復合材料制成的主發(fā)條的防摩擦的制作方法
【專利摘要】一種用于驅(qū)動時鐘機芯的主發(fā)條，所述主發(fā)條由包括聚合物基質(zhì)的材料制成，聚合物基質(zhì)包含纖維，所述主發(fā)條具有包含熱固性或熱塑性聚合物的涂層。所提出的主發(fā)條減少了主發(fā)條的卷匝的摩擦。
【專利說明】復合材料制成的主發(fā)條的防摩擦

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于機械時計機芯中的驅(qū)動元件的涂覆主發(fā)條。涂層使得可以減少發(fā)條卷匝的摩擦作用并且具有良好的結(jié)合力。

【背景技術(shù)】
[0002]桶式螺旋主發(fā)條是使得可以存儲對于手表的運行必需的機械能的元件。通常，其幾何尺寸和構(gòu)成其的材料的機械特性決定了螺旋主發(fā)條能夠存儲的可能能量以及其傳輸?shù)淖畲笈ぞ?。發(fā)條條帶的解繞產(chǎn)生對于手表的運行所需的能量。圖1示出了容納在桶形鼓2中的主發(fā)條I的分解視圖。發(fā)條條帶的形狀已經(jīng)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”[鐘表學原理],由瑞士的 F6d6rat1n desEcoles Techniques [聯(lián)邦技術(shù)學校]出版，1998)。此特殊形狀使得可以產(chǎn)生相對恒定的扭矩，不管發(fā)條的卷繞狀態(tài)如何。當主發(fā)條卷繞時由主發(fā)條所占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(fā)條存儲最大的能量。
[0003]自古以來，時計制造者就尋求增加主發(fā)條的能量存儲能力，并從而增大機械手表的動力儲備，但卻不增加桶的體積也就是塊頭。努力主要貫注于減小能量損失，尤其是由于摩擦作用造成的那些能量損失。因此已經(jīng)提出用潤滑層涂覆主發(fā)條，例如金屬或DLC(鉆石狀石墨)的涂層，以便限制內(nèi)部摩擦作用。
[0004]但是，發(fā)條的涂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(fā)條材料的整體結(jié)合。然而，在卷繞和解繞位置之間，發(fā)條的表面面臨非常大的變形。在上述涂層的情況下，發(fā)條的卷繞和解繞期間此類變形的重復會導致涂層破裂或分層。由于相同的原因，對于彈性特性由共價鍵或離子鍵所提供的涂層，例如由陶瓷或鉆石制成的涂層，也不能確保涂層與發(fā)條令人滿意的結(jié)合。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主題涉及提供一種用于時計機芯的驅(qū)動元件所用的主發(fā)條，所述主發(fā)條由包括聚合物基質(zhì)的材料制成，聚合物基質(zhì)包括纖維，所述主發(fā)條包括涂層，涂層包括熱固性或熱塑性聚合物；該涂層具有至少等于所述纖維的纖維寬度的四分之一的厚度。
[0006]本發(fā)明的另一個主題涉及提供一種用于時計機芯的驅(qū)動元件，其包括所述主發(fā)條。
[0007]本發(fā)明的又另一個主題涉及提供包括該驅(qū)動元件的時計。
[0008]本發(fā)明的又另一個主題涉及一種用于制造主發(fā)條的方法，其包括如下步驟:
提供由包括聚合物基質(zhì)的材料制成的主發(fā)條，聚合物基質(zhì)包括纖維；
用包括聚合物的成分涂覆主發(fā)條(I);
使涂覆主發(fā)條的成分的厚度均勻化；并且使成分聚合物化以便形成涂層。
[0009]在一個實施例中，涂覆主發(fā)條可以包括將發(fā)條浸入成分中的步驟，或者噴涂的步驟，或者氣相沉積的步驟。
[0010]所提供的主發(fā)條使得可以減少發(fā)條卷匝的摩擦作用并且涂層具有良好的結(jié)合力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]說明書中示出了本發(fā)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(fā)條的分解視圖；
圖2圖示了主發(fā)條的條帶的反S形；以及圖3根據(jù)一個實施例示出了主發(fā)條的橫截面。
[0012]部件列表 I主發(fā)條
2桶形鼓 3涂層。

【具體實施方式】
[0013]在一個實施例中，主發(fā)條I由復合材料制成。術(shù)語“復合材料”在這里理解為意味著包括纖維的聚合物基質(zhì)，例如玻璃纖維或其它纖維。優(yōu)選地，纖維在聚合物基質(zhì)中單向地定向。由聚合物材料制成的此類發(fā)條與常規(guī)金屬發(fā)條相比可以較少地受到疲勞斷裂的影響，并且因而可具有較長的壽命。
[0014]此類復合發(fā)條的纖維可由碳、玻璃或芳族聚酰胺制成，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(yōu)選地在80 GPa到600GPa之間。纖維通常具有和發(fā)條相同的長度并且定位成盡可能平行于發(fā)條的主長度。優(yōu)選地，每根纖維的軸線和發(fā)條的軸線之間的角度盡可能接近0°并且不局部地超過5°。纖維典型地具有I Mffl到35 Mffl之間的直徑。單個發(fā)條可具有有不同直徑的纖維，但是優(yōu)選地，發(fā)條的厚度中所使用的直徑使得可以并排放置至少十根纖維，以獲得具有更好均勻性的主發(fā)條。
[0015]聚合物基質(zhì)可以包括熱塑性或者熱固性塑料。聚合物中纖維的比例優(yōu)選地在30%到75%，或者也在45%到55%之間。在聚合物基質(zhì)中可以加入納米顆粒，以便強化聚合物基質(zhì)，從而推回彎曲中的發(fā)條處于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硅、球殼狀碳分子或任何其它材料，其具有結(jié)合到聚合物樹脂上并且增加其綜合強度的可能性，而不會降低聚合物樹脂結(jié)合到纖維上的能力。
[0016]對于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(zhì)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(fā)條或復合發(fā)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，將會導致復合發(fā)條具有與鋼發(fā)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(zhuǎn)而變化的所傳輸?shù)呐ぞ厣陷^低的變化，此變化與材料的楊氏模量的倒數(shù)成比例地相關(guān)。另一方面，對于復合發(fā)條可能的最大扭矩水平相對于鋼發(fā)條將更低，此最大扭矩與材料的斷裂應力成比例。優(yōu)選地，復合物基質(zhì)包括環(huán)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(quán)利要求】
1.一種用于時計機芯用的驅(qū)動元件的主發(fā)條，所述主發(fā)條由包括聚合物基質(zhì)的材料制成，所述聚合物基質(zhì)包括纖維，其特征在于，所述主發(fā)條包括涂層，所述涂層包括熱固性或熱塑性聚合物，并且所述涂層具有至少等于所述纖維的纖維寬度的四分之一的厚度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的主發(fā)條，其中所述熱固性聚合物包括具有緩慢聚合物化的環(huán)氧型樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主發(fā)條，其中所述涂層包括材料，所述材料的結(jié)合為氫鍵或范德瓦爾斯型結(jié)合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1，2或3所述的主發(fā)條，其中所述聚合物基質(zhì)包括熱塑性或熱固性塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的主發(fā)條，其中所述聚合物基質(zhì)的所述熱固性聚合物包括環(huán)氧型樹脂。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5的任一項所述的主發(fā)條，其中所述聚合物基質(zhì)中的纖維按體積的比例為30%到75%之間且優(yōu)選地在45%到55%之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項所述的主發(fā)條，其中所述纖維在所述聚合物基質(zhì)中單向地定向。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7的任一項所述的主發(fā)條，其中所述纖維具有80GPa到600GPa之間的軸向彈性模量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1到8的任一項所述的主發(fā)條，其中所述纖維包括S型或S2型玻璃纖維。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9的任一項所述的主發(fā)條，其中每根纖維的軸線與發(fā)條(I)的軸線之間的角度為0°到5°之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到10的任一項所述的主發(fā)條，其中所述纖維具有IMffl到35ΜΠ1之間的直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1到11的任一項所述的主發(fā)條，其中所述基質(zhì)另外包括納米顆粒。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的主發(fā)條，其中所述納米顆粒包括二氧化硅或球殼狀碳分子。
14.根據(jù)權(quán)利要求1到13的任一項所述的主發(fā)條，其中所述涂層(3)包括樹脂，所述樹脂具有在90° C下大于20分鐘的膠凝時間。
15.據(jù)權(quán)利要求1到14的任一項所述的主發(fā)條，其中所述涂層具有3Mm到20 之間的厚度。
16.一種用于時計機芯的驅(qū)動元件，其包括其特征為權(quán)利要求1到15的任一項所述的主發(fā)條。
17.—種時計，其包括根據(jù)權(quán)利要求16所述的驅(qū)動元件。
18.一種用于生產(chǎn)其特征為權(quán)利要求1到15的任一項所述的主發(fā)條的方法，包括: 提供由包括聚合物基質(zhì)的材料制成的主發(fā)條，所述聚合物基質(zhì)包括纖維； 用包括聚合物的成分涂覆所述主發(fā)條(I); 使涂覆所述主發(fā)條的成分的厚度均勻化；并且 使所述成分聚合物化以便形成涂層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述均勻化步驟包括涂覆有成分的所述主發(fā)條沿在三個正交維度X，Y和Z中定向的旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述均勻化步驟包括涂覆有所述成分的所述主發(fā)條沿旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)軸線定向為具有距所述主發(fā)條的卷繞平面10°到80°之間的角度。
21.根據(jù)權(quán)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涂覆有所述成分的所述主發(fā)條。
22.根據(jù)權(quán)利要求18到21的任一項所述的方法，其中涂覆所述主發(fā)條(I)包括將發(fā)條浸入所述成分中的步驟，或者噴涂的步驟，或者氣相沉積的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求18到22的任一項所述的方法，還包括拋光所述涂層(3)的步驟，以便使所述涂層具有至少等于所述纖維的纖維寬度的四分之一的厚度。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，所述拋光步驟使得所述涂層具有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(yōu)先權(quán)日:2011年12月9日
【發(fā)明者】C.阿夫里, D.佩雷奧, J-M.蒂斯塞蘭德 申請人:卡地亞創(chuàng)作室有限公司