JP7317792B2

JP7317792B2 - 特に発振機構のための可撓性測時器構成要素、及びそのような構成要素を含む測時器ムーブメント

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Publication number: JP7317792B2
Application number: JP2020206490A
Authority: JP
Inventors: ピエール・キュザン; クリスチャン・シャルボン
Original assignee: ニヴァロックス－ファーソシエテアノニム
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2023-07-31
Anticipated expiration: 2040-12-14
Also published as: JP2021099325A; KR20210081274A; CN113009808A; RU2753454C1; KR20230095901A; US20210191335A1; EP3839644A1

Description

本発明は、特に測時器ムーブメントの発振機構のための、正の熱弾性係数を有する可撓性測時器構成要素に関する。

本発明は、そのような構成要素を含む測時器ムーブメントにも関する。

測時器ムーブメントは、概して、香箱と、脱進機構と、機械式共振機構とを備える。脱進機構は、特に、アンクル組立体と脱進車とを含む一方で、発振機構は、てんぷと呼ばれる発振慣性ブロックに関連付けられたぜんまいを備える。

複合材料の技術的な発達により、現在、特定の構成要素を革新的で高性能な材料で製造することを可能にし、このことにより、少なくとも部分的に金属材料を使用しないことを可能にしている。現時点では、例えば構成要素を製造するためのナノチューブ又はナノワイヤの使用が試みられている。ナノチューブ又はナノワイヤを用いるそのような材料は、軽量化及び強度の点で利点を提供する。したがって、文献特開２００８－１１６２０５は、ぜんまいを記載しており、ぜんまいは、カーボン・ナノチューブによって補強したグラファイト・アモルファス・カーボン母材を備え、カーボン・ナノチューブは、母材内に分散され、ぜんまいの長手方向で位置合わせされる。

しかし、可撓性構成要素、例えば共振器は、一般的に、共振器が行う反復運動の間の温度変動のため、変形、及び弾性特性の変更を受ける。ぜんまい式てんぷの場合、温度を関数とする振動数の変動は、以下の式：

に実質的に従うものであり、式中、

は、温度を関数とする振動数の変動であり、

は、温度を関数とするヤング率の変動、即ち、てんぷ－ぜんまいの熱弾性係数（ＴＥＣ）であり、
－α_sは、ｐｐｍ．℃^-1で表されるてんぷ－ぜんまいの膨張係数であり、
－α_bは、ｐｐｍ．℃^-1で表されるてんぷの膨張係数である。

材料の変形及び特性の変更は、可撓性構成要素に対する弾性率の変動を誘発する。しかし、こうした弾性率の温度に誘発される変動は、測時器ムーブメントの正確さを妨げるものである。

したがって、本発明の一目的は、上記で挙げた問題を回避する可撓性測時器構成要素を提供することである。

この目的で、本発明は、測時器ムーブメントの発振機構のための可撓性測時器構成要素に関し、構成要素は、主平面に沿って延在し、複合材料から作製した少なくとも一部を含む。

構成要素は、複合材料が母材と、母材内に分散する多数のナノチューブ又はナノワイヤとを備え、ナノチューブ又はナノワイヤを、構成要素の平面に実質的に直交する軸と実質的に平行に並置、配設し、母材が、ナノチューブ又はナノワイヤの間の隙間を充填する可撓性充填材料を含み、充填材料が、熱補償材料を少なくとも部分的に含み、熱補償材料の熱弾性係数が、複合材料の他の材料の熱弾性係数の符号に対し反対の符号であるという点で注目に値する。

したがって、そのような可撓性構成要素のために、温度が変動した際、材料、例えばぜんまいの特性の変更を補償することが可能である。実際、複合材料の他の材料の熱弾性係数の符号に対し反対の符号の熱弾性係数を有する熱補償材料は、変形が、反対の符号の熱弾性構成要素を有する複合材料の他の材料の変形とは逆に生じる。したがって、構成要素の性能は、構成要素の使用温度にかかわらず、特に、著しい温度変動の場合、実質的に依然として同じである。

有利な実施形態によれば、熱補償材料は、０よりも大きい熱弾性係数を有する。この場合、熱補償材料は、０よりも小さい熱弾性係数を有する他の材料を補償する。

有利な実施形態によれば、熱補償材料は、好ましくは主に、又は更には完全に、酸化ケイ素ＳｉＯ２を含む。

有利な実施形態によれば、熱補償材料は、好ましくは主に、又は更には完全に、ニオブを含む。

有利な実施形態によれば、熱補償材料は、母材の外側層を形成し、外側層は、好ましくは、母材を完全に取り囲む。

有利な実施形態によれば、熱補償材料は、ナノチューブ又はナノワイヤの上に直接配置する。

有利な実施形態によれば、ナノチューブは、炭素から作製する。

有利な実施形態によれば、ナノチューブは、多重壁である。

有利な実施形態によれば、ナノワイヤは、以下のリスト：金、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸化亜鉛、ヒ化ガリウム、硫化タングステン、銀、銅、ヒ化マンガン、ヒ化インジウムから選択した成分を使用して作製する。

有利な実施形態によれば、ナノチューブ又はナノワイヤは、２から５０ｎｍに及ぶ範囲内、好ましくは、３から１５ｎｍ又は５から１０ｎｍに及ぶ範囲内の直径を有する。

有利な実施形態によれば、ナノチューブ又はナノワイヤは、１００から５００ミクロンに及ぶ範囲内、好ましくは、１００から３００ミクロン又は１５０から２００ミクロンに及ぶ範囲内の長さを有する。

有利な実施形態によれば、充填材料は、以下のリスト：ケイ素、タングステン、パリレン等の有機材料、六方晶窒化ホウ素、Ａｌ２Ｏ３型単結晶ルビー、ダイヤモンド、二硫化タングステン又は二硫化モリブデン、グラファイト、鉛、炭化ケイ素、ニッケル、燐化インジウム、酸化チタンから選択した成分を更に含む。

有利な実施形態によれば、構成要素は、発振機構のぜんまい、又は発振機構の可撓性羽根案内部である。

本発明は、測時器ムーブメントにも関し、測時器ムーブメントは、本発明による可撓性測時器構成要素を備える。

本発明の更なる特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら単なる非限定的な例として示されるいくつかの実施形態を読めば明らかになるであろう。

本発明の第１の実施形態による複合材料の概略全体斜視図である。本発明の第２の実施形態による複合材料の概略全体斜視図である。発振機構のぜんまいを備えるてんぷの概略斜視図である。本発明の第１の実施形態を製造する方法の間の複合材料の概略断面図である。

以下の説明において、測時器ムーブメントのための可撓性構成要素を説明する。構成要素は、例えば、発振機構のぜんまい、又は発振機構の可撓性羽根案内部を含むリストから選択される可撓性構成要素である。

可撓性構成要素は、好ましくは、平坦であり、主平面（Ｐ）に沿って延在する。構成要素は、図１に表される複合材料１から作製した少なくとも一部を含む。好ましくは、構成要素は、この複合材料１から完全に作製される。したがって、上述のリストからの構成要素は、この複合材料１から作製することができる。

複合材料１は、母材２と、前記母材２内に分散する多数のナノチューブ又はナノワイヤ３とを備える。構成要素は、例えば、好ましい平面Ｐに沿って延在する実質的に平坦な形状を有する。

ナノチューブ又はナノワイヤ３は、複合材料１の構造体を形成し、ナノチューブ又はナノワイヤ３は、互いに実質的に平行に並置、配設される。ナノチューブという用語は、内部が概ね中空であるチューブを示す一方で、ナノワイヤは、概ね中実、即ち、一体化されている。

ナノチューブ又はナノワイヤ３は、構成要素１の平面Ｐに直交する軸Ａと実質的に平行に配設される。ナノチューブ又はナノワイヤ３は、母材２内に均一に離間するように均等に分散される。有利には、複合材料は、ナノチューブ又はナノワイヤ３が母材２の全体に存在するように具現化される。

ナノチューブ又はナノワイヤ３は、例えば、２から５０ｎｍに及ぶ範囲内の直径Ｄを有する。好ましくは、ナノチューブ又はナノワイヤ３は、３から１５ｎｍ又は５から１０ｎｍに及ぶ範囲内の直径を有する。

ナノチューブ又はナノワイヤ３は、１００から５００ミクロンに及ぶ範囲内の長さＬを有することができる。好ましくは、ナノチューブ又はナノワイヤ３は、１００から３００ミクロン又は１５０から２００ミクロンに及ぶ範囲内の長さを有することができる。

第１の実施形態では、複合材料は、炭素から作製したナノチューブ３を含む。カーボン・ナノチューブ３は、概ね多重の壁であるが、任意で、単一の壁であってもよい。

第２の実施形態によれば、複合材料は、以下のリスト：金、ケイ素、窒化ホウ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸化亜鉛、ヒ化ガリウム、硫化タングステン、銀、銅、ヒ化マンガン、ヒ化インジウムから選択される材料を使用して少なくとも部分的に作製されたナノワイヤ３を含む。

母材２は、隙間を充填し、ナノチューブ又はナノワイヤ３を互いに接合する充填材料４を含む。材料４は、有利には、ナノチューブ又はナノワイヤ３の間の隙間５内に注入することによって、ナノチューブ又はナノワイヤ３を含むことができる。この材料４は、ナノチューブ又はナノワイヤ３の間の結合をもたらすのを助け、したがって、ナノチューブ又はナノワイヤ３の全ての機械的特性を修正し、特に、母材を可撓性にする。ナノチューブの第１の実施形態では、材料４は、ナノチューブ３の内部１４に配置することもできる。

充填材料４は、構成要素の可撓性、及び充填材料４が弾性機械的特性を有することを可能にする。更に、可撓性構成要素は、構成要素のために選択される幾何学的形状のために得られる。したがって、この可撓性充填材料４のために、測時器機構の特定の構成要素を具現化することができる。

本発明によれば、充填材料４は、熱補償材料１８を少なくとも部分的に含み、熱補償材料１８の熱弾性係数（ＴＥＣ）は、複合材料（１）の他の材料の熱弾性係数（ＴＥＣ）の符号に対し反対の符号である。

熱弾性係数（ＴＥＣ）は、例えば、１ｐｐｍ／℃から１００ｐｐｍ／℃に及ぶ範囲内である。

熱補償材料１８の体積分率及び熱弾性係数は、充填材料４の熱弾性係数を補償するように選択される。この選択は、計算又は実験により行うことができる。

第１の代替実施形態では、熱補償材料１８は、好ましくは主に、又は更には完全に、酸化ケイ素ＳｉＯ２を含む。酸化ケイ素は、ケイ素の酸化によって得ることができる。ケイ素は、公知のＬＰＣＶＤ型低圧蒸着技法を使用して、又はＡＬＤ型原子層堆積、ＰＥＣＶＤ型プラズマ堆積、又は実際には、エピタキシャル成長によって薄層内に堆積される。この場合、熱補償材料１８の熱弾性係数は０よりも大きく、熱弾性係数が０よりも小さい材料の補償を可能にする。

第２の代替実施形態では、熱補償材料１８は、好ましくは主に、又は更には完全に、ニオブを含む。ニオブは、ＰＶＤ、ＣＶＤ又はＡＬＤ等の従来の公知の薄層堆積技法を使用して堆積し得る遷移金属である。

両方の実施形態に関し、母材２を形成する充填材料４は、以下のリスト：タングステン、パリレン等の有機材料、六方晶窒化ホウ素、Ａｌ２Ｏ３型単結晶ルビー、ダイヤモンド、二硫化タングステン又は二硫化モリブデン、グラファイト、鉛、炭化ケイ素、ニッケル、燐化インジウム、酸化チタン又は炭素からの更なる成分を更に含むことができる。例えば、充填材料の成分は、ケイ素であり、熱補償層は、酸化ケイ素である。

図１に表す第１の実施形態では、熱補償材料１８は、ナノチューブ又はナノワイヤ３の上に直接配置する。熱補償材料１８は、ナノチューブ又はナノワイヤ３の間に浸透させ、ナノチューブ又はナノワイヤ３を少なくとも部分的に覆うようにする。熱補償材料１８がある場合、充填材料４の成分もナノチューブ又はナノワイヤ３の間に浸透させ、熱補償材料１８を覆うようにする。この場合、複合材料１は、ナノチューブ又はナノワイヤ３、熱補償材料１８、及び充填材料４の更なる成分から形成される。

ニオブの場合、ニオブは、充填材料４の成分、例えば、チタンと混合し、本発明による熱補償特性をもたらす合金を生成することができる。

第１の代替実施形態では、充填材料４の成分は、ナノチューブ又はナノワイヤ３の間に浸透させ、次に、熱補償材料によって覆われる。熱補償材料もナノチューブ又はナノワイヤの間に浸透させるが、ナノチューブ又はナノワイヤと直接接触しない。

第２の代替実施形態では、熱補償材料１８のみをナノチューブ又はナノワイヤの間に浸透させ、ナノチューブ又はナノワイヤを互いに接合し、構成要素を形成する。この場合、充填材料４は、熱補償材料のみによって形成され、更なる成分を伴わない。この場合、複合材料１は、ナノチューブ又はナノワイヤ３及び熱補償材料１８によって形成される。

第２の実施形態では、補償材料１８は、母材の外側層１９を形成し、外側層１９は、好ましくは、母材を完全に取り囲むが、いくつかの面のみの上に層を堆積することが可能である。この実施形態に関し、充填材料４の成分は、ナノチューブ又はナノワイヤ３の間に浸透させ、構成要素のコアを形成し、次に、熱補償材料層１９をコアの周囲に堆積して構成要素を形成する。

充填材料４により、構成要素の可撓性、材料４が可撓性機械的特性を有することを可能にし、構成要素の弾性変形を可能にする。更に、可撓性構成要素は、構成要素のために選択した幾何学的形状のために得られる。構成要素は、例えば、測時器ムーブメントの発振機構８のぜんまい６である。

したがって、測時器構成要素は、ナノチューブ又はナノワイヤをベースとする複合材料の利点から利益を得ることができる一方で、この種類の構成要素、例えばぜんまいに必須の特性を保持する。

図３は、そのような可撓性複合材料から作製したてんぷ８のぜんまい６を表す。ぜんまい６は、向かい合う条片部分の間に間隙があるように、アルキメデスのらせん状に巻かれた細い条片である。したがって、ぜんまいを収縮、変形させることによって、所望のばね効果が得られる。てんぷ８は、円形リング９と、２つの直線状腕部１１、２１とを備え、２つの直線状腕部１１、２１は、リング９の中心で交差し、リング９の２つの対向する側を接続する。腕部１１、２１は、リング９の平面に実質的に直交する天真１２を保持する。天真１２は、第１の端部によって、リング９の平面と平行である平面内でぜんまい６を支承する。第２の端部は、測時器ムーブメントの別の部品１７に取り付けられることを意図する。

構成要素を製造するため、例えば、以下ステップを含む方法が使用される：
－所望の構成要素の形状に対応する特定の場所でナノチューブ又はナノワイヤのフォレストの成長が生じるように、好ましくはフォトリソグラフィによって、基体、例えばケイ素基体を調製する第１のステップ。したがって、可撓性ぜんまい又は枢軸体の形状は、フォトリソグラフィによって設計される。
－図示しないが、基体上にナノチューブ又はナノワイヤを成長させる第２のステップ。
－ナノチューブ又はナノワイヤ分散体内に母材の充填成分材料を挿入する第３のステップ。
－基体から構成要素を分離する第４のステップ。

第２のステップの間、ナノチューブ又はナノワイヤ１２は、基体と実質的に直交する軸と平行に成長する。

カーボン・ナノチューブの場合、第１のステップ及び第２のステップの例は、文献「Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｃａｒｂｏｎ－ｎａｎｏｔｕｂｅ－ｔｅｍｐｌａｔｅｄｍｅｔａｌｌｉｃｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」、ＲｉｃｈａｒｄＳｃｏｔｔＨａｎｓｅｎ著（２０１２年６月）、又はブリガム・ヤング大学、ＣｏｌｌｉｎＢｒｏｗｎによる卒業論文、名称「ＩｎｆｉｌｔｒａｔｉｏｎｏｆＣＮＴｆｏｒｅｓｔｓｂｙＡｔｏｍｉｃＬａｙｅｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎｆｏｒＭＥＭＳａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（２０１４年４月２２日）に見いだされる。

図５では、基体９は、シリカ層１０、及び触媒層１１、例えば鉄で被覆される。カーボン・ナノチューブ１２は、成長によって触媒層１１上に形成される。

第２のステップから上流で、更なるナノチューブは、例えば超音波によって、溶媒中で混合し、触媒層上に分散させ、ナノチューブ上層を画定することができる。このナノチューブ上層１３は、多孔性であり、ナノチューブ１２を形成する炭素（又は他の材料）をナノチューブ上層１３を通じて堆積することができ、ナノチューブ１２が上層１３の下で成長するようにする。したがって、ナノチューブ１２の規則的で均質な成長が保証され、このため、ナノチューブ１２は、全て実質的に同じ長さを有する。第３のステップは、多孔性のために、ナノチューブ１２の上層１３を通じても実施される。

ナノワイヤの製造に関し、リスト内で選択される材料に関連する従来の技法が使用される。例えば、ＣＶＤ（化学蒸着）型化学的堆積又はＰＶＤ（物理蒸着）型物理的堆積による薄層堆積が好ましくは使用される。第１の実施形態の場合のように、フォトリソグラフィ方法を使用し、例えばケイ素から作製した基体の、ナノワイヤを成長させる場所を選択する。可撓性材料をナノワイヤの間に浸透させる。最後に、浸透が完了した後、構成要素を基体から分離する。

国際特許出願ＷＯ２０１４／１７２６６０は、シリカ・ナノワイヤの一実施形態例を示している。シリカ・ナノワイヤは、０よりも大きい熱弾性係数を有する。したがって、充填材料の熱弾性補償材料は、ナノワイヤ材料を補償するように、０よりも小さい熱弾性係数を有さなければならない。

当然、本発明は、図面を参照しながら説明する実施形態に限定されず、本発明の範囲を離れることなく代替実施形態を想定し得る。

１複合材料
２母材
３ナノチューブ又はナノワイヤ
４可撓性充填材料
６可撓性測時器構成要素（ぜんまい）
７可撓性測時器構成要素
１８熱補償材料

Claims

測時器ムーブメントの発振機構のための可撓性測時器構成要素（６、７）であって、前記構成要素は、主平面（Ｐ）に沿って延在し、複合材料（１）から作製した少なくとも一部を含む、構成要素（６、７）において、前記複合材料（１）は、母材（２）と、前記母材（２）内に分散する多数のナノワイヤ（３）とを備え、前記ナノワイヤ（３）は、前記構成要素の前記平面（Ｐ）に実質的に直交する軸（Ａ）と実質的に平行に配設し、前記母材（２）は、前記ナノワイヤ（３）の間の隙間を充填する可撓性充填材料（４）から形成され、前記充填材料（４）は、熱補償材料（１８）を少なくとも部分的に含み、前記複合材料のうちの熱補償材料（１８）の熱弾性係数（ＴＥＣ）は０よりも大きい熱弾性係数を有し、前記複合材料（１）のうちの他の材料の熱弾性係数は０よりも小さい熱弾性係数を有し、さらに、
前記ナノワイヤ（３）は、以下のリスト：金、ケイ素、酸化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ガリウム、窒化ケイ素、酸化亜鉛、ヒ化ガリウム、硫化タングステン、銀、銅、ヒ化マンガン、ヒ化インジウムから選択した成分を使用して作製することを特徴とする、構成要素（６、７）。
前記熱補償材料（１８）は、酸化ケイ素ＳｉＯ２を含むことを特徴とする、請求項１に記載の構成要素（６、７）。
前記熱補償材料は、ニオブを含むことを特徴とする、請求項１に記載の構成要素（６、７）。
前記熱補償材料は、前記母材の外側層を形成することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の構成要素（６、７）。
前記熱補償材料は、前記ナノワイヤの上に直接配置することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の構成要素（６、７）。
前記ナノワイヤ（３）は、２から５０ｎｍに及ぶ範囲内の直径（Ｄ）を有することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の構成要素（６、７）。
前記ナノワイヤ（３）は、１００から５００ミクロンに及ぶ範囲内の長さ（Ｌ）を有することを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の構成要素（６、７）。
前記充填材料（４）は、以下のリスト：ケイ素、タングステン、有機材料、六方晶窒化ホウ素、Ａｌ２Ｏ３型単結晶ルビー、ダイヤモンド、二硫化タングステン又は二硫化モリブデン、グラファイト、鉛、炭化ケイ素、ニッケル、燐化インジウム、酸化チタンから選択した成分を含むことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の構成要素（６、７）。
前記構成要素は、発振機構のぜんまい（６）、又は発振機構の可撓性羽根案内部であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の構成要素（６、７）。
請求項１から９のいずれか一項に記載の可撓性測時器構成要素（６、７）を備えることを特徴とする、測時器ムーブメント。