CN114340831A

CN114340831A - 尤其用于时计机芯的石材及其制造方法

Info

Publication number: CN114340831A
Application number: CN202080053930.7A
Authority: CN
Inventors: B·贝苏缇; S·雷特罗维; B·吉利; P·维勒
Original assignee: Comadur SA
Current assignee: Comadur SA
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2020-06-16
Publication date: 2022-04-12
Also published as: US20230161296A1; EP3770699A1; WO2021018464A1; JP2022541286A; KR20220020980A; EP4004653A1

Abstract

本发明涉及一种由单晶类型或多晶类型的矿物本体制造石材（30）的方法，其尤其用于时计。该方法包括烧蚀步骤，其中通过使用超短脉冲激光辐射在本体的至少一个面上扫描而使本体经受材料烧蚀，所述超短脉冲激光辐射的持续时间小于100皮秒，并且其光束是由具有至少三个轴线的旋进系统引导的，所述旋进系统被配置为至少部分地抵消由于所述激光的聚焦引起的激光锥角。本发明还涉及尤其用于时计机芯的单晶类型或多晶类型的矿物石材（30），所述石材（30）能够通过该方法获得。该石材尤其包括设有外围边沿（27）的面（25），该外围边沿尤其用于侧向地夹紧轴承中的末端石（35）。

Description

尤其用于时计机芯的石材及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造尤其用于时计机芯的石材的方法。

本发明还涉及一种设有边沿的石材，尤其是轴承。

本发明还涉及一种包括此类石材的时计机芯。

背景技术

在时计学的现有技术中，红宝石或蓝宝石类型的石材特别用于形成时计中的末端石或被称为轴衬（coussinet）的引导元件。这些末端石和引导元件旨在与枢轴接触，以便使枢轴能够以最小的摩擦旋转移动。因此，它们形成例如旋转地安装的轴的轴承的全部或一部分。引导元件通常包括通孔，以便将枢轴插入其中。

原则上，合成石材用于时计机芯。特别地，用于制造单晶类型的石材的Verneuil型方法是已知的。还存在多晶类型的石材，其通过使用压制工具压制前体以获得未来石材的未加工本体（corps vert）而制造。然后对石材进行加工以获得具有所需尺寸的最终形状。

特别地，关于由多晶石材制成的引导元件，压制工具例如设置有有助于构造孔坯的金属丝。首先对单晶类型的石材进行激光打孔以获得孔坯。随后通过加工获得孔的最终尺寸。

然而，对这些石材（无论它们是单晶还是多晶）进行加工的技术均不允许获得期望的所有形状。实际上，传统加工对于某些形状是不够精确的。特别地，除了简单的坯孔或凹部（之后应当对其赋予最终形状）外，无法对石材表面进行功能化。

发明内容

本发明的目的是通过提出一种用于制造石材的方法来完全或部分地弥补上述缺陷，该方法允许精确地实现特定的形状以及表面的功能化。

为此，本发明涉及一种由单晶类型或多晶类型的矿物本体（corps minéral）制造石材的方法，其尤其用于时计，其特征在于，该方法包括烧蚀步骤，在该烧蚀步骤中，通过使用超短脉冲激光辐射在本体的至少一个面上扫描而使所述本体经受材料烧蚀，所述超短脉冲激光辐射的持续时间小于100皮秒并且其光束是由具有至少三个轴线的旋进系统引导的，所述旋进系统被配置为至少部分地抵消由于所述激光的聚焦引起的激光锥角。

因此，可以以极其精确的方式从石材上去除材料，且从而获得以现有技术中已知的激光方法无法形成的形状和表面。这种装置允许以高精度聚焦激光束，同时至少部分抵消由于激光的聚焦引起的激光锥角。实际上，所述聚焦产生呈锥体形状的激光，其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，使得材料烧蚀不会如此。该装置允许在光束的至少一侧上抵消锥角，这尤其允许获得直的切割。这些直的切割是无法通过传统的切割激光来获得的。

此外，超短激光脉冲可以避免对石材的热升温，热升温会损害石材的质量。

此外，利用根据本发明的方法获得的石材的表面状态Ra约为0.1μm，这允许之后用传统的抛光方法对石材进行抛光，例如获得约为0.025μm的Ra。因此，该方法提供了显著的优点，同时保持实施起来不具有大的复杂性。

根据本发明的特定实施例，烧蚀是一层一层地进行的，每层的厚度在1至10μm的范围内，优选为2至4μm。

根据本发明的特定实施例，脉冲的持续时间在200至400 fs的范围内，优选地在250至350 fs的范围内，或者甚至在280至300 fs的范围内。

根据本发明的特定实施例，激光的波长在400至600 nm的范围内，优选地在450至550 nm之间，或者甚至为500 nm。

根据本发明的特定实施例，该矿物本体是单晶类型的，并且包括例如AL2O3，该方法包括通过Verneuil型方法制造本体的初步步骤。

根据本发明的特定实施例，该矿物本体是多晶类型的，并且包括例如Al2O3Cr型聚红宝石（polyrubis）或ZrO2型氧化锆，该方法包括以下初步步骤：

- 由至少一种粉末材料与粘合剂的混合物来生产前体；

- 压制前体以形成未加工本体，压制是借助于上部模具和下部模具进行的，以及

- 烧结所述未加工本体，以便由所述至少一种材料形成未来石材的矿物本体。

根据本发明的特定实施例，该方法包括附加的精加工步骤，例如在激光步骤之后尤其在烧蚀区域上研磨和/或刷光和/或抛光矿物本体。

根据本发明的特定实施例，激光烧蚀步骤包括：凹制出穿过本体的孔。

根据本发明的特定实施例，激光烧蚀步骤包括：凹制出通孔的入口锥体。

根据本发明的特定实施例，激光烧蚀步骤包括：使面凹入（creusement）以在该面上形成外围边沿。

根据本发明的特定实施例，激光烧蚀步骤包括：使面凹入以形成凸起区域。

根据本发明的特定实施例，激光烧蚀步骤包括：使本体的外周面凹入以形成本体的张开的外周面。

根据本发明的特定实施例，激光烧蚀步骤包括：在本体的面上围绕通孔凹制出油保持凹部。

根据本发明的特定实施例，激光烧蚀步骤包括：烧蚀石材的面的至少一部分以使其平坦。

本发明还涉及尤其用于时计机芯的单晶类型或多晶类型的矿物石材，该石材能够通过根据本发明的方法获得。该石材的特征在于，它包括设有外围边沿的面，该外围边沿尤其用于侧向地夹紧轴承中的末端石。

根据本发明的特定实施例，如果石材是单晶类型的，则石材包含AL2O3，如果石材是多晶类型的，则石材包含Al2O3Cr型聚红宝石或ZrO2型氧化锆。

根据本发明的特定实施例，该面包括用于末端石的支承面，该支承面设置在内边沿的底部处，该支承面形成圆形形状。

根据本发明的特定实施例，该石材包括居中的通孔，该面包括界定在支承面和孔之间的凸起区域，该区域从支承面至孔同心地凸起。

本发明还涉及一种时计，其包括尤其用于轴承的这种石材。

附图说明

其他特征和优点将从参考附图在下文以指示而非限制的方式给出的描述中清楚地显现，在附图中：

- 图1是根据本发明方法的石材的第一实施例的框图；

- 图2是根据本发明方法的石材的第二实施例的框图；

- 图3是在本发明方法的第二实施例的烧结步骤之后获得的多晶类型的矿物本体的示意图；

- 图4是在本发明方法的第二实施例的加工步骤之后获得的多晶类型的矿物本体的示意图；

- 图5是在本发明的两个实施例的激光烧蚀步骤之后得益于该方法所获得的石材的示意图，

- 图6是图5的石材的部分的放大视图；

- 图7是包括根据本发明的边沿的石材的示意图，该边沿与末端石相关联。

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时计的引导元件的石材的方法。石材例如旨在与枢轴接触，以便使枢轴能够以最小摩擦旋转移动。因此，可以理解，本发明特别地允许生产能够形成旋转地安装的轴的轴承的全部或一部分的石材。

石材由矿物本体形成，在第一实施例中，该矿物本体可以是单晶类型的，或者在第二实施例中，该矿物本体可以是多晶类型的。对于单晶，本体包括例如AL2O3，而对于多晶，本体包括例如Al2O3Cr型聚红宝石或ZrO2型氧化锆。根据该实施例，获得矿物本体的方法是不同的。

在图1所示的方法1的第一实施例中，方法1包括第一步骤2，即，通过时计制造领域中众所周知的Verneuil型方法制造结晶矿物本体。该材料是由在2000℃以上由氢氧吹管熔化的粉末形成的。本体在冷却到熔点以下后结晶。本体被定尺寸成以便获得接近所需尺寸的尺寸，特别是便于其未来的加工。

根据本发明，第一实施例包括第二激光烧蚀步骤3，以赋予石材最终形状。激光烧蚀步骤将在本说明书的后文中进行描述。最后，第三精加工步骤4允许赋予石材与其用途相适应的表面状态。例如，寻求获得表面状态Ra =0.025μm。因此，这种精加工步骤可以包括研磨和/或刷光和/或抛光，从而允许调整最终尺寸和/或去除边缘和/或局部修改粗糙度。

在该方法的第二实施例5中，如图2所示，这种方法包括由至少一种粉末材料与粘合剂的混合物来生产前体的第一步骤6。这种材料可以是非限制性和非穷举性的陶瓷。该步骤旨在由在粘合剂中凝固的陶瓷基粉末形成前体。

在此上下文中，陶瓷基粉末可以至少包括金属氧化物、金属氮化物或金属碳化物。例如，陶瓷基粉末可以包括氧化铝以形成合成蓝宝石，或者包括氧化铝和氧化铬的混合物以形成合成红宝石，或者甚至包括氧化锆。此外，粘合剂可以具有多变化的性质，例如聚合物类型或有机类型。

然后，第二实施例包括第二压制步骤7，即，使用图中未示出的压制装置的上部模具和下部模具来压制前体，以便形成未来石材的未加工本体。

第二实施例包括第三步骤8，即，烧结未加工本体以便在如上所述可以是陶瓷的材料中形成图3上可见的本体10。换句话说，该步骤8旨在烧结未加工本体，以便形成未来钻孔的石材的陶瓷本体10。优选地，根据本发明，烧结步骤8可包括热解。

在图3中，本体10包括设有具有不同形状的上部15a和下部15b的通孔坯料14。实际上，构成功能元件的坯料的下部15b具有锥形形状，并且包括通孔14的坯料的上部15a具有圆柱形形状。这种通孔14还包括第一开口17a，所述第一开口被限定在未加工本体10中并通向该未加工本体10的底面19。通孔14还包括第二开口17b，所述第二开口被限定在未加工本体10中并通向该未加工本体10的顶面16。

本体10还包括在其底面19上的凹槽18。凹槽18形成为围绕通孔14为中心的球形路径，并且具有三角形的截面。该凹槽18由压制装置的下部模具形成，下部模具具有凹槽18的阴模形状，例如环形肋。

应该注意的是，这种坯料尤其允许形成钻孔石材的接合锥体，以便更容易地安装枢轴，尤其是当将枢轴盲安装到在该示例中形成引导元件的钻孔石材中时。因此，可以理解，通孔14的形状由压制装置的下部模具的冲头的形状提供。因此，这种压制步骤7旨在使用上部模具和下部模具来压制前体，以便利用尤其包括通孔14的坯料的本体10来形成未来钻孔石材的所述未加工本体。

第二实施例包括加工图4中的未来石材的本体10的第四步骤9。第四步骤包括车削以使石材的外周壁成形的第一子步骤。材料被去除，直到凹槽的顶点，以便获得至少部分地张开的外周壁22。加工步骤还包括使顶面24和底面26成形以获得预定石材厚度的子步骤。

此外，该步骤还包括将通孔定尺寸成允许将功能元件15a的锥体连接到所述顶面24。

第二实施例包括第五激光烧蚀步骤11，以赋予石材最终形状。

最后，第六精加工步骤12允许给予石材与其用途相适应的表面状态。因此，这种精加工步骤可以包括研磨和/或刷光和/或抛光，从而允许调整最终尺寸和/或去除边缘和/或局部修改粗糙度。

根据实施例，两个实施例提供单晶或多晶的一件式本体。

根据本发明，在激光烧蚀步骤3、11期间，通过使用超短脉冲激光辐射在本体的至少一个面上扫描而使本体经受材料烧蚀，该超短脉冲激光辐射的持续时间小于100皮秒并且其光束是由具有至少三个轴线的旋进系统引导的，该旋进系统被配置为至少部分地抵消由于激光聚焦引起的激光锥角。这种装置例如在文献WO 2017029210中有所描述。存在不同类型的设备允许至少部分地抵消激光锥角。一些设备使用五轴线或六轴线旋进系统。

因此，激光束具有至少一个基本直的边缘，使得能够使石材的表面凹入并赋予其特定的形状。烧蚀是一层一层地进行的，激光扫描本体的一个区域以使其凹入。每层的厚度例如在1至10μm的范围内，优选为2至4μm。材料被一层一层地去除，直到获得期望的形状。

例如，激光的波长在400和600 nm之间，优选在450和550 nm之间，或者甚至约为500 nm。脉冲的持续时间小于皮秒，例如在200至400 fs的范围内，优选地在250至350 fs的范围内，或者甚至在280至300 fs的范围内。此类特征允许对本体进行凹制而不损害形成石材的材料的性质。

如图5和图6中获得的石材所示，该方法尤其允许对本体20进行凹制以在石材30的顶面25上获得外围边沿27。本体20的表面25在中心区域29上一层一层地被开凿，而留下顶面25的边缘完好无损。在若干次的激光穿过以及一定数量的层被去除之后，形成边沿27。得益于这种方法和激光装置，获得了边沿27，其内侧31是直的，具有高精度的尺寸。边沿27的高度取决于已被去除的层的数目和已被去除的层的厚度。例如，厚度为0.18毫米、直径为0.8毫米的石材具有在0.02至0.08毫米之间的边沿。

该方法还可用于形成部分凸起21的顶面25和/或具有若干层的顶面。在图5或图6中，（已经被开凿以形成边沿27的）区域29包括用于末端石的支承面28，并且具有从支承面28直至孔14的凸起形状。支承面28高于凸起区域21，使得末端石仅搁置在该部分上而不搁置在凸起区域21的凸起的其余部分上。这种凸起性允许通孔尽可能靠近末端石，并且对于枢轴也是如此。

如图7所示，具有这种边沿27的顶面允许例如侧向地阻挡布置在石材的顶面上的元件。在用于摆轮轴的轴承的情况下（其中石材30用作引导元件），可以设置末端石石材35，使得其在搁置在支承面28上时被边沿27的内侧31侧向阻挡。将末端石定尺寸成对应于石材的已经受激光烧蚀的区域29。该元件在壳体中形成末端石的轴向和径向支撑。末端石35嵌套在引导元件30中，该引导元件用于轴向地支撑末端石以及侧向地保持末端石。

因此，获得了包括引导元件和末端石的组件。特别地，这两者都可以用在阻尼轴承中。此类引导元件允许省掉将引导元件保持在轴承中的底盘（chaton）。

根据其他实施例，激光烧蚀步骤允许使本体的外周面凹入以形成本体的张开的外周面。所获得的石材具有倒角外周面，倒角外周面将具有较小表面积的底面连接到具有较大表面积的顶面。此类外周面允许在冲击的情况下使石材在阻尼块的斜面上滑动，特别是将径向运动转化为轴向运动。因此，对于单晶或多晶体，可以获得图4至图6的外周面22。因此，对于多晶体，在第二实施例的加工步骤中避免了这种情况。

最后，可以通过在通孔入口处凹制出锥体来实现石材底表面的功能化。得益于该椎体，如果枢轴由于冲击而从孔中出来，则枢轴返回到孔中而不会被孔边缘的脊损坏。在石材的图中，特别是在多晶体的示例中，锥体在初始阶段中被粗加工。然而，可以通过根据本发明的方法钻出锥体，而不需要对锥体进行粗加工，无论是用单晶还是多晶矿物本体。

仍然可以在石材中凹制出通孔。该方法步骤允许将孔直接钻至正确的尺寸，而不需要经过坯料、随后的加工步骤来使得孔在整个孔的高度上具有精确且均匀的尺寸。

可以通过该方法获得图中未示出的其他形状。例如，激光烧蚀步骤包括在本体的面上围绕通孔凹制出油保持凹部。也可以对石材的面的至少一部分进行烧蚀，以使其是平坦的，和/或赋予其确定的厚度。也可以凹制出不同于锥体形状的功能元件，例如底部为球形的凹洞（creux）。

如图5至图7所示，本发明还涉及可能通过前述方法1、5获得的石材30，该石材形成例如用于安装在时计轴承中的引导元件。然而，这种石材并不局限于制表领域，它可以应用于任何可相对于轴承移动的元件。石材30包括上述方法中描述的特征。有利地，石材30被旨在接收枢轴的孔14横穿，该枢轴也被称为耳轴。石材包括顶表面25和底表面26，其中一个包括与通孔14连通的功能元件15a，这里是锥体。换句话说，孔14与顶表面26连通，并且还与底表面24中限定的大致锥形的凹部连通。然后，该凹部形成了钻孔石材2的接合锥体。

还应注意，限定在孔14处的该石材本体的内壁包括倒圆区域，其旨在使与枢轴的接触最小化，而且也便于可能的润滑。应该注意，使与枢轴的接触最小化尤其允许减少与枢轴的摩擦。

根据本发明，石材的顶面25包括边沿27，其尤其用于在轴承的情况下侧向地夹紧末端石。边沿27优选地是外围的，也就是说，它界定了石材30的顶面25的边缘。此外，它限定了顶面25的包括支承面28和通孔14的出口的内部区域29，以及从支承面28至孔14同心地凸起的区域21。

此外，石材具有张开的外周面22，张开的外周面将具有较小表面积的底面26连接到具有较大表面积的顶面25。

应该注意的是，在图中未示出的石材的变型中，石材可以包括限定在底表面上的另一功能元件来代替锥体。功能元件具有底部为球形的凹洞形状。凹洞的功能与椎体相同。凹洞可以通过激光烧蚀或用金刚石凿子加工获得。

显然，本发明不限于所示出的示例，而是可以有各种变型和修改，所述变型和修改对于本领域技术人员来说将是显而易见的。特别地，根据本发明，可以有利地考虑在激光烧蚀步骤期间形成的其他类型的功能元件。

Claims

1.一种由单晶类型或多晶类型的矿物本体（10，20）制造石材（30）的方法（1，5），其尤其用于时计，其特征在于，所述方法包括烧蚀步骤（3，11），在所述烧蚀步骤中，通过使用超短脉冲激光辐射在所述本体的至少一个面上扫描而使所述本体（10，20）经受材料烧蚀，所述超短脉冲激光辐射的持续时间小于100皮秒并且其光束是由具有至少三个轴线的旋进系统引导的，所述旋进系统被配置为至少部分地抵消由于所述激光的聚焦引起的激光锥角。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述烧蚀（3，11）是一层一层地进行的，每层的厚度在1至10μm的范围内，优选地为2至4μm。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述脉冲的持续时间在200至400 fs的范围内，优选地在250至350 fs的范围内，或者甚至在280至300 fs的范围内。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光的波长在400至600nm的范围内，优选地在450至550 nm之间，或者甚至为500 nm。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述矿物本体（10，20）是单晶类型的，并且包括例如AL2O3，所述方法包括通过Verneuil型方法制造所述本体的初步步骤（2）。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述矿物本体（10，20）是多晶类型的，并且包括例如Al2O3Cr型聚红宝石或ZrO2型氧化锆，所述方法包括以下初步步骤：

- 由至少一种粉末材料与粘合剂的混合物来生产（6）前体；

- 压制（7）所述前体以形成未加工本体，所述压制是借助于上部模具和下部模具进行的，以及

- 烧结（8）所述未加工本体，以便由所述至少一种材料形成未来石材的矿物本体（10）。

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）包括附加的精加工步骤（4，12），例如在激光步骤之后尤其在烧蚀区域上研磨和/或刷光和/或抛光矿物本体。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光烧蚀步骤（3，11）包括：凹制出穿过所述本体（10）的通孔（14）。

9.根据前一项权利要求所述的方法，其特征在于，所述激光烧蚀步骤（3，11）包括：凹制出所述通孔（14）的入口锥体（15a）。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光烧蚀步骤（3，11）包括：使面（24）凹入以在所述面（27）上形成外围边沿。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光烧蚀步骤（3，11）包括：使面（24）凹入以形成凸起区域（21）。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光烧蚀步骤（3，11）包括：使所述本体的外周面凹入以形成所述本体（20）的张开的外周面（22）。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光烧蚀步骤（3，11）包括：在所述本体的面上围绕所述通孔凹制出油保持凹部。

14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述激光烧蚀步骤（3，11）包括：烧蚀所述石材（20）的面（24，26）的至少一部分以使其平坦。

15.一种尤其用于时计机芯的单晶类型或多晶类型的矿物石材，所述石材（30）能够通过根据前述权利要求中任一项的方法获得，其特征在于，所述石材包括设有外围边沿（27）的面（25），所述外围边沿尤其用于侧向地夹紧轴承中的末端石（35）。

16.根据权利要求15所述的石材，其特征在于，如果所述石材是单晶类型的，则所述石材包括AL2O3，如果所述石材是多晶类型的，则所述石材包括Al2O3Cr型聚红宝石或ZrO2型氧化锆。

17.根据权利要求15或16所述的石材，其特征在于，所述顶面（25）包括尤其用于所述末端石（35）的支承面（28），所述支承面（28）设置在所述外围边沿（27）的底部处。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的石材，其特征在于，所述石材（30）包括居中的通孔（14），所述顶面（25）包括界定在所述支承面（28）和所述孔（14）之间的凸起区域（21），所述区域从所述支承面（28）至所述孔（14）同心地凸起。

19.一种时计（27），其包括根据权利要求15至18中任一项所述的石材（30），所述石材（30）尤其用于轴承。