CN114269509A - 设有用于使枢转件重新对中的锥体的单晶矿物宝石及其制造方法 - Google Patents

设有用于使枢转件重新对中的锥体的单晶矿物宝石及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种由单晶型矿物主体制造特别是用于钟表的宝石(10)的方法，该宝石(10)包括孔(8)。该方法包括消融步骤，其中通过用超短脉冲激光辐射扫描主体的至少一个面来对主体进行材料消融，该超短脉冲激光辐射的持续时间小于一百皮秒，并且其光束由至少三轴的进动系统引导，该进动系统构造成至少部分地消除激光的圆锥形聚焦角，该激光消融步骤包括在孔(8)的入口处挖出锥体(12)。本发明还涉及一种特别是用于钟表的单晶型矿物宝石，所述宝石包括面(6)，该面(6)设有形成在宝石(10)的主体中的孔(8)和在孔(10)的入口处的功能元件。该功能元件具有锥体(12)的形状。

Description

设有用于使枢转件重新对中的锥体的单晶矿物宝石及其制造 方法
技术领域
本发明涉及一种设置有用于使枢转件对中的锥体的钻孔宝石，该钻孔宝石特别是用于钟表机芯。
本发明还涉及一种用于制造这种钻孔宝石的方法。
本发明还涉及一种包括这种钻孔宝石的钟表机芯。
背景技术
在现有的制表技术中，红宝石或蓝宝石类型的宝石特别是用于形成称为轴承的枢转对应件(counter-pivot)或导向元件。这些枢转对应件和导向元件旨在接触枢转件，以使枢转件能够以最小摩擦旋转运动。因此，它们例如形成旋转安装的轴的轴承组件的全部或部分。
原则上，在钟表机芯中使用合成宝石。特别地，Verneuil型方法已知用于制造单晶型宝石。还有多晶型宝石，它们是通过压制前体以便从压制工具中获得新宝石的生坯而制成的。宝石然后被(机)加工以获得具有所需尺寸的成品形状。
用作枢转件的旋转导向元件的宝石通常具有通孔，枢转件插入其中以靠置在枢转对应件上。已知在枢转件的插入面上围绕所述孔形成大致半球形的凹部以有利于枢转件的插入。此外，它允许在枢转件因冲击而脱出的情况下将枢转件放回原位。例如，通过用金刚石錾进行车削来获得所述凹部。
然而，使用这种方法获得的凹部在孔的边缘处具有突出的边沿，使得如果枢转件从孔中脱出并再次进入，则枢转件例如在冲击作用下可能会被所述边沿损坏，反之亦然。
为了避免这种情况，已知用角度较小的锥体代替凹部，从而使边沿不那么突出。这尤其可以防止枢转件磨损。
关于多晶宝石导向元件，压制工具例如设置有圆锥形状和金属丝，其参与在入口处设置有锥体的孔坯的构造。
单晶型宝石首先用激光钻孔以获得孔坯。随后通过金刚石錾的(机)加工来获得孔的最终尺寸。然而，不知道如何在单晶型宝石中形成锥体，因为常规(机)加工不允许获得这样的形状。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种由单晶型矿物主体制造特别是用于钟表的宝石的方法来减轻全部或部分上述缺陷，该宝石包括孔。
为此，该方法的显著之处在于它包括消融步骤，其中通过用超短脉冲激光辐射扫描主体的至少一个面来对主体进行材料消融，该超短脉冲激光辐射的持续时间小于一百皮秒，并且其光束由至少三轴的进动系统(precession system)引导，该进动系统构造成至少部分地消除所述激光的圆锥形聚焦角，该激光消融步骤包括挖掘出通孔入口处的锥体。
归功于这种方法，可以极其精确地从宝石上去除材料，从而获得利用现有技术中已知的激光方法不可能形成的形状和表面。这种设备允许以极高精度聚焦激光束，同时至少部分地消除由激光束形成的并因所述激光的聚焦而造成的圆锥角。实际上，聚焦产生形状为锥体的激光，这不允许在激光定位点处的整个高度上具有相同的光束直径，因此不会对材料进行消融。该系统允许消除光束的至少一侧上的圆锥角，这尤其可以获得直线切割。使用常规的切割激光器无法获得这些直线切割。
因此，可以在单晶型主体中获得孔的入口处的锥体，这是其它系统无法实现的。特别地，这种锥体可用于更软的非磁性轴的枢转件。实际上，这种轴与单晶型宝石的组合在冲击作用下是可变形的，因此冲击被所述轴吸收。
另外，激光的超短脉冲防止了宝石发热，这种发热对宝石品质产生不利影响。
此外，利用根据本发明的方法获得的宝石的表面状况Ra为大约0.1，这因而允许用常规抛光手段对宝石进行抛光。因此，该方法提供了显著的优势，同时保持其实施不是很复杂。
根据本发明的一个特定实施例，在消融步骤期间获得的锥体具有介于范围为30°到120°、优选地45°到90°的区间内的角度。
根据本发明的一个特定实施例，消融是逐层进行的，每层的厚度介于范围为1到10μm、优选地2到4μm的区间内。
根据本发明的一个特定实施例，脉冲的持续时间介于范围为50到400fs的区间内，优选地介于范围为250到300fs或80到100fs的区间内。
根据本发明的一个特定实施例，激光的波长介于范围为400到600nm的区间内，优选在450到550nm之间，或甚至为500nm。
根据本发明的一个特定实施例，矿物主体包含AL2O3。
根据本发明的一个特定实施例，该方法包括通过Verneuil型方法制造主体的预备步骤。
根据本发明的一个特定实施例，该方法包括另外的精加工步骤，例如在激光步骤之后特别是在消融区域上对矿物主体进行研磨和/或刷扫和/或抛光。
根据本发明的一个特定实施例，激光消融步骤包括挖掘所述孔，所述孔优选是宝石的下表面和上表面之间的通孔。
本发明还涉及一种特别是用于钟表的单晶型矿物宝石，所述宝石包括一个面，所述面设置有形成在宝石的主体中的孔和在孔的入口处的功能元件。该宝石的显著之处在于功能元件具有圆锥形状。
根据本发明的一个特定实施例，宝石包括上表面和下表面，下表面包括所述锥体。
根据本发明的一个特定实施例，所述孔是通孔，以将所述锥体连接到所述宝石的上表面。
根据本发明的一个特定实施例，所述宝石包含AL2O3。
最后，本发明还涉及一种钟表，其包括特别是用于减震器轴承组件的这种宝石。
附图说明
其它特征和优点将从下面参考附图以指示性的非限制性方式给出的描述中清楚地显现，在附图中：
-图1是根据本发明的方法生产宝石的框图；
-图2是使用根据本发明的方法在激光消融步骤之后获得的宝石的示意性图示；
-图3是包括图2的宝石和设置有枢转件的轴的组件的示意性图示。
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导向元件的宝石的方法。例如，宝石旨在接触枢转件，以使枢转件能够以最小摩擦旋转运动。因此可以理解的是，本发明尤其允许生产一种宝石，该宝石可以形成安装成旋转的轴的轴承组件的全部或一部分。
该宝石由单晶型矿物主体形成。该主体包含例如AL2O3。
图1中所示的方法1包括通过在制表领域中公知的Verneuil型方法制造结晶矿物主体的第一步骤2。该材料由通过氢氧炬在超过2000℃熔化的粉末形成。冷却至熔点以下后，该主体结晶。主体的尺寸被设计成用以获得接近于所需尺寸的尺寸，特别是有利于其未来的(机)加工。此步骤提供了一体式单晶主体。
根据本发明，该方法包括第二激光消融步骤3，以便在宝石中形成孔的入口锥体。在激光消融步骤3期间，通过用超短脉冲激光辐射扫描主体的至少一个面来对主体进行材料消融，该超短脉冲激光辐射的持续时间小于一百皮秒，并且其光束由至少三轴的进动系统引导，该进动系统构造成消除由于所述激光的聚焦而造成的激光的圆锥角。这种设备例如在文献WO 2017029210中被描述。存在能够至少部分地消除激光的圆锥角的不同类型的设备。一些设备使用五轴或六轴进动系统。
因此，激光束具有至少一个基本上直的边缘，使得这些设备能够挖掘宝石的表面并在单晶矿物主体的孔的入口处赋予宝石特定的圆锥形状。归功于该锥体，如果枢转件因冲击而从孔中脱出，则枢转件会返回到孔中，而不会被孔边缘的边沿所损坏。这种锥体有助于将枢转件插入到孔内，并避免在冲击的情况下枢转件磨损的风险。由于锥体的边沿突出较少，因此磨损的风险大大降低。例如，选择介于30°与120°之间、优选地介于45°与90°之间的角度。
消融是逐层完成的，激光扫描主体的一个区域以对它进行挖掘。每层都例如具有介于1到10μm、优选地2到4μm的区间内的厚度。材料被逐层去除，直至获得所需的形状。
例如，激光具有介于400与600nm之间、优选地介于450与550nm之间或甚至约为500nm的波长。脉冲的持续时间小于皮秒，例如介于范围为50至400fs的区间内，优选范围为250到300fs或80到100fs的区间内。此类特征允许挖掘主体而不会对形成宝石的材料的特性产生不利影响。
也可以在宝石中挖孔。该方法的这一步骤允许将孔直接钻到正确的尺寸，而不必经过毛坯，然后是(机)加工步骤，以便在孔的整个高度上孔具有精确且均一的尺寸。
最后，第三精加工步骤4允许赋予宝石与其用途相容的表面状态。例如设法获得表面状态Ra＝0.05μm。因此，这种精加工步骤可以包括研磨和/或刷扫和/或抛光，从而允许调节最终尺寸和/或去除边沿和/或局部修改粗糙度。
如图2和3所示，本发明还涉及可通过上述方法获得的宝石10，该宝石例如形成旨在安装在钟表的减震器轴承组件中的导向元件。然而，这种宝石不限于制表领域，而是可以应用于任何相对于轴承组件可移动地安装的元件。宝石10包括在以上方法中描述的特征。特别地，它由例如包括ALO3的单晶矿物材料形成。
有利地，宝石10被旨在接纳枢转件17(也称为耳轴)的孔8穿过。该宝石包括上表面5和下表面6，其中的一者包括与通孔8连通的锥体12。换言之，孔8与上表面5连通并且还与限定在下表面6中的大致圆锥形中空部连通。该中空部于是形成钻孔宝石2的接合锥体。锥体12优选是柱形的。锥体12具有在其基部处的第一开口19和在其顶部处的第二开口21。第一开口19大于第二开口21，并且形成在宝石10的下表面6中。锥体12和孔8经第二开口21建立连接以形成边沿15。
因此，锥体12的扩口允许容易地插入可旋转运动的部件的轴16的枢转件17，特别是在发生冲击的情况下。锥体的角度被选择成防止由锥体顶部和孔8形成的边沿15突出过多。例如，选择介于30°与120°之间、优选地介于45°与90°之间的角度。
还应注意，在孔8处限定的该宝石10的主体的内壁包括圆化区域(rounded area)，该圆化区域旨在最小化与枢转件的接触，而且有利于可能的润滑。应当注意，最小化与枢转件的接触尤其可以减少与枢转件的摩擦。
宝石的上表面5包括凸缘7，其特别是用于在轴承组件的情况下侧向包围枢转对应件。凸缘7优选是周向的，也就是说，它界定了宝石10的上表面5的边缘。另外，它限定了上表面5的内部区域9，该内部区域9包括支承面11和通孔8的出口，以及从支承面11到孔8的同心凸起区域14。
具有这种凸缘7的上表面5例如允许侧向止挡布置在宝石10的上表面上的元件。在用于摆轴的轴承组件的情况下，其中宝石10用作导向元件，枢转对应件宝石可以以这样的方式设置，即，它在搁置于支承面11上的同时被凸缘7的内侧18侧向止挡。该枢转对应件宝石的尺寸确定成与所述宝石的已经过激光消融的区域9相对应。因此，所述宝石形成枢转对应件的轴向和径向支承件。图中未示出的枢转对应件可以装配到宝石10中，以便轴向支承该枢转对应件并侧向保持该枢转对应件。
此外，宝石10具有外周面13，该外周面13部分地扩口，以将较小表面的下表面6连接到较大表面的上表面5。
当然，本发明不限于所示的示例，并且具有本领域技术人员显而易见的各种变型和改型。特别地，根据本发明可以有利地考虑通过激光消融步骤形成的其它类型的功能元件。

Claims (13)

1.一种由单晶型矿物主体制造特别是用于钟表的宝石(10)的方法(1)，所述宝石(10)包括孔(8)，其特征在于，所述方法包括消融步骤(3)，其中通过用超短脉冲激光辐射扫描所述主体的至少一个面来对所述主体进行材料消融，所述超短脉冲激光辐射的持续时间小于一百皮秒，并且所述超短脉冲激光辐射的光束由至少三轴的进动系统引导，所述进动系统构造成至少部分地消除激光的圆锥形聚焦角，所述激光消融步骤包括挖掘出所述孔(8)的入口处的锥体(12)，所述消融(3)是逐层进行的，每层的厚度介于范围为1到10μm、优选2到4μm的区间内。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述消融步骤(3)期间获得的所述锥体(12)具有介于范围为30°到120°、优选地45°到90°的区间内的角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，脉冲的持续时间介于范围为50到400fs的区间内，优选地介于范围为250到300fs或80到100fs的区间内。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光的波长介于范围为400到600nm的区间内，优选在450到550nm之间，或甚至为500nm。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述矿物主体包含AL2O3。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法包括通过Verneuil型方法制造所述主体的预备步骤(2)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法(1，5)包括另外的精加工步骤(4，12)，例如在激光步骤之后特别是在消融区域上对所述矿物主体进行研磨和/或刷扫和/或抛光。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光消融步骤(3，11)包括挖掘所述孔(8)，所述孔优选地是所述宝石(10)的下表面(6)和上表面(5)之间的通孔。
9.一种特别是用于钟表的单晶型的矿物宝石，所述宝石包括面(6)，该面设置有形成在所述宝石(10)的主体中的孔(8)和在所述孔(10)的入口处的功能元件，其特征在于，所述功能元件具有锥体(12)的形状。
10.根据权利要求9所述的矿物宝石，其特征在于，所述宝石包括上表面(5)和下表面(6)，所述下表面(6)包含所述锥体(12)。
11.根据权利要求9或10所述的矿物宝石，其特征在于，所述孔(8)为通孔，以便将所述锥体(12)连接到所述宝石(10)的上表面(5)。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的宝石，其特征在于，所述宝石包含AL2O3。
13.一种钟表，其包括根据权利要求9至12中任一项所述的宝石(10)，所述宝石特别是用于减震器轴承组件。
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