CH715668A2 - Watch component in micro-machinable material and method of manufacturing such a component. - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un composant horloger (2a,2b) en matériau micro-usinable caractérisé en ce qu'il comprend au moins une partie de surface de matériau micro-usinable lissée comprenant une couche d'oxyde d'épaisseur supérieure à 1 micromètre pour augmenter sa résistance mécanique. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel composant horloger, dans lequel on réalise une pièce formant une ébauche du composant horloger à partir d'un matériau micro-usinable, comprenant une étape de lissage d'au moins une partie de la surface de la pièce, et une étape de renforcement mécanique de la pièce par la formation sur ladite au moins une partie de la surface de la pièce d'une couche d'oxyde d'épaisseur supérieure à 1 micromètre.The invention relates to a timepiece component (2a, 2b) made of micro-machinable material, characterized in that it comprises at least one surface part of smoothed micro-machinable material comprising an oxide layer of thickness greater than 1 micrometer for increase its mechanical resistance. The invention also relates to a method of manufacturing such a timepiece component, in which a part forming a blank of the timepiece component is produced from a micro-machinable material, comprising a step of smoothing at least part of the surface of the part, and a step of mechanical reinforcement of the part by the formation on said at least part of the surface of the part of an oxide layer of thickness greater than 1 micrometer.

Description

[0001] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant horloger à partir d'un matériau micro-usinable, par exemple du silicium. Elle concerne aussi un composant horloger, et un mouvement horloger et une pièce d'horlogerie comprenant un tel composant horloger. [0001] The invention relates to a method of manufacturing a watch component from a micromachinable material, for example silicon. It also relates to a horological component, and to a horological movement and a timepiece comprising such a horological component.

[0002] Le silicium est un matériau présentant de multiples avantages pour la fabrication de composants horlogers. Il permet d'une part la fabrication simultanée d'un grand nombre de pièces de petite taille, avec une précision micrométrique. D'autre part, il a une faible densité et un caractère diamagnétique. Ce matériau présente toutefois un inconvénient : il ne possède pas, ou peu, de domaine de déformation plastique, ce qui en fait un matériau au comportement fragile. Une sollicitation mécanique ou un choc peuvent ainsi conduire à une rupture du composant sans déformation préalable. La manipulation des composants horlogers en silicium, notamment lors de leur fabrication et de leur assemblage, s'avère donc particulièrement délicate. [0002] Silicon is a material having multiple advantages for the manufacture of watch components. On the one hand, it allows the simultaneous manufacture of a large number of small parts, with micrometric precision. On the other hand, it has a low density and a diamagnetic character. However, this material has a drawback: it has little or no plastic deformation domain, which makes it a material with fragile behavior. A mechanical stress or a shock can thus lead to a rupture of the component without prior deformation. The handling of watch components made of silicon, in particular during their manufacture and assembly, is therefore particularly delicate.

[0003] La fragilité des composants horlogers en silicium est accentuée par leur découpage dans un substrat de silicium, généralement réalisé par une technique de gravure profonde, par exemple par gravure réactive ionique profonde DRIE (de l'anglais „Deep Reactive Ion Etching“). Une spécificité de ce type de gravure est de former des ouvertures ayant des flancs légèrement ridés qui présentent en surface des défauts sous la forme de vaguelettes (en anglais „scalloping“) ou sous la forme de piqûres. Il en résulte une certaine rugosité des flancs gravés qui affaiblit la résistance mécanique du composant. En outre, ces défauts présents en surface des flancs peuvent générer des amorces de fissure, notamment en cas de sollicitation mécanique, et mener à la casse du composant sous des contraintes inférieures à la résistance usuelle du matériau. [0003] The fragility of watch components made of silicon is accentuated by their cutting in a silicon substrate, generally carried out by a deep etching technique, for example by deep ionic reactive etching DRIE (from the English "Deep Reactive Ion Etching") . One specific feature of this type of etching is that it forms openings having slightly wrinkled sides which have surface defects in the form of scalloping or in the form of pitting. This results in a certain roughness of the etched sides which weakens the mechanical strength of the component. In addition, these defects present on the surface of the sidewalls can generate the initiation of cracking, in particular in the event of mechanical stress, and lead to the component breaking under stresses lower than the usual resistance of the material.

[0004] Pour améliorer les propriétés mécaniques des composants horlogers en silicium, plusieurs approches ont déjà été proposées. [0004] To improve the mechanical properties of watch components made of silicon, several approaches have already been proposed.

[0005] Une première approche, décrite dans le document EP1904901, consiste à former une couche d'oxyde de silicium par oxydation thermique du silicium à une température comprise entre 900°C et 1200°C. La couche d'oxyde formée résulte d'une conversion du silicium en surface du composant en oxyde de silicium. Ce document précise que cette couche est d'au moins 5 nm et reste inférieure strictement à 1 micron en pratique. A first approach, described in document EP1904901, consists in forming a layer of silicon oxide by thermal oxidation of silicon at a temperature between 900 ° C and 1200 ° C. The oxide layer formed results from a conversion of the silicon on the surface of the component into silicon oxide. This document specifies that this layer is at least 5 nm and remains strictly less than 1 micron in practice.

[0006] Le document EP2277822 décrit une variante de cette première approche, dans laquelle la couche d'oxyde formée est ensuite dissoute. La formation de la couche d'oxyde de silicium puis sa dissolution permettent de retirer la couche en surface du silicium comportant une partie des défauts et/ou amorces de fissures et d'arrondir les rugosités. Cette solution consiste finalement à réaliser un lissage de la surface du silicium dit par oxydation - désoxydation. [0006] Document EP2277822 describes a variant of this first approach, in which the oxide layer formed is then dissolved. The formation of the silicon oxide layer and then its dissolution make it possible to remove the surface layer of silicon comprising some of the defects and / or the initiation of cracks and to round off the roughness. This solution finally consists in carrying out a smoothing of the silicon surface called by oxidation - deoxidation.

[0007] Ces deux solutions, qui appliquent la première approche pour l'oxydation, présentent l'inconvénient de consommer du silicium et de modifier les dimensions initiales de l'ébauche en silicium du composant horloger. [0007] These two solutions, which apply the first approach for oxidation, have the drawback of consuming silicon and of modifying the initial dimensions of the silicon blank of the watch component.

[0008] Une deuxième approche décrite dans le document „Silicon Profile Transformation and Sidewall Roughness Réduction Using Hydrogen Annealing“ de Lee & al. (IEEE, 2005), repose sur une solution de lissage de flancs de composants en silicium dans un domaine éloigné de l'horlogerie au moyen d'un traitement à l'hydrogène. La migration du silicium est favorisée par l'hydrogène et la température, et permet de lisser les défauts de surface des flancs sans consommer de silicium, donc sans affecter les dimensions initiales du composant. L'efficacité d'une telle approche est toutefois controversée et elle a surtout été développée dans le but de former des structures tridimensionnelles arrondies/sphériques dans le silicium. [0008] A second approach described in the document "Silicon Profile Transformation and Sidewall Roughness Reduction Using Hydrogen Annealing" by Lee et al. (IEEE, 2005), is based on a solution for smoothing the sides of silicon components in a field remote from watchmaking by means of a hydrogen treatment. The migration of silicon is favored by hydrogen and temperature, and makes it possible to smooth out the surface defects of the flanks without consuming silicon, and therefore without affecting the initial dimensions of the component. The effectiveness of such an approach is however controversial and it was mainly developed with the aim of forming rounded / spherical three-dimensional structures in silicon.

[0009] Cette solution a été appliquée au domaine horloger dans le but d'arrondir les arêtes vives de pièces découpées dans divers matériaux, comme décrit dans le document CH702431. [0009] This solution has been applied to the watchmaking field in order to round off the sharp edges of parts cut from various materials, as described in document CH702431.

[0010] La présente invention propose une solution améliorée de renforcement d'un composant horloger à partir d'un matériau micro-usinable, par exemple du silicium. [0010] The present invention proposes an improved solution for reinforcing a watch component from a micromachinable material, for example silicon.

[0011] A cet effet, l'invention repose sur un procédé de fabrication d'un composant horloger, dans lequel on réalise une pièce formant une ébauche du composant horloger à partir d'un matériau micro-usinable, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de lissage d'au moins une partie de la surface de la pièce, et en ce qu'il comprend une étape de formation sur ladite au moins une partie de la surface de la pièce d'une couche d'oxyde d'épaisseur supérieure à 1 micromètre, voire supérieure ou égale à 2 micromètres, voire supérieure ou égale à 2,5 micromètres, voire supérieure ou égale à 3 micromètres, voire supérieure ou égale à 3,2 micromètres, pour renforcer le composant horloger. To this end, the invention is based on a method of manufacturing a watch component, in which a part is produced forming a blank of the watch component from a micro-machinable material, characterized in that it comprises a step of smoothing at least part of the surface of the part, and in that it comprises a step of forming on said at least part of the surface of the part an oxide layer of thickness greater than 1 micrometer, or even greater than or equal to 2 micrometers, or even greater than or equal to 2.5 micrometers, or even greater than or equal to 3 micrometers, or even greater than or equal to 3.2 micrometers, to reinforce the watch component.

[0012] L'invention porte aussi sur un composant horloger en tant que tel obtenu par un tel procédé. The invention also relates to a watch component as such obtained by such a method.

[0013] L'invention est précisément définie par les revendications. [0013] The invention is precisely defined by the claims.

[0014] L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de modes de réalisation particuliers d'un procédé de fabrication d'un composant horloger faits à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : <tb><SEP>La figure 1 représente la résistance obtenue sur différents lots de composants horlogers pour plusieurs épaisseurs de revêtement par une couche d'oxyde. <tb><SEP>La figure 2 représente la résistance obtenue sur différents lots de composants horlogers, mettant en évidence les résultats positifs obtenus par la mise en œuvre d'un mode de réalisation de l'invention. <tb><SEP>La figure 3 représente un dispositif de régulateur d'un mouvement horloger en vue de dessus, comprenant des composants horlogers selon un mode de réalisation de l'invention. <tb><SEP>La figure 4 représente le dispositif de régulateur d'un mouvement horloger en coupe. <tb><SEP>La figure 5 représente un mobile de bloqueur du dispositif de régulateur selon un mode de réalisation de l'invention.The invention will be better understood with the aid of the following description of particular embodiments of a method of manufacturing a watch component made without limitation in relation to the accompanying figures, among which: <tb> <SEP> FIG. 1 represents the resistance obtained on different batches of watch components for several coating thicknesses with an oxide layer. <tb> <SEP> FIG. 2 represents the resistance obtained on different batches of watch components, showing the positive results obtained by the implementation of an embodiment of the invention. <tb> <SEP> FIG. 3 represents a device for regulating a watch movement in top view, comprising watch components according to one embodiment of the invention. <tb> <SEP> FIG. 4 represents the regulator device of a watch movement in section. <tb> <SEP> FIG. 5 represents a blocker mobile of the regulator device according to one embodiment of the invention.

[0015] Le concept de l'invention consiste à renforcer un composant horloger réalisé à partir d'un matériau micro-usinable à l'aide d'une couche d'oxyde épaisse, c'est-à-dire présentant notamment une épaisseur nettement supérieure aux épaisseurs choisies par les solutions de l'état de la technique, en combinaison avec un lissage du composant. Les solutions existantes de renforcement d'un composant en silicium à l'aide d'une couche d'oxyde appliquent en pratique une épaisseur d'oxyde strictement inférieure à 1 µm. L'obtention d'une telle épaisseur d'oxyde est chronophage, nécessitant typiquement une nuit de traitement, et entraîne une modification des dimensions du composant. The concept of the invention consists in reinforcing a watch component made from a micromachinable material using a thick oxide layer, that is to say having in particular a thickness clearly greater than the thicknesses chosen by the solutions of the state of the art, in combination with a smoothing of the component. The existing solutions for reinforcing a silicon component using an oxide layer apply in practice an oxide thickness strictly less than 1 μm. Obtaining such an oxide thickness is time-consuming, typically requiring overnight treatment, and results in a modification of the dimensions of the component.

[0016] Des essais comparatifs consistant à faire varier l'épaisseur de la couche d'oxyde, notamment au-delà de la limite de 1 µm, ont été réalisés sur des éprouvettes de flexion trois points. En remarque, en raison du caractère fragile de la matière, les mêmes traitements de renforcement aboutissent à des résultats différents d'un composant horloger à un autre identique subissant a priori les mêmes contraintes. Pour cette raison, il est nécessaire de procéder à des tests sur des lots de composants identiques, puis d'en faire une analyse statistique pour constater ou non un effet. La figure 1 représente les résultats obtenus pour quatre lots avec une épaisseur d'oxyde respectivement égale à 0.3 µm, 1 µm, 2,6 µm, et 3 µm. La résistance à la rupture de chaque composant de chaque lot a été mesurée. Il apparaît que la résistance à la rupture moyenne augmente très légèrement avec l'augmentation de l'épaisseur jusqu'à atteindre l'épaisseur de 2,6 µm, puis se stabilise autour de 2000 MPa, sans amélioration pour l'épaisseur plus importante de 3 µm. La faible amélioration de la résistance à la rupture au regard de la forte augmentation de la durée de traitement nécessaire pour augmenter l'épaisseur de la couche d'oxyde rend cette approche finalement très peu intéressante. Autrement dit, l'effet des fortes épaisseurs n'est pas significativement efficace en regard du temps consacré à la réalisation de ces fortes épaisseurs et de la forte épaisseur de matériau impactée. [0016] Comparative tests consisting in varying the thickness of the oxide layer, in particular beyond the limit of 1 μm, were carried out on three-point bending specimens. As a note, due to the fragile nature of the material, the same reinforcement treatments lead to different results from one watch component to another identical one, subject a priori to the same constraints. For this reason, it is necessary to carry out tests on batches of identical components, then to make a statistical analysis to see or not an effect. FIG. 1 represents the results obtained for four batches with an oxide thickness respectively equal to 0.3 μm, 1 μm, 2.6 μm, and 3 μm. The tensile strength of each component of each batch was measured. It appears that the mean tensile strength increases very slightly with increasing thickness until reaching the thickness of 2.6 µm, then stabilizes around 2000 MPa, without improvement for the greater thickness of 3 µm. The small improvement in the breaking strength with regard to the large increase in the treatment time required to increase the thickness of the oxide layer ultimately makes this approach very unattractive. In other words, the effect of the large thicknesses is not significantly effective with regard to the time devoted to the production of these large thicknesses and the large thickness of material impacted.

[0017] Pour ces raisons, il n'a jamais été imaginé de mettre en œuvre une épaisseur d'oxyde supérieure à 1 µm. Ce premier préjugé a été vaincu par l'invention, dont le choix d'épaisseurs significativement augmentées et combinées à une étape préalable de lissage, qui sera précisé par la suite, a permis d'aboutir à des renforcements inattendus des composants horlogers. Il n'a jamais été combiné un lissage avec la formation d'une couche d'oxyde dans le cadre du renforcement mécanique d'un composant, considérant ces deux solutions comme des alternatives équivalentes. Ce deuxième préjugé a de même été vaincu par l'invention, qui va démontrer une grande amélioration apportée par la combinaison d'un lissage avec une couche d'oxyde. For these reasons, it was never imagined to implement an oxide thickness greater than 1 μm. This first prejudice has been overcome by the invention, in which the choice of thicknesses which are significantly increased and combined with a preliminary smoothing step, which will be specified later, made it possible to lead to unexpected reinforcements of the watch components. Smoothing has never been combined with the formation of an oxide layer as part of the mechanical reinforcement of a component, considering these two solutions as equivalent alternatives. This second prejudice has also been overcome by the invention, which will demonstrate a great improvement brought about by the combination of smoothing with an oxide layer.

[0018] Le procédé de fabrication d'un composant horloger selon l'invention comprend une première phase de fabrication d'une ébauche d'un composant horloger, de manière connue. Par exemple, cette phase peut comprendre une étape initiale consistant à se munir d'un substrat en matériau micro-usinable. Ce substrat est par exemple une plaquette (ou „wafer“ selon la terminologie anglo-saxonne) de silicium. Lors d'une étape suivante, on recouvre d'un revêtement protecteur la plaquette, notamment au moins une de ses deux faces dites supérieure et inférieure, par exemple par une résine photosensible. Le procédé se poursuit par une étape de formation d'un motif dans le revêtement protecteur. Le motif est réalisé en créant des ouvertures au travers de la couche de résine photosensible. Le revêtement protecteur ménageant des ouvertures constitue un masque de protection. Une étape de gravure de la plaquette de silicium à travers le masque de protection, notamment par gravure ionique réactive profonde DRIE („Deep Reactive Ion Etching“ selon la terminologie anglo-saxonne) permet ensuite de creuser des ouvertures dans le silicium au droit de la ou des ouverture(s) du masque, afin d'obtenir une ébauche de composant horloger en silicium. The method of manufacturing a watch component according to the invention comprises a first phase of manufacturing a blank of a watch component, in a known manner. For example, this phase can comprise an initial step consisting in providing a substrate made of micromachinable material. This substrate is for example a wafer (or “wafer” according to the English terminology) of silicon. In a following step, the wafer is covered with a protective coating, in particular at least one of its two so-called upper and lower faces, for example by a photosensitive resin. The process continues with a step of forming a pattern in the protective coating. The pattern is made by creating openings through the layer of photosensitive resin. The protective coating leaving openings constitutes a protective mask. A step of etching the silicon wafer through the protective mask, in particular by deep reactive ion etching DRIE ("Deep Reactive Ion Etching" according to English terminology) then makes it possible to dig openings in the silicon to the right of the or opening (s) of the mask, in order to obtain a blank for a silicon watch component.

[0019] L'invention s'intéresse à une deuxième phase de renforcement d'une telle ébauche de composant horloger, qui peut par ailleurs en variante être formé lors de la première phase par tout autre procédé que celui mentionné ci-dessus, par exemple par une technique de découpe laser. The invention relates to a second phase of reinforcement of such a timepiece component blank, which can moreover as a variant be formed during the first phase by any method other than that mentioned above, for example by a laser cutting technique.

[0020] Un premier mode de réalisation de l'invention consiste à mettre en œuvre une étape de lissage de l'ébauche de composant horloger, avant de former une couche d'oxyde épaisse. Une telle couche d'oxyde épaisse est formée sur tout ou partie de la surface de l'ébauche de composant horloger, de préférence sur toute sa surface, voire au moins 50%, voire 75%, de sa surface. Cette couche d'oxyde épaisse peut être réalisée par un procédé tel que décrit dans le document EP1904101, ou par tout autre procédé équivalent. L'étape de lissage de ce premier mode de réalisation comprend une étape d'oxydation et de désoxydation, par exemple telle que décrite dans le document EP2456714. Une phase d'oxydation - désoxydation peut par exemple comprendre une oxydation thermique à 1100°C durant 2h40, selon le procédé décrit dans le document EP1904101, suivie d'une dissolution à l'acide fluorhydrique de l'oxyde ainsi formé. [0020] A first embodiment of the invention consists in implementing a step of smoothing the timepiece component blank, before forming a thick oxide layer. Such a thick oxide layer is formed over all or part of the surface of the timepiece component blank, preferably over its entire surface, or even at least 50%, or even 75%, of its surface. This thick oxide layer can be produced by a method as described in document EP1904101, or by any other equivalent method. The smoothing step of this first embodiment comprises an oxidation and deoxidation step, for example as described in document EP2456714. An oxidation - deoxidation phase may for example comprise thermal oxidation at 1100 ° C. for 2 hours 40 minutes, according to the process described in document EP1904101, followed by dissolution in hydrofluoric acid of the oxide thus formed.

[0021] Un deuxième mode de réalisation avantageux de l'invention ajoute une sous-étape de lissage à l'hydrogène à une étape préalable de lissage par oxydation désoxydation telle que mentionnée ci-dessus, avant de former la couche d'oxyde épaisse de manière similaire au premier mode de réalisation. L'étape de lissage à l'hydrogène correspond à un traitement à l'hydrogène tel que décrit dans le document CH702431. Elle comprend un traitement de recuit de l'ébauche de composant horloger, ou au moins de sa surface traitée, dans une atmosphère réductrice sous des conditions de température et de pression adaptées pour provoquer la migration d'atomes de silicium à partir des arêtes vives, de manière à les arrondir. Selon un mode de réalisation, cette étape de lissage à l'hydrogène est réalisée à une température comprise entre 600°C et 1300°C et à une pression strictement supérieure à 100 Torr. En remarque, un lissage à l'hydrogène déplace les atomes de silicium, comme mentionné ci-dessus : en observant les arêtes, on constate que le lissage à l'hydrogène produit une sorte de renflement autour de l'arête, ce qui a pour effet indirect de les arrondir. A second advantageous embodiment of the invention adds a hydrogen smoothing sub-step to a prior step of smoothing by oxidation deoxidation as mentioned above, before forming the thick oxide layer of similar manner to the first embodiment. The hydrogen smoothing step corresponds to a treatment with hydrogen as described in document CH702431. It comprises an annealing treatment of the watch component blank, or at least of its treated surface, in a reducing atmosphere under temperature and pressure conditions suitable to cause the migration of silicon atoms from the sharp edges, so as to round them off. According to one embodiment, this hydrogen smoothing step is carried out at a temperature of between 600 ° C and 1300 ° C and at a pressure strictly greater than 100 Torr. As a side note, hydrogen smoothing moves the silicon atoms, as mentioned above: by observing the edges, we see that the hydrogen smoothing produces a kind of bulge around the edge, which has the effect of indirect effect of rounding them off.

[0022] Finalement, il apparait que d'autres modes de réalisation peuvent être mis en œuvre, comprenant toute étape intermédiaire de lissage de surface, notamment parmi un lissage par oxydation-désoxydation et/ou par une étape de lissage à l'hydrogène et/ou par une étape de lissage par traitement thermique, avant de former une couche d'oxyde épaisse. Finally, it appears that other embodiments can be implemented, comprising any intermediate step of surface smoothing, in particular from smoothing by oxidation-deoxidation and / or by a smoothing step with hydrogen and / or by a smoothing step by heat treatment, before forming a thick oxide layer.

[0023] Dans tous ces modes de réalisation, la couche d'oxyde épaisse présente une épaisseur de préférence supérieure à 1 µm, voire supérieure ou égale à 1,5 µm ou à 2 µm ou à 2,5 µm ou à 3 µm ou à 3,2 µm. La couche d'oxyde est avantageusement inférieure ou égale à 5 µm. Cette couche d'oxyde présente avantageusement une épaisseur constante. En variante, elle peut présenter une épaisseur variable. Dans ce cas, les valeurs précédentes s'appliquent à l'épaisseur moyenne, ou à la valeur médiane d'épaisseur. De plus, dans les modes de réalisation décrits, la couche d'oxyde épaisse a été obtenue par un procédé tel que décrit dans le document EP1904101, mais elle peut en variante être obtenue par tout autre procédé. In all these embodiments, the thick oxide layer has a thickness preferably greater than 1 μm, or even greater than or equal to 1.5 μm or to 2 μm or to 2.5 μm or to 3 μm or at 3.2 µm. The oxide layer is advantageously less than or equal to 5 μm. This oxide layer advantageously has a constant thickness. As a variant, it can have a variable thickness. In this case, the previous values apply to the average thickness, or to the median thickness value. In addition, in the embodiments described, the thick oxide layer has been obtained by a process as described in document EP1904101, but it can alternatively be obtained by any other process.

[0024] Afin de démontrer l'avantage du procédé de fabrication d'un composant horloger renforcé selon les modes de réalisation de l'invention décrits précédemment, des essais comparatifs ont été réalisés sur des éprouvettes de flexion trois points. En remarque, en raison du caractère fragile de la matière, les mêmes traitements de renforcement aboutissent à des résultats différents d'un composant horloger à un autre identique subissant a priori les mêmes contraintes. Pour cette raison, il est nécessaire de procéder à des tests sur des lots de composants identiques, puis d'en faire une analyse statistique pour constater ou non un effet. In order to demonstrate the advantage of the method for manufacturing a reinforced watch component according to the embodiments of the invention described above, comparative tests were carried out on three-point bending test specimens. As a note, due to the fragile nature of the material, the same reinforcement treatments lead to different results from one watch component to another identical one, subject a priori to the same constraints. For this reason, it is necessary to carry out tests on batches of identical components, then to make a statistical analysis to see or not an effect.

[0025] La figure 2 représente la résistance à la rupture de chaque pièce de chaque lot, ce qui permet de voir l'amplitude des résultats pour chaque lot. Pour chacun de ces lots, il est particulièrement intéressant d'observer la résistance à la rupture minimale, ainsi que la résistance à la rupture moyenne. [0025] FIG. 2 represents the breaking strength of each part of each batch, which makes it possible to see the amplitude of the results for each batch. For each of these batches, it is particularly interesting to observe the minimum breaking strength, as well as the average breaking strength.

[0026] Un premier lot (lot 1) de pièces est un lot de référence, qui ne met pas en œuvre l'invention. Ce lot comprend des pièces en silicium découpées par la méthode DRIE avec un premier équipement, sans aucun post-traitement. La résistance à la rupture moyenne est faible et le risque de rupture prématurée d'un composant est élevé, en raison de la contrainte à la rupture minimale mesurée inférieure à 500 MPa. A first batch (batch 1) of parts is a reference batch, which does not implement the invention. This lot includes silicon parts cut by the DRIE method with initial equipment, without any post-treatment. The average breaking strength is low and the risk of premature failure of a component is high, due to the minimum measured breaking stress of less than 500 MPa.

[0027] Le deuxième lot (lot 2) est un lot qui comprend des pièces en silicium similaires au lot 1, réalisées avec une découpe par la méthode DRIE avec un deuxième équipement, mais comprenant un traitement de renforcement par la croissance d'une couche d'oxyde de trois microns d'épaisseur, sans lissage. Ce deuxième lot est une expérience intermédiaire pour aboutir à l'invention, qui met en œuvre l'intérêt d'une couche d'oxyde épaisse. Il apparaît que la résistance à la rupture moyenne de ce deuxième lot est plus élevée, de l'ordre de 2000 MPa, et que la contrainte à la rupture minimale se situe au-dessus de 1500 MPa. The second batch (batch 2) is a batch which includes silicon parts similar to batch 1, produced with cutting by the DRIE method with a second equipment, but comprising a strengthening treatment by the growth of a layer oxide three microns thick, without smoothing. This second batch is an intermediate experiment leading to the invention, which implements the advantage of a thick oxide layer. It appears that the average breaking strength of this second batch is higher, of the order of 2000 MPa, and that the minimum breaking stress is above 1500 MPa.

[0028] Le troisième lot (lot 3) comprend des pièces en silicium similaires au lot 1, réalisées avec une découpe par la méthode DRIE avec un premier équipement, mais comprenant un traitement de renforcement par une étape intermédiaire de lissage par oxydation-désoxydation (croissance de 1 micron d'oxyde - dissolution HF) avant la croissance d'une couche d'oxyde de 2,87 microns d'épaisseur. Ce troisième lot correspond au premier mode de réalisation de l'invention mentionné précédemment. La résistance à la rupture moyenne est fortement augmentée (4000 MPa) par rapport au lot 2. The third batch (batch 3) comprises silicon parts similar to batch 1, produced with cutting by the DRIE method with a first equipment, but comprising a strengthening treatment by an intermediate step of smoothing by oxidation-deoxidation ( growth of 1 micron of oxide - HF dissolution) before the growth of an oxide layer 2.87 microns thick. This third batch corresponds to the first embodiment of the invention mentioned above. The average breaking strength is greatly increased (4000 MPa) compared to batch 2.

[0029] Le quatrième lot (lot 4) comprend des pièces en silicium similaires au lot 1, réalisées avec une découpe par la méthode DRIE avec un premier équipement, mais comprenant un traitement de renforcement par une étape intermédiaire de lissage par oxydation-désoxydation (croissance de 1 micron d'oxyde - dissolution HF) puis une étape de lissage à l'hydrogène, avant la croissance d'une couche d'oxyde de 2,87 microns d'épaisseur. Ce quatrième lot met en œuvre le deuxième mode de réalisation avantageux de l'invention décrit ci-dessus. Les performances sont ici clairement améliorées par rapport aux autres lots, tant au niveau de la contrainte à la rupture moyenne, qui avoisine les 5000 MPa, que pour la contrainte à la rupture minimale sur le lot, qui dépasse les 3000 MPa. Différents types de défauts sont éradiqués par la combinaison des lissages différents et la couche finale d'oxyde, très épaisse, contribue à colmater et lisser les derniers défauts présents. The fourth batch (batch 4) comprises silicon parts similar to batch 1, produced with cutting by the DRIE method with a first equipment, but comprising a reinforcement treatment by an intermediate step of smoothing by oxidation-deoxidation ( growth of 1 micron of oxide - HF dissolution) then a hydrogen smoothing step, before the growth of an oxide layer 2.87 microns thick. This fourth batch implements the second advantageous embodiment of the invention described above. The performances are clearly improved here compared to the other batches, both in terms of the average breaking stress, which is around 5000 MPa, and for the minimum breaking stress on the batch, which exceeds 3000 MPa. Different types of defects are eradicated by the combination of different smoothings and the final oxide layer, very thick, helps to seal and smooth the last defects present.

[0030] La figure 2 illustre donc bien les effets avantageux surprenants obtenus par la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention. [0030] FIG. 2 therefore clearly illustrates the surprising advantageous effects obtained by the implementation of a method according to the invention.

[0031] En variante non illustrée, il faut noter que des résultats satisfaisants peuvent être obtenus en mettant en œuvre uniquement une étape de lissage à l'hydrogène suivie de la croissance d'une couche d'oxyde épaisse. In a variant not shown, it should be noted that satisfactory results can be obtained by implementing only a hydrogen smoothing step followed by the growth of a thick oxide layer.

[0032] En remarque, l'invention peut être combinée avec d'autres traitements connus, qui participent aussi à l'amélioration des performances d'un tel composant horloger. Ainsi, un traitement de renforcement mécanique de la pièce par un fluide d'attaque de type isotrope peut être mis en œuvre, par exemple par un procédé tel que décrit par le document EP2937311. [0032] As a note, the invention can be combined with other known treatments, which also participate in improving the performance of such a watch component. Thus, a treatment for the mechanical reinforcement of the part by an isotropic type etching fluid can be implemented, for example by a method as described by document EP2937311.

[0033] D'autre part, la couche d'oxyde selon l'invention peut éventuellement être recouverte par tout autre revêtement, de faible épaisseur, pour améliorer encore la résistance ou pour apporter une autre propriété au composant horloger, comme une tribologie différente. Ainsi, la couche d'oxyde épaisse de l'invention est une couche de surface en ce qu'elle se positionne à proximité de la surface du composant, mais n'est pas nécessairement la couche la plus externe du composant. On the other hand, the oxide layer according to the invention can optionally be covered by any other coating, of small thickness, to further improve the resistance or to provide another property to the watch component, such as a different tribology. Thus, the thick oxide layer of the invention is a surface layer in that it is positioned close to the surface of the component, but is not necessarily the outermost layer of the component.

[0034] En remarque, dans les exemples décrits précédemment, le composant horloger comprend donc une base en silicium, recouverte d'une couche d'oxyde épaisse, qui est du dioxyde de silicium. En variante, on pourrait utiliser tout autre procédé de dépôt d'une couche d'oxyde, éventuellement différent de l'oxyde de silicium décrit ici. En variante encore, une couche de nitrure ou de carbure de silicium pourrait être déposée. En variante encore, une couche de carbure ou de nitrure de titane pourrait être déposée. Finalement, toute couche épaisse pourrait être utilisée, dès lors qu'elle permet de colmater les défauts de surface résiduels de la pièce. Selon une autre variante, plusieurs couches superposées, éventuellement de matériaux différents, parmi les couches susmentionnées, pourraient être utilisées. As a note, in the examples described above, the watch component therefore comprises a silicon base, covered with a thick oxide layer, which is silicon dioxide. As a variant, one could use any other method for depositing an oxide layer, possibly different from the silicon oxide described here. As a further variant, a layer of silicon nitride or carbide could be deposited. As a further variant, a layer of titanium carbide or nitride could be deposited. Finally, any thick layer could be used, as long as it makes it possible to seal the residual surface defects of the part. According to another variant, several superposed layers, possibly of different materials, among the aforementioned layers, could be used.

[0035] Le procédé de l'invention permet donc la fabrication de composants horlogers réalisés à partir d'un matériau micro-usinable et ayant des propriétés mécaniques renforcées. Dans les exemples décrits précédemment, le matériau micro-usinable est le silicium. En variante, on pourrait utiliser un substrat en quartz, en diamant ou en tout autre matériau micro-usinable adapté à la fabrication d'un composant horloger. Dans ce cas, les traitements de lissage et de renforcement doivent être adaptés à chacune de ces matières. The method of the invention therefore allows the manufacture of watch components made from a micromachinable material and having enhanced mechanical properties. In the examples described above, the micromachinable material is silicon. As a variant, one could use a substrate made of quartz, diamond or any other micromachinable material suitable for the manufacture of a watch component. In this case, the smoothing and strengthening treatments must be adapted to each of these materials.

[0036] D'autre part, le procédé de l'invention est adapté à la fabrication de tout composant horloger, notamment un composant horloger comportant des parties flexibles pour permettre son assemblage. A titre d'exemples illustratifs et non limitatifs, les composants horlogers peuvent être des roues dentées, des roues d'échappement, tout composant d'échappement, des aiguilles, des chevilles de plateau, des levées ainsi que des bascules ou d'autres ressorts horlogers, comme un ressort moteur d'horlogerie ou un ressort spiral d'oscillateur. On the other hand, the method of the invention is suitable for the manufacture of any watch component, in particular a watch component comprising flexible parts to allow its assembly. By way of illustrative and non-limiting examples, the watch components can be toothed wheels, escape wheels, any escapement component, needles, plate pegs, lifts as well as levers or other springs. watchmakers, such as a clockwork mainspring or an oscillator spiral spring.

[0037] Par exemple, le procédé peut être adapté pour la réalisation des composants d'un dispositif de régulateur. Un tel dispositif de régulateur est illustré en figures 3 à 5. En particulier, il comprend notamment une roue d'échappement 3 pivotée autour d'un axe A3 et un bloqueur 2 comprenant un premier mobile de bloqueur 2a pivoté autour d'un troisième axe A2a et un deuxième mobile de bloqueur 2b pivoté autour d'un quatrième axe A2b, tous trois disposés dans le même plan P et réalisés en silicium. [0037] For example, the method can be adapted for producing the components of a regulator device. Such a regulator device is illustrated in Figures 3 to 5. In particular, it comprises in particular an escape wheel 3 pivoted about an axis A3 and a blocker 2 comprising a first blocker mobile 2a pivoted about a third axis. A2a and a second blocker mobile 2b pivoted about a fourth axis A2b, all three arranged in the same plane P and made of silicon.

[0038] De tels composants, de par leurs dimensions particulièrement petites et le caractère intrinsèquement fragile du matériau utilisé, s'avèrent délicats à assembler. Le risque de casse au moment du chassage de ces composants sur leur axe est élevé. Ainsi, de manière privilégiée, les composants 2a, 2b, et 3 comportent chacun une ouverture centrale délimitée par des bras élastiques dont des extrémités sont destinées à coopérer avec leur axe respectif. Le dimensionnement des bras élastiques est défini de sorte à fournir un couple de tenue adéquat des composants 2a, 2b, 3 sur chacun de leur axe respectif A2a, A2b, A3. Préférentiellement, le contour de l'ouverture centrale est non circulaire, à l'instar des ouvertures de viroles élastiques telle que décrites au sein du document WO2011/116486 ou du document WO2013/045706. [0038] Such components, due to their particularly small dimensions and the inherently fragile nature of the material used, prove to be difficult to assemble. The risk of breakage when these components are driven off their axis is high. Thus, in a privileged manner, the components 2a, 2b, and 3 each include a central opening delimited by elastic arms, the ends of which are intended to cooperate with their respective axis. The dimensioning of the elastic arms is defined so as to provide an adequate holding torque for the components 2a, 2b, 3 on each of their respective axes A2a, A2b, A3. Preferably, the outline of the central opening is non-circular, like the openings of elastic ferrules as described in document WO2011 / 116486 or document WO2013 / 045706.

[0039] En raison des faibles dimensions des bras, il est nécessaire de maximiser la résistance mécanique du matériau et le procédé de l'invention permet de réduire le risque de casse lié à la contrainte à rupture minimale sur le lot. Due to the small dimensions of the arms, it is necessary to maximize the mechanical strength of the material and the method of the invention makes it possible to reduce the risk of breakage linked to the minimum breaking stress on the batch.

[0040] L'invention concerne aussi un composant horloger fabriqué selon le procédé de fabrication qui vient d'être décrit, ainsi qu'une pièce d'horlogerie intégrant ce composant horloger. [0040] The invention also relates to a watch component manufactured according to the manufacturing process which has just been described, as well as a timepiece incorporating this watch component.

[0041] Le composant horloger à base d'un matériau micro-usinable sera donc caractérisé en ce qu'au moins une partie de sa surface aura subi un lissage et comprend une couche d'oxyde d'épaisseur supérieure ou égale à 1, voire 2, voire 3 micromètres pour augmenter sa résistance mécanique, voire d'autres valeurs d'épaisseur listées précédemment. The watch component based on a micromachinable material will therefore be characterized in that at least part of its surface will have undergone a smoothing and comprises an oxide layer of thickness greater than or equal to 1, or even 2, or even 3 micrometers to increase its mechanical strength, or even other thickness values listed above.

[0042] Avantageusement encore, le composant horloger est caractérisé en ce qu'il présente une résistance à la rupture moyenne supérieure ou égale à 3000 MPa, voire 4000 MPa. [0042] Also advantageously, the watch component is characterized in that it has an average breaking strength greater than or equal to 3000 MPa, or even 4000 MPa.

[0043] Avantageusement encore, l'invention s'applique bien aux composants horlogers dit rigides, c'est-à-dire dont le fonctionnement ne fait pas appel ou très peu à une propriété d'élasticité, au contraire par exemple des ressorts, notamment en dehors d'un ressort moteur d'horlogerie ou d'un ressort de bascule. Ces composants rigides peuvent présenter des parties élastiques utiles à leur assemblage tel que décrit plus haut, mais non utilisée par la suite dans leur fonction horlogère. Autrement dit, de tels composants horlogers ne restituent aucune énergie qui proviendrait d'une déformation élastique lors de leur fonctionnement. Pour de tels composants, la résistance à la rupture est particulièrement importante et sollicitée, puisqu'ils ne peuvent par exemple pas amortir élastiquement d'éventuels efforts subis puisqu'ils ne sont pas conçus pour exploiter une élasticité. Advantageously also, the invention applies well to so-called rigid watch components, that is to say whose operation does not call or very little to a property of elasticity, on the contrary for example springs, in particular outside a clockwork mainspring or a rocker spring. These rigid components can have elastic parts useful for their assembly as described above, but not used subsequently in their horological function. In other words, such horological components do not restore any energy which would come from an elastic deformation during their operation. For such components, the breaking strength is particularly high and stressed, since they cannot for example elastically dampen any forces undergone since they are not designed to exploit elasticity.

Claims (12)

1. Composant horloger à base d'un matériau micro-usinable caractérisé en ce qu'il comprend au moins une partie de surface de matériau micro-usinable lissée comprenant une couche d'oxyde d'épaisseur supérieure à 1 micromètre pour augmenter sa résistance mécanique.1. Watch component based on a micromachinable material characterized in that it comprises at least a surface portion of smoothed micromachinable material comprising an oxide layer greater than 1 micrometer thick to increase its mechanical strength . 2. Composant horloger selon la revendication précédente, caractérisé en ce que la couche d'oxyde présente une épaisseur supérieure ou égale à 2 micromètres, voire supérieure ou égale à 2,5 micromètres, voire supérieure ou égale à 3 micromètres, voire supérieure ou égale à 3,2 micromètres.2. Watch component according to the preceding claim, characterized in that the oxide layer has a thickness greater than or equal to 2 micrometers, or even greater than or equal to 2.5 micrometers, or even greater than or equal to 3 micrometers, or even greater than or equal to at 3.2 micrometers. 3. Composant horloger selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau micro-usinable est du silicium et la couche d'oxyde de l'oxyde de silicium.3. Watch component according to one of the preceding claims, characterized in that the micromachinable material is silicon and the oxide layer is silicon oxide. 4. Composant horloger selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est un composant horloger en silicium d'un dispositif d'échappement.4. Watch component according to one of the preceding claims, characterized in that it is a silicon watch component of an escapement device. 5. Composant horloger selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est un composant horloger rigide sans restitution d'énergie par élasticité et/ou en ce qu'il est l'un des éléments du groupe comportant une roue dentée, une roue d'échappement, une aiguille, une cheville de plateau, une levée.5. Watch component according to one of claims 1 to 4, characterized in that it is a rigid watch component without restitution of energy by elasticity and / or in that it is one of the elements of the group comprising a cogwheel, escape wheel, needle, chainring pin, lift. 6. Composant horloger selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le composant horloger présente une résistance moyenne supérieure ou égale à 3000 MPa, voire supérieure ou égale à 4000 MPa.6. Watch component according to one of the preceding claims, characterized in that the watch component has an average resistance greater than or equal to 3000 MPa, or even greater than or equal to 4000 MPa. 7. Mouvement horloger, caractérisé en ce qu'il comprend un composant horloger selon l'une des revendications précédentes.7. Watch movement, characterized in that it comprises a watch component according to one of the preceding claims. 8. Pièce d'horlogerie, caractérisée en ce qu'elle comprend un composant horloger selon l'une des revendications 1 à 6 ou un mouvement horloger selon la revendication précédente.8. Timepiece, characterized in that it comprises a watch component according to one of claims 1 to 6 or a timepiece movement according to the preceding claim. 9. Procédé de fabrication d'un composant horloger, dans lequel on réalise une pièce formant une ébauche du composant horloger à partir d'un matériau micro-usinable, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de lissage d'au moins une partie de la surface de la pièce, et en ce qu'il comprend une étape de renforcement mécanique de la pièce par la formation sur ladite au moins une partie de la surface de la pièce d'une couche d'oxyde d'épaisseur supérieure à 1 micromètre, voire supérieure ou égale à 2 micromètres, voire supérieure ou égale à 2,5 micromètres, voire supérieure ou égale à 3 micromètres, voire supérieure ou égale à 3,2 micromètres.9. A method of manufacturing a watch component, in which a part is produced forming a blank of the watch component from a micromachinable material, characterized in that it comprises a step of smoothing at least one part. of the surface of the part, and in that it comprises a step of mechanically strengthening the part by forming on said at least part of the surface of the part an oxide layer with a thickness greater than 1 micrometer, or even greater than or equal to 2 micrometers, or even greater than or equal to 2.5 micrometers, or even greater than or equal to 3 micrometers, or even greater than or equal to 3.2 micrometers. 10. Procédé de fabrication d'un composant horloger selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de réalisation de la pièce formant une ébauche comprend un micro-usinage de la pièce, notamment par gravure ionique réactive profonde ou DRIE („Deep Reactive Ion Etching“) et/ou par une technique de découpe laser.10. A method of manufacturing a watch component according to the preceding claim, characterized in that the step of producing the part forming a blank comprises micromachining of the part, in particular by deep reactive ionic etching or DRIE („Deep Reactive Ion Etching “) and / or by a laser cutting technique. 11. Procédé de fabrication d'un composant horloger l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que l'étape de lissage de ladite au moins une partie de la surface de la pièce comprend une étape de lissage à l'hydrogène et/ou une étape de lissage par oxydation-désoxydation et/ou une étape de lissage par traitement thermique.11. A method of manufacturing a watch component according to one of claims 9 or 10, characterized in that the step of smoothing said at least part of the surface of the part comprises a step of smoothing with hydrogen and / or a step of smoothing by oxidation-deoxidation and / or a step of smoothing by heat treatment. 12. Procédé de fabrication d'un composant horloger selon l'une des revendications 9 à 11, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de traitement de renforcement mécanique de la pièce par un fluide d'attaque de type isotrope.12. A method of manufacturing a watch component according to one of claims 9 to 11, characterized in that it comprises a step of mechanically strengthening the part treatment with an isotropic type etching fluid.
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