用于制造钟或表的部件的回转曲面的方法与流程

本发明涉及一种用于制造钟或表的部件、更特别是陶瓷制的钟或表的部件的回转曲面的方法。本发明还涉及一种通过所述制造方法获得的钟或表的部件。本发明还涉及一种包括所述钟或表的部件的钟或表的机芯。最后，本发明涉及一种包括所述钟或表的部件或所述钟或表的机芯的计时器。

背景技术：

例如在专利申请ep3258325中描述的由工程陶瓷制成的钟或表的部件的加工是一种精密操作，其要求控制工具与材料之间的相互作用，从而不会在陶瓷中产生应力或新缺陷、特别是表面缺陷，这会成为对部件的冲击韧性不利的裂纹的起始因子。

直径小于2mm的钟心轴的制造被证明是特别困难的，特别是因为在心轴的端部存在直径非常小(<200微米或甚至<100微米)的枢轴。这些枢轴必须具有完美的圆形几何形状，并且必须严格重视尺寸。它们被设置为用于与轴承相互作用，并且任何几何缺陷(例如不圆度或直径不正确)都会导致包含该心轴的机芯损失计时性能。这特别适用于摆轮轴杆。这也同样适用于枢轴表面未完美抛光的情况。

这就是通过对钢材进行棒料车削来加工根据现有技术的心轴并随后用成形砂轮对枢轴进行抛光以获得最终的表面光洁度和形状的原因。

然而，这种技术难以应用于陶瓷零件：借助切削工具或砂轮进行的棒料车削需要很长时间，并且工具磨损快。

通过磨削对陶瓷进行加工的替代方法包括通过飞秒激光烧蚀来加工陶瓷。所使用的激光器具有超短脉冲(飞秒激光器)，以免在所加工的材料上产生热效应。

例如，本领域的专家所使用的用于制造硬质合金的电极或其他通常为金属制的小尺寸的元件(例如，微镊)的现有设备使用发射红外线ir(波长为1030nm)的激光器。使用这种类型的设备无法获得令人满意的结果：在加工结束时获得的表面粗糙度相当大，需要特殊的摩擦精加工(tribofinishing)，这需要很长的时间才能达到所需的表面粗糙度，并且尽管符合了零件的几何形状，但是抗弯强度的相关性能不合预期。

根据现有技术通过磨削或飞秒激光加工制成的相同几何形状的心轴的枢轴的抗弯强度是通过在距枢轴的端部指定距离处借助于刀片施加力来测量的，该零件支撑在形成枢轴与心轴主体之间的交界面的轴承表面的位置处。

在图9中示出了不同心轴的枢轴的抗弯强度，其表示这些心轴各自的枢轴的极限弯曲应力的水平。所测得的应力与每个枢轴在引起断裂的最大力的施加位置处的横截面积相关。

如图9所示，无论是随后进行抛光还是抛光后再进行摩擦精加工，由3％的钇稳定氧化锆(3％zro2y2o3)制成的进行磨削的零件因此比根据现有技术中已知的飞秒激光加工工艺通过激光进行加工的3％的钇稳定氧化锆(3％zro2y2o3)的零件更加坚固。

因此，可看出通过飞秒激光加工的陶瓷钟心轴即使它们在尺寸上是正确的在使用中也可能表现出令人不满意的性能。

技术实现要素：

本发明的目的是提供对现有技术中已知的方法进行改进的一种用于制造陶瓷制的钟或表的部件的回转曲面的方法。特别地，本发明提出了一种用于以可重复的方式制造可靠的部件、特别是摆轮轴杆或擒纵轮的心轴或秒轮的心轴或形成钟或表的机芯的最终链的活动件的一部分的任何其他心轴的方法。本发明的目的还在于加速陶瓷加工并使其更可靠，从而获得具有所需尺寸(直径＜2mm，具有微米公差)同时保证足够的冲击强度的心轴型部件。

根据本发明，一种制造方法在权利要求1中限定。

该方法的各种实施方式在权利要求2至12中限定。

根据本发明，一种钟或表的部件在权利要求13或14中限定。

根据本发明，一种钟或表的机芯在权利要求15中限定。

根据本发明，一种计时器在权利要求16中限定。

附图说明

附图以举例的方式示出了根据本发明的计时器的实施方式。

图1是包括钟或表的部件的实施方式的计时器的实施方式的示意图。

图2是示出通过不同的陶瓷的不同的激光加工工艺获得的表面的表面粗糙度ra的值的图表。

图3是示出通过3％的钇稳定氧化锆的不同的激光加工工艺获得的表面的表面粗糙度ra的值的变化的图表。

图4a、图4b和图4c分别是进行ir激光加工(ref.1030)之后、在该加工之后进行10小时的摩擦精加工后以及在该加工之后进行20小时的摩擦精加工后的3％的钇稳定氧化锆的摆轮轴杆的枢轴的照片。

图5是示出通过不同类型的激光加工获得的3％的钇稳定氧化锆的不同的摆轮轴杆的极限弯曲应力值的图表。

图6a和图6b分别是进行绿光激光加工(ref.515)之后以及在该加工之后进行10小时的摩擦精加工后的3％的钇稳定氧化锆的摆轮轴杆的枢轴的照片。

图7a和图7b分别是进行uv激光加工(ref.434)之后以及在该加工之后进行10小时的摩擦精加工后的3％的钇稳定氧化锆的摆轮轴杆的枢轴的照片。

图8a和图8b分别是通过磨削进行加工之后以及在该加工之后进行10小时的摩擦精加工后的3％的钇稳定氧化锆的摆轮轴杆的枢轴的照片。

图9是示出通过不同的制造方法获得的3％的钇稳定氧化锆的不同的摆轮轴杆的极限弯曲应力值的图表。

图10是钟或表的部件的另一个实施方式的视图。

具体实施方式

下面参照图1描述根据本发明的计时器200的实施方式。

计时器200例如是手表。计时器优选包括表壳和表机芯100。

该表机芯可以是机械机芯、特别是自动机芯。

该表机芯包括表部件1的实施方式。

该表部件例如是心轴、特别是摆轮/螺旋弹簧型的表振荡器的摆轮轴杆或擒纵轮的心轴或秒轮的心轴。该部件的直径、特别是部件的最大直径例如小于或等于2mm。

该表部件优选包括枢轴10。“枢轴”是指被设置为用于与轴承、特别是宝石轴承相互作用、特别是通过接触相互作用的部件、特别是心轴的一部分。该枢轴可以具有圆柱形或圆锥形或截头形几何形状的至少一部分。该枢轴优选设置在心轴的一个端部处。例如，该枢轴可以形成在包括具有曲母线的表面的心轴部的连续部分中。

表机芯还包括安装在机芯的元件上、特别是机芯的框架上的轴承12或多个轴承。

表部件例如用于与轴承12相互作用、特别是通过接触相互作用。特别地，表部件在枢轴10的位置处与轴承12相互作用。更特别地，表部件在位于枢轴10的位置处的回转曲面20的位置处与轴承12相互作用。回转曲面20的一部分的直径例如小于或等于200μm，或者小于或等于100μm。可选地，枢轴在枢轴10的一个端部10a处可以由托石13轴向地界定。元件12和13可以设置在具有减震器主体形式的同一元件内。在这种特定情况下，心轴优选是摆轮轴杆或擒纵轮的心轴。

轴承包括孔。该孔和回转曲面的尺寸和/或构造设置为使其具有有限的功能间隙，例如约为7至17μm。

有利地，表部件包括两个枢轴10，以与两个轴承12相互作用，从而相对于轴承并且更一般地相对于安装有轴承的表机芯元件来引导表部件。

有利地，表部件或表部件的一部分由陶瓷制成。回转曲面20由陶瓷制成，即，回转曲面形成或定位在部件的陶瓷部分上。优选地，陶瓷是氧化锆、特别是钇稳定氧化锆、特别是3％(按重量计)的钇稳定氧化锆、单晶氧化铝或氧化铝-氧化锆组合物(atz)。

因此，优选地，表部件的全部或一部分由陶瓷制成，并且包括粗糙度ra小于或等于15nm的回转曲面20。更优选地，表部件包括包含有所述回转曲面的枢轴。有利地，部件的枢轴的极限剪切应力大于200n·mm^-2或者大于250n·mm^-2。

下面描述用于制造陶瓷表部件1的回转曲面20的方法的一个实施方式。

该制造方法包括：

-用飞秒激光束加工表部件的第一表面的步骤，以获得第二表面、特别是获得粗糙度ra小于100nm或小于70nm的第二表面，随后是

-摩擦精加工步骤，其应用于第二表面以获得所述回转曲面。

该方法可以获得包括陶瓷的回转曲面的钟或表部件，该回转曲面在几何上是正确的并且在经过合理的时间(通常约为10小时)的摩擦精加工之后具有合适的粗糙度。必须将该摩擦精加工步骤参数化，从而不改变表面的几何形状、特别是避免包括所述回转曲面的一个或多个枢轴的端部过度变圆，以保持对枢轴与轴承之间的接触区域的控制。因此至关重要的是，该步骤之前的初始粗糙度足够低，以允许合理持续时间的摩擦精加工步骤。例如，最终获得的回转曲面20的粗糙度ra约为10至15nm。

这种方法提供了通过磨削来加工陶瓷的替代方法，并且包括通过飞秒激光烧蚀来加工陶瓷而不降低其机械耐久性。所使用的激光器具有超短脉冲(飞秒激光器)，从而在适当的波长下不会在加工材料上产生热效应，以致不会影响材料的结构。

有利地，该方法不仅允许制造表部件1的回转曲面20，而且还允许制造包括所述回转曲面20的枢轴的整个表面，或者允许制造表部件的所有表面。

对摆轮轴杆的不同材料进行了各种测试，例如氧化锆、钇稳定氧化锆、单晶氧化铝(蓝宝石)或氧化铝-氧化锆组合物(atz)。更特别地，使用3％的钇稳定氧化锆。

优选地，激光束发射波长在800nm至1100nm之间、理想地为1030nm±5nm的红外线，或者发射波长在500nm至540nm之间、理想地为515nm±2.55nm的绿光，或者发射波长在400nm至480nm之间的蓝光，或者发射波长小于400nm、理想地为343nm±25nm的紫外线。

优选地，加工步骤包括车削阶段，即，表部件围绕旋转轴线旋转并且激光束可相对于该旋转轴线移动的加工步骤。可想到激光束扫过部件表面的时刻的任何其他运动学。

优选地，对于所测试的材料和尺寸，激光束每脉冲的平均能量(也称为能量密度)在0.001mj至2mj之间、优选在0.01mj至0.5mj之间或者在0.04mj至0.05mj之间。

横向重叠度(即垂直于行进方向或垂直于部件的心轴)由零件的旋转速度和激光器的频率限定，并且可以限定在0％至99.9％之间。其优选在20％至99.9％之间，并且理想地在99.6％至99.8％之间。

纵向重叠度由光束的扫描速度或行进速度以及激光器的频率限定，并且可以限定在0至99.9％之间。其优选在20％至99.9％之间，理想地在20％至80.8％之间。应注意的是，纵向重叠度为100％对应于执行该零件的切断。

优选地，激光束遵循螺旋形轨迹扫描第一表面，即，可以在所加工的回转曲面上绘制螺旋形轨迹。

优选地，在与第一表面正切的方向上或在与第一表面近似正切的方向上施加激光束。替代地，可以在垂直于第一表面的方向上或在近似垂直于第一表面的方向上施加激光束。

优选地，对于所测试的材料和尺寸，激光束的直径在5μm至100μm之间，优选在10μm至60μm之间，并且理想地在15μm至25μm之间。在光束在第一表面上撞击的位置处垂直于光束轴线测量该直径。

优选地，摩擦精加工步骤持续20小时以下，并且优选在10小时以下。

优选地，摩擦精加工步骤包括整体抛光的步骤。优选地，摩擦精加工步骤包括使用尺寸为约1μm的金刚石磨料微粒。优选地，摩擦精加工步骤包括在添加水和添加剂的同时使用尺寸为125至250μm的珠粒形式的陶瓷载体。

还在改变激光束的性质的情况下进行了各种测试。特别地，测试了以红外线(ir，波长1030nm)、绿光(波长515nm)或紫外线(uv，波长343nm)操作的多个激光器，其具有允许对激光束的相对扫描速度和表部件的相对旋转速度进行参数化的设备。但是，对于下面给出的所有测试，参数化都保持相同(表示为“e5”)，特别是不同光束之间保持恒定的激光能量密度水平以及光束的扫描速度和表部件的旋转速度。

如图2的图表所示，对于各种工程陶瓷，绿光激光(ref.515)和紫外激光(ref.343)在加工结束时提供了令人满意的表面粗糙度，约为50nm。对于各种工程陶瓷，假设设备的配置允许优化设备相关的参数和现有技术已知的参数(ref.1030-c)，则ir激光(ref.1030)在加工结束时可提供约50至100nm的表面粗糙度。

如图3所示，采用绿光激光(ref.515)、uv激光(ref.343)和ir激光(ref.1030)进行加工并通过使用在罐中振动的磨料混合物执行的机械加载而进行摩擦精加工(借助于在添加水和添加剂的同时与直径在125μm至250μm之间的珠粒形式的陶瓷载体结合的直径为约1μm的金刚石磨料微粒)的3％的钇稳定氧化锆的表部件都可达到合适的10至15nm的最终粗糙度。从经过绿光激光(ref.515)和uv激光(ref.343)加工的表部件开始进行10小时的摩擦精加工后，达到了上述合适的最终粗糙度。从经过ir激光(ref.1030)加工的表部件开始，需要进行20小时的抛光以获得等同的粗糙度。在图4a、图4b和图4c(分别表示在ir激光加工(ref.1030)之后、在该加工之后进行10小时的摩擦精加工后以及在该加工之后进行20小时的摩擦精加工后的3％的钇稳定氧化锆的摆轮轴杆的枢轴)中可以看出，这导致了部件的尺寸和几何形状、特别是在端部枢轴的位置处的尺寸和几何形状的变化，因此影响了表部件的操作。图6a和图7a分别示出了刚用绿光激光和uv激光进行加工的步骤之后3％的钇稳定氧化锆的枢轴的外观。图6b和图7b分别示出了在对图6a和图7a所示的枢轴应用摩擦精加工步骤之后的3％的钇稳定氧化锆的枢轴的外观。图4c、图6b和图7b所示的部件的最终表面粗糙度是令人满意的，但是图4c中枢轴的端部是圆形的；这种几何形状的变化将影响配备这种枢轴的表的计时性能。

观察结果和尺寸测量值通过抗弯强度的测量值得到确认，以确保可以满足心轴型的表部件的功能。

如图5中的图表所示，相对于经过ir激光(ref.1030)或uv激光(ref.343)加工的钟或表的部件，经过绿光激光(ref.515)加工的表部件的枢轴的抗弯强度更大，该抗弯强度是通过在距枢轴的端部固定距离处的刀片相对于刀片施加位置处的枢轴的横截面积所施加的力来测量的。该测试是针对3％的钇稳定氧化锆的表部件进行的。

因此，可看出有利的是在绿光(515nm)或紫外光(343nm)的范围内进行加工，以在加工结束时获得尽可能最低的粗糙度和最高的抗弯强度。

为了简化说明描述，“表部件”是指通过在制造的任何阶段实施上述方法所制造的部件，即，“表部件”是指在激光加工之前、激光加工之后或进行摩擦精加工之后的部件，但是该部件在方法的进程中会发生变化。

回转曲面20在这里具体在摆轮轴杆的枢轴的位置处进行描述，但是也可以通过相同的方法实施表的心轴的应实现特定的几何形状和/或粗糙度的任何其他回转曲面。特别地，上述方法能够制造擒纵轮的心轴或秒轮的心轴或形成表机芯的最终链的活动件的一部分的任何其他心轴。

这样的心轴可以包括第一带齿部分30。该部分30可以与心轴成一体。因此，心轴可以是小齿轮轴的形式。该小齿轮轴可包括用于接收轮板的第二部分40。特别地，该小齿轮轴可以完全由陶瓷制成。

替代地，第一带齿部分30可以例如通过压配合而施加到用于接收心轴的第三部分上。在这种情况下，第一带齿部分30可以是金属的。

第一带齿部分30的最大直径例如小于或等于2mm。第一部分30的齿圈可具有常规齿廓，例如treybal齿廓。

与涉及使用切削工具的现有技术相比，只要遵守特定的加工条件，使用飞秒激光束(绿光或紫外光)就可以节省时间并优化最终部件的性能。此外，有可能的是，以ir操作的飞秒激光束也可允许在特定条件下获得令人满意的结果。

在整个文件中，“陶瓷”是指均质或近似均质的材料(包括在微观水平下)。

优选地，陶瓷在至少一个方向上或者在所有方向上在大于6μm或者大于10μm或者大于20μm的距离上是均质的。

更优选地，陶瓷在至少一个方向上或者在所有方向上在大于6μm或者大于10μm或者大于20μm的距离上没有非陶瓷材料。

优选地，部件和/或部件的一部分由陶瓷制成的事实表示该部件或该部分完全是陶瓷的。更优选地，部件和/或部件的一部分由陶瓷制成的事实不包括部件或部件的一部分由通过非陶瓷基质(例如金属基质)粘结在一起的陶瓷颗粒组成的材料制成。

所描述的方法特别适用于制造陶瓷的部件或部件的一部分。当然，金属部件例如由钨、钽或难以用常规方法加工的任何其他硬质合金制成的部件、特别是心轴也可以受益于这种方法。