專利名稱：復(fù)合擺輪及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種擺輪及其制造方法，更具體地涉及一種復(fù)合擺輪。
背景技術(shù)：
時計的調(diào)節(jié)元件通常包括稱為擺輪的慣性輪和稱為游絲的諧振器。這些部件對時 計的工作品質(zhì)具有決定作用。實際上，它們調(diào)節(jié)機(jī)芯，即，它們控制機(jī)芯的頻率。擺輪和游絲性質(zhì)上不同，這使得制造調(diào)節(jié)元件極為復(fù)雜，所述制造包括擺輪和游 絲的制造以及這兩個部件的諧振裝配。因此，擺輪已采用多種材料制造，但未解決與擺輪所屬于的調(diào)節(jié)元件中的溫度變 化相關(guān)的等時性困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是通過提出一種復(fù)合擺輪來克服上面所列舉的所有或部分缺點，可 更簡單地調(diào)節(jié)該復(fù)合擺輪隨溫度變化的特征，并且可通過包括較少步驟的制造方法獲得該 復(fù)合擺輪。因此，本發(fā)明涉及一種在基于硅的材料層中形成的復(fù)合擺輪，該復(fù)合擺輪包括通 過至少一個臂連接至輪緣的輪轂，其特征在于，所述輪緣包括至少一個用于增加所述擺輪 的慣性的、近似地為帶凹口的環(huán)的形狀的附加部分，所述環(huán)與所述基于硅的材料相比具有 較大的密度。根據(jù)本發(fā)明的其它有利特征_所述至少一個附加部分安裝在輪緣的其中一個主面上，其使慣性調(diào)節(jié)增強(qiáng)；_所述至少一個附加部分安裝在在輪緣的其中一個主面中制成的凹部中；-所述至少一個附加部分從輪緣的其中一個主面突出；-所述至少一個附加部分包括一系列柱，所述柱以規(guī)則的間隔隔開，以補(bǔ)償在所述 至少一個附加部分中的任何熱膨脹；-所述至少一個附加部分從諸如金的金屬材料形成，所述金屬材料與硅相比具有 高得多的密度；-所述輪轂包括至少一個用于接納擺輪軸的第二附加部分，所述擺輪軸被壓入該 第二附加部分中；-所述至少一個第二附加部分安裝在輪轂的其中一個主面上；-所述至少一個第二附加部分安裝在在輪轂的其中一個主面中制成的凹部中；_所述至少一個第二附加部分從輪轂的其中一個主面突出；-所述至少一個第二附加部分近似為筒形；-所述至少一個第二附加部分從金屬材料形成；-所述至少一個臂為細(xì)長的，以便允許其在有任何震動傳遞到擺輪上的情況下沿 軸向和/或徑向變形。
本發(fā)明還涉及一種時計，其特征在于，該時計包括根據(jù)前述變型中的任一個的擺 輪。最后，本發(fā)明涉及一種擺輪的制造方法，該方法包括如下步驟a)提供由基于硅的材料制成的襯底；該方法特征在于，還包括如下步驟b)在襯底上選擇性地沉積至少一個金屬層，以限定所述擺輪的至少一個金屬部分 的造型/樣式；c)在襯底中選擇性地蝕刻至少一個凹腔，以限定包括所述至少一個金屬層的擺輪 的造型；d)從襯底釋放擺輪。根據(jù)本發(fā)明的其它有利特征-步驟b)包括步驟e)至少部分地在襯底的表面上通過連續(xù)的金屬層來生長沉積 物，以便形成用于增加由基于硅的材料制成的擺輪的質(zhì)量的金屬部分和/或用于接納被壓 入其中的心軸的金屬部分；-步驟b)包括步驟f)在襯底中選擇性地蝕刻至少一個凹腔，以用于接納所述至 少一個金屬部分，和步驟g)至少部分地在所述至少一個凹腔中通過連續(xù)的金屬層來生長 沉積物，以便形成用于增加由基于硅的材料制成的所述第三部分的質(zhì)量的金屬部分和/或 將在其中壓入心軸的金屬部分；-步驟b)包括最終步驟h)拋光金屬沉積物；-多個復(fù)合擺輪在相同的襯底上制成，這可實現(xiàn)批量制造。


從下面參照附圖以非限制性示例給出的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將十分清 楚，其中-圖1和圖2示出根據(jù)第一實施例的制造方法的連續(xù)步驟的視圖；-圖3至圖5示出根據(jù)第二實施例的方法的連續(xù)步驟的視圖；-圖6和圖7是根據(jù)第一實施例的復(fù)合擺輪的透視圖；-圖8和圖9是根據(jù)第二實施例的復(fù)合擺輪的透視圖；-圖10是本發(fā)明的方法的流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明涉及一種用于制造時計機(jī)芯的擺輪45、45’的方法，該方法總體上用1標(biāo) 出。如圖1至圖5和圖10所示，方法1包括用于形成至少一類復(fù)合擺輪、即優(yōu)選地由諸如 硅和金屬的兩種不同材料形成的擺輪的連續(xù)步驟。參照圖1、3和10，第一步驟3包括提供包含硅層的襯底21。優(yōu)選地在該步驟3中， 如在圖1和3中所見，襯底21選擇為使得其厚度與所期望的擺輪45、45’的硅部分的厚度 大致匹配。因此，襯底21的厚度可例如在100-400 μ m之間。有利地根據(jù)本發(fā)明，在第一步驟3之后，方法1可包括兩個如在圖10中所示出的 實施方式19、20。
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根據(jù)第一實施方式19，在第二步驟5中，如在圖1中所示，方法1包括執(zhí)行LIGA工 藝(德語名為"r6ntgenLIthographie, Galanoformung Mbformung")，該工藝包括使 用選擇性光致結(jié)構(gòu)化的(photostructured)樹脂在襯底21上以特定的形狀電鍍金屬的一 系列步驟。由于此LIGA工藝是眾所周知的，這里將不再進(jìn)行詳細(xì)的描述。然而，所沉積的 金屬可以是例如金或鎳或這些金屬的合金。在圖1所示的示例中，步驟5可包括沉積帶凹口的環(huán)23和/或筒體25。在圖1所 示的示例中，環(huán)23包括一系列大致形成圓弧形狀的柱22，并有利地用于增加將來的擺輪45 的質(zhì)量。事實上，硅的優(yōu)點之一為對溫度變化的不敏感性。然而，其具有密度低的缺點。因此，本發(fā)明的第一特征在于使用通過電鍍獲得的金屬來增加擺輪45的質(zhì)量，從 而增加將來的擺輪45的慣性。然而，為了保持硅的優(yōu)點，沉積在襯底21上的金屬包括在各 柱22之間的空間，該空間可用于補(bǔ)償環(huán)23的任何熱膨脹，同時避免將任何與這種膨脹相關(guān) 的應(yīng)力傳遞到硅上。在圖1所示的示例中，筒體25用于接納擺輪軸，該擺輪軸被有利地壓入該筒體中。 事實上，硅的另一缺點為其具有非常小的彈性和塑性區(qū)域，這意味著硅是非常脆的。因此， 本發(fā)明的另一特征在于，并非抵靠硅來緊固擺輪軸，而是在步驟5期間被電鍍的金屬筒體 25的內(nèi)徑24上緊固擺輪軸。有利地，根據(jù)方法1，通過電鍍獲得的筒體25允許關(guān)于其幾何形狀具有完全的自 由度。因此，特別地，內(nèi)徑24不必須為圓形的，而例如可以是多邊形的，這可改善與具有匹 配形狀的心軸一起旋轉(zhuǎn)時的力的傳遞。在第三步驟7中，如圖2所示，例如通過DRIE方法在硅襯底21中選擇性地蝕刻凹 腔26至34。凹腔26至34優(yōu)選地形成將來的擺輪45的造型35。如在圖2的示例中所示出的， 所獲得的造型35包括通過四個臂40至43連接至輪轂39的輪緣37。然而，有利地根據(jù)方 法1，在襯底21上的蝕刻允許關(guān)于造型35的幾何形狀具有完全的自由度。因此，特別地， 臂的數(shù)量和幾何形狀可不相同，并且邊緣不必須為圓形的，而可以例如為橢圓形的。另外， 臂可為較細(xì)長的，以允許它們在有任何震動傳遞到擺輪45上的情況下沿軸向和/或徑向變 形。還應(yīng)當(dāng)注意，在輪轂39中制成的凹腔34與金屬筒體25的內(nèi)徑24 —起形成可接 納心軸的中空空間。最后應(yīng)當(dāng)注意，材料橋接件36形成為將造型35保持在襯底21上。根據(jù)實施方式19，方法1以最終步驟9結(jié)束，該步驟9包括從襯底21釋放被制造 的擺輪45。有利地，步驟9可簡單地通過向擺輪45施加足夠的力以破壞其材料橋接件36 來實現(xiàn)。此力可例如通過機(jī)加工或通過操作者手動產(chǎn)生。在最終步驟9之后，如圖6和7的示例中所示出的，獲得主要由硅形成的擺輪45， 該擺輪帶有一個或兩個金屬部分23、25。因此清楚的是，擺輪45為復(fù)合類型的，其至少具有 兩種類型的材料，并且該擺輪被制成一體件，其中元件35和元件23和/或25在不被破壞 的情況下不能被分開。擺輪45包括通過四個臂40、41、42和43沿徑向連接至輪緣37的輪 轂39。輪轂39還有利地沿軸向連接至金屬筒體25，并且輪緣37包括在其主面的一部分上 的帶凹口的環(huán)23。根據(jù)第二實施方式20，方法1包括第二步驟11，如圖3所示，其中例如通過DRIE
6方法在硅襯底21的一部分厚度中選擇性地蝕刻凹腔38和/或44。這些凹腔38、44形成可 用作至少一個金屬部分23’、25’的容器的凹部。如在圖3所示的示例中，所獲得的凹腔38 和44可分別采用環(huán)或盤的形式。有利地，根據(jù)方法1，通過蝕刻所獲得的凹腔38和/或44關(guān)于它們的幾何形狀具 有完全的自由度。因此，特別地，凹腔38和/或44不必須為圓形的，而可以例如是多邊形 的。在第三步驟13中，如圖4所示，方法1包括執(zhí)行電生長(galvanicgrowth)或LIGA 工藝，用于以特定的金屬形狀填充凹腔38和/或44。優(yōu)選地，所沉積的金屬可例如是金或 鎳或這些金屬的合金。在圖4所示的示例中，步驟13可包括在凹腔38中沉積帶凹口的環(huán)23’和/或在 凹腔44中沉積筒體25’。另外，在圖4所示的示例中，環(huán)23’具有一系列大致為圓弧的柱 22’，并有利地用于增加將來的擺輪45’的質(zhì)量。事實上，如已在上文說明的，硅的一個缺點 為密度低。因此，與實施方式19 一樣，本發(fā)明的一個特征在于，使用通過電鍍所獲得的金屬 來增加擺輪45’的質(zhì)量，這增加了將來的擺輪45’的慣性。然而，為了保持硅的優(yōu)點，被電 鍍在襯底21上的金屬包括在各柱22’之間的空間，該空間可用于補(bǔ)償環(huán)23’中的任何熱膨 脹，同時防止將任何與這種膨脹相關(guān)的應(yīng)力傳遞到硅上。在圖4所示的示例中，筒體25’用于接納擺輪軸，該擺輪軸有利地被壓入該筒體 中。事實上，如已在上面說明的，本發(fā)明的一個有利特征在于，并非抵靠硅來緊固擺輪軸，而 是在步驟13期間被電鍍的金屬筒體25’的內(nèi)徑24’上緊固擺輪軸。有利地，根據(jù)方法1，被 電鍍的筒體25’允許關(guān)于其幾何形狀具有完全的自由度。因此，特別地，內(nèi)徑24’不必須為 圓形的，而可以例如是多邊形的，這可改善與具有匹配形狀的心軸一起旋轉(zhuǎn)時的力的傳遞。優(yōu)選地，方法1可包括由圖10中的虛線示出的第四步驟15，該第四步驟15包括拋 光在步驟13期間制成的金屬沉積物23’、25’，以使它們平整。在第五步驟17中，如圖5所示，例如通過DRIE工藝在硅襯底21中選擇性地蝕刻 凹腔26，至34，。這些凹腔26’至34’優(yōu)選地形成將來的擺輪45’的造型35’。如在圖5的示例中 所示出的，所獲得的造型35’包括通過四個臂40’至43’連接至輪轂39’的輪緣37’。然 而，有利地根據(jù)方法1，在襯底21上的蝕刻允許關(guān)于造型35’的幾何形狀具有完全的自由 度。因此，特別地，臂的數(shù)量和幾何形狀可不相同，并且邊緣不必須為圓形的，而可以例如為 橢圓形。另外，臂可為較細(xì)長的，以允許它們在有任何震動傳遞到調(diào)節(jié)元件45’上的情況下 沿軸向和/或徑向變形。還應(yīng)當(dāng)注意，在輪轂39，中制成的凹腔34’與金屬筒體25，的內(nèi)徑24’ 一起形成 可接納心軸的中空空間。最后應(yīng)當(dāng)注意，材料橋接件36’形成為將造型35’保持在襯底21 上。與實施方式19 一樣，實施方式20以最終步驟9結(jié)束，該最終步驟9包括從襯底21 釋放被制造的擺輪45’。有利地，步驟9簡單地通過向擺輪45’施加足夠的力以破壞其材料 橋接件36’來實現(xiàn)。此力可例如通過機(jī)加工或通過操作者手動產(chǎn)生。在最終步驟9之后，如在圖8 圖9的示例中所示出的，獲得主要由硅形成的擺輪45’，該擺輪帶有一個或兩個金屬部分23’、25’。因此清楚的是，擺輪45’為復(fù)合的，其至少 包括兩種類型的材料，并且該擺輪被制成一體件，其中元件35’和元件23’和/或25’在不 被破壞的情況下不能被分開。擺輪45’包括通過四個臂40’、41’、42’和43’沿徑向連接至 輪緣37’的輪轂39’。輪轂39’還有利地包括金屬筒體25’。最后，輪緣37’包括帶凹口的 環(huán) 23，。有利地，根據(jù)上面描述的本發(fā)明的方法1，清楚的是，多個擺輪45、45’可在相同的 襯底21上制成，這可實現(xiàn)批量生產(chǎn)。當(dāng)然，本發(fā)明不限于所示出的示例，而能夠進(jìn)行各種變型和修改，這些變型和修改 對于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是清楚的。特別地，根據(jù)實施方式19、20的輪轂39、39’可不包括金 屬壓入筒體25、25’。則筒體25、25’可例如由在硅制的輪轂39、39’中蝕刻的彈性裝置代 替，并可采用作為參考結(jié)合在此的EP專利No. 1655642的圖IOA至IOE中所公開的那些形 式或EP專利No. 1584994的圖1、3和5中所公開的那些形式。還可使在實施方式19和20中被電鍍的金屬部分25、25’顛倒，S卩，實施方式19的 突出部分25可由實施方式20的集成部分25’代替，反之亦然(這僅需方法1做最少的調(diào) 整)，或者甚至使集成在輪轂中的部分25’從襯底21突出。根據(jù)類似的推理，還可使在實施方式19和20中被電鍍的金屬部分23、23’顛倒， 即，實施方式19的突出部分23可由實施方式20的集成部分23’代替，反之亦然，或者可使 集成在輪緣中的部分23’從襯底21突出。另外，在釋放步驟9之后，方法1還可有利地提供調(diào)整擺輪45、45’的慣性的步驟。 該步驟可包括例如通過激光蝕刻凹部，所述凹部在輪緣37、37’的周向壁中制成和/或在被 電鍍的金屬部分23、23’上制成。相反地，還可設(shè)想將慣性塊調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)用于增加擺輪45、45’ 的慣性。最后，還可在步驟5和步驟7之間執(zhí)行類似步驟15的拋光步驟。
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權(quán)利要求
一種復(fù)合擺輪(45，45’)，所述復(fù)合擺輪在基于硅的材料的層(21)中形成，并包括通過至少一個臂(40，41，42，43)連接至輪緣(37，37’)的輪轂(39，39’)，其特征在于，所述輪緣(37，37’)包括大致為帶凹口的環(huán)(23，23’)的形狀的至少一個附加部分，該帶凹口的環(huán)與所述基于硅的材料相比具有較大的密度以增加所述擺輪的慣性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個附加部分(23)安裝在所述 輪緣(37)的其中一個主面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個附加部分(23’)安裝在在 所述輪緣(37)的其中一個主面中制成的凹部(38)內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個附加部分(23’)從所述輪 緣(37)的其中一個主面突出。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的擺輪，其特征在于，所述帶凹口的環(huán)(23，23’) 包括一系列柱(22，22’)，所述柱以規(guī)則的間隔隔開，以補(bǔ)償在所述至少一個附加部分(23， 23’ )中的任何熱膨脹。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個附加部分 (23，23，)從金屬材料形成。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的擺輪，其特征在于，所述輪轂(39，39’)包括至 少一個用于接納擺輪軸的第二附加部分(25，25’)，該擺輪軸被壓入該第二附加部分中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個第二附加部分(25)安裝在 所述輪轂(39)的其中一個主面上。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個第二附加部分(25’)安裝 在在所述輪轂(39)的其中一個主面中制成的凹部(44)內(nèi)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個第二附加部分(25’)從所 述輪轂(39)的其中一個主面突出。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中的任一項所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個第二附加 部分(25，25’ )基本為筒形。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中的任一項所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個第二附加 部分(25，25’ )從金屬材料形成。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的擺輪，其特征在于，所述至少一個臂(40，41， 42,43)為細(xì)長的，以便所述至少一個臂能夠在有任何震動傳遞到擺輪(45，45’ )上的情況 下沿軸向和/或徑向變形。
14.一種時計，其特征在于，該時計包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的擺輪 (45,45')。
15.一種制造復(fù)合擺輪(45，45’ )的方法(1)，該方法包括如下步驟a)提供(3)基于硅的材料制成的襯底(21)；其特征在于，該方法還包括如下步驟b)在所述襯底(21)上選擇性地沉積(5，13)至少一個金屬層(23，23，，24，24，)，以限 定所述擺輪的至少一個金屬部分的造型；c)在所述襯底(21)中選擇性地蝕刻(7，17)至少一個凹腔(26，27，28，29，30，31，32， 33，34，26，，27，，28，，29，，30，，31，，32，，`33，，34，)，以限定包括所述至少一個金屬層的所述擺輪(45，45，)的造型(35，35，)；d)從所述襯底(21)釋放(9)所述擺輪(45，45’)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，步驟b)包括如下步驟e)至少部分地在所述襯底(21)的表面上通過連續(xù)的金屬層來生長(5)沉積物，以便形 成用于增加所述擺輪(45)的質(zhì)量的金屬部分(23)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的制造方法，其特征在于，步驟b)包括如下步驟e’)至少部分地在所述襯底(21)的表面上通過連續(xù)的金屬層來生長(5)沉積物，以便 形成用于接納被壓入其中的心軸的金屬部分(25)。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，步驟b)包括如下步驟f)在所述襯底(21)中選擇性地蝕刻(11)至少一個凹腔(38)，以用于接納所述至少一 個金屬部分；g)至少部分地在所述至少一個凹腔中通過連續(xù)的金屬層來生長(13)沉積物，以便形 成用于增加所述第三硅部分的質(zhì)量的金屬部分(23’)。
19.根據(jù)權(quán)利要求15或18所述的制造方法，其特征在于，步驟b)包括如下階段f’ )在所述襯底(21)中選擇性地蝕刻(11)至少一個凹腔(44)，以用于接納所述至少 一個金屬部分；g’)至少部分地在所述至少一個凹腔中通過連續(xù)的金屬層來生長(13)沉積物，以便形 成用于接納被壓入其中的心軸的金屬部分(25’)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15或19所述的制造方法，其特征在于，在步驟b)之后是如下步驟h)拋光(15)金屬沉積物(21)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至20中的任一項所述的制造方法，其特征在于，多個復(fù)合擺輪 (45,45')在相同的襯底(21)上制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在基于硅的材料的層(21)中制成的復(fù)合擺輪(45，45’)，該復(fù)合擺輪包括通過至少一個臂(40，41，42，43)連接至輪緣(37，37’)的輪轂(39，39’)，根據(jù)本發(fā)明，所述輪緣(37，37’)包括至少一個基本具有帶凹口的環(huán)(23，23’)的形狀的附加部分，該帶凹口的環(huán)與所述基于硅的材料相比具有較大的密度，以用于增加所述擺輪的慣性。本發(fā)明還涉及用于制造這種擺輪的方法。本發(fā)明屬于鐘表機(jī)芯領(lǐng)域。
文檔編號G04D3/00GK101978327SQ200980110011
公開日2011年2月16日 申請日期2009年3月13日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月20日
發(fā)明者J-B·彼德斯, J-P·蒂埃博, M·韋拉爾多, P·卡森, P-A·比勒, T·科奴斯 申請人:尼瓦洛克斯-法爾股份有限公司