JP7063953B2 - 高品質係数および最小限の注油を有する時計調整器機構 - Google Patents

高品質係数および最小限の注油を有する時計調整器機構 Download PDF

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Description

本発明は、プレート上に配列されるように配置されており、1,000より大きい品質係数を有する共振器機構と、ムーブメントに含まれた駆動手段からのトルクを受けるように配置されたエスケープメント機構とを備える、時計調整器機構に関し、前記共振器機構は、前記プレートに対して振動するように配置された慣性素子を備え、前記慣性素子は、前記プレートに直接にまたは間接に取り付けられるように配置された弾性復帰手段の作用を受け、そして、前記慣性素子は、前記エスケープメント機構に含まれるがんぎ車セットと間接に協力するように配置され、前記調整器機構は、互いに協力および接触するように配置された第1の摩擦面および第2の摩擦面をそれぞれ備える第1の構成要素および第2の構成要素を備える少なくとも1つのペアの構成要素を備える。
本発明はさらに、そのような調整器機構を備える時計ムーブメントに関する。
本発明はさらに、そのようなムーブメントおよび/またはそのような調整器機構を備える腕時計に関する。
本発明はさらに、そのようなエスケープメント機構を生産するための方法に関する。
本発明は、一定の運動をする構成要素を備える時計機構の分野に関し、より詳細には、エスケープメント機構の分野に関する。
時計製造業者は、時計ムーブメントが正確な形で動くことを確保しつつ、修繕作業の頻度を下げることによって、ムーブメントの信頼性を向上させるように常に努力してきた。
動いている構成要素および車セットの注油は、簡単な解決策のない問題である。非常に長いトライボロジ試験が、注油を簡単にするあるいはさらにその必要性をなくすための解決策を開発するために必要とされる。
より詳細には、エスケープメント機構の注油のない動作が、低く安定した摩擦係数、ならびに経時的な低摩耗および優れた耐性を有する、互いに擦れ合う材料のペアを定義することを試みることによって、探し求められている。
多数の現在の機械式腕時計は、ムーブメントのタイム・ベースを構成する、およびエスケープメント機構、一般にはスイス・レバー・エスケープメント機構、に関連する、ばねテンプ共振器を備えている。このエスケープメントは、2つの主要な機能を実行する:
- エスケープメントは、共振器に含まれた少なくとも1つの慣性質量、通常はテンプ輪、の前後のムーブメントを維持する、
- そして、エスケープメントは、これらの前後のムーブメントを数える。
これらの2つの主要な機能に加えて、エスケープメントは、頑強で、衝撃に耐えることができ、ムーブメント(オーバーバンキング)を阻害しない必要がある。スイス・レバー・エスケープメント機構は、低いエネルギ効率(約30%)を有する。この低い効率は、機械加工誤差を補うための落差または緩みが存在するという、エスケープメント・ムーブメントがぎくしゃく動くという事実の結果であり、そしてまた、互いに擦れ合う斜面を介して複数の構成要素がそれらのムーブメントを互いに伝達するという事実の結果でもある。
少なくとも1つの慣性素子、誘導手段および弾性復帰手段が、機械式共振器を構成するために必要とされる。従来、渦巻ばねは、テンプ輪によって構成される慣性素子のための弾性復帰素子の役割を果たす。
慣性質量が、それが、滑らかなルビー軸受内で回転するピボットによって、回転するように、誘導されるとき、これは、摩擦を引き起こし、それによってエネルギ損失および稼働障害をもたらし、それらは、重力場に対する空間内の腕時計の位置に依存しており、なくすることが求められている、
新世代の機械式共振器は、2つのピボット誘導および弾性復帰手段機能を実行する少なくとも2つの曲げ部要素を、慣性素子に関連して、備える。これらの新しい共振器は、10Hzほどの、あるいは50Hz以上の、より高い振動周波数と、一般には280ほどであるテンプ輪および髯発条を有する従来の機械式共振器の品質係数と比較して、しばしば1,000を超える、具体的には2,000ほどの、はるかに高い品質係数とを可能にする。したがって、各交番で共振器に供給されることになるエネルギは、はるかに低い、たとえば、20倍低い。
したがって、エスケープメントを通過するエネルギは、相対的に、はるかに低い。これは、エスケープメント構成要素が低減された慣性を有して配置されることを必要とする。この特徴は、一方では、低密度の材料、たとえばケイ素、または類似の材料を使用することによって、そして他方では、エスケープメント構成要素のサイズを小さくすることによって、達成される。ケイ素(または、その酸化物のうちの1つ、あるいは時計学分野では現在では一般的な任意の他の微細加工可能な材料)は、有利に、そのようなエスケープメントの動作制約に適合した精密度を獲得する、「深反応性イオン・エッチング」(Deep Reactive Ion Etching:DRIE)などの電子工学から導出された技術のうちの1つを用いて機械加工され得る。ケイ素は、空気中で自然に酸化するが、たとえば、構成要素の靭性を増やすまたはその熱弾性係数を修正するために、製造工程中に酸化させることができる。特に、二酸化ケイ素SiO2の制御された成長は、薄い細長い片のプレストレッシング、および双安定または多安定構成要素の作成を可能にする。
酸化ケイ素(シリカ)は、水を吸うその性質が知られている。この吸湿性はまた、その中で輸送される製品が湿気によって変化することを防ぐために、ある特定の状態の空気を乾燥させるために使用される(たとえば、シリカゲルの包みの形で)。
これらの新しい共振器の場合のように、非常に低いエネルギを送信する機構の場合、付着現象が生じ得る。エスケープメント構成要素のサイズが小さい場合、これらの表面現象は重要になり得る。より具体的には、それらの部分の寸法が小さくなるにつれて、これらの表面作用(摩擦および付着)は、体積効果(慣性、質量)よりも斬新的に大きくなる。これは、最終的に、潜在的に有害な結束をもたらす。より具体的には、おこなわれたテストは、関連湿気が増えるにつれて、重大な効率損失を示した。付着力は、異なる表面張力におよび液体の体積に依存し、1つの構成要素によって別の構成要素に加えられる力には依存しない。パワー・リザーブ損失を引き起こし得る、エスケープメント・トルクが低く、湿気が高いときに、これらの結束の影響は、ムーブメント停止をもたらし得る。接触面に関する特定の予防措置がないとき、腕時計が、80%を超える湿気を有する大気中で稼働しているとき、エスケープメントエネルギが低いときにはなおさらに、オシレータの振幅の急落、あるいはその停止を含む現象が生じ、これらの現象は、50%ほどのより低い湿気で既に生じ得ることが理解され得る。20%ほどの低い湿気では、振幅の損失または停止は、原則として、観測されないことに留意されたい。
より具体的には、そのような新しい共振器とエスケープメントとの間で交換されるエネルギは、非常に低いことが分かり、接触面を解放するおよび潤滑油メニスカスを壊すために必要とされるエネルギよりもほんの少し大きい。たとえば、共振器機構とエスケープメントとの間で交換されるエネルギは、接触を断つためのエネルギの3から10倍ほどである。この状況は、当然、予期せぬ停止の、たとえば衝撃後の後の自動スタートを難しくする。
この問題を克服するための1つの代替案は、微細加工可能な材料(具体的には、ケイ素および/または酸化ケイ素)で作られた構成要素の表面に撥水性コーティングを施すことから成る。しかしながら、エスケープメントの動作制約により、このコーティングは、長期の動作を保証するように、摩耗に耐える必要がある。表面グラフトされ得る、自己組織化された、単層またはフィルムを形成する潤滑油は、耐久性が不十分であることがあり、摩耗したときに、微細加工可能な材料、具体的には、ケイ素および酸化ケイ素、の表面をあらわにすることがあり、機構を再び湿気に敏感にさせ得る。
エピラムの沈着は、経年劣化の欠点を有し、これは、振り石、ダーツ、角を有するフォーク、アンクル、がんぎ車歯、ディテント・ピン、および類似の構成要素など、摩擦を受ける構成要素の接触面について、可能な限り少ない摩耗を被る材料を探すことが重要である理由である。
MM.DengおよびKoによる文書XP002734688、「A study of static friction between silicon and silicon compounds」は、経時的な低摩耗のための、精密なマイクロメカニックスにおける窒化ケイ素-ケイ素のペアの使用、および改良されたトライボロジについて説明している。
MM、Stoffel、Kovacs、Kronast、Mullerによる文書XP002734924、「LPCVD against PECVD for micromechanical applications」は、トライボロジ的性質を保証するための、PECVDまたはLPCVDによって得られた、非化学量論的窒化ケイ素の使用について説明している。
DAMASKOによって出願された国際特許文書WO2009/049591は、ムーブメントの機械機能素子、具体的には、時計仕掛けを振動させるための機能素子、を生産するための方法を説明しており、材料またはその出発原料は、窒化ケイ素を含む様々な化合物から成るグループから選択される。
DAMASKOによって出願された米国特許出願第2002/114225(A1)号は、時計仕掛けについて説明しており、そこでは、これらの軸受ジャーナルのDLCコーティングおよび軸受の対応する表面は、非常に低い摩擦を実現し、機能および精度を損なうことなく軸受ジャーナル直径の増加を可能にするので、テンプ輪テン真の、そしてまたアンクル・テン真の、軸受ジャーナルは、知られている時計仕掛けよりも大きな直径を有する。軸受ジャーナル直径の拡大は、従来の時計仕掛けにおいて耐衝撃性のために用意される素子を部分的に、またはすべて、不要にすることに加えて、衝撃耐性の改善をもたらす。
ETA Manufacture Horlogere Suisseによって出願された欧州特許第3327515(A1)号は、αは、フォークの最大角度ストロークに対応するレバーの揚力角であり、ピンが、フォークに接触し、10°より小さく、そして、主軸に対する慣性素子の慣性IBと副軸に対するレバーの慣性IAとの比率IB/IAが、2Q.α2/(0.1.π.β2)より大きいとき、レバーと、レバーのフォークと協力するピンを有する慣性素子を備えており、主軸に関する仮想ピボット、副軸に関してピボットするレバー、および共振器揚力角(β)をともに定義する、プレートに取り付けられた、2つの可撓性ブレードの弾性復帰を受ける、品質係数Qの共振器と、レバーを有するフリー・エスケープメント機構とを備える時計微調整メンバについて説明している。
AUDEMARS PIGUETによって出願された欧州特許第3182213(A1)号は、がんぎ車および機械式オシレータを備えた、時計ムーブメントにおいて平均速度を調節するための機構について説明しており、その中では、振動プレーンにおいて弾力があり柔軟な複数のブレードが、このテンプ輪が振動プレーンにおいて傾斜して振動するような形で、テンプ輪を支え、戻す。アンクル・レバーは、テンプ輪に固く接続された、およびテンプ輪が傾斜して振動するときにがんぎ車の歯部と交互に協力するように配置された、2つの固定アンクルを備える。
国際特許文書WO2009/049591 米国特許出願第2002/114225(A1)号 欧州特許第3327515(A1)号 欧州特許第3182213(A1)号
Document XP002734688、「A study of static friction between silicon and silicon compounds」、MM.DengおよびKo著 Document XP002734924、「LPCVD against PECVD for micromechanical applications」、MM、Stoffel、Kovacs、Kronast、Muller著
本発明は、エスケープメント機構に関連する、その品質係数は1,000を超える、フレクシャ軸受および仮想ピボットを有する新しい共振器を備える、腕時計のための時計ムーブメントにおいて断続的に接触する構成要素の結束の問題の解決を提案する。
本発明は、より詳細には、エスケープメントにおける高性能のトライボロジ的材料としての、炭化ケイ素の、または炭化ケイ素を基本的に含む設計材料の使用に関する。
このために、本発明は、その品質係数が1,000を超える、フレクシャ軸受および仮想ピボットを有する新しい共振器と、請求項1による、改良されたトライボロジを有する、エスケープメント機構とを備える、腕時計のための時計ムーブメントに関する。
本発明はさらに、第1の摩擦面および第2の対合摩擦面によって構成される各ペアが、焼結によって、または固体処理によって、前記第1の摩擦面および/または第2の摩擦面を構成するための基板を有する炭化ケイ素で作られた構成要素を生産することによって、生産されることを特徴とする、そのようなエスケープメント機構を生産するための方法に関する。
本発明の他の特徴および利点は、以下のような添付の図面を参照して与えられている以下の詳細な説明を読むときに、よりよく理解されよう。
特に、本発明に従って配置された接触面に、がんぎ車と協力および接触するアンクルを備えた、従来のエスケープメント機構の平面図を図示する。 対合接触面の間の協力を図示する。 フレクシャ軸受と、がんぎ車の歯と協力するようにさらに配置されたアンクル・レバーのフォークと協力するように配置された振り石を運ぶ振動する慣性質量を備える、1,000を超える高品質係数を有する仮想ピボットとを有する、共振器機構を備える、本発明による、時計調整器機構の平面図を図示する。 図3の詳細図を示す。 本発明による、そのような時計調整器機構を備えるムーブメントを備える腕時計のブロック図を示す。
本発明は、エスケープメント機構に関連する、1,000を超える高品質係数を有するフレクシャ軸受および仮想ピボットを有する共振器機構を備える、時計調整器機構が最小限の注油で稼働することを可能にする材料としての炭化ケイ素の使用に関する。
注油なしの稼働は、特定の場合である。しかしながら、後述される特徴はまた、潤滑調整器機構に適しており、その利点は、具体的には、ある特定の場合には振幅の10%から20%の増加を有する、ドライ・ランニング調整器の振幅よりも大きな振幅を達成することができることである。したがって、調整器機構300は、好ましくは、50mN/m未満、特に40mN/m未満、さらに特に、36mN/m以下の表面張力を有する潤滑油を含み、したがって、使用される時計学的潤滑油の表面張力は、72mN/mに等しい、水の表面張力よりも有意に低い、すなわち、その約半分から3分の2の間である。本発明は、特に、ドライ・ランニングについて説明されているが、当業者は、潤滑機構について容易に推定することができよう。
言語の便宜上、「炭化ケイ素」は、以下で形成される広義の材料において使用されることになる:
- 最も一般的な場合には固体である、化学量論的炭化ケイ素SiC、または薄層、
- あるいは、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内、特に0.04から0.70の範囲内にある、好ましくは薄層で適用されるが、固体構成要素を形成することもできる、いわゆる非化学量論的組成Sixyz
本明細書では、「固体」は、その最小寸法が0.10mmより大きい構成要素を意味するために使用されるが、その一方で、「薄層」の最小寸法は、10マイクロメートル未満、好ましくは1マイクロメートル未満である。言うまでもなく、多数の時計構成要素が、がんぎ車のアームもしくは歯、または類似の構成要素などの、その最小寸法が0.10mm未満である、エリアを含み、高品質係数を有する共振器の場合に使用される時計構成要素は、0.10mmより大きい厚さを有する、結果として生じるウエハを生産するために、0.10mmより大きい厚さを有するウエハから、または複数のより薄いウエハの組立部品(ウエハ・ボンディング)から一般に得られる。
特に、ケイ素または酸化ケイ素に対する炭化ケイ素の摩擦は、具体的には、時計機構において、特にエスケープメント機構の場合に、望ましい特性を示すことを、試験は証明した。
そのような摩擦ペアは、広い力・速度範囲(1mN~200mNおよび1cm/s~10cm/s)にわたり、低い摩擦係数、0.17未満、を有する。
資料は、固い弾力のある材料では、圧力の機能としてのせん断応力の増加により、摩擦係数は、ルールのタイプに従って、通常は異なるものになることを示す:μ=S/P+α、但し:Sは、せん断応力制限であり、Pは、ヘルツ圧力であり、αは、一定の値のパラメータである。
パラメータSは、圧力へのペアの依存性を判定し、その結果として、具体的には、接触圧力および力が大きく変化するエスケープメントにおける、ならびにエスケープメントと共振器との間のインターフェースにおける、乾燥摩擦の場合に考慮することが有用である。
他の摩擦ペアと比較して、炭化ケイ素/Siまたは炭化ケイ素/SiO2ペアは、通常加えられる力への摩擦係数の低い依存性を示す。これは、非常に低いパラメータSをもたらす。通常の力が大きく変わる、通常は接触および衝撃中に0から200mN、ので、この動きは、具体的には、エスケープメントにおいて有用である。接触が、失われ、おこなわれるとき、炭化ケイ素は、エスケープメントの臨界動作閾値になると通常は考えられる値、0.2未満の低い摩擦係数保持する。
分離(たとえば、一方のがんぎ車の歯の、および他方のレバーのアンクル石の分割)中に、付着力が介在する。ドライ・ランニングの場合、静電気力、ファン・デル・ワールス力、水素などが、作用を有する。液体(または流体)媒質との接触の場合、表面張力が分離に対抗し、それにより、エネルギを消費する。絶対的には、それらは、摩擦力であるとは考えられない。ばねテンプ輪を有する従来の調整器機構の場合、それらは、付着力が、摩擦力よりはるかに低く、それと比べるとほとんど無視できるほどであるため、摩擦力と同化される傾向がある。高品質係数を有する調整器の場合、それらは、同じ桁であり、場合によっては優勢にさえなり得る。摩擦または付着を減らすための基本的な機構および戦略は、ある種の構成では、異なり、逆効果にさえなり得る。
さらに、炭化ケイ素は、摩耗によく耐え、経時的に優れた強度を保証する。
ケイ素または酸化ケイ素で作られた接触構成要素での比較試験は、表面の炭化ケイ素の使用はオシレータの停止をなくすることを示す。
したがって、本発明は、プレート1上に配列された配置された時計調整器機構300と、1,000より大きい品質係数Qを有する、仮想ピボットおよびフレクシャ軸受を有する共振器機構100と、ムーブメント500において備えられた、具体的には、腕時計1000に装備するための、駆動手段400からのトルクを受けるように配置されたエスケープメント機構200とに関する。
たとえば、図3および4に示された調整器機構300は、従来の調整器の場合よりも約20倍低い、0.7マイクロワットほどのエスケープメント電力を有する。
共振器機構100は、プレート1に対して振動するように配置された少なくとも1つの慣性素子2を備える。この慣性素子2は、プレート1に直接にまたは間接に取り付けられるように配置された弾性復帰手段3の作用を受ける。さらに、この慣性素子2は、エスケープメント機構200に備えられたがんぎ車セット4と間接的に協力するように配置される。
図は、限定されない形で、慣性質量2と一体の、および、この場合にはがんぎ車によって形成され、そのようながんぎ車セット4と協力するように次に配置されたアンクル・レバー7と協力するように配置された、振り石6を示す。
この共振器機構100は、この場合には、少なくとも2つの可撓性ブレード5を備える、および慣性素子2と一体になったそのような振り石6を備える、フレクシャ軸受を有する、主軸DPの周りを回る仮想ピボットを有する共振器である。
エスケープメント機構200は、副軸DSの周りを旋回する、および振り石6と協力するように配置されたレバー・フォーク8を備える、アンクル・レバー7ピボットを備える。このエスケープメント機構200は、振り石6がレバー・フォーク8から少し離れている少なくとも1つの段階の自由を共振器機構100が有する動作サイクル中、フリー・エスケープメント機構である。
この調整器機構300は、前述の観察の機能として、改良されたトライボロジを有する機構であり、可変のおよび/または非連続的な接触を受ける構成要素の表面の間の結束現象を最小限に抑えるために配置される。
より具体的には、この共振器100は、1,000より大きい、特に1,800より大きい、さらに特に2,500より大きい、品質係数を有する。
仮想ピボット共振器の、具体的には、可撓性ブレードを有する仮想ピボット共振器の、技術は、慣性質量の高い振動振幅をまだ可能にしない。本発明の場合には、共振器100の振動振幅は、180°未満、特に90°未満、さらに特に40°未満である。
共振器100の振動周波数は、8Hzより大きい、特に10Hz以上、さらに特に15Hz以上である。
本発明に特有の方式では、この調整器機構300は、互いに協力および接触するように配置された、第1の摩擦面20および第2の摩擦面30をそれぞれ備える、第1の構成要素22および第2の構成要素32を備える、少なくとも1つのペアの構成要素を、共振器機構100および/またはエスケープメント機構200におよび/または共振器機構100とエスケープメント機構200との間に、備える。
たとえば、限定されない形で、この第1の構成要素22およびこの第2の構成要素32は、以下の中から選択される:振り石6、アンクル・レバー7、レバーダーツ、そのホーン26を有するレバー・フォーク8、アンクル72、81、82、がんぎ車歯4、プレートに取り付けられたディテント・ピン36、および類似の構成要素。
1つの特定の実施形態において、調整器機構の可変のおよび/または非連続的接触を受ける構成要素のペアはすべて、本発明の特徴による対合表面を備え、その少なくとも1つの構成要素22または32は、炭化ケイ素またはその同等物、すなわち、下記に提供されるリストから選択された、少なくとも90wt%の炭化ケイ素SiCおよび少なくとも1つの他の材料を含む材料、を備える。
本発明は、特に、各インパルスの間に送信されることになるエネルギが200nJ未満である共振器機構の場合に関する。
より具体的には、本発明は、特に、各インパルス中に送信されることになるエネルギが200nJ未満であり、且つ、品質係数が1,000より大きい、共振器機構の場合に関する。
第1の摩擦面20は、化学量論的炭化ケイ素SiCまたは、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内にある、非化学量論的炭化ケイ素Sixyzのいずれかである、炭化ケイ素、あるいは、その割合が重量ごとに表示された、以下のリストから選択された、少なくとも90wt%の炭化ケイ素SiCおよび少なくとも1つの他の材料を含む、いわゆる等価材料を含む、構成要素の表面である:
アルファSiC 6H、ベータSiC 3C、SiC 4H、フッ素化SiC、炭窒化ケイ素SiCN、400から2,000ppmのアルミニウム、3,000ppm未満の鉄、ホウ素および/または炭化ホウ素B4Cおよび/またはポリフェニリック・ホウ素および/またはデカボランB1014および/またはカルボランB10122、0.04%から0.14%の範囲内にあるホウ素、8,000ppm未満の炭素、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、アルファ酸窒化ケイ素を含む材料の合計:イットリウム添加のアルファSiAlON、グラフェン、500ppm未満の他の不純物。
しかしながら、不純物は、しばしば、接触の問題に有害であり、400ppm未満に制限されるべきである破壊的酸化物を湿気と反応して形成し得る鉄に関しては特に、可能な最低値に望ましくは制限されるべきである。その他の不純物は、好ましくは、100ppm未満に制限される必要がある。ホウ素は、単に、別の素子との結合によって安定化されるときに有利であり、したがって、単独のホウ素は、好ましくは、回避される。
第2の摩擦面30は、たとえば以下の炭化ケイ素との優れた協力を確保する少なくとも1つの材料を含む構成要素の表面である:
- Al、またはCBN、またはT、またはガラス、またはクオーツ、またはダイアモンド、またはDLC、
あるいは、本発明によれば:
- または、ケイ素Si(特に重量による400ppm未満のケイ素Si)、脱酸化ケイ素、二酸化ケイ素SiO (特に重量による8,000ppm未満の二酸化ケイ素SiO 、非晶質ケイ素a-Si、多結晶ケイ素p-Si、多孔質ケイ素、もしくはケイ素および酸化ケイ素の混合物、化学量論的窒化ケイ素Si、いわゆる非化学量論的組成Si、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内にある、における窒化ケイ素、酸窒化物Siを含むグループから選択された、ケイ素ベースの材料
- または、第2の摩擦面30は、化学量論的炭化ケイ素SiCもしくは非化学量論的炭化ケイ素Si、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内にある、のいずれかである炭化ケイ素の中から、第1の摩擦面20に関して、選ばれた少なくとも1つのケイ素ベースの材料を含む構成要素の表面である、または、その割合が重量ごとに表示された、以下のリストから選択された、少なくとも90wt%の炭化ケイ素SiCおよび少なくとも1つの他の材料を含む材料である:
アルファSiC 6H、ベータSiC 3C、SiC 4H、フッ素化SiC、炭窒化ケイ素SiCN、400から2,000ppmのアルミニウム、3,000ppm未満の鉄、ホウ素および/または炭化ホウ素BCおよび/またはポリフェニリック・ホウ素および/またはデカボランB1014および/またはカルボランB1012、0.04%から0.14%の範囲内にあるホウ素、8,000ppm未満の炭素、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、アルファ酸窒化ケイ素を含む材料の合計:イットリウム添加のアルファSiAlON、グラフェン、500ppm未満の他の不純物。
本明細書では、「非晶質ケイ素a-Si」は、非晶質構造の、50nmから10マイクロメートルまでの、薄層においてPECVDによって堆積させられたケイ素を意味すると理解され、それはまた、水素化され得るまたはNタイプもしくはPタイプドープされ得る。
本明細書では、「多結晶ケイ素p-Si」は、粒子サイズが10から2,000nmである、微結晶ケイ素の粒子で形成されたLPCVDによって堆積させられたケイ素を意味すると理解され、それはまた、NタイプまたはPタイプドープされ得る。弾性の係数Eは、160GPaに近い。
本明細書では、「多孔質ケイ素」は、陽極酸化処理(HF電解質および電流)に基づく複雑な製造プロセスに従って生産された、2nmから10マイクロメートルまでの細孔サイズを有する材料を意味すると理解される。
より具体的には、これらの第1のまたは第2の摩擦面20、30のうちの少なくとも1つは、好ましくは、しかし限定されない形で、化学量論的製法SiCにおいて、固体炭化ケイ素で作られた固体要素の表面によって、または化学量論的形成SiCにおいて炭化ケイ素の薄層21、31の表面によって、あるいは、非化学量論的組成Sixyz、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内にある、に従って、形成される。特に、zは、0.04から0.70の範囲内にある。
炭化ケイ素を含むその第1の摩擦面を有する第1の構成要素22に関してと同じ方式で、第2の摩擦面30は、固体構成要素の表面、または薄層の表面のいずれかでもよい。
本発明の特に有利なおよび関連する適用例は、Si+SiO2で作られた車に接触する、SiCで作られたアンクル石の協力である。
別の有利な適用例は、Si+SiO2で作られた1片のアンクル・レバーと、またはSi+SiO2で作られたアンクル石が備わった従来のアンクル・レバーと擦れ合う、SiCで作られた車を有するいわゆる「固体炭化ケイ素」適用例、たとえば切断、またはレーザー切断、または類似のものに関する。
時計製作法において使用することができる組合せは、具体的には:
- 薄層における、任意の形の炭化ケイ素で作られたアンクルと協力する、任意の形のSiO2、固体クオーツSiO2、Si+SiO2、または固体炭化ケイ素で作られた車
- 任意の形のSiO2、Si+SiO2、特に固体SiO2、で作られたアンクルと協力する、任意の形のカーバイド、Si+炭化ケイ素、固体炭化ケイ素、で作られた車、
- アンクルは、アンクル・レバーを有する1片において作られ得る。
有利な適用例は、酸化Siで作られた車、および固体SiCで作られたアンクル、または炭化ケイ素でコーティングされた酸化Siで作られたアンクルに関する。
本発明の1つの有利な実施形態において、炭化ケイ素を含む構成要素の表面である、摩擦面20、30は、炭化ケイ素SiCを含む構成要素の表面である、または炭化ケイ素SiCで作られる。
具体的には、第1の摩擦面20および第2の摩擦面30は、前述で定義されたような炭化ケイ素またはその同等物をそれぞれ含む構成要素22および32の表面である。さらに具体的には、第1の摩擦面20および第2の摩擦面30は、炭化ケイ素SiCをそれぞれ含む、または炭化ケイ素SiCでも作られる、構成要素の表面である。
特定の代替実施形態において、炭化ケイ素を含む構成要素の表面である、摩擦面20、30は、2マイクロメートル未満の厚さを有する炭化ケイ素層の表面である。より具体的には、摩擦面20、30のそれぞれは、2マイクロメートル未満の厚さを有する炭化ケイ素層の表面である。
付着現象は、原子層の制限においてのみ、材料の表面に関係するが、不可避の摩耗現象は、犠牲層の存在を必要にさせ、したがって、炭化ケイ素を含む構成要素の表面である、摩擦面20、30は、有利には、0.5マイクロメートルを超える厚さを有する炭化ケイ素層の表面である。より具体的には、摩擦面20、30のそれぞれは、0.5マイクロメートルを超える厚さを有する炭化ケイ素層の表面である。
好ましくは、そのような炭化ケイ素層の厚さは、50から2,000nmの範囲内にある。より具体的には、このいわゆる薄い炭化ケイ素層の厚さは、50ナノメートルから500ナノメートルの範囲内にある。
本発明の特定の代替実施形態において、炭化ケイ素を含む構成要素の表面である、摩擦面20、30は、炭化ケイ素層の表面であり、その層は、クオーツでまたはケイ素でまたは酸化ケイ素であるいはケイ素および酸化ケイ素の混合物で形成された基板を覆う。より具体的には、摩擦面20、30のそれぞれは、炭化ケイ素層の表面であり、その層は、クオーツでまたはケイ素でまたは酸化ケイ素で、あるいはケイ素および酸化ケイ素の混合物で形成された基板を覆う。
特定の代替実施形態において、炭化ケイ素を含む構成要素の表面である摩擦面20、30に対する摩擦面30、20は、ケイ素Si、二酸化ケイ素SiO2、非晶質ケイ素a-Si、多結晶ケイ素p-Si、多孔質ケイ素を含むグループから選ばれた少なくとも1つのケイ素ベースの材料を含む構成要素の表面であり、前記グループから選ばれた1つまたは複数のケイ素ベースの材料だけで形成された層の表面である。より具体的には、摩擦面20、30のそれぞれは、ケイ素Si、二酸化ケイ素SiO2、非晶質ケイ素a-Si、多結晶ケイ素p-Si、多孔質ケイ素を含むグループから選ばれた少なくとも1つのケイ素ベースの材料を含む構成要素の表面であり、前記グループから選ばれた1つまたは複数のケイ素ベースの材料だけで形成された層の表面である。
SiC/Siペアは、具体的には、注油を全く必要とせずに、摩擦トルクが実質的に一定であるという有利な結果をたらす。しかしながら、摩擦損失は、残り、液体油の注油の選択は、これらの摩擦損失が低減されることを可能にすることができ、それにより、油の存在に固有の結束現象は、相対的に低い表面張力によって対抗され得る。
有利なことに、炭化ケイ素を含む構成要素の表面である、摩擦面20、30は、少なくとも1つの接触面において、5ナノメートルRa以上、特に9ナノメートルRa以上、さらに特に25ナノメートルRa以上の粗さを有する。より具体的には、この摩擦面20、30は、各接触面において5ナノメートルRa以上の粗さを有する。さらに具体的には、これらの摩擦面20、30のそれぞれは、各接触面において5ナノメートルRa以上の粗さを有する。
特定の代替実施形態において、2つの摩擦面20、30のうちの1つは、高すぎる摩擦(たとえば、粗い表面の相互貫入)を防ぐように滑らかである。粗い表面は、摩耗を防ぐために、滑らかな表面との相対置換を受ける必要がある。一方の表面の粗さは、好ましくは、摩耗を制限するために低い必要があり、そして、その粗さは、有利には、接触面の粗さより少なく、より具体的には、しかし限定されない形で、5ナノメートルRa未満である。
別の特定の代替実施形態において、超潤滑を可能にするために、表面のうちの1つは、隆起した、たとえば、錐体の並列の形の、または類似の、第1の枠付きの隆起したエリアを含む構成要素の表面であり、そして、対合表面は、第1の枠付きの隆起したエリアに類似したまたはそうではなくてもよいが、互いに組み合うのを防ぐために、第1の枠付きの隆起したエリアのそれを有するそのフレーム方向の相対的傾きによって異なる、第2の枠付きの隆起したエリアを含む、構成要素の表面である。
本発明はさらに、そのようなエスケープメント機構を生産するための方法200に関する。
この方法によれば:
- 第1の代替において、炭化ケイ素の層が、これらの第1のまたは第2の摩擦面20、30のうちの1つを形成するために、基板に適用される:
- プラズマ化学気相成長法(PECVD)によって、
- もしくは化学蒸着CVDによって、
- もしくは陰極スパッタリングによって。
- または第2の代替において、ディープ・エッチングが、炭化ケイ素の固体バルク内の構成要素で実行される。
これらの代替実施形態は、排他的ではなく、それらは、最も費用効率が高い。SiC成長はまた、犠牲的ケイ素マスクにおいて実施することができるが、この操作は、難しく、費用がかかる。ケイ素ウエハはまた、浸炭され得る(または、対合表面のうちの1つについてSi34を取得することを目指す場合には窒化され得る)が、転移または顕著な寸法の修正をもたらし得る、格子の変形を制御することは困難である。
より具体的には、炭化ケイ素構成要素は、焼結によって、または固体処理によって、第1のまたは第2の摩擦面20、30のうちの1つのベースを形成するために基板と生産される。
具体的には、炭化ケイ素を含む、または炭化ケイ素で形成された、層の沈着について、「MEMS」を専門とする当業者に知られている技術のうちの1つまたは複数が、使用され得る:LPCVD(low-pressure chemical vapour deposition:低圧力化学蒸着)、PECVD(plasma-enhanced chemical vapour deposition:プラズマ拡張化学蒸着)、CVD(chemical vapour deposition at atmospheric pressure:大気圧における化学蒸着)、ALD(atomic layer deposition:原子層沈着)、陰極スパッタリング、イオン注入および類似のプロセス。
好ましくは、0.8から1.2の範囲内にあるSi/C比率が、選択される。より具体的には、1のSi/C値は、定比である。
好ましくは、Sixyzの場合、2から30%Hの範囲内にある水素濃度が、選択される。
好ましくは、限定されない形で、通常のSi基板が、選択される。
限定されない形で、副層に関して、SiO2が、通常は50から2,000nmの範囲内にある厚さを有して、選択され得、あるいは、ポリSi、SiC、または類似の材料が、選択され得る。
炭化ケイ素沈着に関する技術的制限が、MEMSの分野の当業者に知られている。
したがって、炭化ケイ素層の厚さは、好ましくは、50から2,000nmの範囲内にある。
炭化ケイ素の圧縮の状態に関して、Siの濃度の増加が、炭化ケイ素内の張力を減らし、それを圧縮させることもできることが、「MEMS」を専門とする当業者に知られている。圧縮応力を有する材料は、一般に、摩擦摩耗の低減をもたらすことが知られている。これは、Siに富んだ炭化ケイ素に対応する。しかしながら、酸化ケイ素への過剰な量の表面ケイ素の酸化は、我々が防ごうとしている付着現象を再び生み出すので、防がれるべきである。
本発明の適切な実装形態について、炭化ケイ素層が基板に適切に付着すること、材料の弾性係数が遠く離れ過ぎないことが重要である。基本的な材料の特質は、それほど重要ではない。付着に有害な、酸化ケイ素に迅速に酸化された、早すぎるケイ素の出現を摩耗が引き起こすことを防ぐために、炭化ケイ素層が、200nm近くの厚さを超えた場合、摩擦は、この炭化ケイ素層の本当に最初の周辺ナノメートルによって決定される。
1片のSiCで作られたアンクルは、当業者に知られている多結晶ルビー・アンクル石の製造会社のために使用されるものと同じ技法によって、生産することができる。
さらに、たとえば、SiO2で作られた車に対する炭化ケイ素アンクルについて、SiまたはSiO2と擦れ合う固体炭化ケイ素を考慮することが有利には可能である。
本発明は、エスケープメントの無注油の場合に多数の利点を有する:
- 摩擦速度への摩擦係数の低依存性。速度は、通常は、0から3cm/sの間で変化するので、これは、特に、エスケープメントの場合に有用である。
- 速度および圧力の関数としての安定した摩擦係数は、摩擦材料の劣化の加速を一般にもたらすスティック・スリップの出現のリスクを低減する。
- 摩擦に逆らう第三体を形成するリスクがない。
- それをクリーニング、劣化、または周辺環境との相互作用に対して比較的無反応にする、具体的にはその化学量論的形SiCにおける、炭化ケイ素の低化学反応性。
- 低摩耗性。
本発明によって提案される解決法は、摩擦現象(接線置換のみ)とは異なる付着現象(分離/通常の置換および接線置換)を減らすことに専念することに留意されたい。炭化ケイ素はまた、特にPECVDコンフォーマル・コーティングによって、特にケイ素または酸化ケイ素で、実装するのに単純であるという利点も有する。この沈着の方法は、広く知られており、ケイ素産業において使用されている。
本発明は、様々な形の炭化ケイ素の使用を可能にする:PECVD、CVD、陰極スパッタリング、固体、焼結、および他の形による沈着。
本発明の関連する適用例は、以下のような限定されないパートナに対する炭化ケイ素の摩擦を含む:Si、SiO2、非晶質ケイ素a-Si、多結晶ケイ素p-Si、および多孔質ケイ素。
本発明は、1,000を超える品質係数を有する腕時計の調整器機構の開発および工業化をこれまで妨げた結束の問題を解決し、そして、他の時計学的問題に関して改良もまた行われ得ることが理解されよう。たとえば、従来の機構におけるピンとアンクル・レバーのフォークとの接触はまた、結束を被る。さらに一般的には、この解決法は、作用するエネルギ・レベルが低いすべての場合に適用され得る。
1 プレート
2 慣性素子
3 弾性復帰手段
4 がんぎ車セット
5 可撓性ブレード
6 振り石
7 パレット・レバー
8 レバー・フォーク
20 第1の摩擦面
21 炭化ケイ素の薄層
22 第1の構成要素
26 ホーン
30 第2の摩擦面
31 炭化ケイ素の薄層
32 第2の構成要素
36 ディテント・ピン
72 パレット
81 パレット
82 パレット
100 共振器機構
200 エスケープメント機構
300 調節器機構
400 駆動手段
500 ムーブメント
1000 腕時計

Claims (10)

  1. プレート(1)上に配置されるように構成された、時計調整器機構(300)であって、1,000より大きい品質係数Qを有する、主軸(DP)に関する、仮想ピボットおよびフレクシャ軸受を有する、共振器機構(100)と、ムーブメント(500)内に備えられた駆動手段(400)からのトルクを受けるように配置されたエスケープメント機構(200)とを備え、前記共振器機構(100)は、前記プレート(1)に対して振動するように配置された慣性素子(2)を備え、前記慣性素子(2)は、前記プレート(1)に直接にまたは間接に取り付けられるように配置された弾性復帰手段(3)の作用を受け、そして、前記慣性素子(2)は、前記エスケープメント機構(200)に備えられたがんぎ車セット(4)と間接に協力するように配置され、前記エスケープメント機構(200)は、その動作サイクル中、前記共振器機構(100)は、それが前記エスケープメント機構(200)に接触しない少なくとも1つの段階を有し、前記調整器機構(300)は、互いに協力および接触するように配置された第1の摩擦面(20)および第2の摩擦面(30)をそれぞれ備える第1の構成要素(22)および第2の構成要素(32)を備える少なくとも1つのペアの構成要素を含む、時計調整器機構(300)において、前記第1の構成要素(22)は、前記第1の摩擦面(20)が、化学量論的炭化ケイ素SiCまたは、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内にある、非化学量論的炭化ケイ素Siのいずれかである炭化ケイ素、あるいは、少なくとも90wt%の炭化ケイ素SiCと、その割合が重量ごとに表示された、以下のリスト:アルファSiC 6H、ベータSiC 3C、SiC 4H、フッ素化SiC、炭窒化ケイ素SiCN、400から2,000ppmのアルミニウム、3,000ppm未満の鉄、8,000ppm未満の炭素、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、アルファ酸窒化ケイ素を含む材料の合計:イットリウム添加のアルファSiAlON、グラフェン、500ppm未満の他の不純物、から選択された、少なくとも1つの他の材料とを含む材料からなることを特徴とする、
    そして、前記第2の構成要素(32)は、ケイ素Si、脱酸化ケイ素、二酸化ケイ素SiO、非晶質ケイ素a-Si、多結晶ケイ素p-Si、多孔質ケイ素、またはケイ素および酸化ケイ素の混合物、化学量論的窒化ケイ素Si、いわゆる非化学量論的組成Si、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内にある、における窒化ケイ素、酸窒化物Siを含むグループから選択された少なくとも1つのケイ素ベースの材料を、その前記第2の摩擦面(30)において、含む、
    あるいは、前記第2の摩擦面(30)は、化学量論的炭化ケイ素SiC、または非化学量論的炭化ケイ素Si、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内にある、のいずれかである炭化ケイ素の中から、前記第1の摩擦面(20)に関して、選ばれた少なくとも1つのケイ素ベースの材料、あるいは、少なくとも90wt%の炭化ケイ素SiCと、その割合が重量ごとに表示された、以下のリスト:
    アルファSiC 6H、ベータSiC 3C、SiC 4H、フッ素化SiC、炭窒化ケイ素SiCN、400から2,000ppmのアルミニウム、3,000ppm未満の鉄、8,000ppm未満の炭素、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、アルファ酸窒化ケイ素を含む材料の合計:イットリウム添加のアルファSiAlON、グラフェン、500ppm未満の他の不純物、
    から選択された、少なくとも1つの他の材料とを含む材料からなる構成要素の表面である、ことをさらに特徴とする、時計調整器機構(300)。
  2. 前記第1の構成要素(22)および前記第2の構成要素(32)のそれぞれは、化学量論的炭化ケイ素SiCまたは、xは1と等しく、yは0.8から5.0の範囲内にあり、zは0.00から0.70の範囲内にある、非化学量論的炭化ケイ素Siのいずれかである、炭化ケイ素、あるいは、少なくとも90wt%の炭化ケイ素SiCと、その割合が重量ごとに表示された、以下のリスト:アルファSiC 6H、ベータSiC 3C、SiC 4H、フッ素化SiC、炭窒化ケイ素SiCN、400から2,000ppmのアルミニウム、3,000ppm未満の鉄、8,000ppm未満の炭素、炭化バナジウム、炭化ジルコニウム、アルファ酸窒化ケイ素を含む材料の合計:イットリウム添加のアルファSiAlON、グラフェン、500ppm未満の他の不純物、から選択された、少なくとも1つの他の材料とを含む材料からなることを特徴とする、請求項1に記載の調整器機構(300)。
  3. 前記第1の構成要素(22)および前記第2の構成要素(32)は、それぞれ、炭化ケイ素を含むことを特徴とする、請求項2に記載の調整器機構(300)。
  4. 前記第2の摩擦面(30)は、固体炭化ケイ素で作られた固体要素の表面によって形成されることを特徴とする、請求項1に記載の調整器機構(300)。
  5. 前記第2の摩擦面(30)は、前記化学量論的製法SiCにおいて固体炭化ケイ素で作られた固体要素の表面によって形成されることを特徴とする、請求項4に記載の調整器機構(300)。
  6. 前記調整器機構(300)は潤滑油を有さないことを特徴とする、請求項1に記載の調整器機構(300)。
  7. 請求項1による少なくとも1つの調整器機構(300)を備える、時計ムーブメント(500)。
  8. 請求項7による少なくとも1つの時計ムーブメント(500)および/または請求項1による少なくとも1つの調整器機構(300)を備える、腕時計(1000)。
  9. 前記第1の摩擦面(20)とこの第1の摩擦面(20)に対合する第2の摩擦面(30)とによって形成される前記少なくとも1つのペアがそれぞれ生産されることを特徴とし、前記第1の摩擦面(20)および/または前記第2の摩擦面(30)を構成するため基板を備えた炭化ケイ素からなる構成要素が、焼結によって生産されることを特徴とする、請求項1に記載の調整器機構(300)を生産するための方法。
  10. 前記第1の摩擦面(20)とこの第1の摩擦面(20)に対合する第2の摩擦面(30)とによって形成される少なくとも1つのペアがそれぞれ生産されることを特徴とし、前記第1の摩擦面(20)および/または前記第2の摩擦面(30)を構成するため基板を備えた炭化ケイ素からなる構成要素が、0.10mmより大きな厚みの固体を形成する処理によって生産されることを特徴とする、請求項1に記載の調整器機構(300)を生産するための方法。
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