功能性微机械组件制造技术

本发明专利技术涉及一种功能性微机械组件(100)，其包括至少第一构件(10)，第一构件具有限定出第一接触表面的第一层，该第一接触表面用于与由第二层限定出的第二接触表面摩擦接触，所述第二层属于所述第一构件(10)，或者至少属于与所述第一构件(10)一起形成所述组件(100)的第二微机械构件(20)，其特征在于，所述第一和第二层均含有至少50％碳原子的碳，所述层的所述第一和第二接触表面的表层晶面的取向彼此不同。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】本专利技术涉及一种功能性微机械组件(100)，其包括至少第一构件(10)，第一构件具有限定出第一接触表面的第一层，该第一接触表面用于与由第二层限定出的第二接触表面摩擦接触，所述第二层属于所述第一构件(10)，或者至少属于与所述第一构件(10)一起形成所述组件(100)的第二微机械构件(20)，其特征在于，所述第一和第二层均含有至少50％碳原子的碳，所述层的所述第一和第二接触表面的表层晶面的取向彼此不同。【专利说明】功能性微机械组件
本专利技术涉及一种功能性微机械组件，其包括第一构件，该第一构件具有限定出第一接触表面的第一层，该第一接触表面用于与由第二层限定出的第二接触表面摩擦接触，所述第二层属于所述第一构件，或者至少属于与所述第一构件一起形成所述组件的第二微机械构件。本专利技术更具体地涉及彼此机械地配合作用的一对微机械钟表构件，诸如擒纵轮和擒纵叉瓦。
技术介绍
近年来的具有金刚石-涂覆的硅擒纵机构(擒纵叉瓦和擒纵轮)并且不具有对擒纵叉瓦/擒纵轮接触的有意液体润滑的机械钟表机芯结构未以令人满意的方式运行。实际上，这种无润滑类型的擒纵机构的调节功率劣于具有常规润滑的擒纵机构装置的调节功率。 申请人:在一些情况下观察到无润滑的擒纵机构随着擒纵机构涂覆层的摩擦学性能的不可逆转的损耗(劣化)在几小时后停止运转。对于无润滑的金刚石-涂覆的擒纵机构唯一明显有效的方法在于在将其组装到钟表机芯内之前对金刚石摩擦表面进行预-研磨。然而，这是费力的并且与对以可接受的成本价格进行工业生产的要求不相容。在微机械应用中，实际上所使用的大部分金刚石层都是纳米晶体(晶粒尺寸<50nm, Ra〈50nm)，这是因为该领域技术人员直觉上认为越平滑的表面会越好地滑动过彼此。本专利技术的主要目的是尤其在钟表应用中提供一种允许微机械构件在没有润滑的情况下以可靠持久的方式相互摩擦的摩擦学解决方案，所述解决方案至少克服了前面提到的现有技术的缺陷。本专利技术的另一目的在于提供一种尤其用于钟表的功能性微机械组件，该功能性微机械组件包括具有不要求诸如研磨的后处理步骤的摩擦学特征的改进的运动元件。
技术实现思路
因此，本专利技术涉及一种功能性微机械组件，其包括限定出第一接触表面的第一构件，该第一接触表面用于与由第二层限定出的第二接触表面摩擦接触，所述第二层属于所述第一构件，或者至少属于与所述第一构件一起形成所述组件的第二微机械构件，所述组件的特征在于第一和第二层均由具有至少50%碳原子的碳形成，所述层至少在第一和第二接触表面上具有彼此不同的表层晶面取向。诸如钟表机芯的擒纵叉瓦/擒纵轮的一对微机械构件因为这种设置而可以在没有润滑的情况下运行。 申请人:观察到本申请的这种类型的功能性组件的摩擦学性能和现有技术中的具有液体润滑的擒纵机构的摩擦学性能一样好或者更好。以这种构型设置的所述微机械构件的第一和第二层具有更大的耐磨性。此外，由所述层的两个接触表面之间的摩擦引起的能量损失显著降低了，因此与具有相同结构的一对对置摩擦面相比而言，本专利技术的功能性微机械组件具有改进的摩擦学特征。通过本专利技术的设置消除了在具有相同结构的表面相互摩擦时发生的互锁。根据本专利技术的有利实施例，至少所述第一层至少在其接触表面上具有微晶结构，优选地所述第一和第二层各自在其接触表面上具有微晶结构。典型地，所述第一层和/或第二层各自至少在其接触表面上的晶粒尺寸大于200nm且小于10微米。根据该实施例的优选变型，所述第一层和/或第二层的至少在其相应的接触表面上的晶面各自具有在预定方向上的不同的晶向，例如包括晶向族〈100〉的晶向或者晶向族〈111〉的晶向。优选地，所述第一层的至少在第一接触表面上的晶面族{100}中的一个晶面将与所述第二层的至少在第二接触表面上的晶面族{111}中的一个晶面关联。根据有利特征，由垂直于所述层的至少在它们各自的接触表面上的晶面族{100}的晶面(100)和晶面族{111}的晶面(111)的法线确定的平均角度包含在在10°到70°之间，优选在40°和50°之间，更优选地是45°。根据有利实施例，第一构件由整块单晶或多晶金刚石制成。优选地，第一接触表面和第二接触表面中的一个的平均粗糙度(Rms)包含在80nm和3微米之间。第一接触表面和第二接触表面中的另一个的平均粗糙度较低并且优选至少低一倍半(1.5倍)，典型地在50nm和2微米之间。根据本专利技术的变型实施例，限定出所述第一接触表面和/或所述第二接触表面的第一摩擦层和/或第二摩擦层覆盖第一衬底和/或第二衬底，用以形成所述第一构件和/或所述第二构件。典型地，第一衬底和/或第二衬底可以由硅或者钢或陶瓷制成，具有或者不具有铬、钛、镍等的中间层。在硅衬底的情况中，硅可以是氮化硅、碳化硅、氧化硅或者粗硅。根据另一变型，第一构件和/或第二构件由整块单晶或者多晶金刚石制成，从而直接限定出第一接触表面和/或第二接触表面。无论所述第一层和/或第二层是沉积在衬底上还是整块(massive)的，这些层的厚度至少大于150nm。对于整块的构件，第一层的厚度可以高达1_。对于具有衬底的构件，第一沉积层和/或第二沉积层的厚度可以高达50微米。本专利技术的功能性微机械组件在钟表制造业领域中获得了有利的应用。具体地，第一构件可以是擒纵叉瓦，并且第二构件可以是擒纵轮，或者相反。在另一钟表应用中，第一构件可以是轮副心轴，并且第二构件可以是轴承，或者相反。根据这个领域中的另一应用，第一和第二构件可以是齿轮齿圈。在这种类型的一对元件中，构件的处于摩擦接触中的接触表面不经历其摩擦学性能的不可逆的损耗(劣化)并且表现出很好的稳定性。对于诸如瑞士杠杆式擒纵机构的运动钟表系统而言，可以在没有对擒纵叉瓦/擒纵轮接触(面)进行润滑的情况下运行并提供与标准参考至少等同的性能。本专利技术的摩擦层(该摩擦层可以是整块的或者在衬底上)、尤其是金刚石层是直接有效的，不需要改变摩擦表面的性质所需的后处理(例如，通过研磨、表面处理/修整等)。根据本专利技术在涉及仅一个构件的钟表应用中，该构件可以是由条状件形成的主发条，所述条状件的正面形成所述第一接触表面，所述条状件的背面形成所述第二接触表面。当然，在本专利技术的功能性微机械组件的特定应用中，构件可以与两个或更多个其它构件摩擦接触。这种情况下，根据本专利技术，构件的相互接触的摩擦表面具有彼此不同的晶面取向。有利地利用热丝CVD (热丝化学气相沉积)技术或者微波技术来形成本专利技术的层。金刚石也可以是整块的，可以由或者可以不由生长得到。通过改变沉积室中的反应气体的比例和压力及温度参数来获得期望的晶面取向(例如(100)和(111))，这已经在例如以下出版物中公开:由Y.Avigal等发表的题为“ -Textured diamond films fortribological applications”的出版物，该出版物由Elsevier出版在1997年的《Diamondand Related Materials》第6卷、第381-385页、特别是部分3.1中;*Qiin Chen等发表的题为“Oriented and textured growth of (111) diamond on silicon using hot filamentche本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·理查德，S·博尔班，
申请(专利权)人：斯沃奇集团研究和开发有限公司，
类型：
国别省市：