МЕХАНИЗМ ЧАСОВ, ИМЕЮЩИЙ КОНТАКТНУЮ ПАРУ БЕЗ СМАЗКИ

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к механизму часов с улучшенной трибологией.

Изобретение конкретнее относится к механизму часов, включающему в себя по меньшей мере одну пару компонентов, содержащую первый компонент, включающий в себя материал, взятый из первой группы, включающей в себя диоксид кремния (SiO₂), природный алмаз, микро- или нанокристаллический CVD алмаз, твердый монокристаллический алмаз и аморфный углерод, известный как алмазоподобный углерод или «DLC», и имеющий первую поверхность трения, выполненную с возможностью взаимодействия со второй поверхностью трения, содержащейся во втором противоположном компоненте.

Изобретение также относится к механизму подзавода часов, включающему в себя такой механизм.

Изобретение также относится к часам, включающим в себя такой механизм подзавода часов и/или такой механизм.

Изобретение также относится к способу изготовления механизма этого типа.

Изобретение также относится к способу преобразования такого механизма.

Изобретение относится к области механизмов часов, включающих в себя компоненты, которые постоянно находятся в движении, и конкретнее к области спусковых механизмов.

Уровень техники

Разработчики часов всегда стремились увеличивать надежность механизмов подзавода часов в результате уменьшения частоты работ по обслуживанию при обеспечении точной работы механизмов подзавода часов.

Смазка колес и шестерней и движущихся компонентов представляет собой трудную проблему для решения. Требуется длительное трибологическое испытание для разработки решений для упрощения или даже исключения смазки.

Конкретнее, оно стремится к достижению бессмазочной работы спусковых механизмов путем попытки определения пар материалов при трении, имеющих устойчивый, низкий коэффициент трения и низкий износ и проявляющих превосходное сопротивление в течение длительного времени.

В пределах области использования материалов в трущемся контакте без смазки в спуске часов недавние исследования стремятся показывать, что микро- или нанокристаллический CVD алмаз при внутреннем трении приводит к остановке спуска после ограниченного времени работы. Эта проблема требует смазки с последующим регулярным обслуживанием наподобие традиционного спуска сталь/рубин.

Европейская заявка на патент №1233314 А1 от имени DAMASKO раскрывает спусковой механизм с палетным рычагом и спусковым колесом, в котором по меньшей мере одна из контактных поверхностей покрыта DLC.

Европейская заявка на патент №0732635 А1 от имени CSEM раскрывает производство микромеханического компонента, в особенности палетного рычага спуска, с поверхностью трения, включающей в себя нитрид кремния в неопределенной композиции. Этот документ предусматривает пару с противоположной частью с улучшенной трибологией: этот документ противопоставляет пару нитрида титана и карбида титана или пару нитрида титана и карбида кремния.

Раскрытие изобретения

Изобретение предлагает обеспечение решения этой проблемы.

Задачей изобретения является работа без смазки механизма часов путем предотвращения блокирующих явлений, возникающих в спуске, содержащем палетные камни и спусковое колесо, покрытое CVD алмазом.

Изобретение конкретнее относится к использованию материалов, содержащих бор, в по меньшей мере одной из контактных поверхностей внутри механизма часов.

С этой целью изобретение относится к механизму часов, содержащему по меньшей мере одну пару компонентов, включающую в себя первый компонент, включающий в себя материал, взятый из первой группы, включающей в себя диоксид кремния (SiO₂), природный алмаз, микро- или нанокристаллический CVD алмаз, твердый монокристаллический алмаз и аморфный углерод, известный как алмазоподобный углерод или «DLC», и имеющий первую поверхность трения, выполненную с возможностью взаимодействия со второй поверхностью трения, содержащейся во втором противоположном компоненте, отличающемуся тем, что указанный второй противоположный компонент включает в себя, по меньшей мере в указанной второй поверхности трения, материал с высокой концентрацией бора, более 10 атомных процентов, и тем, что указанный второй противоположный компонент включает в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор.

Изобретение относится к механизму часов, содержащему по меньшей мере одну пару компонентов, включающую в себя первый компонент, включающий в себя материал, взятый из первой группы, включающей в себя диоксид кремния (SiO₂), природный алмаз, микро- или нанокристаллический CVD алмаз, твердый монокристаллический алмаз и аморфный углерод, известный как алмазоподобный углерод или «DLC», и имеющий первую поверхность трения, выполненную с возможностью взаимодействия со второй поверхностью трения, содержащейся во втором противоположном компоненте, отличающемуся тем, что указанный второй противоположный компонент включает в себя, по меньшей мере в указанной второй поверхности трения, материал с высокой концентрацией бора, более 10 атомных процентов, и отличающемуся тем, что указанный первый компонент включает в себя первый слой трения, и тем, что указанный первый компонент выполнен за одно целое с указанным первым слоем трения в материале, взятом из указанной первой группы.

Изобретение также относится к механизму часов, включающему в себя по меньшей мере одну пару компонентов, содержащую первый компонент, включающий в себя материал, взятый из первой группы, включающей в себя диоксид кремния (SiO₂), природный алмаз, микро- или нанокристаллический CVD алмаз и аморфный углерод, известный как алмазоподобный углерод или «DLC», и имеющий первую поверхность трения, выполненную с возможностью взаимодействия со второй поверхностью трения, содержащейся во втором противоположном компоненте, отличающемуся тем, что указанный второй противоположный компонент включает в себя, по меньшей мере в его указанной второй поверхности трения, материал с высокой концентрацией бора, более 10 атомных процентов, и отличающемуся тем, что указанный второй компонент включает в себя поверхностный слой трения, и тем, что указанный второй компонент выполнен за одно целое с указанным вторым слоем трения в материале, образованном керамикой, содержащей бор, или включающем в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор.

Изобретение также относится к механизму часов, содержащему по меньшей мере одну пару компонентов, включающую в себя первый компонент, включающий в себя материал, взятый из первой группы, включающей в себя диоксид кремния (SiO₂), природный алмаз, микро- или нанокристаллический CVD алмаз, твердый монокристаллический алмаз и аморфный углерод, известный как алмазоподобный углерод или «DLC», и имеющий первую поверхность трения, выполненную с возможностью взаимодействия со второй поверхностью трения, содержащейся во втором противоположном компоненте, отличающемуся тем, что указанный второй противоположный компонент включает в себя, по меньшей мере в его указанной второй поверхности трения, материал с высокой концентрацией бора, более 10 атомных процентов, и отличающемуся тем, что механизм представляет собой спусковой механизм и включает в себя множество указанных пар, каждая из которых образована на основе, с одной стороны, зуба комплекта спусковых колес и, с другой стороны, палетного камня палетного рычага.

Изобретение также относится к механизму подзавода часов, включающему в себя такой механизм.

Изобретение также относится к часам, включающим в себя такой механизм подзавода часов и/или такой механизм.

Изобретение также относится к способу изготовления механизма этого типа, отличающемуся тем, что:

- один указанный первый компонент выполняют и покрывают одним указанным первым слоем трения в материале, взятом из указанной первой группы;

- один указанный второй компонент выполняют и покрывают одним указанным вторым слоем, образованным керамикой, содержащей бор, или включающим в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор;

- одну указанную первую поверхность трения указанного первого слоя трения выполняют с возможностью взаимодействия в сухом контакте, без смазки, с одной указанной второй поверхностью трения указанного второго слоя трения.

Изобретение также относится к способу изготовления механизма часов, относящегося к типу, содержащему по меньшей мере одну пару компонентов, включающую в себя первый компонент, включающий в себя первую поверхность трения, выполненную с возможностью взаимодействия со второй поверхностью трения, содержащейся во втором противоположном компоненте, отличающемуся тем, что:

- первый слой трения в материале, взятом из первой группы, включающей в себя диоксид кремния, природный алмаз, микро- или нанокристаллический CVD алмаз, твердый монокристаллический алмаз и аморфный углерод, известный как алмазоподобный углерод или «DLC», наносят на указанную первую поверхность трения для образования новой первой твердой поверхности трения, и

- второй слой трения, образованный керамикой, содержащей бор, или включающий в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор, наносят на указанную вторую поверхность трения для образования новой второй твердой поверхности трения, и

- указанную новую первую твердую поверхность трения выполняют с возможностью взаимодействия в сухом контакте с указанной новой второй твердой поверхностью трения.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения будут очевидны при прочтении следующего подробного описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

фигура 1 показывает схематический вид сверху спускового механизма, включающего в себя, в частности, палетный камень, взаимодействующий в контакте со спусковым колесом, на контактных поверхностях, расположенных согласно изобретению;

фигура 2 показывает схематический вид взаимодействия между противоположными контактными поверхностями;

фигура 3 показывает блок-схемы часов, включающих в себя механизм подзавода, который включает в себя спусковой механизм, который, в свою очередь, содержит пару компонентов, расположенных согласно изобретению.

Осуществление изобретения

Изобретение относится к использованию материалов, содержащих бор, и конкретнее к керамикам на основе бора, в трущемся контакте без смазки по алмазу в механизме подзавода часов.

Изобретение заключается в замене одного из партнеров при трении, обычно алмаза по алмазу, материалом, содержащим бор, и конкретнее керамикой, содержащей бор, в частности бескислородной керамикой.

Специалисту в области техники известно (трибология алмаза без смазки), что свободные поверхностные связи могут приводить к созданию химических связей с партнером при трении, приводя к увеличению коэффициента трения и, возможно, связыванию, в особенности если другой партнер обладает таким же свойством [А. Erdemir, С. Donnet. «Tribology of Diamond, Diamond-Like Carbon, and Related Films»]. Пассивация этих свободных связей может обуславливаться внешней средой, влажностью, газом.

В случае трения в спуске CVD алмаза на поверхностях шириной в несколько десятков мкм с очень низкой контактной силой (~1 мН) представляется, что пассивация с помощью внешней среды почти не происходит, приводя к резко выраженному износу, образованию остатков графита, sp2, что ускоряет блокирование спуска посредством связывания.

Механизмы трения между алмазом и другими материалами очень сложны.

Однако партнер при трении с алмазом, способный непосредственно обеспечивать свободные атомы для образования связей со свободными углеродными связями, будет способствовать пассивации при низких контактных силах, встречающихся в механизме подзавода. Пассивация предотвращает возникновение связывания.

Устойчивые низкие коэффициенты получались при трении с микрокристаллическим CVD алмазом по керамике на основе бора, называемой ВАМ (AlMgB₁₄+TiB₂, «NewTech Ceramics»).

Хорошее трибологическое поведение без связывания также получается с другими типами керамики на основе бора при трении по монокристаллу, микрокристаллическому или нанокристаллическому алмазу.

Обычно керамики на основе бора, такие как ВАМ, могут быть изготовлены тонкими слоями или в твердой форме. Способы производства для получения тонких слоев керамик представляют собой, в частности, но не исчерпывающе: PVD (распыление, импульсное лазерное осаждение и т.д.), CVD, LPCVD, PECVD. Производство твердых керамик, в общем, достигается с помощью способа спекания порошка.

В пределах области применения часов в особенности перспективная конфигурация относится к спуску и в особенности швейцарскому рычагу или коаксиальному спуску, имеющему спусковое колесо (и/или шестерню), произведенное в кремнии, покрытом CVD алмазом, при трении по палетным камням из твердой керамики на основе бора.

Могут быть приведены не исчерпывающие конфигурации, получаемые с помощью изобретения:

- колесо из кремния, покрытое керамикой на основе бора/палетные камни из кремния, покрытые CVD алмазом;

- колесо из кремния, покрытое CVD алмазом/палетные камни из кремния, покрытые керамикой на основе бора;

- колесо из кремния, покрытое CVD алмазом/палетные камни из твердой керамики на основе бора.

Следует отметить, что кремниевая подложка может быть заменена другими материалами, такими как металлы, карбид кремния, нитрид кремния, оксид кремния, кварц, стекло или любые другие керамики или материалы, обеспечивающие осаждение и прилипание слоя керамики на основе бора или слоя CVD алмаза.

Толщина слоя керамики на основе бора или алмаза обычно составляет от 100 нм до 10 мкм.

Керамика на основе бора преимущественно выбирается для того, чтобы получать высокую твердость, близкую к твердости CVD алмаза. Подслои могут использоваться так, чтобы: способствовать прилипанию слоя к бору и/или воздействовать на его состояние напряжения.

Очевидно, не все керамики на основе бора выполняют ту же самую функцию.

Могут использоваться, в частности, следующие керамики на основе бора:

- борид алюминия-магния (AlMgB₁₄) или ВАМ + диборид титана (ТiВ₂),

- борид алюминия-магния (AlMgB₁₄) или ВАМ,

- бориды (ТiВ₂, АlВ₂, ZrB₂, ТаВ₂, NiB, VB₂, SiB₄, карбид бора В₄С и подобные),

- кубический нитрид бора (CBN), в особенности поликристаллический CBN,

- триоксид бора или безводный оксид бора (В₂O₃).

Также известно, что керамики, содержащие бор, такие как В₄С, TiB₂ или ВАМ, в особенности производимые «New Tech Ceramics» или т.п., проявляют превосходные свойства трения с диоксидом кремния (SiO₂).

Более того, эта пара керамика на основе бора/диоксид кремния проявляет преимущество, по сравнению с парой керамика на основе бора/алмаз, отсутствия зависимости от влажности внешней среды. Н₂ и H₂O, содержащиеся в оксиде кремния, в особенности который получается влажным окислением, обеспечивают образование пленки борной кислоты на интерфейсе, обеспечивая самосмазку даже в случае низкой влажности внешней среды. Тогда как пара бор/алмаз обеспечивает хорошую трибологическую характеристику при влажности внешней среды более 40%, пара керамика на основе 6opa/SiO₂ позволяет получать очень низкие коэффициенты трения (<0,2) при влажности внешней среды ниже 40%.

Изобретение также относится к аллотропам углерода, таким как микро-нанокристаллический CVD алмаз, твердый монокристаллический алмаз и DLC (алмазоподобный углерод). Обычно эти аллотропы углерода осаждаются тонкими слоями при использовании обычных технологий, таких как CVD, PECVD, PVD и т.д.

Твердый синтетический или природный алмаз может заменять палетные камни из рубина; палетные камни из алмаза, таким образом, находятся в трении по колесу, покрытому керамикой на основе бора.

Таким образом, в предпочтительном применении изобретение относится к механизму 100 часов, содержащему по меньшей мере одну пару 1 компонентов, включающую в себя первый компонент 2, включающий в себя материал, взятый из первой группы, включающей в себя диоксид кремния, природный алмаз, микро- или нанокристаллический CVD алмаз, твердый монокристаллический алмаз и аморфный углерод, известный как алмазоподобный углерод или «DLC», и имеющий первую поверхность 21 трения, выполненную с возможностью взаимодействия со второй поверхностью 31 трения, содержащейся во втором противоположном компоненте 3.

Согласно изобретению, второй компонент 3 включает в себя, по меньшей мере в его второй поверхности 31 трения, материал с высокой концентрацией бора.

Предпочтительно этот материал имеет концентрацию бора более 10 атомных процентов.

Этот материал с высокой концентрацией бора может представлять собой керамику, металлический сплав, композитный материал или т.п.

Конкретнее, второй противоположный компонент 3 включает в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор.

«Керамики» означают здесь неметаллические, неорганические материалы.

Этот второй компонент 3 включает в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор, либо в поверхностном слое 30, либо в массе этого второго компонента 3.

В особом варианте выполнения по меньшей мере один поверхностный слой 30 второго компонента 3 образован исключительно одной или более керамиками, содержащими бор.

Еще конкретнее, второй компонент 3 образован исключительно одной или более керамиками, содержащими бор.

В особом варианте выполнения керамика, содержащая бор, содержащаяся во втором компоненте 3, выполняется из материала, взятого из второй группы, включающей в себя орторомбический борид формулы: AlMgB₁₄, орторомбический борид формулы: Al_0,75Mg_0,75B₁₀, диборид титана (TiB₂), диборид алюминия (АlВ₂), диборид циркония (ZrB₂), диборид тантала (ТаВ₂), борид никеля (NiB), триборид ванадия (VB₃), тетраборид кремния (SiB₄), карбид бора (В₄С), поликристаллический кубический нитрид бора (CBN), гексагональный нитрид бора, безводный оксид бора (B₂O₃).

В особом варианте выполнения керамика, содержащая бор, представляет собой бескислородную керамику.

В особом варианте выполнения керамика, содержащая бор, включает в себя орторомбический борид формулы: AlMgB₁₄.

В особом варианте выполнения керамика, содержащая бор, включает в себя орторомбический борид формулы: Al_0,75Mg_0,75B₁₄.

В особом варианте выполнения керамика, содержащая бор, включает в себя диборид титана (TiB₂).

В особом варианте выполнения керамика, содержащая бор, включает в себя, с одной стороны, орторомбический борид формулы: AlMgB₁₄ или Al_0,75Mg_0,75B₁₄, и, с другой стороны, диборид титана (TiB₂).

В особом варианте выполнения керамика, содержащая бор, представляет собой борид алюминия-магния, известный как ВАМ и включающий в себя, с одной стороны, орторомбический борид формулы: AlMgB₁₄, и, с другой стороны, диборид титана (TiB₂).

В особом варианте выполнения первый компонент 2 включает в себя первый слой трения, выполненный из микро- или нанокристаллического CVD алмаза.

В особом варианте выполнения первый компонент 2 включает в себя первый слой 20 трения, второй компонент 3 включает в себя поверхностный слой 30 трения, и каждый из первого слоя 20 трения и второго слоя 30 трения имеет толщину между 100 нм и 10000 нм.

В особом варианте выполнения первый компонент 2 включает в себя первый слой 20 трения, второй компонент 3 включает в себя поверхностный слой 30 трения, и первый слой 20 трения и второй слой 30 трения имеют подобные твердости поверхности в отношении первой поверхности 21 трения и второй поверхности 31 трения, соответственно содержащихся в них.

В особом варианте выполнения первый компонент 2 включает в себя первый слой 20 трения, и этот первый слой 20 трения выполнен в подложке в материале, взятом из третьей группы, включающей в себя кремний, оксид кремния, диоксид кремния, карбид кремния, нитрид кремния, кварц, стекло.

В особом варианте выполнения второй компонент 3 включает в себя поверхностный слой 30 трения, и этот второй слой 30 трения выполнен в подложке в материале, взятом из третьей группы, включающей в себя кремний, оксид кремния, диоксид кремния, карбид кремния, нитрид кремния, кварц, стекло.

В особом варианте выполнения второй компонент 3 включает в себя поверхностный слой 30 трения, и этот второй слой 30 трения выполнен в подложке в материале, взятом из четвертой группы, включающей в себя углеродистые стали, суперсплавы на основе кобальта, «Phynox» K₁₃C₂₀N₁₆Fe₁₅D₇, «Durnico» Z2NKDT 18-05-05, CuBe_1,9, латуни, мартенситностареющие стали, высокопрочные стали. В особом варианте выполнения первый компонент 2 включает в себя первый слой 20 трения, и этот первый компонент 2 выполнен за одно целое с первым слоем 20 трения в материале, взятом из первой группы, приведенной выше.

В особом варианте выполнения второй компонент 3 включает в себя поверхностный слой 30 трения, и этот второй компонент 3 выполнен за одно целое со вторым слоем 30 трения в материале, образованном керамикой, содержащей бор, или включающем по меньшей мере одну керамику, содержащую бор.

В особенно предпочтительном применении механизм 100 представляет собой спусковой механизм и включает в себя множество таких пар 1, каждая из которых образована на основе, с одной стороны, зуба 4 спускового колеса 40 и, с другой стороны, палетного камня 5 палетного рычага 50.

В варианте выполнения каждый зуб 4 выполнен из кремния, покрытого керамикой на основе бора, и каждый указанный палетный камень 5 выполнен из кремния, покрытого CVD алмазом.

В варианте выполнения каждый зуб 4 выполнен из кремния, покрытого CVD алмазом, и каждый палетный камень 5 выполнен из кремния, покрытого керамикой на основе бора.

В варианте выполнения каждый зуб 4 выполнен из кремния, покрытого CVD алмазом, и каждый палетный камень 5 выполнен из твердой керамики на основе бора.

Предпочтительно и преимущественно, контакт между первой поверхностью 21 трения и второй поверхностью 31 трения представляет собой сухой контакт без какой-либо смазки.

Изобретение также относится к механизму подзавода 200 часов, включающему в себя по меньшей мере один механизм 100 часов этого типа.

Изобретение также относится к часам 300, включающим в себя по меньшей мере один механизм подзавода 200 часов этого типа и/или по меньшей мере один механизм 100 часов этого типа.

Изобретение, разумеется, применимо к механизмам часов, отличным от спускового механизма, описанного здесь, и который представляет особенно предпочтительное примерное применение изобретения.

Изобретение также относится к способу изготовления такого механизма 100 часов. Согласно изобретению:

- первый компонент 2 выполняют и либо покрывают первым слоем 20 трения в материале, взятом из указанной первой группы, либо выполняют твердым в материале, взятом из указанной первой группы;

- второй компонент 3 выполняют и либо покрывают вторым слоем 30, образованным керамикой, содержащей бор, либо включающим в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор, либо выполняют твердым в материале, включающем в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор;

- первую поверхность 21 трения первого компонента 2 и, в частности, первого слоя 20 трения, если этот первый движущийся компонент 2 покрывают, выполняют с возможностью взаимодействия в сухом контакте, без смазки, со второй поверхностью 31 трения второго компонента 3 и, в частности, вторым слоем 30 трения, если этот второй движущийся компонент 3 покрывают.

Изобретение также относится к способу преобразования механизма часов, относящегося к типу, содержащему по меньшей мере одну пару 1 компонентов, включающую в себя первый компонент 2, включающий в себя первую поверхность 21 трения, выполненную с возможностью взаимодействия со второй поверхностью 31 трения, содержащуюся во втором противоположном компоненте 3. Согласно изобретению:

- первый слой 20 трения в материале, взятом из первой группы, включающей в себя диоксид кремния, природный алмаз, микро- или нанокристаллический CVD алмаз, твердый монокристаллический алмаз и аморфный углерод, известный как алмазоподобный углерод или «DLC», наносят на первую поверхность 21 трения для образования новой первой твердой поверхности 201 трения, и

- второй слой 30 трения, образованный керамикой, содержащей бор, или включающий в себя по меньшей мере одну керамику, содержащую бор, наносят на вторую поверхность 31 трения для образования новой второй твердой поверхности 310 трения, и

- новую первую твердую поверхность 210 трения выполняют с возможностью взаимодействия в сухом контакте, без смазки, с новой второй твердой поверхностью 310 трения.