JP2017096932A

JP2017096932A - トライボロジーが改善された計時器コンポーネント

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Publication number: JP2017096932A
Application number: JP2016214141A
Authority: JP
Inventors: クリスチャン・シャルボン; Christian Charbon; フィリップ・デュボワ; Philippe Dubois
Original assignee: Nivarox Far SA
Current assignee: Nivarox Far SA
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2036-11-01
Also published as: CN106919036A; RU2718342C1; CN106919036B; EP3171230A1; EP3171230B1; US20170146955A1; JP6231644B2

Abstract

【課題】潤滑剤を使用することなく計時器脱進機を動作させることでメンテナンスを減らし、高い振動周波数を可能にする計時器コンポーネントを提供する。
【解決手段】少なくとも１つの自滑性表面層２を備え、自滑性表面層２が全てホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃から成るドライ層であり且つ５０ナノメートル〜１マイクロメートルの厚さを有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、少なくとも１つの自滑性表面層を備えた計時器（ｔｉｍｅｐｉｅｃｅ）コンポーネントに関する。

本発明は、少なくとも１つのそのようなコンポーネントを備えた計時器脱進機構にも関する。

本発明は、少なくとも１つのそのような脱進機構を含む計時器ムーブメントにも関する。

本発明は、少なくとも１つのムーブメントを備えた時計にも関する。

本発明は、自滑性表面層を備えた計時器コンポーネントをコーティングする方法にも関する。

本発明は、高いインパルス周波数、動作中のインパルス及び摩擦位相が多い過酷な使用にさらされる計時器機構用のコンポーネント、例えば脱進機構のコンポーネントの分野に関する。

脱進機構、特には最も一般的なスイスレバー脱進機をメンテナンス不要で動作させることは依然として現在の時計製造開発における主要な目標の１つである。メンテナンスとは一般に潤滑剤の補充を意味することから、潤滑剤を使用しない脱進機の開発では、極めて優れたトライボロジー特性を呈する固体材料を探すことになる。さらに、精度を上昇させるためにより高い周波数で脱進機を動作させる昨今のトレンドには、高加速時に潤滑油が吐き出されやすいことから、限界がある。現在、乾式潤滑の需要が特に高まっている。

ＣＨＲＹＳＬＥＲＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮの英国特許第５２８３７０（Ａ）号明細書には、油浴への熱浸漬又は適切な固形潤滑剤の細孔への導入により自滑性にできる、圧縮及び焼結された多孔性の金属粉末系の組成物が開示されている。この文献には、軸受けを一体化させた計時器構造体を創製するための、そのようにして作製されたプレートの使用が記載されている。これらのプレートは他の金属プレートで補強し得る。ドライ自滑性表面層の特定の組成物は、適切な割合の
・鉛、スズ、グラファイト、ホウ酸
・銅、スズ、マイカ、ホウ酸
・鉄、銅、グラファイト、ホウ酸
の混合物に関係し、これらの混合物をダイ又はローラでブリケットに圧縮し、好ましくは還元雰囲気下で焼結する。

ＣＨＲＹＳＬＥＲＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮのＨＥＮＤＲＩＣＫＪＯＨＮの米国特許第２１５９３２７号（Ａ）明細書には軸受けアセンブリが開示されており、このアセンブリは、液状潤滑剤が染み込んだ多孔性金属から形成される一方のピボットと弾性を喪失可能であり且つピボットを覆う非金属材料から形成されるもう一方のスリーブとを備え、中間スリーブは潤滑剤不浸透性の材料を含む。特定の組成において、多孔性金属は銅、スズ及びグラファイトを含み、また特には押圧又は焼結中に有用なホウ酸又はサリチル酸等の固形潤滑剤を含有し得る。

ＢＡＲＴＨＥＬＡＮＴＨＯＮＹＪＥＴＡＬ，“ＯｒｉｇｉｎｏｆＵｌｔｒａ−ＬｏｗＦｒｉｃｔｉｏｎｏｆＢｏｒｉｃＡｃｉｄ：ＲｏｌｅｏｆＶａｐｏｒＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ”，ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，ＢａｌｔｚｅｒＳｃｉｅｎｃｅＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，ＮＬ，Ｖｏｌ．５８，Ｎ°３，２１．０４．２０１５，ｐｐ．１−１２，ＸＰ０３５４８９８５２，ＩＳＳＮ１０２３−８８８３の記事には、ホウ酸の潤滑特性が記載されている。

英国特許第５２８３７０（Ａ）号明細書米国特許第２１５９３２７号（Ａ）明細書

ＢＡＲＴＨＥＬＡＮＴＨＯＮＹＪＥＴＡＬ，"ＯｒｉｇｉｎｏｆＵｌｔｒａ−ＬｏｗＦｒｉｃｔｉｏｎｏｆＢｏｒｉｃＡｃｉｄ：ＲｏｌｅｏｆＶａｐｏｒＡｄｓｏｒｐｔｉｏｎ"，ＴｒｉｂｏｌｏｇｙＬｅｔｔｅｒｓ，ＢａｌｔｚｅｒＳｃｉｅｎｃｅＰｕｂｌｉｓｈｅｒｓ，ＮＬ，Ｖｏｌ．５８，Ｎ°３，２１．０４．２０１５，ｐｐ．１−１２，ＸＰ０３５４８９８５２，ＩＳＳＮ１０２３−８８８３

ホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃は、その乾式潤滑能により、摩擦という観点から特に有利である。摩擦の間、ホウ酸の平坦な結晶結合は表面に平行な層を構成し易い。この配列が、硫化モリブデンＭｏＳ₂、硫化タングステンＷＳ₂等の周知の化合物と同様の形で摩擦を軽減する。

本発明の目的は、潤滑剤を使用することなく計時器脱進機を動作させることでメンテナンスを減らし、高い振動周波数を可能にすることである。

これを目的として、本発明は、請求項１に記載の少なくとも１つの自滑性表面層を備えた計時器コンポーネントに関する。

本発明は、請求項１２に記載の、計時器コンポーネントを自滑性表面層でコーティングする方法にも関する。
本発明の他の特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明を読むことで明らかとなる。

実質的に互いに且つ材料の表面に対して平行な層状であるホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃の三斜晶系結晶構造の概略斜視図である。本発明のコンポーネントを使用した脱進機構を備えたムーブメントを備えた時計を表すブロック図である。

本発明は、最大応力下にある、少なくとも計時器機構のコンポーネントに関して、これらをドライ自滑性表面層を施して形成することを提案するものであり、そのためにはホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃の使用が好ましく、ホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃は、その乾式潤滑能により、摩擦という観点から特に有利である。

したがって、本発明は、少なくとも１つの自滑性表面層２を備えた計時器コンポーネント１に関する。本発明において、この表面層２は、ホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃を含むドライ層であり且つ１０ナノメートル〜１０マイクロメートルの厚さを有する。

より具体的には、この厚さは５０ナノメートル〜１マイクロメートルである。

より具体的には、本発明において、この表面層２は全てホウ酸から成る。

有利には、コンポーネント１は、この表面層２の下に、ホウ酸の接着性を極めて良好にするために選択した材料を含む。特には、コンポーネント１は、表面層２の下に、酸化ケイ素ＳｉＯ₂若しくは酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃から成る又は酸化ケイ素ＳｉＯ₂若しくは酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃若しくはＤＬＣ等から成る中間層３でコーティングされる支持層を備える。

極めて薄い自然酸化物が自然にケイ素上に形成される。接着層としてはこれで十分と思われる。しかしながら、制御された酸化物層を得るために、ケイ素を熱酸化するのが好ましい。同じことはアルミナＡｌ₂Ｏ₃にも当てはまる。

コンポーネント１の支持層は様々なやり方で形成し得て、特には以下を挙げるがこれらに限定するものでない。
・ケイ素若しくは酸化ケイ素若しくはＣＶＤダイヤモンドから形成される又はＬＩＧＡ若しくは同様のタイプのアディティブ法によるマイクロファブリケーション材料若しくはＤＲＩＥ若しくは電食若しくは同様のタイプのマイクロマシニング法で変化させたブランク由来の又はＭＥＭＳタイプの方法の実行で得られる支持層
・セラミック支持層
・鋼鉄若しくは銅合金、ＣｕＢｅ、ニッケル若しくはニッケル化合物、ＮｉＰ又は時計製造で一般的に使用される同様の合金から形成される支持層
・貴金属、金、白金又は銀から形成される支持層
・プラスチック材料から形成される支持層

より具体的には、本発明は極めて有利には、がんぎ車、パレットレバー、テンプ、ガードピン、インパルスピン、爪石、バンキングピン、振り座、デテントピン、係止石（ｌｏｃｋｉｎｇｓｔｏｎｅ）、デテント、アンクル（ｆｏｒｋ）、ピンから選択される、脱進機構コンポーネントであるコンポーネント１に適用される。

本発明は、少なくとも１つのそのようなコンポーネント１を含む計時器脱進機構１０にも関する。

より具体的には、この脱進機構１０は１つのそのようなコンポーネント１を備え、このコンポーネント１は酸化ケイ素又はケイ素と酸化ケイ素ＳｉＯ₂との混合物から形成されるがんぎ車である。典型的には、有利な実施形態において、コンポーネント１はＤＲＩＥによりケイ素から形成され、次に熱酸化させられる。シリカ又は石英（結晶又はアモルファスＳｉＯ₂）から形成されたコンポーネントのマイクロファブリケーションは現時点ではまだ完全に会得されてはいない。がんぎ車をホウ酸表面層２でコーティングし、それぞれそのようなホウ酸表面層２でコーティングしたルビーの爪石である他のコンポーネント１と連携するように配置する。

本発明は、少なくとも１つのそのような脱進機構１０を含む計時器ムーブメント１００にも関する。

本発明は、少なくとも１つのこのタイプのムーブメント１００を含む時計１０００にも関する。

本発明は、計時器コンポーネント１を自滑性表面層２でコーティングする方法にも関する。

この表面層２を形成するために、この方法は、以下の
周囲温度でホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃顆粒又は粉末を水、イソプロパノール、プロパノール、メタノール、メチルプロパノール、グリコールエチレン、グリセロール、アセトン又は同様のものから選択した溶媒に０．０１〜１．０質量％、典型的には約０．１５質量％の割合で溶解させるステップ（水の場合は、水の温度を上昇させることで溶解を促進させることが可能である）と、
この溶液を、溶解を促進する、例えば、以下に限定するものではないが、超音波を使用して混合及び撹拌するステップと、
コーティングを施すコンポーネント１をこの溶液に浸漬させる又はコンポーネント１に液滴状のこの溶液をエーロゾル若しくは標的を定めたやり方（すなわち、ピエゾ又は同様のインジェクタによりコンポーネントの機能領域にだけ）で噴霧するステップと、
浸漬させる場合は、コンポーネントを溶液から取り出すステップと、
蒸発が完了するまで表面層２を形成している表面を異物から隔離しながら液相を蒸発させるステップとを含む。

より具体的には、１０ナノメートル〜１０マイクロメートルの所望の層厚が得られるまで、
コンポーネント１を浸漬させる又はコンポーネント１に噴霧を行い、
浸漬の場合は、コンポーネント１を溶液から取り出し、
蒸発が完了するまで表面層２を形成している表面を異物から隔離しながら液相を蒸発させることに存するステップを繰り返す。

より具体的には、これらのステップを繰り返すことで５０ナノメートル〜１マイクロメートルの厚さを得る。

ホウ酸層Ｈ₃ＢＯ₃の厚さは、溶液の濃度によっても制御し得る。

したがって、厚さは溶液の濃度にも左右される。既に生成したホウ酸の溶解が比較的緩慢であることから、これらのステップを繰り返すことで厚さを増大させることが可能である。

好ましくは、この方法を、がんぎ車、パレットレバー、テンプ、ガードピン、インパルスピン、爪石、バンキングピン、振り座、デテントピン、係止石、デテント、アンクル、ピンから選択される、１秒あたり１より多いインパルスを発する又は１秒あたり１より多いインパルスにさらされる計時器脱進機構のコンポーネント１のコーティングに応用する。

したがって、この好ましい応用例において、本発明は、脱進機のコンポーネントの少なくとも１つ、典型的にはがんぎ車及び／又は爪石を溶液状で塗布するホウ酸でコーティングし、この液体を次に蒸発させることで表面に固体状態の純粋なホウ酸（ホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃の融点＝１７１℃）を得ることに存する。典型的には、ホウ酸層の厚さは５０ナノメートル〜１マイクロメートルである。殆どの現代の脱進機構においては、ホウ酸でコーティングするコンポーネントは典型的にはケイ素、ケイ素及び酸化ケイ素、金属又はセラミックから形成される。これらは接着性を高める粗い又は多孔性の表面を有し得る。

溶液の典型的な濃度を、コンポーネントが薄層、より具体的には１００ｎｍオーダーの固形ホウ酸の薄層でコーティングされるように計算する。周囲温度でのＨ₃ＢＯ₃の溶解度は上で提案した溶媒液において推奨の割合より高く、概して、液体の加熱は不要である。しかしながら、特には引火性ではない水の場合、加熱は溶解を促進し得る。

溶解を促進するために、Ｈ₃ＢＯ₃粉末を有利には溶媒と混合、撹拌し、また超音波も使用し得る。

コーティングを施すコンポーネントを溶液に浸漬させ又はコンポーネントに溶液を噴霧し、次に取り出し、例えば吸取紙上に置いた機能部との接触が防止されるように乾燥させる。軽いガス流を用いることで液体の蒸発を加速させ得る。

その最後の状態で、コンポーネント１を所望の表面層２でコーティングする。

コーティングに先立ってコンポーネント１の表面に鏡面磨きを施すと、干渉縞が目につく。堆積させたホウ酸の厚さが典型的には約５０〜１００ｎｍと薄いと、色に目立った変化は起きない。

検証のために鋭利な物体に表面を通過させると、層の存在を示す痕跡が残る。

当然のことながら、ＸＲＤ又はラマン分析によりＨ₃ＢＯ₃層の存在の確実性を確認することができる。堆積させた表面層２は殆ど目に見えないため、機械的又は審美的な不都合を引き起こすことなくコンポーネント１全体をコーティングし得ることに留意されたい。

要するに、本発明により、潤滑剤を使用することなく計時器脱進機を動作させてメンテナンスを減らし、高い振動周波数を実現することができる。

Claims

少なくとも１つの自滑性表面層（２）を備え、前記表面層（２）が全てホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃から成るドライ層であり且つ５０ナノメートル〜１マイクロメートルの厚さを有することを特徴とする計時器コンポーネント（１）。
前記コンポーネント（１）が、前記表面層（２）の下に、酸化ケイ素ＳｉＯ₂若しくは酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃から形成される又は酸化ケイ素ＳｉＯ₂若しくは酸化アルミニウムＡｌ₂Ｏ₃から形成される中間層（３）でコーティングされる支持層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンポーネント（１）。
前記コンポーネント（１）が、前記表面層（２）の下に、ケイ素又は酸化ケイ素又はＣＶＤダイヤモンド又は別のマイクロファブリケーション材料から形成される支持層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンポーネント（１）。
前記コンポーネント（１）が、前記表面層（２）の下に、セラミック支持層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンポーネント（１）。
前記コンポーネント（１）が、前記表面層（２）の下に、鋼鉄又は銅合金又はニッケル又はニッケル化合物から形成される支持層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンポーネント（１）。
前記コンポーネント（１）が、前記表面層（２）の下に、プラスチック材料から形成される支持層を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンポーネント（１）。
前記コンポーネント（１）が、がんぎ車、パレットレバー、テンプ、ガードピン、インパルスピン、爪石、バンキングピン、振り座、デテントピン、係止石、デテント、アンクル、ピンからの脱進機構コンポーネントであることを特徴とする、請求項１に記載のコンポーネント（１）。
請求項７に記載の少なくとも１つのコンポーネント（１）を含む計時器脱進機構（１０）。
酸化ケイ素又はケイ素と酸化ケイ素ＳｉＯ₂との混合物から形成され、前記ホウ酸表面層（２）でコーティングされ、それぞれ前記ホウ酸表面層（２）でコーティングされたルビーの爪石である他の前記コンポーネント（１）と連携するように配置されたがんぎ車である前記コンポーネント（１）を備えることを特徴とする、請求項８に記載の脱進機構（１０）。
請求項８に記載の少なくとも１つの脱進機構（１０）を含む計時器ムーブメント（１００）。
請求項１０に記載の少なくとも１つのムーブメント（１００）を含む時計（１０００）。
層を形成するために、以下の
周囲温度でホウ酸Ｈ₃ＢＯ₃顆粒又は粉末を水、イソプロパノール、プロパノール、メタノール、メチルプロパノール、グリコールエチレン、グリセロール、アセトンから選択した溶媒に０．０１〜１．０質量％の割合で溶解させるステップと、
前記溶液を混合及び撹拌するステップと、
コーティングを施すコンポーネント（１）を前記溶液に浸漬させる又は前記コンポーネント（１）に前記溶液を噴霧するステップと、
浸漬させる場合に、前記コンポーネントを前記溶液から取り出すステップと、
蒸発が完了するまで表面層（２）を形成している表面を異物から隔離しながら液相を蒸発させるステップとを含むことを特徴とする、計時器コンポーネント（１）を自滑性表面層（２）でコーティングする方法。
コーティングを施す前記コンポーネント（１）を前記溶液に浸漬させる又は前記コンポーネント（１）に前記溶液を噴霧し、
浸漬させる場合に、前記コンポーネントを前記溶液から取り出し、
蒸発が完了するまで前記表面層（２）を形成している表面を異物から隔離しながら液相を蒸発させることに存する前記ステップを、１０ナノメートル〜１０マイクロメートルの所望の層厚が得られるまで繰り返すことを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
５０ナノメートル〜１マイクロメートルの所望の層厚が得られるまで前記ステップを繰り返すことを特徴とする、請求項１３に記載の方法。
がんぎ車、パレットレバー、テンプ、ガードピン、インパルスピン、爪石、バンキングピン、振り座、デテントピン、係止石、デテント、アンクル、ピンから選択される、１秒あたり１より多いインパルスを発する又は１秒あたり１より多いインパルスにさらされる計時器脱進機構のコンポーネント（１）のコーティングへの請求項１２に記載の方法の応用。