ЧАСОВОЙ КОМПОНЕНТ С УЛУЧШЕННОЙ САМОСМАЗКОЙ Российский патент 2020 года по МПК G04B43/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к часовому компоненту, содержащему по меньшей мере один самосмазывающийся поверхностный слой.

Изобретение также относится к часовому анкерному ходу, содержащему по меньшей мере один подобный компонент.

Изобретение также относится к часовому механизму, включающему в себя по меньшей мере один подобный анкерный ход.

Изобретение также относится к наручным часам, содержащим по меньшей мере один часовой механизм.

Изобретение также относится к способу нанесения на часовой компонент самосмазывающегося поверхностного слоя.

Изобретение относится к области компонентов для часовых механизмов, подверженных интенсивной эксплуатации, с большой импульсной частотой и с большим количеством импульсов и фрикционных фаз во время эксплуатации, таких как компоненты анкерных ходов.

Уровень техники, предшествующий изобретению

Необслуживаемая эксплуатация анкерного хода, в частности швейцарского анкерного хода, который является наиболее распространенным, продолжает оставаться главной целью разработок, ведущихся в настоящее время в часовой отрасли. Поскольку обслуживание обычно заключается в добавлении смазки, разработка несмазываемых анкерных ходов связана с исследованием твердых материалов, обладающих исключительными смазывающими свойствами. Кроме этого, текущий тренд изготовления анкерных ходов, функционирующих с повышенной частотой, с целью повышения точности, ограничен тем, что при больших ускорениях происходит потеря масла. В настоящее время наметилась четкая тенденция на использование сухих смазок.

В патенте GB 528370A на имя Крайслер Корпорэйшн раскрываются спрессованные и синтерированные пористые композиции на основе порошковых металлов, обладающие самосмазывающейся способностью за счет их погружения в горячую масляную ванну или за счет введения в их поры подходящей твердой смазки. Также описывается использование пластин, изготовленных подобным образом, при создании конструкций часовых изделий с интегрированными подшипниками. Указанные пластины могут быть армированы другими металлическими пластинами. Конкретные композиции из сухих самосмазывающихся поверхностных слоев представляют собой смеси, содержащие в соответствующих процентных соотношениях следующие вещества:

свинец, олово, графит, борную кислоту,

медь, олово, слюду, борную кислоту,

железо, медь, графит, борную кислоту,

указанные смеси спрессовываются в брикеты в матрицах или на вальцах и синтерируются, предпочтительно в восстановительной атмосфере.

В патентной заявке US 2159327A на имя Хендрик Джон, Крайслер Корпорэйшн, раскрывается подшипниковый узел, содержащий между, с одной стороны, цапфой из пористого металла, который абсорбировал жидкую смазку, а с другой стороны - гильзой, способной терять свою упругость и изготовленной из неметаллического материала, закрывающей цапфу, промежуточную гильзу, содержащую материал, непроницаемый для смазки. В одной из конкретных композиций пористый металл содержит медь, олово и графит, и может содержать твердую смазку, такую как борную кислоту или салициловую кислоту, используемую, в частности, при прессовании или синтерировании.

В статье, написанной Бартель Энтони Дж и соавт., «Причины сверхнизкого трения борной кислоты: Роль адсорбции пара», Вопросы трибологии, Бальтзер Сайенс Паблишерс, НЛ, Том 58, №3, 21.04.2015, страницы 1-12, XP035489852, ISSN 1023-8883, рассматриваются смазывающие свойства борной кислоты.

Краткое изложение сущности изобретения

Борная кислота H₃BO₃ обладает конкретными преимуществами в плане трения за счет присущей ей способности к сухой смазке. При трении, звенья плоских кристаллов борной кислоты стремятся организоваться относительно друг друга в слои, параллельные поверхности. Данная компоновка снижает трение подобно более известным соединениям, таким как сульфит молибдена MoS₂ и сульфид вольфрама WS₂.

Цель изобретения заключается в том, чтобы добиться несмазываемого функционирования часового анкерного хода с целью сокращения периодичности обслуживания и возможности использования высокочастотных колебаний.

С этой точки зрения изобретение относится к часовому компоненту, содержащему по меньшей мере один самосмазывающийся поверхностный слой по п. 1 формулы изобретения.

Изобретение также относится к часовому анкерному ходу, содержащему по меньшей мере один подобный компонент.

Изобретение также относится к часовому механизму, включающему в себя по меньшей мере один подобный анкерный ход.

Изобретение также относится к наручным часам, содержащим по меньшей мере один часовой механизм.

Изобретение также относится к способу нанесения на часовой компонент покрытия с самосмазывающимся поверхностным слоем по п. 12 формулы изобретения.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения станут понятны из последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:

на фиг. 1 показан схематический вид в перспективе структуры триклинного кристалла борной кислоты H₃BO₃, в стратах, по существу, параллельных друг другу и поверхности материала;

на фиг. 2 в виде принципиальной схемы показаны наручные часы, которые содержат часовой механизм, который в свою очередь содержит анкерный ход с компонентом по изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления

Настоящим изобретением предлагается изготавливать, по меньшей мере компоненты часовых механизмов, подверженные наибольшим нагрузкам, вместе с сухим, самосмазывающимся поверхностным слоем, для которого предпочтительно используют борную кислоту H₃BO₃, обладающую конкретными преимуществами в плане трения за счет присущей ей способности к сухой смазке.

Таким образом, изобретение относится к часовому компоненту 1, содержащему по меньшей мере один самосмазывающийся поверхностный слой 2. Согласно изобретению указанный поверхностный слой 2 является сухим слоем, содержащим борную кислоту H₃BO₃, и имеет толщину от 10 нанометров до 10 микрон.

Более конкретно, указанная толщина составляет от 50 нанометров до 1 микрона.

Более конкретно, согласно изобретению, указанный поверхностный слой 2 полностью состоит из борной кислоты.

Предпочтительно компонент 1 содержит снизу указанного поверхностного слоя 2 материал, обладающий очень высокой степенью адгезии с борной кислотой. В частности, компонент 1 содержит снизу поверхностного слоя 2 подложку, которая состоит из диоксида кремния SiO₂ или оксида алюминия Al₂O₃, либо покрыт промежуточным слоем 3, состоящим из диоксида кремния SiO₂ или оксида алюминия Al₂O₃, алмазоподобного углерода или т.п.

На кремнии произвольно образуется очень тонкий слой из естественного оксида. Его можно использовать в качестве адгезионного слоя. Между тем, предпочтительно термически оксидировать кремний для получения управляемого оксидного слоя. То же самое касается и глинозема Al₂O₃.

Подложка компонента 1 может быть получена различными путями, в частности, но не только подложка может быть:

подложкой изготовленной из кремния или диоксида кремния или алмаза, полученного методом осаждения из паровой фазы, либо полученного из микрообработанного материала, с использованием Liga-технологии или аналогичного аддитивного метода, либо из заготовки, трансформированной посредством глубинного реактивного ионного травления или электроэрозии или аналогичного метода микрообработки, либо в результате использования метода наподобие МЭМС,

керамической подложкой,

подложкой из стали или медного сплава, CuBe, никеля или никелевого соединения, NiP или аналогичного сплава, обычно используемого при изготовлении наручных часов,

подложкой из благородного металла, золота, платины или серебра,

подложкой из пластика.

В частности, изобретение предпочтительно относится к компоненту 1, который является компонентом анкерного хода, таким как анкерное колесо, анкерная вилка, баланс, предохранительный штифт, импульсный штифт, паллетный камень, ограничительный штифт, ролик, стопорный штифт, запорный камень, фиксатор, вилка, штифт.

Изобретение также относится к часовому анкерному ходу 10, включающему в себя по меньшей мере один подобный компонент 1.

В частности, указанный анкерный ход 10 содержит один подобный компонент 1, который является анкерным колесом, изготовленным из диоксида кремния или смеси из кремния и диоксида кремния SiO₂. Обычно, по одному из предпочтительных вариантов осуществления, компонент 1 изготавливают методом глубинного ионного травления, а затем термически оксидируют. Микрообработка компонентов, изготовленных из кремния или кварца (кристаллический или аморфный SiO₂), на настоящее время пока еще не полностью освоена. Анкерное колесо с нанесенным на него поверхностным слой 2 из борной кислоты может взаимодействовать с другими компонентами 1, которые являются паллетными камнями из рубина, на каждое из которых нанесен поверхностный слой 2 из борной кислоты.

Изобретение также относится к часовому механизму 100, включающему в себя по меньшей мере один подобный анкерный ход 10.

Изобретение также относится к наручным часам 1000, включающим в себя по меньшей мере один часовой механизм 100 данного типа.

Изобретение также относится к способу нанесения на часовой компонент 1 покрытия с самосмазывающимся поверхностным слоем 2.

Способ, используемый для создания указанного поверхностного слоя 1, включает в себя следующие этапы:

растворение при температуре окружающей среды гранулированной или порошковой борной кислоты H₃BO₃ в растворе, таком как вода, изопропанол, пропанол, метанол, метил-пропанол, гликоль этилен, глицерол, ацетон или т.п., в соотношении от 0.01% до 1.0 весовых %, обычно примерно 0.15 весовых %. При использовании воды растворение можно ускорить за счет увеличения температуры воды,

перемешивание и взбалтывание раствора, например, но не только, при помощи ультразвука, который ускоряет растворение,

окунание покрываемого компонента 1 в указанный раствор или напыление на компонент 1 раствора в виде капель, аэрозоли или направленным образом (т.е. лишь на функциональные области компонента при помощи пьезо или аналогичных форсунок),

в случае окунания, компонент извлекают из раствора,

позволяют жидкой фазе испариться, поверхность, на которой формируется поверхностный слой 2, держат на удалении от любых посторонних предметов до тех пор, пока испарение не завершится.

В частности, до тех пор, пока толщина слоя не составит от 10 нанометров до 10 микрон, повторяют следующие этапы:

компонент 1 обрабатывают путем окунания или напыления;

в случае окунания, компонент 1 извлекают из раствора,

позволяют жидкой фазе испариться, поверхность, на которой формируется поверхностный слой 2, держат на удалении от любых посторонних предметов до тех пор, пока испарение не завершится.

В частности, указанные этапы повторяют до тех пор, пока толщина не составит от 50 нанометров до 1 микрона.

Толщину слоя из борной кислоты H₃BO₃ также можно регулировать за счет концентрации раствора.

Следовательно, толщина также зависит от концентрации раствора. Повторение этапов позволяет увеличить толщину, при условии, что растворение уже сформированной борной кислоты происходит относительно медленно.

Предпочтительно указанный способ используют для нанесения покрытия на компонент 1 часового анкерного хода, который создает или подвергается воздействию более одного импульса в секунду, такому как анкерное колесо, анкерная вилка, баланс, предохранительный штифт, импульсный штифт, паллетный камень, ограничительный штифт, ролик, стопорный штифт, запорный камень, фиксатор, вилка, штифт.

Таким образом, в данной предпочтительной области применения, изобретение заключается в нанесении по меньшей мере на один из компонентов анкерного хода, обычно колесо и/или паллетные камни, борной кислоты в виде жидкого раствора, после чего жидкость испаряется, формируя на поверхности слой из чистой борной кислоты в твердом состоянии (точка плавления борной кислоты H₃BO₃=171°C). Обычно толщина слоя из борной кислоты составляет от 50 нанометров до 1 микрона. В наиболее современных анкерных механизмах компоненты, покрываемые борной кислотой, обычно изготавливают из кремния, кремния и диоксида кремния, металлов или керамики. Для улучшения адгезии поверхность компонентов может быть шероховатой или пористой.

Обычно концентрацию раствора рассчитывают таким образом, чтобы покрыть компоненты тонким слоем, в частности порядка 100 нм, борной кислоты в твердом состоянии. Поскольку растворимость H₃BO₃ в предлагаемых выше жидких растворах, при температуре окружающей среды выше рекомендуемой пропорции, подогрев жидкостей, в целом, не требуется. Тем не менее, подогрев может ускорить растворение, особенно в случае использования воды, которая не является горючим материалом.

Для ускорения растворения порошковую H₃BO₃ предпочтительно смешивают с растворителем и взбалтывают, также можно использовать ультразвук.

Покрытие на компонент может наноситься путем напыления или окунания в раствор, после чего компонент извлекают и дают просушиться таким образом, чтобы исключить любой контакт с функциональными деталями, например, помещают на промокательную бумагу. Для ускорения испарения жидкости можно использовать легкий газ.

На заключительном этапе компонент 1 покрывают соответствующим поверхностным слоем 2.

Если перед нанесением покрытия компонент 1 имел полированную зеркальную поверхность, то будут заметны интерференционные полосы. Небольшая толщина носимого покрытия из борной кислоты, обычно составляющая примерно от 50 нм до 100 нм, не вызывает изменения цвета.

Для проверки можно провести острым предметом по поверхности, после чего на поверхности может остаться полоса, указывающая на наличие слоя.

Разумеется, наличие слоя из H₃BO₃ с большей точностью может подтвердить дифракционный рентгеновский анализ или анализ Рамана. Следует отметить, что поскольку наносимый поверхностный слой 2 едва заметен, покрытие можно наносить на весь компонент 1, не создавая механических или эстетических неудобств.

Вкратце, изобретение позволяет обеспечить эксплуатацию часового анкерного хода без добавления смазки, сократить периодичность обслуживания и использовать высокочастотные колебания.

Часовой компонент (1) содержит сухой, самосмазывающийся поверхностный слой (2), полностью состоящий из борной кислоты, толщиной от 50 нм до 1 мкм. Способ нанесения покрытия на часовой компонент (1) с самосмазывающимся поверхностным слоем (2) включает в себя следующие этапы: растворение при температуре окружающей среды гранулированной или порошковой борной кислоты H₃BO₃ в растворе, таком как вода, изопропанол, пропанол, метанол, метил-пропанол, гликоль этилен, глицерол, ацетон и т.п., в соотношении от 0,01 до 1,0 вес. %, перемешивание и взбалтывание раствора, окунание покрываемого компонента (1) в указанный раствор, компонент извлекают из раствора и позволяют жидкой фазе испариться, поверхность, на которой формируется поверхностный слой (2), держат на удалении от любых посторонних предметов до тех пор, пока испарение не завершится, этапы окунания и испарения повторяют до тех пор, пока не будет получен слой требуемой толщины от 10 нм до 1 мкм, либо, более конкретно, от 50 нм до 1 мкм. 6 н. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Часовой компонент (1), содержащий по меньшей мере один самосмазывающийся поверхностный слой (2), характеризующийся тем, что указанный поверхностный слой (2) является сухим слоем, полностью состоящим из борной кислоты Н₃ВО₃, и имеет толщину от 50 нм до 1 мкм.

2. Часовой компонент (1) по п. 1, характеризующийся тем, что содержит снизу указанного поверхностного слоя (2) подложку, состоящую из диоксида кремния SiO₂ или оксида алюминия Al₂O₃, либо покрыт промежуточным слоем (3) из диоксида кремния SiO₂ или оксида алюминия Al₂O₃.

3. Часовой компонент (1) по п. 1, характеризующийся тем, что содержит снизу указанного поверхностного слоя (2) подложку, состоящую из кремния, или диоксида кремния, или алмаза, полученного методом осаждения из паровой фазы, или иного микрообработанного материала.

4. Часовой компонент (1) по п. 1, характеризующийся тем, что содержит снизу указанного поверхностного слоя (2) керамическую подложку.

5. Часовой компонент (1) по п. 1, характеризующийся тем, что содержит снизу указанного поверхностного слоя (2) подложку из стали, или медного сплава, или никеля, или никелевого соединения.

6. Часовой компонент (1) по п. 1, характеризующийся тем, что содержит снизу указанного поверхностного слоя (2) подложку из пластика.

7. Часовой компонент (1) по п. 1, характеризующийся тем, что является компонентом анкерного хода, таким как анкерное колесо, или анкерная вилка, или баланс, или предохранительный штифт, или импульсный штифт, или палетный камень, или ограничительный штифт, или ролик, или стопорный штифт, или запорный камень, или фиксатор, или вилка, или штифт.

8. Часовой анкерный ход (10), включающий в себя по меньшей мере один компонент (1) по п. 7.

9. Часовой анкерный ход (10) по п. 8, характеризующийся тем, что содержит указанный компонент (1), который является анкерным колесом из диоксида кремния или смеси из кремния и диоксида кремния SiO₂, покрытым указанным поверхностным слоем (2) из борной кислоты, которое выполнено с возможностью взаимодействия с другими указанными компонентами (1), которые являются палетными камнями из рубина, каждый из которых покрыт указанным поверхностным слоем (2) из борной кислоты.

10. Часовой механизм (100), включающий в себя по меньшей мере один анкерный ход (10) по п. 8.

11. Наручные часы (1000), включающие в себя по меньшей мере один часовой механизм (100) по п. 10.

12. Способ нанесения покрытия на часовой компонент (1) с самосмазывающимся поверхностным слоем (2), характеризующийся тем, что для создания указанного слоя включает в себя следующие этапы:

растворение при температуре окружающей среды гранулированной или порошковой борной кислоты Н₃ВО₃ в растворе, таком как вода, изопропанол, пропанол, метанол, метил-пропанол, гликоль этилен, глицерол, ацетон, в соотношении от 0,01 до 1,0 вес. %,

перемешивание и взбалтывание раствора,

окунание указанного покрываемого компонента (1) в указанный раствор или напыление указанного раствора на указанный компонент,

извлечение в случае окунания указанного компонента из указанного раствора,

испарение жидкой фазы, причем поверхность, на которой формируется указанный поверхностный слой (2), держат на удалении от любых посторонних предметов до тех пор, пока испарение не завершится.

13. Способ по п. 12, характеризующийся тем, что следующие этапы:

окунание указанного покрываемого компонента (1) в указанный раствор или напыление указанного раствора на указанный компонент,

извлечение в случае окунания указанного компонента из указанного раствора,

испарение жидкой фазы, причем поверхность, на которой формируется указанный поверхностный слой (2), держат на удалении от любых посторонних предметов до тех пор, пока испарение не завершится,

повторяют до тех пор, пока не будет получен слой требуемой толщины от 10 нм до 10 мкм.

14. Способ по п. 13, характеризующийся тем, что указанные этапы повторяют до тех пор, пока не будет получен слой требуемой толщины от 50 нм до 1 мкм.

15. Применение способа по п. 12 для нанесения покрытия на компонент (1) часового анкерного хода, создающего или подвергающегося воздействию более одного импульса в секунду, такой как анкерное колесо, или анкерная вилка, или баланс, или предохранительный штифт, или импульсный штифт, или палетный камень, или ограничительный штифт, или ролик, или стопорный штифт, или запорный камень, или фиксатор, или вилка, или штифт.