CH713329B1 - Method for assembling two parts of a timepiece component, in particular an escapement lever. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces d'un composant de mouvement (1) horloger. Chaque pièce comporte une face inférieure, une face supérieure et au moins une tranche latérale. Le procédé comporte les étapes suivantes : mise en contact des deux pièces (3, 5), une portion de la tranche de la première (3) de ces deux pièces étant appuyée contre une portion de la tranche de la deuxième pièce (5) ; positionnement des deux pièces (3, 5) l'une contre l'autre avant leur fixation, les deux pièces (3, 5) étant soit appuyées l'une contre l'autre par au moins une portion (50, 53) élastiquement déformable de la deuxième pièce (5), soit emboîtées l'une contre l'autre à la manière de pièces d'un puzzle, et fixation des deux pièces (3, 5) par oxydation thermique. L'invention concerne également un composant de mouvement horloger, notamment une ancre d'échappement horloger.The invention relates to a method for assembling two parts of a watch movement component (1). Each part comprises a lower face, an upper face and at least one side edge. The method comprises the following steps: bringing the two parts (3, 5) into contact, a portion of the edge of the first (3) of these two parts being pressed against a portion of the edge of the second part (5); positioning of the two parts (3, 5) against each other before their fixing, the two parts (3, 5) being either pressed against each other by at least one elastically deformable portion (50, 53) of the second part (5), or nested one against the other like pieces of a puzzle, and fixing of the two parts (3, 5) by thermal oxidation. The invention also relates to a watch movement component, in particular a watch escapement lever.
Description
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention concerne un procédé d'assemblage de deux pièces d'un composant de mouvement horloger, par exemple de composant horloger en silicium. The present invention relates to a method for assembling two parts of a watch movement component, for example a silicon watch component.
Etat de la techniqueState of the art
[0002] Le silicium est de plus en plus fréquemment employé pour la fabrication de composants mécaniques de haute précision, notamment pour la fabrication de composants de mouvements horlogers. Il est ainsi notamment employé pour la fabrication du spiral, de la roue d'échappement, de l'ancre d'échappement, et de nombreux autres composants. Par rapport aux métaux, il présente notamment l'avantage d'un poids et donc d'une inertie réduite et d'un faible coefficient de frottement avec lui-même. Les composants peuvent en outre être fabriqués avec des procédés de gravure bien maîtrisés qui permettent une précision et une reproductibilité élevées. [0002] Silicon is used more and more frequently for the manufacture of high-precision mechanical components, in particular for the manufacture of watch movement components. It is thus used in particular for the manufacture of the hairspring, the escape wheel, the escapement pallet, and many other components. Compared to metals, it has the particular advantage of a weight and therefore of reduced inertia and a low coefficient of friction with itself. The components can also be manufactured with well-mastered etching processes that allow high precision and reproducibility.
[0003] Ces procédés sont particulièrement adaptés à la fabrication de pièces plates obtenues à partir d'un wafer. Les mouvements horlogers emploient cependant une grande diversité de pièces de forme et de dimensions variées, dont certaines se laissent mal fabriquer par gravure à partir d'un wafer. A titre d'exemple, des pièces comportant plusieurs niveaux, en particulier des grandes pièces comportant des portions en saillie, sont difficiles ou coûteuses à fabriquer. [0003] These methods are particularly suitable for the manufacture of flat parts obtained from a wafer. However, watch movements use a wide variety of parts of various shapes and sizes, some of which cannot easily be manufactured by engraving from a wafer. By way of example, parts comprising several levels, in particular large parts comprising projecting portions, are difficult or expensive to manufacture.
[0004] Ainsi, l'ancre décrite dans la demande de brevet EP3037894A1, dont le contenu est incorporé par référence, comporte un pion de blocage anti-renversement qui s'étend au-dessus de la surface principale de l'ancre. Dans un mode de réalisation, ce pion est de matière avec l'ancre, ce qui implique une fabrication additive lente et coûteuse pour déposer l'épaisseur de matière du pion, ou une fabrication soustractive à partir d'un wafer très épais et le retrait de matière sur toute la surface de la pièce sauf au niveau du pion. Thus, the anchor described in patent application EP3037894A1, the content of which is incorporated by reference, comprises an anti-rollover locking pin which extends above the main surface of the anchor. In one embodiment, this pawn is made of material with the anchor, which involves slow and costly additive manufacturing to deposit the material thickness of the pawn, or subtractive manufacturing from a very thick wafer and the removal of material over the entire surface of the part except at the level of the pin.
[0005] Les éléments d'un composant au deuxième niveau, par exemple le pion de blocage anti-renversement, peuvent aussi être assemblés sur le premier niveau par exemple par collage ou assemblage au moyen d'éléments de fixation tels que des goupilles par exemple. Ces procédés nécessitent des opérations supplémentaires qui renchérissent le produit et introduisent en outre des jeux ou des erreurs de positionnement relatifs. [0005] The elements of a component on the second level, for example the anti-rollover locking pin, can also be assembled on the first level, for example by gluing or assembly by means of fixing elements such as pins for example. . These methods require additional operations which increase the cost of the product and also introduce clearances or relative positioning errors.
[0006] L'invention concerne un procédé d'assemblage d'éléments d'un composant. Parmi les méthodes qui peuvent être mises en oeuvre, EP2091861 divulgue un procédé de fabrication de pièce de micromécanique en silicium à plusieurs niveaux comportant une étape d'oxydation du silicium de deux pièces pour les relier entre elles. Le positionnement des pièces est effectué à l'aide de perçages ou de chevilles. Le procédé est limité à un assemblage de pièce superposées l'une sur l'autre avant leur extraction du wafer : il ne convient pas à un soudage dans un plan vertical. The invention relates to a method for assembling elements of a component. Among the methods that can be implemented, EP2091861 discloses a process for manufacturing micromechanical parts in silicon at several levels comprising a step of oxidation of the silicon of two parts to connect them together. The positioning of the parts is carried out using holes or dowels. The method is limited to an assembly of parts superimposed on one another before their extraction from the wafer: it is not suitable for welding in a vertical plane.
[0007] On connait aussi dans l'état de la technique des procédés d'assemblage de pièces en silicium par bonding thermique. A titre d'exemple, US5236118 décrit un procédé dans lequel deux wafers à assembler sont superposés dans un four. Après assemblage, les deux wafers sont découpés. Ce procédé nécessite un alignement précis des deux wafers, au moyen d'éléments d'alignement additionnels. Il convient uniquement à l'assemblage de pièces superposées l'une sur l'autre, mais pas à l'assemblage de pièces juxtaposées l'une à côté de l'autre. Par ailleurs, il provoque souvent une sous-utilisation d'un des wafers, notamment lorsque la surface occupée par un des niveaux est nettement plus petite que la surface occupée par le niveau principal. Enfin, les températures élevées mises en oeuvre pour le bonding provoquent souvent des dilatations et des déformations de composants. Pour ces différentes raisons, ce procédé semble peu adapté à la fabrication de composants d'un mouvement horloger. [0007] Processes for assembling silicon parts by thermal bonding are also known in the state of the art. By way of example, US5236118 describes a method in which two wafers to be assembled are superimposed in an oven. After assembly, the two wafers are cut. This process requires a precise alignment of the two wafers, by means of additional alignment elements. It is only suitable for assembling parts superimposed on each other, but not for assembling parts juxtaposed next to each other. Moreover, it often causes one of the wafers to be underused, in particular when the area occupied by one of the levels is markedly smaller than the area occupied by the main level. Finally, the high temperatures used for bonding often cause components to expand and deform. For these various reasons, this process does not seem well suited to the manufacture of components of a watch movement.
Bref résumé de l'inventionBrief summary of the invention
[0008] Un but de la présente invention est de proposer un procédé d'assemblage de composant horloger en plusieurs pièces, et un composant assemblé avec ce procédé. An object of the present invention is to provide a method for assembling a watch component in several parts, and a component assembled with this method.
[0009] En particulier, un but est de faciliter le positionnement des pièces à assembler avant leur fixation, pour des pièces juxtaposées l'une à côté de l'autre. [0009] In particular, one object is to facilitate the positioning of the parts to be assembled before they are fixed, for parts juxtaposed one next to the other.
[0010] Ces buts sont atteints notamment au moyen d'un procédé d'assemblage de deux pièces d'un composant horloger, chaque pièce comportant une face inférieure, une face supérieure et au moins une tranche latérale, le procédé comportant les étapes suivantes : mise en contact des deux pièces, une portion de la tranche de la première pièce de ces deux pièces étant appuyée contre une portion de la tranche de la deuxième pièce; positionnement des deux pièces l'une contre l'autre avant leur fixation, et fixation des deux pièces par oxydation thermique. Selon l'invention, les deux pièces sont soit appuyées l'une contre l'autre par au moins une portion élastiquement déformable de la deuxième pièce, soit emboîtées l'une contre l'autre à la manière de pièces d'un puzzle.[0010] These objects are achieved in particular by means of a method of assembling two parts of a watch component, each part comprising a lower face, an upper face and at least one side edge, the method comprising the following steps: bringing the two parts into contact, a portion of the edge of the first part of these two parts being pressed against a portion of the edge of the second part; positioning of the two parts against each other before their fixing, and fixing of the two parts by thermal oxidation. According to the invention, the two pieces are either pressed against each other by at least one elastically deformable portion of the second piece, or nested against each other like pieces of a puzzle.
[0011] La fixation par oxydation thermique peut si nécessaire être effectuée à relativement basse température, par exemple à une température entre 1050 et 1200 degrés Celsius, et/ou dans une atmosphère enrichie en oxygène, afin de réduire le risque de déformation par la chaleur. [0011] The fixing by thermal oxidation can if necessary be carried out at relatively low temperature, for example at a temperature between 1050 and 1200 degrees Celsius, and/or in an oxygen-enriched atmosphere, in order to reduce the risk of deformation by heat. .
[0012] Au moins une des pièces peut être à base de silicium, par exemple en silicium. [0012] At least one of the parts may be based on silicon, for example silicon.
[0013] La fixation peut consister en un soudage des deux pièces dont les couches d'oxyde se mélangent et fusionnent. [0013] The fixing may consist of welding the two parts, the oxide layers of which mix and fuse.
[0014] La fixation peut aussi consister en un serrage des deux pièces entre lesquelles un jeu a été rempli par des couches d'oxyde. [0014] The fixing can also consist of tightening the two parts between which a clearance has been filled by layers of oxide.
[0015] L'oxydation thermique peut être obtenue en plaçant les deux pièces dans une enceinte chauffée et/ou enrichie en oxygène. Les deux pièces sont maintenues dans cette enceinte pendant une durée déterminée. [0015] Thermal oxidation can be obtained by placing the two parts in a heated and/or oxygen-enriched enclosure. The two pieces are kept in this enclosure for a fixed period.
[0016] Cette durée peut être déterminée de manière à ce que la couche d'oxyde produite compense la variation du module de Young du silicium en fonction de la température. [0016] This duration can be determined so that the oxide layer produced compensates for the variation in the Young's modulus of the silicon as a function of the temperature.
[0017] La deuxième pièce peut comporter une portion d'appui rigide. La première pièce peut être appuyée contre cette portion d'appui rigide par au moins une portion élastiquement déformable de la première ou deuxième pièce. [0017] The second part may comprise a rigid support portion. The first part can be pressed against this rigid bearing portion by at least one elastically deformable portion of the first or second part.
[0018] La deuxième pièce peut comporter deux portions élastiquement déformables agencées pour tirer et/ou repousser la première pièce en position. [0018] The second part may comprise two elastically deformable portions arranged to pull and/or push the first part into position.
[0019] L'étape de mise en contact des deux pièces peut se faire par clipsage par ladite au moins une portion élastiquement déformable. [0019] The step of bringing the two parts into contact can be done by clipping through said at least one elastically deformable portion.
[0020] Le procédé peut comporter une étape de fabrication d'au moins une des pièces par superposition d'au moins deux sous-pièces ou par gravage d'une pièce, de manière à créer une pièce à plusieurs niveaux. [0020] The method may include a step of manufacturing at least one of the parts by superimposing at least two sub-parts or by etching a part, so as to create a part with several levels.
[0021] Une des pièces peut être fabriquée par superposition de deux sous-pièces, par exemple afin de produire une pièce plus épaisse que l'autre. [0021] One of the parts can be manufactured by superimposing two sub-parts, for example in order to produce one part that is thicker than the other.
[0022] Cette solution est par exemple adaptée à la fabrication d'au moins une partie d'une ancre d'échappement horloger à partir de deux pièces, dont l'une, plus épaisse, porte un pion de blocage anti-renversement. [0022] This solution is for example suitable for the manufacture of at least part of a watchmaker's escapement anchor from two parts, one of which, thicker, carries an anti-rollover locking pin.
[0023] Cette solution est aussi adaptée à la fixation d'une virole sur un spiral en silicium. [0023] This solution is also suitable for attaching a ferrule to a silicon hairspring.
[0024] L'invention a aussi pour objet un composant de mouvement horloger comportant : une première pièce; une deuxième pièce; chaque dite pièce comportant une face inférieure, une face supérieure et au moins une tranche latérale ; une portion de la tranche de la première pièce étant agencé contre une portion de la tranche de la deuxième pièce. Les première et deuxième pièces sont soit appuyées l'une contre l'autre par au moins une portion élastiquement déformable de la deuxième pièce (5), soit emboîtées l'une contre l'autre à la manière de pièces d'un puzzle. Les première et deuxième pièces sont fixées ensemble par oxydation thermique.The invention also relates to a watch movement component comprising: a first part; a second room; each said part comprising a lower face, an upper face and at least one side edge; a portion of the edge of the first part being arranged against a portion of the edge of the second part. The first and second parts are either pressed against each other by at least one elastically deformable portion of the second part (5), or nested against each other like pieces of a puzzle. The first and second parts are fixed together by thermal oxidation.
[0025] Au moins une des pièces peut être à base de silicium. [0025] At least one of the parts may be based on silicon.
[0026] La deuxième pièce peut comporter deux portions élastiquement déformables qui sont agencées pour tirer et/ou repousser la première pièce en position. The second part may comprise two elastically deformable portions which are arranged to pull and/or push the first part into position.
[0027] La première pièce peut être clipsée entre les deux portions élastiquement déformables de la deuxième pièce. The first part can be clipped between the two elastically deformable portions of the second part.
[0028] Une des première et deuxième pièces peut être plus épaisse que l'autre. One of the first and second parts can be thicker than the other.
[0029] Une des première et deuxième pièces peut comporter deux niveaux. [0029] One of the first and second parts may comprise two levels.
[0030] Le composant peut être recouvert par une couche d'oxyde de silicium d'au moins 0,5 micromètres et déterminée de manière à compenser la variation du module de Young de la pièce à base de silicium en fonction de la température. [0030] The component may be covered by a layer of silicon oxide of at least 0.5 micrometers and determined so as to compensate for the variation in the Young's modulus of the silicon-based part as a function of the temperature.
[0031] Une ancre d'échappement peut comporter le composant selon l'invention [0031] An escape anchor may include the component according to the invention
Brève description des figuresBrief description of figures
[0032] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : • La figure 1 illustre une vue d'une ancre d'échappement horloger réalisée par assemblage de deux pièces. • La figure 2 est un agrandissement d'une portion de l'ancre de la figure 1. • La figure 3 illustre un autre mode de réalisation d'un composant produit par assemblage de deux pièces.Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which: FIG. 1 illustrates a view of a watchmaker's escapement pallet made by assembling two parts. • Figure 2 is an enlargement of a portion of the anchor of Figure 1. • Figure 3 illustrates another embodiment of a component produced by assembling two parts.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'inventionExample(s) of embodiment of the invention
[0033] Un mode de réalisation de l'invention va être décrit de façon plus détaillée à l'aide des figures 1 et 2. Il concerne une ancre d'échappement horloger 1, d'un type similaire à celui de l'ancre décrite dans la demande de brevet déjà mentionnée EP3037894A1. Le fonctionnement de cette ancre 1 n'est pas indispensable à la compréhension de la présente invention et ne sera donc pas détaillé. Il suffit de décrire que cette ancre 1 ne comporte pas de pivot, mais des bras flexibles 10, 11 formant un mécanisme flexible pour permettre à l'ancre d'osciller sans frottement autour de l'axe de rotation 13. Des palettes 7 intégrées collaborent avec une ou des roues d'échappement afin d'entretenir les oscillations d'un ensemble balancier-spiral. L'ancre est avantageusement réalisée à base de silicium. De manière conventionnelle, ses parois peuvent être oxydées de manière à la rendre plus résistante. An embodiment of the invention will be described in more detail with the aid of Figures 1 and 2. It relates to a watchmaker's escapement anchor 1, of a type similar to that of the anchor described in the already mentioned patent application EP3037894A1. The operation of this anchor 1 is not essential to the understanding of the present invention and will therefore not be detailed. It suffices to describe that this anchor 1 does not have a pivot, but flexible arms 10, 11 forming a flexible mechanism to allow the anchor to oscillate without friction around the axis of rotation 13. Integrated pallets 7 collaborate with one or more escape wheels in order to sustain the oscillations of a balance-spring assembly. The anchor is advantageously made from silicon. Conventionally, its walls can be oxidized to make it more resistant.
[0034] Le composant 1 comporte deux niveaux. Le premier niveau constitue l'ancre proprement dite ainsi que les bras 10 qui lui permettent de pivoter. Les bras 11 permettent de contrôler la raideur angulaire de l'ancre. Le deuxième niveau comporte uniquement un pion de blocage anti-renversement 8 destiné à collaborer avec un autre composant du mouvement pour éviter le renversement de l'ancre en cas de choc. [0034] Component 1 has two levels. The first level constitutes the actual anchor as well as the arms 10 which allow it to pivot. The arms 11 make it possible to control the angular stiffness of the anchor. The second level comprises only an anti-overturning blocking pin 8 intended to collaborate with another component of the movement to prevent the overturning of the anchor in the event of an impact.
[0035] L'ancre 1 est constituée dans cet exemple de deux pièces 3, 5 juxtaposées et fixées l'une à l'autre. La pièce 5 est la plus grande et comporte les palettes, la fourchette et les lames flexibles. La pièce 3 est plus petite et sa fonction principale est de porter le pion de blocage anti-renversement 8, sur le deuxième niveau. La pièce 3 peut être fabriquée en une seule pièce; dans un mode de réalisation, elle est fabriquée par assemblage de deux pièces superposées et soudées ou collées l'une à l'autre, ou par gravure à partir d'une pièce plus épaisse comportant plusieurs niveaux. La pièce 3 peut par exemple être fabriquée par bonding de deux wafers découpés séparément. Comme sa surface est réduite, la fabrication d'une pièce à deux niveaux est moins coûteuse et utilise relativement plus efficacement la surface des wafers constituant chaque niveau. The anchor 1 consists in this example of two parts 3, 5 juxtaposed and fixed to one another. Part 5 is the largest and has the paddles, fork and flexible blades. Part 3 is smaller and its main function is to carry the anti-rollover blocking pin 8, on the second level. Part 3 can be made in one piece; in one embodiment, it is manufactured by assembling two parts superimposed and welded or glued to one another, or by engraving from a thicker part comprising several levels. Part 3 can for example be manufactured by bonding two wafers cut separately. As its surface is reduced, the manufacture of a part with two levels is less expensive and relatively more efficiently uses the surface of the wafers constituting each level.
[0036] La pièce 3 est maintenue appuyée contre une portion 52 de la pièce grâce à la lame élastique 50 intégrée à la pièce 5 et qui la repousse. Dans cet exemple, une extrémité de la lame élastique 50 est flottante tandis que l'autre extrémité est liée au reste de la pièce 5, délimitant un espace 51 entre la lame 50 et le reste de la pièce. La forme de la lame élastique est allongée. The part 3 is held pressed against a portion 52 of the part thanks to the elastic blade 50 integrated into the part 5 and which pushes it back. In this example, one end of the elastic blade 50 is floating while the other end is linked to the rest of the part 5, delimiting a space 51 between the blade 50 and the rest of the part. The shape of the elastic blade is elongated.
[0037] Il est aussi possible de prévoir plusieurs lames élastiques 50, 53 qui tirent et/ou repoussent la pièce 3 en position. Une lame élastique pourrait être intégrée à la plus petite des pièces. It is also possible to provide several elastic strips 50, 53 which pull and/or push the part 3 into position. An elastic blade could be integrated into the smallest of the parts.
[0038] Dans un mode de réalisation non illustré, il est aussi envisageable de fixer deux pièces emboîtées l'une contre l'autre à la manière de pièces d'un puzzle, sans lame élastique. [0038] In an embodiment not illustrated, it is also possible to fix two pieces nested one against the other like pieces of a puzzle, without an elastic blade.
[0039] L'assemblage des deux pièces 3, 5 l'une contre l'autre est rendu permanent en les fixant par oxydation thermique, typiquement par soudage, de manière à créer une couche d'oxyde de silicium amorphe sur la surface des deux pièces. Ces deux couches peuvent fusionner entre elles. L'oxydation thermique peut être obtenue en plaçant les deux pièces dans un four et/ou dans une atmosphère enrichie en oxygène. L'épaisseur de la couche d'oxyde sur chacune des pièces est supérieure à l'épaisseur de l'oxyde natif; elle peut être déterminée de manière à satisfaire également d'autres exigences, par exemple afin de compenser la variation du module d'Young en fonction de la température, et/ou de rendre les pièces 3, 5 plus solides. Dans un mode de réalisation, cette épaisseur est comprise entre 0,5 et 2 microns. The assembly of the two parts 3, 5 against each other is made permanent by fixing them by thermal oxidation, typically by welding, so as to create a layer of amorphous silicon oxide on the surface of the two rooms. These two layers can merge together. Thermal oxidation can be achieved by placing the two parts in an oven and/or in an oxygen-enriched atmosphere. The thickness of the oxide layer on each of the parts is greater than the thickness of the native oxide; it can be determined so as to also satisfy other requirements, for example in order to compensate for the variation in Young's modulus as a function of temperature, and/or to make the parts 3, 5 stronger. In one embodiment, this thickness is between 0.5 and 2 microns.
[0040] La figure 3 illustre un autre procédé d'assemblage de deux pièces 3, 5. Dans cet exemple, la pièce 3 est maintenue en position entre deux lames élastiques 51, 53 qui serrent la portion 6 de la pièce 3 de chaque côté. La pièce 3 est ainsi clipsée entre les lames 50, 53, en déformant ces deux lames qui s'écartent en direction des ouvertures 51, 54. On pourrait aussi avoir un clipsage avec une seule lame flexible. Les lames 50, 53 sont ici liées à leurs deux extrémités au reste de la pièce 5; il serait aussi possible d'utiliser des lames dont une extrémité est flottante. La liaison est rendue permanente par oxydation thermique des deux pièces, après l'assemblage. [0040] Figure 3 illustrates another method of assembling two parts 3, 5. In this example, part 3 is held in position between two elastic blades 51, 53 which clamp portion 6 of part 3 on each side . Part 3 is thus clipped between the blades 50, 53, by deforming these two blades which move apart in the direction of the openings 51, 54. One could also have clipping with a single flexible blade. Blades 50, 53 are here linked at their two ends to the rest of part 5; it would also be possible to use blades whose one end is floating. The bond is made permanent by thermal oxidation of the two parts, after assembly.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AZW | Rejection (application) |