaInP、InN、InP、InAs、InAsSb、ZnSe、HgCdTe、GeSbTe型的化合物。填充材料4还可有利地由碳组成。该列表并非穷举性的，其他材料也是可行的。
填充材料4是柔性的，材料4具有允许部件的弹性变形的机械特性。柔韧性进一步由于部件的几何结构（特别地通过部件的厚度）而实现。柔性材料意指可用于形成柔性时计部件（诸如螺旋或游丝）的材料。柔韧性还取决于部件的几何结构以及刚度密度比。
对于一些填充材料（例如金属），材料具有大于100Gpa（优选地大于200Gpa）的高弹性模量，并且还具有大于1Gpa（优选地大于2Gpa）的高拉伸强度。
在填充材料的其他示例（例如，聚对二甲苯）中，材料具有包括在0.1Mpa与100Gpa之间的较低弹性模量，并且具有包括在200Mpa与1Gpa之间的较低拉伸强度。
部件例如为钟表机芯的振荡器机构8的螺旋游丝6或钟表机芯的发条盒10的游丝7。
将提及具有特别有利特性的填充材料和纳米线的组合的示例。
第一示例涉及铜纳米线和氧化铝填充材料（红宝石，Al2O3），铜允许将静电电荷排空，同时为部件保持氧化铝的刚度和高电阻的特性。
在第二示例中，纳米线由金属制成，并且填充材料由Al2O3制成，金属允许改变部件的颜色。
硅纳米线和氧化硅填充材料允许改变弹性的热依赖性，特别地调节机械振荡器的固有频率的热补偿。
最后，由聚对二甲苯或另一种聚合物（Teflon、POM等）制成的填充材料允许滑动部件获得降低的干燥摩擦系数，这对于其中必须降低两个运动物体之间的摩擦并且/或者添加标准润滑剂将仅降低摩擦并增加磨损的一些应用（例如在防震部件中）是有用的。
根据所述组合，复合材料特别地允许制造游丝。图2和图3为用于制表业的此游丝的示例。其他部件也是可行的，诸如用于摆轮轴线的防震部件，或时计报时机构的谐振器元件。
图2示出机械时计振荡器，包括螺旋游丝6和摆轮8。螺旋游丝6由此柔性复合材料制成。螺旋游丝6为具有低宽高比的条带，所述条带被螺旋卷绕成使得存在面向的条带部分之间的自由空间。因此，通过螺旋的收缩和变形获得期望的游丝效果。摆轮8包括圆环9和直线臂11，该直线臂穿过环9的中心并连接环9的相对两侧。臂保持轴线12基本上垂直于环9的平面。轴线12通过第一端部在平行于环9的平面的平面内承载螺旋游丝6。第二端部旨在被固定至钟表机芯的另一固定部分17（被称为摆轮游丝外栓）。
图3示出由发条盒游丝7形成的带游丝的发条盒10，该发条盒游丝由上文描述的此柔性复合材料制成。发条盒10包括基本上平展的圆形表壳13，在该圆形表壳在其外部上设置有轮齿15，并且具有垂直于表壳13的平面穿过表壳13的中心的轴线14。游丝具有与上文针对图2所述的螺旋游丝的形状基本上相同的螺旋形状，但是具有不同的尺寸以完成其保存机械能量并将机械能量供应至钟表机芯的功能。游丝7通过一方面一端被固定至轴线14并且固定至表壳13的内周边缘来被布置在表壳13内侧。
关于纳米线的制造，使用选自列表的材料所涉及的常规技术，诸如催化生长、化学蚀刻、电化学沉积（电沉积）或通过反应性等离子体深蚀刻。优选地使用薄层的沉积，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。如在第一实施方案中，光刻方法用于限定基材（例如由硅制成）上的部件的轮廓，纳米线在该基材处生长。在获得纳米线之后，柔性材料被插入在纳米线之间。最后，在完成时使部件从基材分离。
国际专利申请WO 2014/172660给出了硅石纳米线的实施方案。
纳米线3还可通过催化生长之外的技术来制备，诸如N. Hutchison的出版物（MEMS2009）中描述的那些。
填充材料通过ALD（原子层沉积）、LPCVD（低压化学沉积）、MOCVD（中压CVD）型、通过电化学沉积（电沉积）、通过CVD或通过浸渍在液相或气相中的方法被插入在纳米线之间。
自然地，本发明不受参考附图描述的实施方案的限制，并且可在不脱离本发明的范围的情况下考虑变型。
Claims (12)
1.一种柔性时计部件（6、7），所述柔性时计部件用于钟表机芯的振荡器机构或发条盒，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）包含基体（2）和多根纳米线（3），所述多根纳米线（3）分布在所述基体（2）中，所述纳米线（3）被并置，所述基体（2）包含填充材料（4），所述填充材料（4）用于填充所述纳米线（3）之间的间隙（5）以将它们彼此结合，每根纳米线（3）形成实心的一体式管，所述纳米线（3）被设置成基本上平行于轴线（A），所述轴线（A）基本上垂直于所述柔性时计部件（6、7）的所述主平面（P），所述纳米线（3）的内部包含与外护套相同的材料。
2.如权利要求1所述的柔性时计部件（6、7），其特征在于，所述纳米线（3）由选自以下列表的元素制成：金、钯、硅、金刚石、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、镍、铂、锗、钴-石墨烯、磷-锗、铜-银、金-银合金、磷-铟、氮-镓、氮-铟-镓、氮-砷-镓、砷-镓、磷-铟-镓、硫-镉、硫-镉-硒、氮-铝-镓、铯-铅、碲化锑、碲化铋、氧化硅、氧化钛、氧化铝、氧化镁、氧化钨、氧化铟、氧化锡、铌酸锂、氧化锰化合物、Li2Mo6Se6或Mo6S9-xIx型无机化合物、无定形或部分无定形金属合金。
3.如前述权利要求中任一项所述的柔性时计部件（6、7），其特征在于，所述纳米线（3）具有包括在2至50nm的范围内的直径（D）。
4.如权利要求1至2中任一项所述的柔性时计部件（6、7），其特征在于，所述纳米线（3）具有包括在100至500微米的范围内的长度（L）。
5.如权利要求1至2中任一项所述的柔性时计部件（6、7），其特征在于，所述填充材料（4）由选自以下列表的元素制备：钨、有机材料，诸如聚对二甲苯、六方氮化硼、Al2O3型多晶红宝石、多晶金刚石、多晶硅、二硫化钨或二硫化钼、石墨、铅、碳化硅、镍、磷化铟、氧化钛、聚硅氧烷、无定形碳、金刚石状碳型无定形碳、氧化铪、氧化硅、钛酸锶、氧化锌、氧化铟、氧化钨、氧化铌、氧化镉、氟化镁、氮化钛、氮化硅、氮化铝、氮化镓、氮化铪、氮化钙、氮化银、氧化的氮化硅、铂、钯、钼、钽、硫化锌、硫化钼、锗、氢氟烃、AlP、AlN、AlGaSb、AlGaAs、AlGaInP、AlGaN、AlGaP、GaSb、GaAsP、GaAs、GaN、GaP、InAlAs、InAlP、InSb、InGaSb、InGaN、GaInAlAs、GaInAlN、GaInAsN、GaInAsP、GaInAs、GaInP、InN、InP、InAs、InAsSb、ZnSe、HgCdTe、GeSbTe型的化合物。
6.如权利要求1至2中任一项所述的柔性时计部件（6），其特征在于，所述部件为螺旋摆轮游丝（8）。
7.如权利要求1至2中任一项所述的柔性时计部件（7），其特征在于，所述部件为发条盒游丝（10）。
8.如权利要求1至2中任一项所述的柔性时计部件（6、7），其特征在于，所述纳米线（3）具有包括在3至15nm的范围内的直径（D）。
9.如权利要求1至2中任一项所述的柔性时计部件（6、7），其特征在于，所述纳米线（3）具有包括在5至10nm的范围内的直径（D）。
10.如权利要求1至2中任一项所述的柔性时计部件（6、7），其特征在于，所述纳米线（3）具有包括在100至300微米的范围内的长度（L）。
11.如权利要求1至2中任一项所述的柔性时计部件（6、7），其特征在于，所述纳米线（3）具有包括在150至200微米的范围内的长度（L）。
12.一种钟表机芯，其特征在于，所述钟表机芯包括根据前述权利要求中任一项所述的柔性时计部件（6、7）。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| REG | Reference to a national code |
Ref country code: HK Ref legal event code: DE Ref document number: 40055416 Country of ref document: HK |
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| GR01 | Patent grant | ||
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