CH705725A2 - Thermo-compensated ceramic resonator i.e. microelectromechanical system resonator, for use in timepiece, has body whose portion comprises electrically-conductive coatings, which change in Young's modulus as function of temperature - Google Patents

Thermo-compensated ceramic resonator i.e. microelectromechanical system resonator, for use in timepiece, has body whose portion comprises electrically-conductive coatings, which change in Young's modulus as function of temperature Download PDF

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CH705725A2
CH705725A2 CH01773/11A CH17732011A CH705725A2 CH 705725 A2 CH705725 A2 CH 705725A2 CH 01773/11 A CH01773/11 A CH 01773/11A CH 17732011 A CH17732011 A CH 17732011A CH 705725 A2 CH705725 A2 CH 705725A2
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coating
ceramic
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Philippe Dubois
Thierry Conus
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Swatch Group Res & Dev Ltd
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Abstract

The resonator has a body comprising a web (8) formed by ceramics material, where the ceramics material comprises glass, metallic glass and art glass ceramic. A portion of the body comprises electrically-conductive coatings (2, 4), which change in Young's modulus as a function of temperature. The ceramic material of the web enables the resonator having frequency, which is varied according to the temperature equal to zero. The coatings form a barrier against moisture. The body comprises an attachment layer between the web and the coatings.

Description

Domaine de l’inventionField of the invention

[0001] L’invention se rapporte à un résonateur thermocompensé du type balancier-spiral, diapason ou plus généralement MEMS permettant de fabriquer une base de temps ou de fréquence dont les coefficients thermiques sont sensiblement nuls au premier ordre voire au deuxième ordre. [0001] The invention relates to a thermocompensated resonator of the sprung balance, tuning fork or more generally MEMS type making it possible to manufacture a time or frequency base whose thermal coefficients are substantially zero in the first order or even the second order.

Arrière plan de l’inventionBackground of the invention

[0002] Le document EP 1 422 436 divulgue un spiral formé en silicium et recouvert de dioxyde de silicium afin de rendre le coefficient thermique sensiblement nul autour des températures de procédure COSC, c’est-à-dire entre +8 et +38 °C. De même, le document WO 2008-043 727 divulgue un résonateur MEMS qui possède des qualités similaires de faible dérive de son module d’Young dans la même plage de température. [0002] Document EP 1 422 436 discloses a hairspring formed from silicon and coated with silicon dioxide in order to make the thermal coefficient substantially zero around the COSC procedure temperatures, that is to say between +8 and +38 ° vs. Likewise, document WO 2008-043 727 discloses a MEMS resonator which has similar qualities of low drift of its Young's modulus in the same temperature range.

[0003] Cependant la dérive de la fréquence des divulgations ci-dessus peut nécessiter des corrections complexes selon les applications. Par exemple, pour que des montres électroniques à quartz puissent être certifiées COSC, une correction électronique basée sur une mesure de la température doit être effectuée. [0003] However, the drift in the frequency of the above disclosures may necessitate complex corrections depending on the applications. For example, in order for electronic quartz watches to be COSC certified, an electronic correction based on a temperature measurement must be performed.

Résumé de l’inventionSummary of the invention

[0004] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un résonateur en céramique compensé thermiquement au moins au premier ordre. The aim of the present invention is to alleviate all or part of the drawbacks mentioned above by providing a ceramic resonator which is thermally compensated at least to the first order.

[0005] A cet effet, l’invention se rapporte à un résonateur thermocompensé comportant un corps utilisé en déformation, l’âme du corps étant formé par de la céramique caractérisé en ce qu’au moins une partie du corps comporte au moins un revêtement dont les variations du module d’Young en fonction de la température sont de signe opposé à celles de la céramique utilisée pour l’âme afin de permettre audit résonateur d’avoir une variation de fréquence en fonction de la température au moins au premier ordre sensiblement nulle. [0005] To this end, the invention relates to a thermocompensated resonator comprising a body used in deformation, the core of the body being formed by ceramic characterized in that at least part of the body comprises at least one coating whose variations in Young's modulus as a function of temperature are of the opposite sign to those of the ceramic used for the core in order to allow said resonator to have a frequency variation as a function of temperature at least to the first order substantially nothing.

[0006] Avantageusement selon l’invention, le corps du résonateur utilisé en déformation peut comporter un seul revêtement pour compenser un ou deux ordres. Ainsi, suivant les grandeurs et les signes de chaque ordre du matériau de revêtement, le calcul de l’épaisseur du revêtement est effectué afin de compenser au moins le premier ordre. [0006] Advantageously according to the invention, the body of the resonator used in deformation may have a single coating to compensate for one or two orders. Thus, according to the sizes and signs of each order of the coating material, the calculation of the coating thickness is carried out in order to compensate for at least the first order.

[0007] Conformément à d’autres caractéristiques avantageuses de l’invention: l’âme du corps comporte du verre, du verre métallique, de la céramique technique ou du verre céramique; le corps comporte une section sensiblement en forme d’un quadrilatère dont les faces sont identiques deux à deux; le corps comporte une section sensiblement en forme d’un quadrilatère dont les faces sont entièrement revêtues; ledit au moins un revêtement forme une barrière contre l’humidité; ledit au moins un revêtement est électriquement conducteur; le corps comporte une couche d’accrochage entre l’âme et ledit au moins un revêtement; le corps est un barreau enroulé sur lui-même en formant un spiral et est couplé avec un volant d’inertie; le corps comporte au moins deux barreaux montés symétriquement afin de former un diapason; le corps est un résonateur MEMS.[0007] In accordance with other advantageous features of the invention: the body core consists of glass, metallic glass, technical ceramic or ceramic glass; the body has a section substantially in the form of a quadrilateral, the faces of which are identical in pairs; the body has a section substantially in the form of a quadrilateral, the faces of which are fully coated; said at least one coating forms a moisture barrier; said at least one coating is electrically conductive; the body has a tie layer between the core and said at least one coating; the body is a bar wound on itself forming a hairspring and is coupled with a flywheel; the body comprises at least two bars mounted symmetrically in order to form a tuning fork; the body is a MEMS resonator.

[0008] Enfin, l’invention se rapporte également à une base de temps ou de fréquence, comme par exemple une pièce d’horlogerie, caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un résonateur conforme à l’une des variantes précédentes. [0008] Finally, the invention also relates to a time or frequency base, such as for example a timepiece, characterized in that it comprises at least one resonator in accordance with one of the preceding variants.

Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings

[0009] D’autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: - la fig. 1 <sep>est une représentation en perspective d’une partie d’un résonateur balancier-spiral; - la fig. 2 <sep>est une section représentative du ressort-spiral de la fig. 1; - les fig. 3 et 4 <sep>sont des alternatives de sections d’un résonateur selon l’invention; - la fig. 5 <sep>est une représentation générale en perspective de d’un résonateur du type diapason; - les fig. 6 et 7 <sep>sont des alternatives de sections d’un résonateur selon l’invention.[0009] Other features and advantages will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 <sep> is a perspective representation of part of a sprung balance resonator; - fig. 2 <sep> is a representative section of the spiral spring of FIG. 1; - fig. 3 and 4 <sep> are alternative sections of a resonator according to the invention; - fig. 5 <sep> is a general perspective representation of a tuning fork type resonator; - fig. 6 and 7 <sep> are alternative sections of a resonator according to the invention.

Description détaillée des modes de réalisation préférésDetailed description of the preferred embodiments

[0010] Comme expliqué ci-dessus, l’invention se rapporte à une pièce d’horlogerie comportant un résonateur qui peut être du type balancier-spiral, diapason ou plus généralement un résonateur du type MEMS (abréviation provenant des termes anglais «Micro Electro-Mechanical System»). Afin d’apporter une explication plus simple de l’invention, seules les applications à un balancier-spiral et à un diapason sont présentées ci-dessous. Cependant, d’autres applications pour le résonateur seront réalisables pour un homme du métier sans difficultés excessives à partir de l’enseignement ci-dessous. As explained above, the invention relates to a timepiece comprising a resonator which may be of the sprung balance, tuning fork or more generally a resonator of the MEMS type (abbreviation from the English terms "Micro Electro -Mechanical System ”). In order to provide a simpler explanation of the invention, only the applications to a sprung balance and a tuning fork are presented below. However, other applications for the resonator will be feasible for one skilled in the art without undue difficulty from the teaching below.

[0011] A titre de définition, la variation relative de la fréquence d’un résonateur suit la relation suivante: By way of definition, the relative variation in the frequency of a resonator follows the following relationship:

où: - est la variation relative de fréquence (ppm ou 10<-><6>); - A une constante qui dépend du point de référence (ppm); - T0 la température de référence (°C); - α le coefficient thermique du premier ordre (ppm.°C<-><1>); - β le coefficient thermique du deuxième ordre (ppm. °C<-><2>); - γ le coefficient thermique du troisième ordre (ppm.°C<-><3>). or: - is the relative variation in frequency (ppm or 10 <-> <6>); - At a constant which depends on the reference point (ppm); - T0 the reference temperature (° C); - α the first order thermal coefficient (ppm. ° C <-> <1>); - β the second order thermal coefficient (ppm. ° C <-> <2>); - γ the third order thermal coefficient (ppm. ° C <-> <3>).

[0012] De plus, le coefficient thermoélastique (CTE) représente la variation relative du module d’Young en fonction de la température. Les termes «α» et «β» qui sont utilisés ci-dessous représentent ainsi respectivement les coefficients thermiques des premier et deuxième ordres, c’est-à-dire la variation relative de la fréquence du résonateur en fonction de la température. Les termes «α» et «β» dépendent du coefficient thermoélastique du corps du résonateur et des coefficients de dilatation du corps. De plus, les termes «α» et «β» prennent également en compte les coefficients propres à une éventuelle inertie séparée, telle que, par exemple, le balancier (formant un volant d’inertie) pour un résonateur balancier - spiral. [0012] In addition, the thermoelastic coefficient (CTE) represents the relative variation of the Young's modulus as a function of temperature. The terms "α" and "β" which are used below thus represent respectively the thermal coefficients of the first and second orders, that is to say the relative variation of the frequency of the resonator as a function of temperature. The terms “α” and “β” depend on the thermoelastic coefficient of the body of the resonator and on the coefficients of expansion of the body. In addition, the terms "α" and "β" also take into account the coefficients specific to a possible separate inertia, such as, for example, the balance (forming a flywheel) for a balance-spring resonator.

[0013] Les oscillations de tout résonateur destiné à une base de temps ou de fréquence devant être entretenues, la dépendance thermique comprend également une contribution éventuelle du système d’entretien. [0013] As the oscillations of any resonator intended for a time or frequency base must be maintained, the thermal dependence also includes a possible contribution from the maintenance system.

[0014] Le paramètre le plus important est donc le coefficient thermoélastique (CTE) qu’il ne faut pas confondre avec l’abréviation anglaise CTE pour «Constant of Thermal Expansion» qui concerne le coefficient de dilatation. [0014] The most important parameter is therefore the thermoelastic coefficient (CTE) which should not be confused with the English abbreviation CTE for "Constant of Thermal Expansion" which relates to the coefficient of expansion.

[0015] Le coefficient thermoélastique (CTE) de la plupart des métaux est très négatif, de l’ordre de -1000 ppm.°C<-><1>. Il est par conséquent inimaginable de les utiliser pour réaliser un spiral. Des alliages complexes ont donc été développés, comme le Nivarox CT, afin de répondre à cette problématique. Ils restent toutefois difficiles à maîtriser notamment quant à leur fabrication. [0015] The thermoelastic coefficient (CTE) of most metals is very negative, in the order of -1000 ppm. ° C <-> <1>. It is therefore unimaginable to use them to make a hairspring. Complex alloys have therefore been developed, such as Nivarox CT, in order to respond to this problem. However, they remain difficult to control, particularly as regards their manufacture.

[0016] Avantageusement, l’invention se rapporte à des matériaux alternatifs en céramique pour former lesdits résonateurs. Une céramique peut être considérée comme un article ayant un corps vitrifié ou non, de structure cristalline ou partiellement cristalline, ou de verre, dont le corps est formé de substances essentiellement inorganiques et métalliques ou non, et qui est formé par une masse en fusion qui se solidifie en se refroidissant, ou qui est formé et porté à maturité, en même temps ou ultérieurement, par l’action de la chaleur. [0016] Advantageously, the invention relates to alternative ceramic materials for forming said resonators. A ceramic can be considered as an article having a vitrified body or not, of crystalline or partially crystalline structure, or of glass, the body of which is formed of essentially inorganic and metallic substances or not, and which is formed by a molten mass which solidifies on cooling, or which is formed and brought to maturity, at the same time or subsequently, by the action of heat.

[0017] Une céramique selon l’invention englobe donc notamment des verres simples, des verres métalliques, des céramiques techniques comme le carbure de silicium ou des verres céramiques. Ainsi, avantageusement selon l’invention, le résonateur formé en céramique peut comporter au moins un revêtement dont les variations du module d’Young en fonction de la température sont de signe opposé à celles de la céramique utilisée pour l’âme afin de permettre audit résonateur d’avoir une variation de fréquence en fonction de la température au moins au premier ordre sensiblement nulle. [0017] A ceramic according to the invention therefore encompasses in particular simple glasses, metallic glasses, technical ceramics such as silicon carbide or ceramic glasses. Thus, advantageously according to the invention, the resonator formed from ceramic may comprise at least one coating whose variations in Young's modulus as a function of temperature are of opposite sign to those of the ceramic used for the core in order to allow said resonator to have a frequency variation as a function of the temperature at least at the first order substantially zero.

[0018] Il est également intéressant que le revêtement puisse être électriquement conducteur afin d’éviter que le déplacement du corps puisse générer des forces électrostatiques propres à influencer la trajectoire du corps. Enfin, il est également préférable que le revêtement offre une perméabilité propre à former une barrière contre l’humidité comme par exemple du nitrure de silicium. [0018] It is also interesting that the coating can be electrically conductive in order to prevent the movement of the body from generating electrostatic forces specific to influencing the trajectory of the body. Finally, it is also preferable that the coating offers a permeability suitable for forming a barrier against humidity such as, for example, silicon nitride.

[0019] Dans un exemple illustré aux fig. 1et 2, on peut voir un spiral 1 dont le corps 5 est venu de forme avec sa virole 3 et dont les coefficients thermiques au premier ordre a voire au deuxième ordre /? sont compensés par l’utilisation de deux matériaux pour respectivement l’âme 8 et le revêtement 6. La figure 2propose une coupe du corps 5 du spiral 1 permettant de mieux voir sa section en forme de quadrilatère. Le corps 5 peut ainsi être défini par sa longueur l, sa hauteur h et son épaisseur e. In an example illustrated in FIGS. 1 and 2, we can see a hairspring 1 whose body 5 is formed with its ferrule 3 and whose thermal coefficients in the first order a or even in the second order /? are compensated by the use of two materials for respectively the core 8 and the coating 6. Figure 2 shows a section of the body 5 of the balance spring 1 to better see its quadrilateral-shaped section. The body 5 can thus be defined by its length l, its height h and its thickness e.

[0020] La fig. 2 montre un exemple où l’âme 8 est entièrement revêtue. Bien évidemment, la fig. 2 présente uniquement un exemple non limitatif. Ainsi, le spiral 1 peut comporter un revêtement 2, 4, 6 sur au moins une partie comme une ou plusieurs faces ou même la totalité de la surface extérieure du corps 5 comme les exemples illustrés aux fig. 3 et 4. A titre informatif, les revêtements 2, 4, 6 ne sont pas à l’échelle par rapport aux dimensions de l’âme 8, ceci afin de mieux montrer les localisations de chaque partie. [0020] FIG. 2 shows an example where the core 8 is fully coated. Obviously, fig. 2 only presents a non-limiting example. Thus, the hairspring 1 can comprise a coating 2, 4, 6 on at least a part such as one or more faces or even the whole of the outer surface of the body 5, like the examples illustrated in FIGS. 3 and 4. For information, coatings 2, 4, 6 are not to scale with respect to the dimensions of core 8, in order to better show the locations of each part.

[0021] On comprend donc que le corps selon l’invention peut comporter de manière non limitative une section sensiblement en forme d’un quadrilatère dont une seule face est revêtue ou dont les faces sont identiques deux à deux ou encore dont les faces sont entièrement revêtues de manière identique ou pas. It is therefore understood that the body according to the invention may include in a nonlimiting manner a section substantially in the form of a quadrilateral with only one face is coated or whose faces are identical in pairs or whose faces are entirely coated identically or not.

[0022] De manière similaire, avantageusement selon l’invention, on peut voir un résonateur 11 du type diapason à la fig. 5. Le corps 15 du résonateur est formé d’une base 13 raccordée à deux bras 17, 19 destinés à osciller. A titre d’exemple, le diapason 11 utilisé est du type inversé, c’est-à-dire que la base 13 se prolonge entre les deux bras 17, 19, du type palmé, c’est-à-dire que les deux bras 17, 19 comportent à leur extrémité des palmes 20, 22 et du type rainure (également connu sous le nom anglais «groove»), c’est-à-dire que les deux bras 17, 19 comportent des rainures 24. 26. On comprend toutefois qu’il existe une multitude de variantes possibles de diapasons qui peuvent, de manière non exhaustive, être du type inversé et/ou du type rainure et/ou du type conique et/ou du type palmé. [0022] Similarly, advantageously according to the invention, one can see a resonator 11 of the tuning fork type in FIG. 5. The body 15 of the resonator is formed of a base 13 connected to two arms 17, 19 intended to oscillate. By way of example, the tuning fork 11 used is of the inverted type, that is to say that the base 13 extends between the two arms 17, 19, of the webbed type, that is to say that the two arms 17, 19 have at their end fins 20, 22 and of the groove type (also known under the English name "groove"), that is to say that the two arms 17, 19 have grooves 24. 26. It is understood, however, that there are a multitude of possible variants of tuning forks which may, in a non-exhaustive manner, be of the inverted type and / or of the groove type and / or of the conical type and / or of the palmate type.

[0023] Le diapason 11, avantageusement selon l’invention, comporte des coefficients thermiques au premier ordre α voire au deuxième ordre β qui sont compensés par le dépôt d’une couche 12, 14, 16 contre l’âme 18 du corps 15. Les fig. 6 et 7proposent deux exemples non exhaustifs de coupe du corps 15 du diapason 11 selon le plan A-A. Les sections en forme de quadrilatère rainure montrent l’âme 18 du corps 15 recouvert d’au moins un revêtement 12, 14, 16 sur au moins une partie comme une ou plusieurs faces ou même la totalité de la surface extérieure du corps 15. Comme pour le premier exemple, les revêtements 12, 14, 16 ne sont pas à l’échelle par rapport aux dimensions de l’âme 18, ceci afin de mieux montrer les localisations de chaque partie. [0023] The tuning fork 11, advantageously according to the invention, comprises thermal coefficients of the first order α or even the second order β which are compensated by the deposition of a layer 12, 14, 16 against the core 18 of the body 15. Figs. 6 and 7 provide two non-exhaustive examples of cross section of the body 15 of the tuning fork 11 according to the plane A-A. The grooved quadrilateral shaped sections show the core 18 of the body 15 covered with at least one coating 12, 14, 16 on at least a portion such as one or more faces or even the entire outer surface of the body 15. As for the first example, the coatings 12, 14, 16 are not to scale with respect to the dimensions of the core 18, in order to better show the locations of each part.

[0024] L’âme 8, 18 du résonateur 1, 11 est formé par de la céramique. Toutefois, il existe une grande variété de céramiques. C’est pourquoi, des céramiques qui possèdent de faibles coefficients thermoélastiques (CTE) et de dilatation (αspi) sont préférés. [0024] The core 8, 18 of the resonator 1, 11 is formed by ceramic. However, there is a wide variety of ceramics. Therefore, ceramics which have low thermoelastic coefficients (CTE) and expansion (αspi) are preferred.

[0025] Il est ainsi possible d’utiliser du verre de quartz également appelé quartz fondu (en anglais «fused quartz»). Contrairement à ce que laisse penser l’utilisation du mot quartz, il ne s’agit pas d’un matériau cristallin mais d’une silice amorphe. [0025] It is thus possible to use quartz glass also called fused quartz (in English "fused quartz"). Contrary to what the use of the word quartz suggests, it is not a crystalline material but an amorphous silica.

[0026] Suivant la méthode de fabrication du verre de quartz, la valeur du coefficient thermoélastique (CTE) obtenue est généralement faible et positive, c’est-à-dire comprise entre 50 et 250 ppm. °C<-1>. De plus, le coefficient de dilatation aspi du verre de quartz est d’environ 0,5-ppm. °C<-1>, ce qui est très faible. Cela signifie pour l’exemple du verre de quartz que le revêtement 2, 4, 6, 12, 14, 16 comporte préférentiellement un coefficient thermoélastique (CTE) qui est négatif. Comme expliqué ci-dessus, le tel revêtement peut donc comporter un métal ou un alliage métallique ou une autre céramique comme du carbure de silicium. [0026] According to the method of manufacturing quartz glass, the value of the thermoelastic coefficient (CTE) obtained is generally low and positive, that is to say between 50 and 250 ppm. ° C <-1>. In addition, the coefficient of aspi expansion of quartz glass is approximately 0.5-ppm. ° C <-1>, which is very low. This means for the example of quartz glass that the coating 2, 4, 6, 12, 14, 16 preferably has a thermoelastic coefficient (CTE) which is negative. As explained above, such a coating can therefore comprise a metal or a metal alloy or another ceramic such as silicon carbide.

[0027] Bien entendu, d’autres verres de la famille des silicates alcalins, des borosilicates ou des aluminosilicates sont parfaitement envisageables: CTE (ppm.°C<-><1> )<sep>Matériau - 209<sep>Verre à la soude -35<sep>Verre Sibor -48<sep>Borosilicate (a) + 117<sep>Borosilicate (b) - 18<sep>Aluminosilicate (a) - 70<sep>Aluminosilicate (b)[0027] Of course, other glasses from the family of alkaline silicates, borosilicates or aluminosilicates are perfectly possible: CTE (ppm. ° C <-> <1>) <sep> Material - 209 <sep> Soda glass -35 <sep> Sibor glass -48 <sep> Borosilicate (a) + 117 <sep> Borosilicate (b ) - 18 <sep> Aluminosilicate (a) - 70 <sep> Aluminosilicate (b)

[0028] A titre d’exemple, le pyrex<®> ou les verres BF33, AF45 de la société Schott® peuvent être utilisés: <sep>BF33<sep>AF45 SiO2<sep>81<sep>50 B2O3<sep>13<sep>14 Al2O3<sep>2<sep>11 BaO<sep><sep>24 Na2O-K2O<sep>4<sep> (ppm.°C<-><1> αspi)<sep>3.25<sep>4.5CTE (ppm.°C<-1> )<sep>>0<sep>>0où; - αspi est le coefficient de dilatation du matériau (ppm.°C<-><1>); - CTE est le coefficient thermoélastique du matériau (ppm. °C<-><1>). [0028] By way of example, pyrex <®> or the BF33, AF45 glasses from the company Schott® can be used: <sep> BF33 <sep> AF45 SiO2 <sep> 81 <sep> 50 B2O3 <sep> 13 <sep> 14 Al2O3 <sep> 2 <sep> 11 BaO <sep> <sep> 24 Na2O-K2O <sep> 4 <sep> (ppm. ° C <-> <1> αspi) <sep> 3.25 < sep> 4.5CTE (ppm. ° C <-1>) <sep>> 0 <sep>> 0where; - αspi is the coefficient of expansion of the material (ppm. ° C <-> <1>); - CTE is the thermoelastic coefficient of the material (ppm. ° C <-> <1>).

[0029] Des verres photostructurables tels que divulgués dans le document WO 2007/059 876 (incorporé par référence à la présente demande de brevet) sont également envisageables. En effet, le procédé de fabrication du type photolithographie est très précis pour l’ajustement du coefficient thermoélastique (CTE). Enfin, des verres céramiques, comme par exemple du zérodur, sont également envisageables. Photostructurable glasses as disclosed in document WO 2007/059 876 (incorporated by reference into the present patent application) are also possible. Indeed, the photolithography-type manufacturing process is very precise for the adjustment of the thermoelastic coefficient (CTE). Finally, ceramic glasses, such as zerodur, for example, are also possible.

[0030] Comme expliqué ci-dessus, on comprend que les céramiques peuvent comporter aussi bien des coefficients thermoélastiques (CTE) positifs que négatifs au premier ordre et au deuxième ordre. C’est pourquoi le ou les revêtements 2, 4, 6, 12, 14, 16, utilisés pour l’âme 8, 18 peuvent incidemment comporter aussi bien des coefficients thermoélastiques (CTE) négatifs que positifs au premier ordre et au deuxième ordre. On comprend donc que le résonateur 1, 11 peut être formé par exemple par une âme en céramique totalement ou partiellement recouvert d’un revêtement également en céramique. As explained above, it is understood that the ceramics can include both positive thermoelastic coefficients (CTE) and negative first order and second order. This is why the coating (s) 2, 4, 6, 12, 14, 16, used for core 8, 18 may incidentally have both negative and positive first order and second order thermoelastic coefficients (CTEs). It is therefore understood that the resonator 1, 11 can be formed for example by a ceramic core totally or partially covered with a coating also made of ceramic.

[0031] Ainsi, suivant la méthode de dépôt du revêtement 2, 4, 6, 12, 14, 16, il peut être préférable de choisir un matériau comportant une bonne adhérence par rapport à la céramique comme du chrome ou du titane. Toutefois, en alternative, une couche d’accrochage comme du chrome ou du titane peut également être déposée préalablement au revêtement principal 2, 4, 6, 12, 14, 16 pour améliorer l’adhérence et/ou la perméabilité dudit revêtement. Thus, depending on the method of depositing the coating 2, 4, 6, 12, 14, 16, it may be preferable to choose a material having good adhesion with respect to the ceramic, such as chromium or titanium. However, as an alternative, a tie layer such as chromium or titanium can also be deposited prior to the main coating 2, 4, 6, 12, 14, 16 to improve the adhesion and / or the permeability of said coating.

[0032] Enfin, dans le cas où l’âme 8, 18 comporterait un coefficient thermoélastiques (CTE) négatif au premier ordre voire au deuxième ordre, préférentiellement, de l’oxyde de germanium (GeO2), de l’oxyde de tantale (Ta2O5) et/ou des oxydes de zirconium ou d’hafnium sont utilisables. Finally, in the case where the core 8, 18 would include a thermoelastic coefficient (CTE) negative to the first order or even to the second order, preferably germanium oxide (GeO2), tantalum oxide ( Ta2O5) and / or oxides of zirconium or hafnium can be used.

[0033] Des exemples ont été recherchés en considérant un résonateur à 4 Hz avec un balancier d’une inertie de 16 mg-cm<2>. Le coefficient de dilatation du balancier αbalinfluence la dépendance thermique de la fréquence du résonateur. [0033] Examples have been sought by considering a resonator at 4 Hz with a balance wheel with an inertia of 16 mg-cm <2>. The coefficient of expansion of the balance αbalinfluences the thermal dependence of the frequency of the resonator.

[0034] Pour le spiral, hauteur h et longueur l des spires sont fixes, seule leur épaisseur e est ajustée afin d’obtenir le bon couple. L’épaisseur d du revêtement, supposé recouvrir toutes les faces des spires, est ajustée pour qu’il y ait compensation thermique au moins au premier ordre α de la fréquence du résonateur. [0034] For the hairspring, height h and length l of the turns are fixed, only their thickness e is adjusted in order to obtain the right torque. The thickness d of the coating, assumed to cover all the faces of the turns, is adjusted so that there is thermal compensation at least at the first order α of the frequency of the resonator.

[0035] Les propriétés des matériaux utilisés pour l’âme ou le revêtement du spiral sont résumées dans le tableau suivant: CTE (ppm.°C<-1> (ppm. °C<-1> <sep>E (Gpa)<sep>)<sep>αspi) Zerodur<sep>90<sep>76<sep>0,0 Al<sep>68<sep>-430<sep>24,0 CVD-SiC<sep>466<sep>-50<sep>2,2 6H-SiC<sep>220<sep>-12<sep>2,8 SiO2<sep>72<sep>215<sep>0,4 Verre Métallique<sep>117<sep>-160<sep>12,0 TeO2<sep>51<sep>40 000<sep>15,5[0035] The properties of the materials used for the core or the coating of the hairspring are summarized in the following table: CTE (ppm. ° C <-1> (ppm. ° C <-1> <sep> E (Gpa) <sep>) <sep> αspi) Zerodur <sep> 90 <sep> 76 <sep> 0.0 Al <sep> 68 <sep> -430 <sep> 24.0 CVD-SiC <sep> 466 <sep> -50 <sep> 2.2 6H-SiC <sep> 220 <sep> -12 <sep> 2 , 8 SiO2 <sep> 72 <sep> 215 <sep> 0.4 Metallic Glass <sep> 117 <sep> -160 <sep> 12.0 TeO2 <sep> 51 <sep> 40,000 <sep> 15.5

[0036] Un premier exemple consiste à enrober par un métal (ici une couche d’AI) un spiral en zerodur vendu par la société Schott<®>avec un coefficient de dilatation sensiblement nul. A first example consists of coating with a metal (here a layer of AI) a zerodur hairspring sold by the company Schott <®> with a substantially zero coefficient of expansion.

[0037] Ce verre pourrait également être enrobé par une couche de SiC déposée par dépôt chimique en phase vapeur (également connu sous l’abréviation anglaise «CVD»). Le CVD-SiC est un matériau polycristallin réputé résistant mécaniquement et chimiquement. Le SiC existe aussi sous forme cristalline par exemple hexagonale sous le nom de 6H-SiC. Les propriétés de ce dernier diffèrent de celles de forme polycristalline. Dans l’exemple ci-dessous, il est compensé par du SiO2. This glass could also be coated with a layer of SiC deposited by chemical vapor deposition (also known by the English abbreviation "CVD"). CVD-SiC is a polycrystalline material reputed to be mechanically and chemically resistant. SiC also exists in crystalline form, for example hexagonal under the name of 6H-SiC. The properties of the latter differ from those of polycrystalline form. In the example below, it is compensated by SiO2.

[0038] Finalement, un dernier exemple est pris à partir d’un verre métallique compensé par une couche de TeO2. [0038] Finally, a final example is taken from a metallic glass compensated by a layer of TeO2.

[0039] Un tableau récapitule les différents exemples: Ame<sep>Revêtement<sep>αbal (ppm.°C’’)<sep>e (µm) Zerodur<sep>Al<sep>10<sep>1.15 Zerodur<sep>CVD-SiC<sep>15<sep>0.79 6H-SiC<sep>SiO2<sep>10<sep>1.77 Verre Métallique<sep>TeO2<sep>15<sep>0.06A table summarizes the different examples: Core <sep> Coating <sep> αbal (ppm. ° C '') <sep> e (µm) Zerodur <sep> Al <sep> 10 <sep> 1.15 Zerodur <sep > CVD-SiC <sep> 15 <sep> 0.79 6H-SiC <sep> SiO2 <sep> 10 <sep> 1.77 Metallic Glass <sep> TeO2 <sep> 15 <sep> 0.06

Claims (11)

1. Résonateur (1, 11) thermocompensé comportant un corps (5, 15) utilisé en déformation, l’âme (8, 18) du corps (5, 15) étant formé par de la céramique caractérisé en ce qu’au moins une partie du corps (5, 15) comporte au moins un revêtement (2, 4, 6, 12, 14, 16) dont les variations du module d’Young en fonction de la température (CTE) sont de signe opposé à celles (CTE) de la céramique utilisée pour l’âme (8, 18) afin de permettre audit résonateur d’avoir une variation de fréquence en fonction de la température au moins au premier ordre (α, β) sensiblement nulle.1. Thermocompensated resonator (1, 11) comprising a body (5, 15) used in deformation, the core (8, 18) of the body (5, 15) being formed by ceramic characterized in that at least one part of the body (5, 15) has at least one coating (2, 4, 6, 12, 14, 16) whose variations of the Young's modulus as a function of temperature (CTE) are of opposite sign to those (CTE) ) of the ceramic used for the core (8, 18) to allow said resonator to have a frequency variation as a function of the temperature at least first order (α, β) substantially zero. 2. Résonateur (1, 11) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l’âme (8, 18) du corps (5, 15) comporte du verre, du verre métallique, de la céramique technique ou du verre céramique.2. Resonator (1, 11) according to the preceding claim, characterized in that the core (8, 18) of the body (5, 15) comprises glass, metal glass, technical ceramic or ceramic glass. 3. Résonateur (1, 11) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps (5, 15) comporte une section sensiblement en forme d’un quadrilatère dont les faces sont identiques deux à deux.3. Resonator (1, 11) according to claim 1 or 2, characterized in that the body (5, 15) comprises a section substantially in the form of a quadrilateral whose faces are identical in pairs. 4. Résonateur (1, 11) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le corps (5, 15) comporte une section sensiblement en forme d’un quadrilatère dont les faces sont entièrement revêtues.4. Resonator (1, 11) according to claim 1 or 2, characterized in that the body (5, 15) comprises a section substantially in the form of a quadrilateral whose faces are fully coated. 5. Résonateur (1, 11) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un revêtement (2, 4, 6, 12, 14, 16) forme une barrière contre l’humidité.5. Resonator (1, 11) according to one of the preceding claims, characterized in that said at least one coating (2, 4, 6, 12, 14, 16) forms a barrier against moisture. 6. Résonateur (1, 11) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit au moins un revêtement (2, 4, 6, 12, 14, 16) est électriquement conducteur.6. Resonator (1, 11) according to one of the preceding claims, characterized in that said at least one coating (2, 4, 6, 12, 14, 16) is electrically conductive. 7. Résonateur (1, 11) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (1, 11) comporte une couche d’accrochage entre l’âme (8, 18) et ledit au moins un revêtement (2, 4, 6, 12, 14, 16).7. Resonator (1, 11) according to one of the preceding claims, characterized in that the body (1, 11) comprises a bonding layer between the core (8, 18) and said at least one coating (2 , 4, 6, 12, 14, 16). 8. Résonateur (1) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (5) est un barreau enroulé sur lui-même en formant un spiral et est couplé avec un volant d’inertie.8. Resonator (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the body (5) is a bar wound on itself forming a hairspring and is coupled with a flywheel. 9. Résonateur (11) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps (15) comporte au moins deux barreaux (17, 19) montés symétriquement afin de former un diapason.9. Resonator (11) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the body (15) comprises at least two bars (17, 19) mounted symmetrically to form a tuning fork. 10. Résonateur (1, 11) selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le corps est un résonateur MEMS.10. Resonator (1, 11) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the body is a MEMS resonator. 11. Pièce d’horlogerie caractérisée en ce qu’elle comporte au moins un résonateur (1, 11) conforme à l’une des revendications précédentes.11. Timepiece characterized in that it comprises at least one resonator (1, 11) according to one of the preceding claims.
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