複合材料製成的主發條的防摩擦的製作方法

2023-04-24 14:12:41 2

複合材料製成的主發條的防摩擦的製作方法
【專利摘要】一種用於驅動時鐘機芯的主發條，所述主發條由包括聚合物基質的材料製成，聚合物基質包含纖維，所述主發條具有包含熱固性或熱塑性聚合物的塗層。所提出的主發條減少了主發條的卷匝的摩擦。
【專利說明】複合材料製成的主發條的防摩擦

【技術領域】
[0001]本發明涉及用於機械時計機芯中的驅動元件的塗覆主發條。塗層使得可以減少發條卷匝的摩擦作用並且具有良好的結合力。

【背景技術】
[0002]桶式螺旋主發條是使得可以存儲對於手錶的運行必需的機械能的元件。通常，其幾何尺寸和構成其的材料的機械特性決定了螺旋主發條能夠存儲的可能能量以及其傳輸的最大扭矩。發條條帶的解繞產生對於手錶的運行所需的能量。圖1示出了容納在桶形鼓2中的主發條I的分解視圖。發條條帶的形狀已經演變成稱作反S形的形狀(見圖2以及C-A Reymondin 等人的「Th6orie d』horlogerie」[鐘錶學原理],由瑞士的 F6d6rat1n desEcoles Techniques [聯邦技術學校]出版，1998)。此特殊形狀使得可以產生相對恆定的扭矩，不管發條的卷繞狀態如何。當主發條卷繞時由主發條所佔的表面面積與在鼓中保持自由的表面面積之間的比例為大約50 %時，主發條存儲最大的能量。
[0003]自古以來，時計製造者就尋求增加主發條的能量存儲能力，並從而增大機械手錶的動力儲備，但卻不增加桶的體積也就是塊頭。努力主要貫注於減小能量損失，尤其是由於摩擦作用造成的那些能量損失。因此已經提出用潤滑層塗覆主發條，例如金屬或DLC(鑽石狀石墨)的塗層，以便限制內部摩擦作用。
[0004]但是，發條的塗層必須遵守幾個限制。一方面，其必須參與減小卷匝之間的摩擦，且另一方面，其必須參與發條材料的整體結合。然而，在卷繞和解繞位置之間，發條的表面面臨非常大的變形。在上述塗層的情況下，發條的卷繞和解繞期間此類變形的重複會導致塗層破裂或分層。由於相同的原因，對於彈性特性由共價鍵或離子鍵所提供的塗層，例如由陶瓷或鑽石製成的塗層，也不能確保塗層與發條令人滿意的結合。


【發明內容】

[0005]本發明的主題涉及提供一種用於時計機芯的驅動元件所用的主發條，所述主發條由包括聚合物基質的材料製成，聚合物基質包括纖維，所述主發條包括塗層，塗層包括熱固性或熱塑性聚合物；該塗層具有至少等於所述纖維的纖維寬度的四分之一的厚度。
[0006]本發明的另一個主題涉及提供一種用於時計機芯的驅動元件，其包括所述主發條。
[0007]本發明的又另一個主題涉及提供包括該驅動元件的時計。
[0008]本發明的又另一個主題涉及一種用於製造主發條的方法，其包括如下步驟:
提供由包括聚合物基質的材料製成的主發條，聚合物基質包括纖維；
用包括聚合物的成分塗覆主發條(I);
使塗覆主發條的成分的厚度均勻化；並且使成分聚合物化以便形成塗層。
[0009]在一個實施例中，塗覆主發條可以包括將發條浸入成分中的步驟，或者噴塗的步驟，或者氣相沉積的步驟。
[0010]所提供的主發條使得可以減少發條卷匝的摩擦作用並且塗層具有良好的結合力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]說明書中示出了本發明的實施例示例，它們由附圖圖示，其中:
圖1示出了容納在桶形鼓中的主發條的分解視圖；
圖2圖示了主發條的條帶的反S形；以及圖3根據一個實施例示出了主發條的橫截面。
[0012]部件列表 I主發條
2桶形鼓 3塗層。

【具體實施方式】
[0013]在一個實施例中，主發條I由複合材料製成。術語「複合材料」在這裡理解為意味著包括纖維的聚合物基質，例如玻璃纖維或其它纖維。優選地，纖維在聚合物基質中單向地定向。由聚合物材料製成的此類發條與常規金屬發條相比可以較少地受到疲勞斷裂的影響，並且因而可具有較長的壽命。
[0014]此類複合發條的纖維可由碳、玻璃或芳族聚醯胺製成，或者也可具有另一種特性(例如纖維的混合物)，但是在任何情況下，它們的軸向彈性模量優選地在80 GPa到600GPa之間。纖維通常具有和發條相同的長度並且定位成儘可能平行於發條的主長度。優選地，每根纖維的軸線和發條的軸線之間的角度儘可能接近0°並且不局部地超過5°。纖維典型地具有I Mffl到35 Mffl之間的直徑。單個發條可具有有不同直徑的纖維，但是優選地，發條的厚度中所使用的直徑使得可以並排放置至少十根纖維，以獲得具有更好均勻性的主發條。
[0015]聚合物基質可以包括熱塑性或者熱固性塑料。聚合物中纖維的比例優選地在30%到75%，或者也在45%到55%之間。在聚合物基質中可以加入納米顆粒，以便強化聚合物基質，從而推回彎曲中的發條處於受壓下的表面中纖維的微細翹曲。這些納米顆粒可為二氧化矽、球殼狀碳分子或任何其它材料，其具有結合到聚合物樹脂上並且增加其綜合強度的可能性，而不會降低聚合物樹脂結合到纖維上的能力。
[0016]對於降低了大約一半的彈性極限，用單向玻璃纖維增強的聚合物基質展示出比鋼低大約四到五倍的彈性模量。另外在幾何方面鋼發條或複合發條的每一樣都是相同的:相同的長度，相同的厚度和相同的寬度，將會導致複合發條具有與鋼發條相比至少相等且常稍高的可恢復存儲彈性能量水平，以及隨桶旋轉而變化的所傳輸的扭矩上較低的變化，此變化與材料的楊氏模量的倒數成比例地相關。另一方面，對於複合發條可能的最大扭矩水平相對於鋼發條將更低，此最大扭矩與材料的斷裂應力成比例。優選地，複合物基質包括環氧樹脂且纖維為E型玻璃纖維或S型或S2型玻璃纖維。表格I中給出了這些玻璃纖維的特性。

【權利要求】
1.一種用於時計機芯用的驅動元件的主發條，所述主發條由包括聚合物基質的材料製成，所述聚合物基質包括纖維，其特徵在於，所述主發條包括塗層，所述塗層包括熱固性或熱塑性聚合物，並且所述塗層具有至少等於所述纖維的纖維寬度的四分之一的厚度。
2.根據權利要求1所述的主發條，其中所述熱固性聚合物包括具有緩慢聚合物化的環氧型樹脂。
3.根據權利要求1或2所述的主發條，其中所述塗層包括材料，所述材料的結合為氫鍵或範德瓦爾斯型結合。
4.根據權利要求1，2或3所述的主發條，其中所述聚合物基質包括熱塑性或熱固性塑料。
5.根據權利要求4所述的主發條，其中所述聚合物基質的所述熱固性聚合物包括環氧型樹脂。
6.根據權利要求1到5的任一項所述的主發條，其中所述聚合物基質中的纖維按體積的比例為30%到75%之間且優選地在45%到55%之間。
7.根據權利要求1到6的任一項所述的主發條，其中所述纖維在所述聚合物基質中單向地定向。
8.根據權利要求1到7的任一項所述的主發條，其中所述纖維具有80GPa到600GPa之間的軸向彈性模量。
9.根據權利要求1到8的任一項所述的主發條，其中所述纖維包括S型或S2型玻璃纖維。
10.根據權利要求1到9的任一項所述的主發條，其中每根纖維的軸線與發條(I)的軸線之間的角度為0°到5°之間。
11.根據權利要求1到10的任一項所述的主發條，其中所述纖維具有IMffl到35ΜΠ1之間的直徑。
12.根據權利要求1到11的任一項所述的主發條，其中所述基質另外包括納米顆粒。
13.根據權利要求12所述的主發條，其中所述納米顆粒包括二氧化矽或球殼狀碳分子。
14.根據權利要求1到13的任一項所述的主發條，其中所述塗層(3)包括樹脂，所述樹脂具有在90° C下大於20分鐘的膠凝時間。
15.據權利要求1到14的任一項所述的主發條，其中所述塗層具有3Mm到20 之間的厚度。
16.一種用於時計機芯的驅動元件，其包括其特徵為權利要求1到15的任一項所述的主發條。
17.—種時計，其包括根據權利要求16所述的驅動元件。
18.一種用於生產其特徵為權利要求1到15的任一項所述的主發條的方法，包括: 提供由包括聚合物基質的材料製成的主發條，所述聚合物基質包括纖維； 用包括聚合物的成分塗覆所述主發條(I); 使塗覆所述主發條的成分的厚度均勻化；並且 使所述成分聚合物化以便形成塗層。
19.根據權利要求18所述的方法，其中所述均勻化步驟包括塗覆有成分的所述主發條沿在三個正交維度X，Y和Z中定向的旋轉軸線的旋轉。
20.根據權利要求18所述的方法，其中所述均勻化步驟包括塗覆有所述成分的所述主發條沿旋轉軸線旋轉，所述旋轉軸線定向為具有距所述主發條的卷繞平面10°到80°之間的角度。
21.根據權利要求18到20的任一項所述的方法，其中，所述成分的所述均勻化步驟包括加熱塗覆有所述成分的所述主發條。
22.根據權利要求18到21的任一項所述的方法，其中塗覆所述主發條(I)包括將發條浸入所述成分中的步驟，或者噴塗的步驟，或者氣相沉積的步驟。
23.根據權利要求18到22的任一項所述的方法，還包括拋光所述塗層(3)的步驟，以便使所述塗層具有至少等於所述纖維的纖維寬度的四分之一的厚度。
24.根據權利要求23所述的方法，所述拋光步驟使得所述塗層具有3Mm到20 之間的厚度。
【文檔編號】G04B1/14GK104081294SQ201280060582
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年11月30日 優先權日:2011年12月9日
【發明者】C.阿夫裡, D.佩雷奧, J-M.蒂斯塞蘭德 申請人:卡地亞創作室有限公司