CN107765535A - 用于给钟表机芯上发条的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钟表机芯的上发条装置，尤其是自动上发条装置，其由奥氏体不锈钢制成并且包含至少一个摩擦表面，该至少一个摩擦表面通过在预定深度内被引入到奥氏体不锈钢内的碳或氮类型原子来进行硬化。

Description

用于给钟表机芯上发条的装置

技术领域

本发明涉及钟表机芯的上发条装置、尤其是自动上发条装置的部件，并且还涉及上发条装置，尤其是自动上发条装置，涉及包含这样的部件的钟表机芯以及钟表。它还涉及用于制造更一般地钟表机芯的上发条装置的部件的过程。

背景技术

现有技术的自动上发条装置使经由运动链将振荡摆锤连接到发条盒以便实现发条盒弹簧的上发条成为可能。

图1更具体地图示了现有技术的自动上发条装置的运动链的可动元件的部分。该可动元件具体包含两个棘爪(click)1、2，所述两个棘爪1、2与被附接到小齿轮4的带齿的轮3协作。在对应于振荡质量的第一旋转方向的第一自动上发条模式下，带齿的轮3和小齿轮4在棘爪1、2的动作下被旋转，所述棘爪1、2都在自动轮(未在图1中图示)上枢转，自动轮本身沿旋转的第一旋转方向被旋转。在对应于振荡质量的第二旋转方向的第二自动上发条模式下，棘爪1和2对带齿的轮3和小齿轮4没有影响，并且在沿第二旋转方向的自动轮的旋转下围绕其相应的枢转轴线相对于带齿的轮3以高速振荡。在第三手动上发条模式下，小齿轮4和带齿的轮3在手动上发条链的影响下被旋转。轮3的旋转使轮3的齿与以高速或甚至以非常高的速度围绕其相应的枢转轴线振荡的棘爪1和2分离。

从申请人的自动装置知晓的这三种上发条模式尤其可能通过轮3的齿的不对称构造以及通过棘爪1，2(尤其是棘爪1、2的喙状物)的特定几何形状来提供。在三种模式下，棘爪1、2的喙状物与带齿的轮3的齿协作，并且这些部件的摩擦表面之间存在摩擦扭矩，这产生磨损现象以及老化。第二和第三上发条模式由于棘爪的高速或甚至非常高的速度下的振荡而在摩檫学水平上更大地加应力于所述部件：具体地，在在手动上发条中至少5kHz(这甚至可以超过10kHz)的棘爪的情况下测量摩擦速率。通过指示，钟表机芯的机械振荡器的轴的振荡频率一般具有大约3至5Hz，这呈现与上发条装置的应力非常不同的应力。棘爪和带齿的轮一般由Ck60、Finemac或20AP类型的钢冲压。在现有技术的这些实施例的情况下，显著的磨损在自动装置的提前老化期间出现，如在下面详细地描述的。这种磨损使自动的效率退化，并且这导致提前老化之后的上发条性能的损失的危险。

图3a和3b具体地呈现了现有技术的由Ck60钢制成的棘爪在老化之后的摩擦表面，分别为化学对比扫描电子显微镜(SEM)图像和光学显微镜图像。在这些图中可由更暗区域识别的功能区域的表面的大部分似乎已经随着老化而改变。图4示出了通过EDX微探针的这些表面的化学分析的结果：暗区对应于氧化产物的存在，氧化产物证明是铁氧化物。

发明内容

摩擦表面上氧化物的显著形成是摩擦氧化机制的特点。此外，光学图像更具体地示出了表面上的氧化物具有褐色至红色的颜色，这是赤铁矿(Fe2O3)的特点，赤铁矿是矿物质，其硬度基本上为1000-1100HV，其源于在在每个表面上形成硬壳之前在两个接触的表面上形成的氧化物的混合物的废物。初始的Ck60钢具有大约720HV的硬度。随着老化而被沉积的矿物质因此相对于更软的金属表面具有高磨损可能。由摩擦氧化产生的废物因此是在现有技术的上发条装置的老化期间观察到的性能的退化的原因中的一个。发明人因此首次认识到上发条装置的两个部件之间的界面处出现的腐蚀现象的存在并且尤其是铁氧化物的出现，这引起磨损加速。

此外，上发条***的总体老化也与除了如上面详细描述的上发条装置的磨损外的部件的磨损有关联：现有技术的方案基于因此使得上发条***的总体磨损恶化的上发条装置。

本发明的目的是提出用于钟表机芯的上发条装置(尤其是自动上发条装置)的改善的方案，其不包含现有技术中的全部或某些缺点。

因此，本发明的总目的是提出一种相对于现有技术的方案关于提前老化已经改善行为的钟表机芯的上发条装置。为此，本发明试图实现以下两个目的中的一个：

-第一目的包括随着时间具有基本上恒定性能的钟表机芯的上发条装置；或，更热切地，

-第二目的包括随着时间而增加的性能以便尽可能减少上发条***的总体老化的钟表机芯的上发条装置。

更具体地，本发明因此寻求一种用于钟表机芯的上发条装置的即使在非常高(尤其大于或等于5kHz)的摩擦频率下也更好地抵抗腐蚀的部件的方案。

为此目的，本发明基于钟表机芯的上发条装置，尤其是自动上发条装置，其由奥氏体不锈钢制作，并且其中它包含至少一个摩擦表面，该至少一个摩擦表面通过在预定深度内被引入到奥氏体不锈钢内的增强原子来进行硬化。

更具体地，本发明基于钟表机芯的上发条装置，尤其是自动上发条装置，其包含通过承受摩擦的界面而协作的两个金属部件，其中它包含至少一个奥氏体不锈钢部件，该至少一个奥氏体不锈钢部件包含至少一个摩擦表面，该至少一个摩擦表面通过在预定深度内被引入到奥氏体不锈钢内的碳或氮类型原子来进行硬化。

本发明更具体地由权利要求进行限定。

附图说明

本发明的这些对象、特征和优点将会在结合附图非限制性地给出的具体实施例的以下描述中详细地进行公开，其中：

图1示出了现有技术的上发条装置的运动链的可动元件的一部分；

图2示出了根据本发明的一个实施例的上发条装置的运动链的可动元件的棘爪；

图3a和3b示出了来自现有技术的由Ck60钢制作的棘爪在老化之后的摩擦表面；

图4图示了图3a和3b的来自现有技术的棘爪的摩擦表面通过EDX微探针的化学分析结果；

图5a和5b示出了根据本发明的一个实施例的棘爪在老化之后的摩擦表面；

图6图示了图5a和5b的根据本发明的实施例的棘爪的这些摩擦表面通过EDX微探针的化学分析结果；

图7示出了现有技术与本发明的实施例的棘爪的对比测试的结果。

具体实施方式

根据将会进行描述的实施例，本发明涉及钟表机芯的自动装置或自动上发条装置的棘爪和带齿的轮。根据该实施例，棘爪被设计为与带齿的轮的齿协作。更具体地，棘爪被枢转以便借助于喙状物与带齿的轮的齿协作，喙状物尤其是定位在棘爪的端部。替代地，棘爪可以被设计为在具有或没有复位弹簧的情况下与自动上发条装置的齿和/或凸轮协作。更一般地，本发明可以被实施在上发条装置的经受摩擦的任何其他部件上，尤其在包含产生高频摩擦的界面的任何一对金属部件上。它例如可以被实施在上发条装置的棘齿棘爪上，不论它是手动还是自动上发条装置。

图2图示了根据本发明的一个实施例的上发条装置的棘爪12。该棘爪在其两端处包含两个喙状物13、14，如上面解释的，根据用于上发条的三种操作模式，两个喙状物13、14与带齿的轮(诸如图1的带齿的轮3)交替地协作。在这些喙状物13、14中的每一个上，经受带齿的轮的摩擦扭矩的功能区域的摩擦表面15、16已经分别被识别。

为了克服这些现象，实施例提出了由奥氏体不锈钢(例如316L类型的钢)制造棘爪12，其摩擦表面15、16经受特殊处理，包括在给定深度内扩散碳或氮原子。该棘爪被设计为与例如由20AP或Finemac类型钢制作的传统带齿的轮协作。

根据实施例制造这样的棘爪的方法包含以下步骤：

-从316L奥氏体不锈钢带冲压棘爪；

-处理棘爪的至少一个摩擦表面，包括在预定深度(优选在包括端点的5与40微米之间)内将增强的碳或氮原子扩散到钢的晶格内。这种处理可以包括使钟表在500℃之下的温度下经受气体(甲烷或丙烷用于进行渗碳、氨或分子态氮用于进行渗氮、以及两者混合物用于进行氮碳共渗)，以便防止碳化铬或氮化铬的形成。例如，这种处理可以由或热化学处理(诸如表面硬化、渗氮、氮碳共渗、离子注入、扩散热处理等)组成。这种处理被选择为以便获得经处理的表面到达大于或等于1000HV的硬度的硬化。这样的处理未被详细地描述，因为它是使用从现有技术知晓的技术的问题。

有利地，方法包含在前述两个步骤之间的抛光步骤。它还有利地包含在处理步骤之后的最终抛光步骤，其作用是使摩擦表面例如在2-3μm内变平，以便使经处理的表面十分光滑。

图5a和5b图示了在根据实施例的棘爪在与图3a和3b中图示的现有技术相同的老化规程之后观察到的摩擦表面。显而易见的是，不像参考图3a和3b描述的观察，根据本发明的实施例的棘爪的摩擦表面现在几乎没有任何暗区。此外，化学分析(其结果由图6所示)示出了很少的黑暗标记是由铁和/或铬的氧化物(尤其为铬铁矿(FeCr2O4))造成，其是根据实施例的棘爪在摩擦期间较好抗氧化的原因。作为观察，在棘爪上观察到的铁氧化物主要形成带齿的轮上，然后被传递到棘爪的表面。

图7还图示了利用根据实施例的上发条装置获得的效果。相比以条22、32、42、52、62、72示出在新状态下分别针对棘齿处的多种速度的在根据本发明的实施例的上发条装置上测量到的扭矩和以条24、34、44、54、64、74示出在老化状态下分别针对棘齿处的多种速度的在根据本发明的实施例的上发条装置上测量到的扭矩，该图以条21、31、41、51、61、71示出在新状态下分别针对棘齿处的若干速度的在与20AP钢的带齿的轮结合的Ck60钢棘爪之间的现有技术的上发条装置上测量到的扭矩，以条23、33、43、53、63、73示出在老化状态下分别针对棘齿处的多种速度的在与20AP钢的带齿的轮结合的Ck60钢棘爪之间的现有技术的上发条装置上测量到的扭矩。老化通过借助于转柄给表手动地上发条来获得，这对应于装置的第三操作模式，因此引起带齿的轮的旋转并且引起其与根据其枢转轴线振荡的棘爪的摩擦。作为观察，此处是棘爪的最严重的磨损状况的问题，因为它们总是处于非卡合(unclicked)构造中，并且在高速下抵靠着带齿的轮振荡(尤其是摩擦)。

图7示出了在老化之前，针对根据本发明的实施例的部件测量到的扭矩极其略微地低于针对现有技术的实施例的部件测量到的扭矩。在老化之后，两个测量之间的差距变得非常显著。根据本发明的实施例的部件具有减小的扭矩，而现有技术的部件在测量到的扭矩方面具有急剧的增加，这示出了其在性能方面随着时间的显著降低。

因此，出乎意料，本发明的实施例所使用的方案甚至使随着时间减少摩擦扭矩成为可能，其使得上发条装置在老化时能够改善其性能。这种效果是非常有利的，因为它能够例如补偿上发条***的与其他部件的磨损相关联的老化。本发明的另一优点源于钟表机芯上发条装置对由所使用的材料造成的磁性更不敏感。

已经描述了使用与标准轮结合的由经处理的奥氏体不锈钢制作的棘爪的实施例。作为一变体，轮同样可以由奥氏体不锈钢制作，并且其齿(至少其摩擦表面)可以通过如上面描述的处理来硬化。

此外，实施例中选择的奥氏体不锈钢是316L类型，但是任何其他奥氏体不锈钢可以被使用，诸如304L或904L。

当然，本发明不限于所描述的上发条装置，并且作为一变体可以在具有其他结构的上发条装置的任何其他金属部件上(特别是在经受摩擦磨损的其部件中的至少一个上)被实施。

本发明还涉及包含上发条装置(尤其是如上面描述的自动上发条装置)的钟表机芯。它还涉及包含这样的钟表机芯的钟表，诸如腕表。

此外，本发明可以更一般地延伸至钟表机芯的经受与另一金属部件具有显著摩擦的任何金属部件，例如杠杆，尤其是被设计为与凸轮协作的杠杆喙状物，尤其是在逆行机构的情况下与凸轮协作的杠杆喙状物。它也可以被实施在由于与其旋转轴的接触而经受许多摩擦的钢带的连接件上。

Claims (10)

1.一种钟表机芯的上发条装置，尤其是自动上发条装置，包含通过承受摩擦力的界面而协作的两个金属部件，其中所述上发条装置包含至少一个奥氏体不锈钢部件，所述至少一个奥氏体不锈钢部件包含至少一个摩擦表面，所述至少一个摩擦表面通过在预定深度内被引入到所述奥氏体不锈钢内的碳或氮类型原子来进行硬化。

2.根据前述权利要求所述的上发条装置，其中所述预定深度在包括端点的5与40μm之间。

3.根据前述权利要求中任一项所述的上发条装置，其中所述至少一个硬化的摩擦表面具有大于或等于1000HV的硬度。

4.根据前述权利要求中一项所述的上发条装置，其中所述奥氏体不锈钢是316L、304L或904L类型。

5.根据前述权利要求中一项所述的上发条装置，其中所述至少一个部件是棘爪或带齿的轮。

6.一种钟表机芯，其包含根据权利要求1至5中一项所述的上发条装置。

7.一种钟表，其包含根据前述权利要求所述的钟表机芯。

8.一种用于制造根据权利要求1至5中一项所述的钟表机芯上发条装置的方法，其包含经由以下步骤的至少一个金属部件的制造：

将所述部件形成为奥氏体不锈钢带；

处理所获得的所述部件的至少一个摩擦表面，包括在预定深度内并入碳或氮类型的增强原子。

9.根据前述权利要求所述的制造上发条装置的方法，其中所述处理步骤包括使所述钟表在500℃之下的温度下经受气体，尤其是甲烷或丙烷用于进行渗碳、氨或分子态氮用于进行渗氮、或两者混合物用于进行氮碳共渗以便防止碳化铬或氮化铬的形成，或经受热化学处理，诸如表面硬化、渗氮、氮碳共渗、离子注入或扩散热处理。

10.根据权利要求8或9所述的制造上发条装置的方法，其包含在所述形成与处理步骤之间的抛光步骤、和/或在所述处理步骤之后抛光所述至少一个经处理的摩擦表面的步骤。