CH707884B1

CH707884B1 - Watchmaking spiral made of fragile material.

Info

Publication number: CH707884B1
Application number: CH00766/13A
Authority: CH
Inventors: Maier Frédéric
Original assignee: Patek Philippe Sa Genève
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2013-04-12
Publication date: 2017-06-15
Also published as: CH707884A2

Abstract

Le spiral d’horlogerie comprend une extrémité intérieure (3), une extrémité extérieure (4) et, entre ces deux extrémités, des spires (2) faites dans un matériau fragile. Il est caractérisé en ce que l’extrémité extérieure (4) comprend une première partie (7) faite dans le matériau fragile et une deuxième partie (8) faite en métal adhérant l’une à l’autre, la deuxième partie (8) présentant un alésage (10) dans lequel peut être chassé un piton (6).The watch hairspring comprises an inner end (3), an outer end (4) and, between these two ends, turns (2) made of a brittle material. It is characterized in that the outer end (4) comprises a first part (7) made in the brittle material and a second part (8) made of metal adhering to each other, the second part (8) having a bore (10) in which can be driven a stud (6).

Description

Description [0001] La présente invention concerne un spiral d’horlogerie, c’est-à-dire un ressort en forme de spirale destiné à faire partie de l’organe régulateur d’un mouvement d’horlogerie. Plus particulièrement, la présente invention concerne un tel spiral réalisé dans un matériau fragile. Par «matériau fragile» on entend un matériau qui n’est pas capable de se déformer plastiquement et qui se casse donc dès que sa limite élastique est dépassée. Des exemples de tel matériau sont le silicium, le verre ou le diamant.Description: [0001] The present invention relates to a clockwork hairspring, that is to say a spiral-shaped spring intended to be part of the regulating member of a clockwork movement. More particularly, the present invention relates to such a spiral made of a brittle material. By "fragile material" is meant a material that is not capable of plastically deforming and therefore breaks as soon as its elastic limit is exceeded. Examples of such material are silicon, glass or diamond.

[0002] Dans un mouvement d’horlogerie, le spiral est fixé par son extrémité intérieure à une virole montée sur l’axe de balancier et par son extrémité extérieure à un piton monté sur un pont appelé «coq». Dans le cas de spiraux en matériau fragile, la virole est en une seule pièce avec le spiral et est montée sur l’axe de balancier par serrage élastique ou collage. Pour fixer au piton l’extrémité extérieure d’un spiral en matériau fragile, plusieurs solutions existent, telles que celles proposées dans les demandes de brevet EP 1 515 200, EP 1 780 611 et EP 1 850 193 par la présente demanderesse. Dans la demande EP 1 515 200, le spiral en matériau fragile définit à son extrémité extérieure un organe élastique agencé pour recevoir et pincer le piton. Cette solution a pour inconvénient qu’un pinçage suffisant du piton est difficile à obtenir dans un encombrement donné si le matériau utilisé a une limite élastique peu élevée ou moyenne, comme c’est le cas du silicium par exemple. En effet, en raison du petit diamètre d’un piton, le montage élastique sur un piton nécessite plus de force de serrage pour un même couple que sur un axe de balancier. Dans la demande EP 1 780 611 il est proposé de fixer l’extrémité extérieure du spiral au moyen d’une pince métallique chassée sur le piton et pinçant le matériau fragile constituant le spiral. Cette solution se révèle en pratique très satisfaisante mais la pince métallique augmente le coût de fabrication de l’ensemble. Enfin, dans la demande EP 1 850 193 le piton est chassé dans une pièce intermédiaire déformable, par exemple une pièce en métal mou, qui elle-même est engagée dans un trou défini par l’extrémité extérieure du spiral en matériau fragile. Cette solution présente l’inconvénient de ne pas garantir la perpendicularité entre le spiral et le piton en raison des deux interfaces spiral - pièce intermédiaire et pièce intermédiaire - piton.In a clockwork movement, the hairspring is fixed by its inner end to a ferrule mounted on the balance shaft and its outer end to a stud mounted on a bridge called "cock". In the case of spirals of fragile material, the ferrule is in one piece with the spiral and is mounted on the balance shaft by elastic clamping or bonding. To fix the outer end of a hairspring made of fragile material, several solutions exist, such as those proposed in patent applications EP 1,515,200, EP 1 780 611 and EP 1 850 193 by the present applicant. In the application EP 1 515 200, the spiral of fragile material defines at its outer end an elastic member arranged to receive and pinch the stud. This solution has the disadvantage that a sufficient pinching of the piton is difficult to obtain in a given space if the material used has a low or medium elastic limit, as is the case of silicon for example. Indeed, because of the small diameter of a stud, the elastic mounting on a stud requires more clamping force for the same torque as a balance shaft. In the application EP 1 780 611 it is proposed to fix the outer end of the hairspring by means of a metal clamp driven on the pin and pinching the brittle material constituting the hairspring. This solution proves in practice very satisfactory but the metal clamp increases the manufacturing cost of the assembly. Finally, in the application EP 1 850 193 the stud is driven into a deformable intermediate part, for example a piece of soft metal, which itself is engaged in a hole defined by the outer end of the spiral of fragile material. This solution has the disadvantage of not guaranteeing the perpendicularity between the hairspring and the bolt due to the two interfaces spiral - intermediate piece and intermediate piece - piton.

[0003] La présente invention vise à remédier aux inconvénients susmentionnés, ou au moins à les atténuer, et propose à cette fin un spiral d’horlogerie comprenant une extrémité intérieure, une extrémité extérieure et, entre ces deux extrémités, des spires faites dans un matériau fragile, caractérisé en ce que l’extrémité extérieure comprend une première partie faite dans ledit matériau fragile et une deuxième partie faite en métal adhérant l’une à l’autre, la deuxième partie présentant un alésage dans lequel peut être chassé un piton.The present invention aims to overcome the aforementioned drawbacks, or at least to mitigate them, and proposes for this purpose a watch winder comprising an inner end, an outer end and, between these two ends, turns made in a fragile material, characterized in that the outer end comprises a first part made in said fragile material and a second part made of metal adhering to each other, the second part having a bore in which can be driven a piton.

[0004] Dans un mode de réalisation particulier, la première partie de l’extrémité extérieure présente un trou coaxial à l’alésage et de plus grand diamètre que l’alésage de sorte à pouvoir être traversée par le piton sans recevoir aucune contrainte de ce dernier lorsque le piton est chassé dans l’alésage.In a particular embodiment, the first portion of the outer end has a hole coaxial with the bore and larger diameter than the bore so that it can be crossed by the bolt without receiving any constraint of this last when the piton is hunted in the bore.

[0005] De préférence, les première et deuxième parties de l’extrémité extérieure adhèrent l’une à l’autre par une liaison par thermocompression, une liaison par polymère ou une liaison eutectique.Preferably, the first and second parts of the outer end adhere to each other by a thermocompression bond, a polymer bond or a eutectic bond.

[0006] Ledit matériau fragile comprend par exemple du silicium, du verre, du quartz, du diamant, du carbure de bore ou du carbure de silicium.[0006] Said fragile material comprises, for example, silicon, glass, quartz, diamond, boron carbide or silicon carbide.

[0007] La deuxième partie de l’extrémité extérieure est par exemple en un matériau comprenant de l’or, du nickel, du nickel-phosphore, du cuivre-béryllium ou un autre alliage cuivreux.The second portion of the outer end is for example a material comprising gold, nickel, nickel-phosphorus, copper-beryllium or other cuprous alloy.

[0008] La présente invention propose également un assemblage d’un spiral d’horlogerie et d’un piton pour un mouvement d’horlogerie, le spiral comprenant une extrémité intérieure, une extrémité extérieure et, entre ces deux extrémités, des spires faites dans un matériau fragile, caractérisé en ce que l’extrémité extérieure comprend une première partie faite dans ledit matériau fragile et une deuxième partie faite en métal adhérant l’une à l’autre, et en ce que l’extrémité extérieure est montée sur le piton par chassage du piton dans un alésage de la deuxième partie.The present invention also proposes an assembly of a clockwork hairspring and a pin for a watch movement, the hairspring comprising an inner end, an outer end and, between these two ends, turns made in a fragile material, characterized in that the outer end comprises a first part made in said fragile material and a second part made of metal adhering to each other, and in that the outer end is mounted on the peak by driving the piton in a bore of the second part.

[0009] Selon un mode de réalisation particulier, la première partie de l’extrémité extérieure est traversée par le piton sans recevoir aucune contrainte de ce dernier.According to a particular embodiment, the first portion of the outer end is traversed by the pin without receiving any constraint of the latter.

[0010] La présente invention propose également un mouvement d’horlogerie comprenant un spiral ou un assemblage tel que défini ci-dessus.The present invention also provides a watch movement comprising a hairspring or an assembly as defined above.

[0011] La présente invention propose enfin un procédé de fabrication d’un spiral d’horlogerie comprenant une extrémité intérieure, une extrémité extérieure et, entre ces deux extrémités, des spires faites dans un matériau fragile, caractérisé en ce qu’il comprend: - une première étape consistant à réaliser une première pièce faite dans ledit matériau fragile et comprenant les spires et une première partie de l’extrémité extérieure et une deuxième pièce faite en métal et présentant un alésage dans lequel peut être chassé un piton, et - une deuxième étape consistant à faire adhérer la première partie de l’extrémité extérieure et la deuxième pièce l’une à l’autre.The present invention finally proposes a method of manufacturing a watch winder comprising an inner end, an outer end and, between these two ends, turns made of a fragile material, characterized in that it comprises: a first step of making a first part made of said fragile material and comprising the turns and a first part of the outer end and a second part made of metal and having a bore into which a piton can be driven, and a second step of adhering the first portion of the outer end and the second part to one another.

[0012] Dans un mode de réalisation particulier, les première et deuxième étapes sont réalisées de telle sorte qu’un trou de la première partie de l’extrémité extérieure soit coaxial à l’alésage et de plus grand diamètre que l’alésage afin que ladite première partie puisse être traversée par le piton sans recevoir aucune contrainte de ce dernier lorsque le piton est chassé dans l’alésage.In a particular embodiment, the first and second steps are performed such that a hole of the first portion of the outer end is coaxial with the bore and larger diameter than the bore so that said first portion can be traversed by the pin without receiving any constraint of the latter when the pin is driven into the bore.

[0013] La première pièce peut être réalisée par gravure.The first piece can be made by etching.

[0014] La deuxième pièce peut, elle, être réalisée par croissance galvanique.The second piece can be made by galvanic growth.

[0015] La deuxième étape peut comprendre une opération de liaison par thermocompression, de liaison par polymère ou de liaison eutectique.The second step may comprise a bonding operation by thermocompression, polymer bonding or eutectic bonding.

[0016] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: la fig. 1 est une vue de dessus d’un spiral selon l’invention; la fig. 2 est une vue en coupe, suivant la ligne ll-ll de la fig. 1, de l’extrémité extérieure du spiral montée sur un piton; la fig. 3 est une vue en perspective de dessus de l’extrémité extérieure du spiral montée sur le piton; et la fig. 4 est une vue en perspective de dessous de l’extrémité extérieure du spiral montée sur le piton.Other features and advantages of the present invention will appear on reading the following detailed description with reference to the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a top view of a hairspring according to the invention; fig. 2 is a sectional view along the line 11-11 of FIG. 1, the outer end of the spiral mounted on a peak; fig. 3 is a perspective view from above of the outer end of the spiral mounted on the peak; and FIG. 4 is a perspective view from below of the outer end of the spiral mounted on the peak.

[0017] En référence aux fig. 1 à 4, un spiral 1 pour un organe régulateur balancier-spiral d’un mouvement d’horlogerie comprend des spires 2 s’étendant depuis une extrémité intérieure 3 jusqu’à une extrémité extérieure 4. L’extrémité intérieure 3 est jointe à une virole 5 (représentée seulement schématiquement) destinée à être montée sur l’axe du balancier. L’extrémité extérieure 4, destinée à être montée sur un piton 6 lui-même fixé sur un pont du mouvement par l’intermédiaire éventuellement d’un porte-piton mobile, comprend une première partie 7 et une deuxième partie 8 fixées l’une à l’autre.[0017] Referring to FIGS. 1 to 4, a hairspring 1 for a balance spring-balance member of a watch movement comprises turns 2 extending from an inner end 3 to an outer end 4. The inner end 3 is joined to a ferrule 5 (shown only schematically) intended to be mounted on the axis of the balance. The outer end 4, intended to be mounted on a peg 6 itself fixed on a bridge of the movement possibly via a mobile peg carrier, comprises a first part 7 and a second part 8 fixed one to the other.

[0018] Une unique pièce monolithique définit, dans un même plan, la virole 5, les spires 2 et la première partie 7 de l’extrémité extérieure 4. Cette pièce 2, 5, 7 est faite en un matériau fragile tel que le silicium et obtenue par gravure, par exemple par DRIE (Deep Reactive Ion Etching). Elle peut être recouverte d’une couche d’oxyde de silicium, par traitement thermique, pour notamment compenser les variations du module d’élasticité du spiral en fonction de la température. La première partie 7 de l’extrémité extérieure 4 présente une forme annulaire définissant en son centre un trou 9.A single monolithic piece defines, in the same plane, the shell 5, the turns 2 and the first part 7 of the outer end 4. This part 2, 5, 7 is made of a fragile material such as silicon and obtained by etching, for example by DRIE (Deep Reactive Ion Etching). It can be covered with a layer of silicon oxide, by heat treatment, in particular to compensate for the variations of the modulus of elasticity of the spiral as a function of temperature. The first part 7 of the outer end 4 has an annular shape defining in its center a hole 9.

[0019] La deuxième partie 8 de l’extrémité extérieure 4 est métallique, par exemple en or, nickel, nickel-phosphore, cuivre-béryllium ou autre alliage cuivreux. Elle peut être réalisée par croissance galvanique selon la technique LIGA. Le terme «métal», dans le cadre de la présente invention, signifie tout aussi bien un métal pur qu’un alliage comprenant un métal. Cette deuxième partie 8 présente une forme annulaire définissant en son centre un trou ou alésage 10 coaxial avec le trou 9 de la première partie 7.The second portion 8 of the outer end 4 is metallic, for example gold, nickel, nickel-phosphorus, copper-beryllium or other copper alloy. It can be made by galvanic growth according to the LIGA technique. The term "metal" in the context of the present invention means both a pure metal and an alloy comprising a metal. This second portion 8 has an annular shape defining at its center a hole or bore 10 coaxial with the hole 9 of the first portion 7.

[0020] Le diamètre de l’alésage 10 est légèrement inférieur au diamètre de la tige 11 du piton 6. Le diamètre du trou 9 est, lui, plus grand que le diamètre de l’alésage 10 et que le diamètre de la tige 11 du piton 6. De la sorte, la tige 11 du piton 6, de forme cylindrique à section circulaire, peut traverser l’extrémité extérieure 4 du spiral 1, totalement ou partiellement, en étant chassée dans l’alésage 10 et en passant dans le trou 9 sans contact avec la paroi dudit trou 9. Toutes les contraintes de chassage sont ainsi reçues exclusivement par la deuxième partie, métallique 8. La première partie 7, en matériau fragile, ne reçoit aucune contrainte du piton 6 et est ainsi préservée des risques de rupture.The diameter of the bore 10 is slightly smaller than the diameter of the rod 11 of the bolt 6. The diameter of the hole 9 is greater than the diameter of the bore 10 and the diameter of the rod 11 6. In this way, the rod 11 of the stud 6, cylindrical in shape with circular section, can pass through the outer end 4 of the spiral 1, totally or partially, being driven into the bore 10 and passing through the hole 9 without contact with the wall of said hole 9. All stresses are thus exclusively received by the second part, metal 8. The first part 7, fragile material receives no constraint of the pin 6 and is thus preserved risks a break.

[0021] Typiquement, le trou 9 et l’alésage 10 ont une forme cylindrique à section circulaire, comme représenté. En variante toutefois, ils peuvent avoir une autre forme, par exemple une forme à section ovale ou polygonale. Le «diamètre» est alors défini comme étant le diamètre du cercle (plus exactement du cylindre à section circulaire) inscrit dans l’alésage ou le trou.Typically, the hole 9 and the bore 10 have a cylindrical shape with a circular section, as shown. Alternatively, however, they may have another shape, for example an oval section or polygonal shape. The "diameter" is then defined as the diameter of the circle (more exactly of the cylinder with circular section) inscribed in the bore or the hole.

[0022] Les première et deuxième parties 7, 8 adhèrent l’une à l’autre, plus précisément sont fixées par un type de liaison que l’on utilise dans le domaine des MEMS (micro-electro-mechanical Systems), à savoir notamment une liaison par thermocompression («thermocompression bonding»), une liaison eutectique («eutectic bonding») ou une liaison par polymère («polymer bonding»). Ces types de liaison sont utilisés dans le cadre de techniques de microfabrication autorisant un très grand degré de précision dans le positionnement des pièces. Ainsi, les première et deuxième parties 7, 8 peuvent être positionnées l’une par rapport à l’autre très précisément.The first and second parts 7, 8 adhere to one another, more precisely are fixed by a type of connection that is used in the field of MEMS (micro-electro-mechanical systems), namely in particular thermocompression bonding, eutectic bonding or polymer bonding. These types of connections are used in the context of microfabrication techniques allowing a very high degree of precision in the positioning of parts. Thus, the first and second parts 7, 8 can be positioned relative to each other very precisely.

[0023] Selon un premier mode de réalisation, les première et deuxième parties 7, 8 sont fixées l’une à l’autre par thermocompression. La pièce définissant la virole 5, les spires 2 et la première partie 7 de l’extrémité extérieure 4 est d’abord réalisée en silicium par DRIE et recouverte d’une couche d’oxyde de silicium, typiquement sur toutes ses surfaces. Ensuite, une sous-couche d’adhésion, par exemple en chrome, titane ou tantale, est déposée sur la face de la première partie 7 destinée à recevoir la deuxième partie 8. Puis une couche d’adhésion, typiquement en or, est déposée sur la sous-couche d’adhésion par PVD (physical vapour déposition) ou toute autre technique appropriée. Enfin, une pièce métallique, typiquement en or elle aussi, et réalisée par exemple par LIGA, est pressée contre la couche d’adhésion dans une atmosphère contrôlée et chauffée pour la faire adhérer à ladite couche. Cette pièce métallique constitue la deuxième partie 8. Dans une variante, la pièce métallique est multicouche et comprend par exemple une couche en or destinée à venir en contact avec la couche d’adhésion et une couche en un autre métal, par exemple le nickel.According to a first embodiment, the first and second parts 7, 8 are fixed to one another by thermocompression. The part defining the shell 5, the turns 2 and the first part 7 of the outer end 4 is first made of silicon by DRIE and covered with a silicon oxide layer, typically on all its surfaces. Then, an adhesion sub-layer, for example of chromium, titanium or tantalum, is deposited on the face of the first part 7 intended to receive the second part 8. Then an adhesion layer, typically made of gold, is deposited on the PVD (physical vapor deposition) adhesion sub-layer or any other suitable technique. Finally, a metal piece, typically made of gold, and made for example by LIGA, is pressed against the adhesion layer in a controlled atmosphere and heated to adhere to said layer. This metal part is the second part 8. In a variant, the metal part is multilayer and comprises for example a gold layer intended to come into contact with the adhesion layer and a layer of another metal, for example nickel.

Claims

According to a second embodiment, the first and second parts 7, 8 are fixed to one another by a polymer bond. The process is then similar to that described above with the exception that the adhesion sub-layer and the adhesion layer are replaced by a polymer layer. According to a third embodiment, the first and second parts 7, 8 are fixed to one another by a eutectic connection. The part defining the ferrule 5, the turns 2 and the first portion 7 is made of silicon by DRIE and at least the surface of the first portion 7 for receiving the second portion 8 is covered with no layer. The second part 8, typically made of gold, is then pressed against the first part 7 in a controlled and heated atmosphere, forming a silicon-gold eutectic alloy at the surface between the first and second parts 7, 8. [0026] The present invention thus allows a firm attachment of the outer end 4 of the spiral 1 to the stud 6 without risk of rupture of the silicon. Good mounting accuracy between the stud 6 and the hairspring 1 can be guaranteed by virtue of the fact that the first and second parts 7, 8 of the outer end 4 can be made and assembled by very precise microfabrication techniques. In particular, a good perpendicularity between the peak 6 and the spiral 1 can be obtained. In addition, the present invention does not require to individually introduce an intermediate piece in each hole 9 or to provide an intermediate fixing element of the clamp type or the like between the stud 6 and the outer end 4. The piece 2 , 5, 7 could however be made of a material other than silicon (or silicon coated silicon), for example glass, quartz, diamond, boron carbide or silicon carbide. The glass can be of different types, for example pyrex or borofloat (registered trademarks). The diamond, boron carbide or silicon carbide can be solid or cover a substrate, for example silicon. Although the embodiment described and illustrated is preferred, the second part 8 could have a greater height and the peak 6 could extend only through the second part 8, the first part 7 can then not not having a hole. claims

1. Watchmaking spiral comprising an inner end (3), an outer end (4) and, between these two ends, turns (2) made of a brittle material, characterized in that the outer end (4) comprises a first part (7) made of said fragile material and a second part (8) made of metal adhering to each other, the second part (8) having a bore (10) in which a stud can be driven ( 6).

2. Watchdog according to claim 1, characterized in that the first portion (7) of the outer end (4) has a hole (9) coaxial with the bore (10) and larger diameter than the boring (10) so that the bolt (6) can pass therethrough without receiving any stress therefrom when the bolt (6) is driven into the bore (10).

3. Watchmaking spiral according to claim 1 or 2, characterized in that the first and second parts (7, 8) of the outer end (4) adhere to each other by a thermocompression connection, a polymer bond or eutectic bond.

4. Watchdog according to one of claims 1 to 3, characterized in that said fragile material comprises silicon, glass, quartz, diamond, boron carbide or silicon carbide.

5. Watchmaking spiral according to one of claims 1 to 4, characterized in that the second portion (8) of the outer end (4) is made of a material comprising gold, nickel, nickel- phosphorus, or a cuprous alloy, such as copper-beryllium.

6. Assembly of a clockwork hairspring (1) and a peg (6) for a clockwork movement, the hairspring (1) comprising an inner end (3), an outer end (4) and, between these two ends, turns (2) made of a brittle material, characterized in that the outer end (4) comprises a first portion (7) made of said brittle material and a second portion (8) made of metal adhering l one to the other, and in that the outer end (4) is mounted on the stud (6) by driving the pin (6) in a bore (10) of the second portion (8).

7. Assembly according to claim 6, characterized in that the first portion (7) of the outer end (4) is traversed by the peak (6) without receiving any stress of the latter.

8. Assembly according to claim 6 or 7, characterized in that the first and second parts (7, 8) of the outer end (4) adhere to each other by a thermocompression bond, a polymer bond or a eutectic bond.

9. Assembly according to one of claims 6 to 8, characterized in that said fragile material comprises silicon, glass, quartz, diamond, boron carbide or silicon carbide.

10. Assembly according to one of claims 6 to 9, characterized in that the second portion (8) of the outer end (4) is a material comprising gold, nickel, nickel-phosphorus, or a cuprous alloy, such as copper-beryllium.

11. A watch movement comprising a hairspring (1) according to one of claims 1 to 5 or an assembly (1,6) according to one of claims 6 to 10.

12. A method of manufacturing a horological hairspring comprising an inner end (3), an outer end (4) and, between these two ends, turns (2) made of a brittle material, characterized in that comprises: - a first step of making a first part made of said fragile material and comprising the turns (2) and a first part (7) of the outer end (4) and a second part (8) made of metal and having a bore (10) in which a peg (6) can be driven, and - a second step of adhering the first part (7) of the outer end (4) and the second part (8) one to the other.

13. The method of claim 12, characterized in that the first and second steps are performed so that a hole (9) of the first portion (7) of the outer end (4) is coaxial with the bore (10) and larger diameter than the bore (10) so that said first portion (7) can be traversed by the stud (6) without receiving any constraint of the latter (6) is driven into the bore (10).

14. The method of claim 12 or 13, characterized in that the first piece (2, 7) is made by etching.

15. Method according to one of claims 12 to 14, characterized in that the second part (8) is made by galvanic growth.

16. Method according to one of claims 12 to 15, characterized in that the second step comprises a bonding operation by thermocompression, polymer bonding or eutectic bonding.