EP3968095B1 - Verfahren zur herstellung einer mikromechanischen komponente, insbesondere einer uhrentriebfeder, mit optimierter kontaktfläche - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer mikromechanischen komponente, insbesondere einer uhrentriebfeder, mit optimierter kontaktfläche

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EP3968095B1
EP3968095B1 EP20196228.9A EP20196228A EP3968095B1 EP 3968095 B1 EP3968095 B1 EP 3968095B1 EP 20196228 A EP20196228 A EP 20196228A EP 3968095 B1 EP3968095 B1 EP 3968095B1
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EP
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phosphorus
mobile
substrate
chosen
nickel
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EP20196228.9A
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Serge Nicoud
Samuel VIGNIER
Sébastien RODER
Jean-Luc Helfer
Christian Charbon
Frédéric Kohler
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G04B31/08—Lubrication

Definitions

  • the invention relates to a method for manufacturing a micromechanical component, in particular a watch movement.
  • the invention relates to the field of watchmaking mechanisms, and more particularly to escapement mechanisms comprising at least one escape wheel and at least one anchor, of which at least one is non-magnetic.
  • the Swiss lever escapement wheels are historically made of nickel-plated steel, and are sensitive to magnetic fields.
  • the use of such materials, nickel-phosphorus or similar compounds can be sensitive under certain climatic conditions, which may lead to performance degradation, particularly in terms of amplitude regularity, stopping, or aging, especially when the two opposing components of the friction couple are made of similar LIGA materials.
  • the deposition of a superficial gold layer while beneficial for stabilizing amplitude, does not solve the overall problem, may even exacerbate aging, and can affect running stability.
  • the document CH 514 873 A shows a substrate made of brass or nickel-plated steel.
  • the invention aims to solve the technical problem of the holding of the usual watch lubricant, and more particularly to guarantee an epilame effect, under usual climatic conditions, on components made of LIGA NiP12, or similar, non-ferromagnetic, in particular on anchors and Swiss lever escape wheels.
  • the invention relates to a method for manufacturing watch movements according to claim 1.
  • the invention relates to the field of micromechanical components, and more particularly to watch movements.
  • the invention aims to solve in particular the technical problem of the holding of the usual watch lubricant, under usual climatic conditions, on components made of LIGA NiP12, or similar, non-ferromagnetic, in particular on wheels of a Swiss lever escapement mechanism.
  • the contact between the ruby lever of the anchor and the tooth of the escape wheel is particularly sensitive.
  • the main problem is the loss of epilame effect on the exhaust wheel board, which causes oil to spread and loss of lubrication at the contact between the wheel tooth and the ruby lift.
  • the stability of the lubrication at the contact between the anchor levers and the escape wheel must ensure the consistency of the amplitude.
  • the galvanic nickel coating can be an alloy, for example Ni-Fe, or Ni-W, or other.
  • the invention relates to a method for manufacturing micromechanical components, in particular watch movement components, according to which a substrate is made with a first material comprising at least nickel and phosphorus, We shape this substrate to the geometry of the mobile, and we carry out a coating of the substrate, by galvanic and/or chemical means, at the level of at least one surface of the substrate of the mobile, with at least a second thin material, less than 10 micrometers thick, which constitutes the peripheral layer of the mobile at the level of this at least one surface of the substrate of the mobile, and which contains at least nickel and is poorer in phosphorus than the first material, or which contains nickel and is devoid of phosphorus.
  • this first non-magnetic material is chosen.
  • this second non-magnetic material is chosen.
  • nickel is not non-magnetic, and that NiP6-9% is not necessarily so; it is the thinness of the deposit that preserves the non-magnetic nature of the part.
  • the substrate is a nickel-phosphorus of NiPx formulation, with x between 1% and 15% by mass, inclusive of terminals, or more particularly with x between 10% and 15% by mass, inclusive of terminals, the latter range making it possible to guarantee the non-magnetic character of the coating.
  • This substrate is covered with a low-phosphorus coating, according to the invention, the thickness of which is more particularly and not limited to between 0.2 micrometers and 5.0 micrometers inclusive, and, more particularly still, between 0.2 micrometers and 2.0 micrometers inclusive.
  • the coating treatment with a low-phosphorus coating can be carried out by galvanic means.
  • the recoating treatment with a low-phosphorus coating can be carried out chemically, using a process for applying chemical nickel, which can be pure nickel, or a nickel-phosphorus compound.
  • chemical nickel which can be pure nickel, or a nickel-phosphorus compound.
  • low in phosphorus for example NiP6-9, with 6% to 9% by mass of phosphorus, or even nickel-boron NiB.
  • NiP6-9, or NiB increases the stability of the epilame in climatic conditions, the grip of the epilame and therefore the resistance of any common watch lubricant.
  • the epilame used is a fluoride-based formulation.
  • the lubricant can also be deposited on an exhaust valve with a supplement in the form of a paste based on molybdenum disulfide MoS2, which acts as a lubricant and lubricant sponge.
  • the escapement mechanism in question has a geometry that minimizes the contact surfaces; for example, preference is given to using a cradled anchor, which is an anchor whose active faces of the fork, intended to come into contact with the ellipse and the stops, are rounded, which allows for a point of contact instead of a line of contact.
  • a cradled anchor which is an anchor whose active faces of the fork, intended to come into contact with the ellipse and the stops, are rounded, which allows for a point of contact instead of a line of contact.
  • An innovative design of an escapement mechanism includes an anchor made of LIGA, or an anchor whose pallets are at least made of LIGA. In such a case, the LIGA parts of the anchor are subject to the same problem, and the same solution is applicable.
  • the invention makes it possible to guarantee normal aging conditions, a constant amplitude, and the absence of stopping, particularly in the presence of cradled LIGA nickel-phosphorus anchors, which provide better shock resistance than silicon anchors, for example.
  • this substrate coating is applied to at least one surface adjacent to a friction surface of the mobile, with this at least one The second material, which constitutes the peripheral layer of the mobile at the level of this at least one surface adjoining a rubbing surface.
  • “adjoining” we mean that the two surfaces are contiguous, or at least tangent, their intersection is not empty, even if it is limited to an isthmus of very small cross-section.
  • the substrate is shaped to the geometry of the mobile.
  • this substrate coating is carried out by galvanic and/or chemical and/or PVD and/or CVD methods.
  • this substrate coating is applied to surfaces of the moving part other than the surfaces that guide the moving part for pivoting or for guidance along a single degree of freedom. More specifically, this substrate coating is applied to all surfaces of the moving part other than these guiding surfaces.
  • the substrate coating is carried out on the surfaces of the mobile including these mobile guidance surfaces.
  • this substrate coating is applied to surfaces adjacent to a friction surface of the moving part, other than the surfaces that guide the moving part for its pivoting or for its guidance along a single degree of freedom. More specifically, this substrate coating is applied to all surfaces of the moving part other than the surfaces that guide the moving part for its pivoting or for its guidance along a single degree of freedom.
  • the substrate coating is carried out on surfaces adjacent to a frictional surface of the mobile, including the guiding surfaces of the mobile for its pivoting or for its guidance according to a single degree of freedom.
  • the substrate coating is applied to all surfaces of the mobile.
  • the first material containing phosphorus is chosen with a mass proportion between 1% and 15% inclusive.
  • the first material consisting solely of nickel and phosphorus is chosen.
  • the first non-magnetic material is chosen with a proportion by mass of phosphorus between 10% and 15% inclusive.
  • the first non-magnetic material is chosen.
  • the second material is chosen, consisting only of pure nickel, or only of nickel and phosphorus.
  • the second material is chosen with a proportion by mass of phosphorus less than or equal to 15%.
  • the second non-magnetic material is chosen with a proportion by mass of phosphorus between 10% and 15% inclusive.
  • the second material is chosen with a proportion by mass of phosphorus between 6% and 12% inclusive.
  • the second material is chosen with a proportion by mass of phosphorus between 1% and 6%, excluding limits.
  • the second material is chosen with a proportion by mass of phosphorus between 0% and 1% inclusive.
  • the second material containing boron is chosen.
  • the second material consisting solely of nickel and boron, is chosen.
  • the second material is applied galvanically.
  • the second material is applied chemically.
  • the second material is applied with a thickness of less than 10 micrometers.
  • the second material is applied with a thickness between 0.2 micrometers and 5.0 micrometers, inclusive. More specifically still, the second material is applied with a thickness between 0.2 micrometers and 2.0 micrometers, inclusive.
  • the second material is applied with a thickness between zero and 0.2 micrometers, excluding limits, particularly in the vicinity of 0.1 micrometers.
  • the substrate and its coating assembly undergo a heat treatment at a temperature between 100°C and 500°C for 1 to 8 hours.
  • this heat treatment is performed after the coating operation.
  • it is performed before the coating operation.
  • the substrate is produced by a "LIGA” process (lithography-galvanization-forming, from the German “Röntgenlithographie, Galvanoformung, Abformung”).
  • a galvanic and/or chemical coating is applied to all surfaces of the substrate with such a second material.
  • this process is applied to the manufacture of an escapement mechanism, which is an escape wheel or an anchor.
  • the thickness of the second material constituting the peripheral layer of the mobile is limited at least at one surface adjacent to a friction surface to less than 10 micrometers. More specifically, the thickness of the second material constituting the peripheral layer of the mobile is limited at least at one surface adjacent to a friction surface to less than 5 micrometers.
  • the thickness of the second material constituting the peripheral layer of the mobile is limited to less than 10 micrometers at at least one surface of the substrate. More specifically, the thickness of the second material constituting the peripheral layer of the mobile is limited to less than 5 micrometers at at least one surface of the substrate.
  • This process allows the production of a micromechanical component, in particular a watch movement, and more specifically an escapement mechanism movement, with an optimized contact surface.

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Claims (27)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Uhrwerksdrehteils, wobei ein Substrat mit einem ersten Material, das mindestens Nickel und Phosphor umfasst, mit einem Massenanteil an Phosphor zwischen 1 % und 15 %, Grenzwerte eingeschlossen, hergestellt wird, und wobei das Substrat auf mindestens einer Oberfläche des Substrats des Drehteils plattiert ist, mit mindestens einem zweiten Material, das die periphere Schicht des Drehteils auf der mindestens einen Oberfläche des Substrats des Drehteils bildet, und das mindestens Nickel umfasst und das eine geringere Phosphorkonzentration als das erste Material aufweist, oder das Nickel umfasst und phosphorfrei ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat, auf zumindest einer Oberfläche, die an eine Reibungsoberfläche des Drehteils angrenzt, mit mindestens einem zweiten Material plattiert ist, das die periphere Schicht des Drehteils auf der zumindest einen Oberfläche bildet, die an eine Reibungsoberfläche des Drehteils angrenzt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat auf die Geometrie des Drehteils geformt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat mit einem galvanischen und/oder chemischen und/oder PVD- und/oder CVD-Verfahren plattiert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Material, das nur aus Nickel und Phosphor besteht, ausgewählt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste nichtmagnetische Material mit einem Massenanteil an Phosphor, der zwischen 10 % und 15 % umfasst, Grenzwerte eingeschlossen, ausgewählt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material, das nur Reinnickel oder nur Nickel und Phosphor umfasst, ausgewählt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material mit einem Massenanteil an Phosphor von weniger als oder gleich 15 % ausgewählt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material mit einem Massenanteil an Phosphor, der zwischen 6 % und 12 % umfasst, Grenzwerte eingeschlossen, ausgewählt wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material mit einem Massenanteil an Phosphor, der zwischen 1 % und 6 % umfasst, Grenzwerte ausgeschlossen, ausgewählt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material mit einem Massenanteil an Phosphor, der zwischen 0 % und 1 % umfasst, Grenzwerte eingeschlossen, ausgewählt wird.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material, das Bor enthält, ausgewählt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material, das nur aus Nickel und Bor besteht, ausgewählt wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite nichtmagnetische Material mit einem Massenanteil an Phosphor, der zwischen 10 % und 15 % umfasst, Grenzwerte eingeschlossen, ausgewählt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material unter Verwendung eines galvanischen Verfahrens aufgebracht wird.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material unter Verwendung eines chemischen Verfahrens aufgebracht wird.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material mit einer Dicke von weniger als 10 Mikrometern aufgebracht wird.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material mit einer Dicke von weniger als 5 Mikrometern aufgebracht wird.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material mit einer Dicke, die zwischen 0,2 Mikrometern und 5,0 Mikrometern umfasst, Grenzwerte eingeschlossen, aufgebracht wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Material mit einer Dicke, die zwischen 0,2 Mikrometern und 2,0 Mikrometern umfasst, Grenzwerte eingeschlossen, aufgebracht wird.
  21. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine thermische Behandlung für 1 bis 8 Stunden auf die durch das Substrat und dessen Plattierung gebildete Anordnung bei einer Temperatur, die zwischen 100 °C und 500 °C umfasst, aufgebracht wird.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung nach dem Plattierungsvorgang durchgeführt wird.
  23. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die thermische Behandlung vor dem Plattierungsvorgang durchgeführt wird.
  24. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat unter Verwendung eines "LIGA"-Verfahrens hergestellt wird.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zur Herstellung eines Hemmungsdrehteils angewendet wird, das ein Hemmungsrad oder ein Anker ist.
  26. Verfahren nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des zweiten Materials, die aus der peripheren Schicht des Drehteils auf der mindestens einen Oberfläche, die an eine Reibungsoberfläche angrenzt, besteht, auf weniger als 10 Mikrometer begrenzt ist.
  27. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des zweiten Materials, die aus der peripheren Schicht des Drehteils auf der mindestens einen Oberfläche, die an eine Reibungsoberfläche angrenzt, besteht, auf weniger als 5 Mikrometer begrenzt ist.
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