用于钟表机芯的枢转轴以及相关联的机芯的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于钟表机芯的金属的枢转轴(1)，该枢转轴包括处于其至少一个端部处的至少一个轴头，其特征在于，该金属为钛或钛合金以便限制该枢转轴对于磁场的敏感性，以及，至少该至少一个轴头(3)的外表面(5)根据预定深度相对于该枢转轴的芯部部分地或完全地硬化，所述预定深度为该轴头的总直径(d)的5％至40％。本实用新型还涉及钟表的机芯。
【专利说明】用于钟表机芯的枢转轴以及相关联的机芯
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及用于钟表机芯的部件，尤其涉及用于机械式钟表的机芯的非磁性枢转轴，更具体地涉及摆轮轴、擒纵叉杆和非磁性擒纵齿轮。
【背景技术】
[0002]钟表枢转轴的制造包括一从可硬化的钢条开始一用于限定不同的活动表面(支承面、轴肩、轴头等)的切削操作，而后对切削的轴进行热处理操作，包括用于提高轴的硬度的至少一次淬火以及用于提高韧性的一次或多次回火。所述热处理操作之后是轴头的滚压操作，该操作在于将轴头抛光以得到所需的尺寸。在进行滚压操作时，硬度和光洁度得以进一步提高。可以注意到，对于硬度小的材料，即硬度小于600HV的材料，该滚压操作非常困难，甚至无法实现。
[0003]所述枢转轴、例如摆轮轴通常用在机械钟表的机芯中，形成该机芯的车削钢牌号通常为马氏体碳钢，它包括铅和锰的硫化物以提高其可加工性。这种类型的刚是已知的，牌号为20AP，典型地用于这些应用中。
[0004]此类型材料的优点在于易加工，尤其是适用于切削，并且在进行淬火和回火处理后具有非常好的用于制造钟表枢转轴的机械特性。这些钢材在高温热处理后尤其具有耐磨损性和高硬度。典型地，在热处理和滚压加工后，用20AP钢材制造的枢转轴的硬度可以达到超过700HV的硬度。
[0005]尽管可以向上文描述的钟表应用提供令人满意的机械性能，这种类型的材料的缺点在于具有磁性且放置在磁场中可能扰乱钟表的运转，尤其是当这种材料用于制造与铁磁材料的摆轮游丝协作的摆轮轴时。这种现象已为本领域技术人员所知，例如在《BulletinAnnuel Suisse de Chronometrie (瑞士钟表业年度公报)》第一卷第52-74页中所描述的。同样可以注意到，这些马氏体钢材还容易被腐蚀。
[0006]为弥补这些缺点，人们采用奥氏体不锈钢进行了许多尝试，这种钢材具有无磁性的特性，即它是顺磁性、抗磁性或反铁磁性类型的钢材。然而，这种奥氏体钢材的结晶结构无法达到制造钟表枢转轴所要求的硬度和耐磨损性。一种增加这种钢材硬度的方法是冷锻，然而这种硬化操作无法获得超过500HV的硬度。在需要经得起磨擦的高耐磨损性的部件领域，所需要的是不会或极少有断裂或变形风险的轴头，因此这种类型的钢材的使用受到局限。
[0007]另一种试图弥补这些缺陷的方法是在所述枢转轴上沉积硬质材料的涂层，例如非晶体碳膜，它在英文中称为“类金刚石碳膜(DLC) ”。但是，已经证实，这存在硬涂层很容易脱落的风险并且形成的碎片可以在钟表机芯的内部散布，会扰乱后者的运转，因此效果无法令人满意。
[0008]还有另一种方法被采用以弥补奥氏体不锈钢的缺点，即通过渗氮、渗碳或氮碳共渗对枢转轴进行表面硬化处理。然而已知由于氮和/或碳与钢材中的铬的反应和/或碳化铬造成铬基质的局部耗竭，这些处理会造成其抗腐蚀性大大降低，这不利于达到钟表业应用的预期。
实用新型内容
[0009]本实用新型的目的在于完全或部分地弥补上文所列举的缺陷，并且提出一种既限制了对磁场的敏感度又获得符合钟表领域中的耐磨损和抗撞击要求的改良的硬度的枢转轴。
[0010]本实用新型的目的还在于提出一种具有提高的抗腐蚀的非磁性枢转轴。
[0011]本实用新型的目的还在于提出一种制造简单且经济的非磁性枢转轴。
[0012]为此，本实用新型涉及一种金属的枢转轴，该枢转轴包括处于其至少一个端部处的至少一个轴头(支点，支枢)，其特征在于，所述金属为钛或钛合金以限制该枢转轴对于磁场的敏感性，以及，至少所述至少一个轴头的外表面根据预定深度相对于该枢转轴的芯部被部分地或完全地硬化，所述预定深度在该轴头的总直径的5%至40%之间。
[0013]因此，所述轴的浅表区域或整个轴被硬化，也就是说，该轴的芯部可以保持不被改变或被很少改变。通过这种对轴的一些部分有选择地进行硬化，所述枢转轴可以兼具一些优点例如对磁场的低敏感性，在主要的限定区域具有硬度，而且还有良好的抗腐蚀性，同时还保留了普通的韧性。
[0014]本实用新型的其它有利的特征如下:
[0015]一该枢转轴包括两个轴头；
[0016]一所述钛合金包括了重量至少占85%的钛；
[0017]一所述预定深度通常为5至35微米；
[0018]一硬化的所述外表面包括至少一种化学元素的扩散原子，所述化学元素为非金属元素并且优选为氮和/或氧；
[0019]一硬化的所述外表面具有大于800HV的硬度(维氏硬度)。
[0020]此外，本实用新型还涉及一种钟表机芯，其特征在于，该钟表机芯包括根据前述变型之一的枢转轴，尤其是包括根据这些变型之一的枢转轴的摆轮轴、擒纵叉杆和/或擒纵齿轮。
[0021]最后，本实用新型涉及一种枢转轴的制造方法，它包括如下步骤:
[0022]a)以钛或钛合金为基础形成枢转轴，以限制它对磁场的敏感性，该枢转轴具有处于其至少一个端部处的至少一个轴头；
[0023]b)至少在所述至少一个轴头的外表面上根据预定深度扩散原子，以便在主要的限定区域硬化该轴头并保留较好的韧性。
[0024]因此，通过在钛或钛合金中扩散原子，整个轴头或轴头的浅表区域(表皮区域)被硬化，无需在所述轴头上方沉积第二种材料。事实上，所述硬化直接在枢转轴的材料中进行，这可有利地根据本实用新型避免任何后续的脱层，脱层这种情况会出现在轴上有硬涂层沉积的情况中。
[0025]此外，这种在合金的间质中扩散氧和/或氮原子的热化学处理不会降低所述枢转轴的抗腐蚀性。
[0026]根据本实用新型的其它有利特征如下:
[0027]一所述预定深度占轴头总直径d的5 %至40 % ;
[0028]一所述原子包括至少一种化学元素，该化学元素优选是非金属元素，例如氮和/或氧；
[0029]一步骤b)进行扩散的热化学处理；
[0030]一步骤b)执行离子植入工艺和扩散处理；
[0031]一在步骤b)之后对轴头进行滚压或抛光。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]参照以下附图，本实用新型的其它特征和优点将在以下的非限制性、指示性的描述中清楚地显示出来，在附图中:
[0033]一图1是根据本实用新型的枢转轴的示意图；
[0034]一图2是根据本实用新型的摆轮轴的轴头在扩散处理工序之后并在滚压或抛光处理工序之前的部分剖视图；
[0035]一图3是与图2相似的部分剖视图，其中示出在扩散处理工序以及滚压或抛光处理工序之后的轴头；
[0036]一图4是曲线图，示出在扩散操作之后，从根据本实用新型的摆轮轴的轴头边缘朝向其芯部的硬度数据图。
【具体实施方式】
[0037]本实用新型涉及用于钟表机芯的部件，尤其涉及用于机械式钟表的机芯的非磁性枢转轴。
[0038]下面将以非磁性摆轮轴I的应用描述本实用新型。当然，也可设想其它类型的钟表枢转轴，例如钟表的活动轴，通常为擒纵齿轮或擒纵叉杆。
[0039]从图1中可见根据本实用新型的摆轮轴1，它包括多个不同直径的区段2，这些区段以常规方式限定了支承部(轴颈)2a和肩部(轴肩)2b，所述支承部和肩部布置在限定了轴头3的两个端部之间。这些轴头用于在宝石或钻石孔中的典型轴承中各自枢转。
[0040]在受到日常物品的磁性吸引的情况下，重要的是限制摆轮轴I的磁敏感性，因为包括其在内的钟表部件的运转会受到不良的影响。
[0041]本实用新型以出乎意料的方式同时解决了存在的两个问题，不仅无需折衷，而且还带来了其它优点。由此，所述轴I的金属(材质)4为钛或钛合金，以便有利地限制其对磁场的敏感性。此外，至少所述轴头的外表面5 (图2和3)根据预定深度相对于摆轮轴的其它部分硬化，以便有利地根据本实用新型提供所述外表面的高硬度并保留很好的韧性。
[0042](人们无法准确地从硬化表面涂层得知合金的韧性)上述值从Grad5钛合金获得。当然，也可设想其它钛合金，只要钛的比例赋予其顺磁性、抗磁性、反铁磁性以及良好的耐磨损性即可。
[0043]凭借经验已经证明，介于轴头3的整个直径d的5%和40%之间的硬化深度足以应用于摆轮轴。例如，如果半径r为50 μ m，则围绕所述轴头3的硬化深度优选地在15 μ m左右。当然，根据不同的应用，硬化的深度有所不同，可以介于整个直径d的5%和80%之间。
[0044]根据本实用新型优选地，所述轴头3的硬化的外表面4具有至少一种非金属例如氮和/或碳的扩散原子。事实上，如上文说明的，由于钢材4中原子间质的过饱合，无需在轴头3上沉积第二种材料便可得到硬化的浅表区域5。事实上，硬化可以在轴头3的材料4中直接实现，这可以有利地根据本实用新型避免在后续的使用过程中出现任何脱层。
[0045]因此，至少一个浅表区域5被硬化，也就是说，轴头3的芯部和/或所述轴的剩余部分可以很少地改变或不改变，从而不会对摆轮轴I的机械特性造成显著的变化。通过这种对摆轮轴I的轴头3有选择的硬化，可以兼具几项优点，例如对磁场的低敏感性、高硬度和高韧性，在主要限定区域具有良好的抗腐蚀性和抗疲劳性。
[0046]本实用新型还涉及如上所述的摆轮轴的制造方法。所述方法根据本实用新型有利地包括以下步骤:
[0047]a)以用于限制对磁场的敏感性的钛或钛合金为基础形成摆轮轴1，该摆轮轴在每个立而部包括Iv轴头3 ；
[0048]b)至少在这些轴头3的外表面5上根据预定深度扩散非金属例如氮和/或碳的原子，以便在主要的约束区域硬化所述轴头。
[0049]根据一个最优的优选实施方式，在步骤b)后滚压或抛光所述轴头3，以便达到用于轴头3的期望最终表面状态的尺寸。与其中轴头仅经过硬化操作的轴相比，这种处理之后的滚压操作使所述轴具有提高的耐磨损和抗撞击性。
[0050]图4示出一个图表，它是以在其整个表面上进行扩散步骤b)处理的摆轮轴为基础建立的，通过图4中的曲线A可以了解到所述轴的表面硬度，包括其轴头3的表面的、大于900HV的硬度，该硬度使轴头3在相关应用中具有非常令人满意的耐磨损性。
[0051]根据本实用新型有利地，不论哪种实施方式，所述方法可以不打包地应用。这样，步骤b)可以包括多个摆轮轴和/或多个摆轮轴坯料的热化学处理。可以理解，该步骤b)可以包括钛或钛合金4中的间质扩散，化学元素的原子优选为非金属，例如氮和/或氧。最后，有利地，已证实所述方法的压应力提高了抗金属疲劳性能和冲击强度。
[0052]所述步骤b)还可以包括在扩散热处理之后或者不经过扩散热处理的离子植入过程。该变型的优点在于不限制扩散的原子类型，从而允许进行间质扩散和浅表扩散。
[0053]当然，本实用新型并不局限于所描述的实施例，而是包括本领域技术人员可以接受的各种变型和修改。尤其是，可以对所述轴头3完全或几乎完全地进行处理，即，对所述轴头3的处理比例大于其直径d的80%，即使这样的处理对于枢转轴的应用例如钟表摆轮轴的应用不是必需的。
【权利要求】
1.用于钟表机芯的枢转轴(I)，该枢转轴是金属的并且包括处于该枢转轴的端部中至少一个端部处的至少一个轴头，其特征在于，该金属为钛或钛合金以便限制该枢转轴对磁场的敏感性，以及在于，至少所述至少一个轴头(3)的外表面(5)根据预定深度相比于该枢转轴的芯部部分或完全地硬化，所述预定深度在该轴头的总直径(d)的5%和40%之间。
2.根据权利要求1所述的用于钟表机芯的枢转轴(I)，其特征在于，该枢转轴包括两个轴头。
3.用作钟表部件的机芯，其特征在于，该机芯包括至少一个根据权利要求1或2所述的枢转轴(I)。
4.用作钟表部件的机芯，其特征在于，该机芯包括具有根据权利要求1或2所述的枢转轴的摆轮轴(I)、擒纵叉杆和/或擒纵齿轮。
【文档编号】G04B15/14GK203965807SQ201420026299
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年1月16日 优先权日:2013年1月17日
【发明者】C·范格鲁尼根, C·沙邦 申请人:奥米加股份有限公司