CN101978326B - 一体式调节元件及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种一体式调节元件(41，41’，41”)，该调节元件包括与细弹簧(51，51’，51”)接合的摆轮(43，43’，43”)，所述细弹簧在基于硅的材料形成的层(21)中制成并包括同轴地安装在内桩上的螺旋游丝(53，53’，53”)。根据本发明，内桩(55，55’，55”)包括限定从所述螺旋游丝突出的延伸部的部分(19)，所述部分(19)在基于硅的材料形成的第二层(5)中制成并且附接到摆轮(43，43’，43”)上。本发明还涉及包括这种调节元件的时计和相关的制造方法。本发明属于钟表机芯领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种调节元件及制造该调节元件的方法，更具体地涉及一种游丝摆轮类型的调节元件。
背景技术
时计的调节元件通常包括称为摆轮的惯性轮和称为游丝的谐振器。这些部件对时计的工作品质具有决定作用。实际上，它们调节机芯，即，它们控制机芯的频率。
摆轮和游丝性质上不同，这使得制造调节元件极为复杂，所述制造包括摆轮和游丝的制造以及这两个部件的谐振装配。
因此，尤其为了限制温度变化的影响，摆轮和游丝各以不同的材料制造，但未解决关于谐振装配的困难。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种一体式调节元件来克服上面所列举的所有或部分缺点，该一体式调节元件保持对温度变化不敏感，并通过使装配困难最小化的制造方法获得。
因此，本发明涉及一种一体式调节元件，该一体式调节元件包括在基于硅的材料形成的第一层中制成的与细弹簧配合工作的摆轮，该细弹簧在基于硅的材料形成的第二层中制成并包括同轴地安装在内桩上的游丝，其特征在于，该调节元件包括形成间隔装置的部分，该间隔装置在基于硅的材料形成的第三层中制成并且固定在所述内桩和所述摆轮之间，从而以一体的方式形成所述调节元件。
根据本发明的其它有利特征：
-摆轮具有使内桩的内径延伸的孔，以便在其中接纳摆轮轴；
-摆轮轴固定到摆轮上；
-通过使摆轮轴抵靠在所述孔中制成的金属涂层来压入该摆轮轴，以将该摆轮轴固定到摆轮上；
-内桩的内径的截面大于摆轮中的孔的截面，以防止摆轮轴和内桩的内径之间的推入配合接触；
-摆轮的轮缘是连续的，并包括可改变摆轮的惯性矩的调整装置；
-轮缘通过至少一个臂连接至摆轮的轮毂，所述臂为细长的，以便在有任何震动传递到摆轮上的情况下允许所述臂沿轴向和/或径向变形；
-调整装置包括在摆轮的轮缘上制成的凹部，从而可调节所述摆轮的惯性；
-所述凹部包括与摆轮的轮缘相比密度大得多的材料，以便增加所述摆轮的惯性；
-调整装置包括在摆轮的轮缘上制成的凸部，所述凸部包括与轮缘相比密度大得多的材料，以便增加所述摆轮的惯性；
-所述密度大得多的材料以带凹口的环的形式分布在轮缘上，所述带凹口的环包括一系列以规则的间隔隔开的柱，以补偿所述材料的任何热膨胀；
-游丝的内部线圈包括格罗斯曼(Grossmann)型曲线，以改进所述游丝的同心扩展；
-游丝包括至少一个基于二氧化硅的部分，以使游丝具有更高的机械强度并调节其热弹性系数。
更概括地，本发明还涉及一种时计，其特征在于，该时计包括根据前述变型中的任一个的一体式调节元件。
最后，本发明涉及一种制造调节元件的方法，该方法包括如下步骤：
a)提供衬底，该衬底包括由基于硅的材料制成的顶层和底层；
b)在顶层中选择性地蚀刻至少一个凹腔，以限定所述调节元件的由基于硅的材料制成的内桩的第一部分和摆轮的第一部分的造型；
c)通过硅熔融键合将基于硅的材料形成的附加层结合至衬底的被蚀刻的顶层；
d)在附加层中选择性地蚀刻至少一个凹腔，以继续内桩和摆轮的所述第一部分的造型，并限定所述调节元件的由基于硅的材料制成的游丝的造型；
其特征在于，该方法还包括如下步骤：
e)在底层中选择性地蚀刻至少一个凹腔，以限定所述调节元件的由基于硅的材料形成的最后部分；
f)从衬底释放调节元件，这提供了跨越三个由基于硅的材料形成的层级的元件。
根据本发明的其它有利特征：
-在步骤d)之后，执行步骤g)：使由基于硅的材料制成的所述调节元件的第二部分氧化，以便调节其热弹性系数并使其具有更高的机械强度；
-在步骤e)之前，执行步骤h)：在底层上选择性地沉积至少一个金属层，以限定所述调节元件的至少一个金属部分的造型和/或用于接纳被压入其中的心轴的第二金属部分的造型；
-步骤h)包括步骤i)：至少部分地在底层的表面上通过连续的金属层生长沉积物，以便形成用于增加由基于硅的材料制成的摆轮的质量的金属部分和/或用于接纳被压入其中的心轴的第二金属部分；
-步骤h)包括步骤j)：在底层中选择性地蚀刻至少一个凹腔，以用于接纳所述至少一个金属部分，和步骤k)：至少部分地在所述至少一个凹腔中通过连续的金属层生长沉积物，以便形成用于增加由基于硅的材料制成的摆轮的质量的金属部分和/或将在其中压入心轴的第二金属部分；
-步骤h)包括最终步骤i)：抛光金属沉积物；
-多个元件在相同的衬底上制成，这可实现批量制造。
附图说明
从下面参照附图以非限制性示例给出的描述，本发明的其它特征和优 点将十分清楚，其中：
-图1至图5示出根据本发明的制造方法的连续(步骤的)视图；
-图6至图8示出替代实施例的连续步骤的视图；
-图9示出根据本发明的方法的流程图；
-图10和图11是根据第一实施例的一体式调节元件的透视图；
-图12和图13是根据第二实施例的一体式调节元件的透视图；
-图14和图15是根据第三实施例的一体式调节元件的透视图；
-图16是根据本发明的一体式细弹簧的透视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于制造时计机芯的调节元件41、41’和41”的方法，该方法总体上用1标出。如图1至图9所示，方法1包括用于形成至少一类一体式元件(51’”、41、41’和41”)的连续步骤，所述一体式元件可完全由基于硅的材料形成。
参照图1和图9，第一步骤100包括提供绝缘体上硅(SOI)衬底3。衬底3包括均由基于硅的材料形成的顶层5和底层7。由二氧化硅(SiO2)形成的中间层9可在顶层5和底层7之间延伸。
优选地，在该步骤100中，衬底3选择为使得底层7的高度与最终的调节元件41、41’和41”的一个部分的高度相匹配。另外，底层7的厚度必须足以承受由方法1所引起的作用力。该厚度可例如在300-400μm之间。
优选地，顶层5用作相对于底层7的间隔装置。因此，顶层5的高度将根据调节元件41、41’和41”的构型进行调整。根据所述构型，顶层5的厚度因此可例如在10-200μm之间波动。
在第二步骤101中，如在图2中所见，例如通过DRIE(深反应离子蚀刻)工艺在基于硅的材料制成的顶层5中选择性地蚀刻凹腔10、11、12、13、14和15。这些凹腔10、11、12、13、14和15优选地形成两个造型17、19，这两个造型限定出调节元件41、41’和41”的硅部分的内部和外部轮廓。
在图2所示的示例中，造型17和19是大致同轴的且具有圆形截面的 筒形形状，并且造型17与造型19相比具有较大的直径。然而，有利地根据方法1，在顶层5上的蚀刻关于造型17和19的几何形状具有完全的自由度。因此，造型17和19不必须是圆形的，而可以是例如椭圆形的和/或具有非圆形的内径。
优选地留出材料桥接件18，以便在制造期间将调节元件41、41’和41”保持在衬底3上。在图2所示的示例中，具有四个材料桥接件18，这四个材料桥接件分别保留在各个连续的凹腔12、13、14和15之间，所述凹腔分布在造型17的周向上的圆弧中。
在第三步骤102中，如图3所示，向衬底3添加基于硅的材料制成的附加层21。优选地，附加层21借助于硅熔融键合(SFB)固定到顶层5上。因此，通过以非常高的附着水平将造型17和19的顶面与附加层21的底面相结合，步骤102有利地覆盖顶层5。附加层21的厚度可例如在100-150μm之间。
在第四步骤103中，如图4所示，例如通过类似于步骤101的DRIE工艺在附加的硅层21中选择性地蚀刻凹腔20、22和24。这些凹腔20、22和24形成三个造型23、25和27，这三个造型限定出调节元件41、41’和41”的硅部分的内部和外部轮廓。
在图4所示的示例中，造型23和25大致同轴，并为具有圆形截面的筒形，而造型27是大致螺旋形的。然而，有利地根据方法1，在附加层21上的蚀刻允许对于造型23、25和27的几何形状具有完全的自由度。因此，特别地，造型23和25不必须是圆形的，而可以例如是椭圆形的或具有非圆形的内径。对于内径10和24情况也是如此，它们不必须是圆形的，而可以例如是多边形的，这会改善与具有匹配形状的心轴49一起旋转时的应力的传递。最后，各直径10、24的形状可不相同。
优选地，在附加层21中制成的造型23与在顶层5中制成的造型19具有类似的形状并大致是垂直的。这意味着分别形成造型19和23的内径的凹腔10和24彼此连通并基本上一个在另一个的顶部。在图10至15所示的示例中，造型23和19形成调节元件41、41’和41”的内桩55、55’和 55”，所述内桩相对于层5和21沿高度方向延伸。
优选地，在附加层21中制成的造型25与在顶层5中制成的造型17具有类似的形状并大致是垂直的。在所示的示例中，造型25和17形成调节元件41、41’和41”的摆轮43、43’和43”的轮缘47、47’和47”的一个部分，所述部分相对于层5和21沿高度方向延伸。然而，应当注意，在图4所示的示例中，不再生成材料桥接件18，并且附加层21中的凹腔22形成连续的环，这不同于图4中在所述层下方扩展的凹腔12、13、14和15。
优选地，造型23和27被同时蚀刻，并且在附加层21中形成一体部分。在图10至15所示的示例中，造型23和27形成调节元件41、41’和41”的游丝53、53’和53”和内桩55、55’和55”的顶部部分。还可看到，在图4中示出的造型27的外部曲线是开放的。此特征-与通过造型19实现的与底层7的分离相结合-意味着可使用索引装配(标示装配/index assembly)将所述外部曲线钉固在内桩上。
然而，有利地根据方法1，附加层21上的蚀刻允许关于造型27的几何形状具有完全的自由度。因此，特别地，造型27可不具有开放的外部曲线，而是例如在外部曲线的端部上具有突起部分，该突起部分可用作附接点，即不需要索引装配。造型27还可具有包括用于改善其同心扩展的格罗斯曼曲线的内部线圈，如在作为参考结合在此的EP专利No.1612627中描述的。
在此第四步骤103之后，清楚的是，在附加层21中蚀刻的造型23和27仅通过造型23的底部以非常高的附着水平在顶层5中蚀刻的造型19(造型19本身以非常高的附着水平连接到底层7上)的上方连接。因此，造型23和27不再与附加层21直接接触。类似地，造型25不再与附加层21直接接触，而仅以非常高的附着水平连接到在顶层5中蚀刻的造型17上。
优选地，如图9中的虚线所示，方法1可包括第五步骤104，该第五步骤包括至少使造型27、即调节元件41、41’和41”的游丝53、53’和53”氧化，以使所述游丝具有更高的机械强度并调节其热弹性系数。该氧化步骤在作为参考结合在此的EP专利No.1 422 436中有所说明。
在此阶段、即在步骤103或104之后，清楚的是，方法1有利地仅生成如图16中所示的细弹簧51’”。实际上，方法1的优点之一在于，它能够通过选择顶层5的高度来直接调整从游丝53、53’、53”和53’”突出的内桩55、55’、55”和55’”的造型19的高度。
当期望生成如图16中所见的产品51’”时，可通过在中间步骤形成材料桥接件而在步骤103或104简单地停止方法1。这些材料桥接件可在步骤101期间在造型19上形成，或在步骤103期间例如在最末线圈的端部处在造型27上形成。则方法1的倒数第二个步骤可包括例如通过化学蚀刻和/或机械装置移除底层7。最后，在步骤106中，释放由此获得的游丝51’”。
有利地根据本发明，如果希望获得调节元件41、41’和41”，在第四步骤103之后或优选地在第五步骤104之后，方法1可包括三个实施方式A、B和C，如图9所示。然而，这三个实施方式A、B和C中的每一个均以相同的最终步骤106结束，该最终步骤包括从衬底3释放所制造的调节元件41、41’和41”。
有利地，释放步骤106可简单地通过向调节元件41、41’和41”施加足够的应力以破坏材料桥接件18来实现。此应力可例如通过操作者手动产生或通过机加工产生。
根据实施方式A，在第六步骤105中，如图5所示，例如通过类似于步骤101和103的DRIE工艺在基于硅的材料制成的底层7中选择性地蚀刻凹腔26、28、29、30、31和32。这些凹腔26、28、29、30、31和32形成造型34，该造型限定出调节元件41的硅部分的内部和外部轮廓。
在图5所示的示例中，造型34大致为带有四个臂40、42、44和46的轮圈形状。然而，有利地根据方法1，在底层7中的蚀刻关于造型34的几何形状具有完全的自由度。因此，特别地，臂的数量和几何形状可不相同，同样地，轮圈不必须为圆形，而例如可以为椭圆形。另外，臂40、42、44和46可为较细长的，以便允许它们在有任何震动传递到调节元件上的情况下沿轴向和/或径向变形。
优选地，在底层7中制成的造型34的一部分与分别在顶层5和附加层 21中制成的造型17和25具有类似的形状并大致是垂直的。在图5所示的示例中，造型34与造型17和25一起形成调节元件41的摆轮43，该摆轮的轮缘47因此相对于所有层5、7和21沿高度方向延伸。
另外，优选地，造型34的凹腔26大致位于形成造型19和23的内径的凹腔10和24的延伸部中。在所示的示例中，一系列凹腔24、10和26因此形成可接纳调节元件41的摆轮轴49的内径。最后，应当注意，在底层7中不再生成材料桥接件18，并且凹腔28与凹腔22一样形成连续的环，而不同于在图5中所述凹腔下方扩展的凹腔12、13、14和15。
在此第六步骤105之后，清楚的是，在底层7中蚀刻的造型34仅以非常高的附着水平连接到在顶层5中蚀刻的造型17和19。造型34因此不再与底层7直接接触。
在如上所述的最终步骤106之后，第一实施方式A因此生成完全由基于硅的材料形成的一体式调节元件41，如图10和11所示。因此，清楚的是，由于直接在调节元件41的制造过程中执行装配，因此不再存在任何装配问题。该调节元件41包括摆轮43，该摆轮的轮毂45通过四个臂40、42、44和46沿径向连接到轮缘47，并且沿轴向连接到细弹簧51，该细弹簧包括游丝53和内桩55。
如上所述，轮缘47通过底层7的造型34的周向环以及顶层5和附加层21各自的造型17和25形成。另外，内桩55通过附加层21的造型23和顶层5的造型19形成。此造型19优选地用作细弹簧51和摆轮43之间的间隔装置，从而例如可使用索引装配将游丝53钉固在内桩上。造型19还可通过增加内桩55的高度而用作细弹簧51的导引装置。
然而，有利地根据方法1，在附加层21上执行的蚀刻允许关于游丝53的几何形状具有完全的自由度。因此，特别地，游丝53可不具有开放的外部曲线，而是例如在外部曲线的端部上具有突起部分，该突起部分可用作附接点，即不需要索引装配。
优选地，调节元件41可通过凹腔24、10和26接纳摆轮轴49。有利地，根据本发明，由于调节元件41为一体式，所以不必须将摆轮轴49固 定到内桩55和摆轮43上，而仅需将其固定到这两个部件之一上。
优选地，例如使用在步骤105期间在基于硅的轮毂45中蚀刻的弹性装置48将摆轮轴49固定到摆轮43的内径26上。这些弹性装置48可例如采用EP专利No.1 655 642的图10A至10E中所公开的那些形式或EP专利No.1 584 994的图1、3和5中所公开的那些形式，所述专利作为参考结合在此。另外，优选地，凹腔24和10的截面与凹腔26的截面相比具有较大的尺寸，以防止摆轮轴49与内桩55推入配合接触。
因此，清楚的是，摆轮43仅通过内桩55来承受细弹簧51的力，反之亦然，因为所有这三者形成为一体件。因此摆轮轴49仅通过摆轮43的轮毂45受到来自调节元件41的力。
根据第二实施方式B，在步骤103或104之后，方法1包括第六步骤107，如图6所示，该第六步骤包括执行LIGA工艺(来自德语“ 
、Galvanoformung & Abformung”)。此工艺包括使用光致结构化的树脂在衬底3的底层7上以特定的形状电镀金属的一系列步骤。由于此LIGA工艺是众所周知的，这里将不再进行详细的描述。优选地，所沉积的金属可例如是金或镍或这些金属的合金。
在图6所示的示例中，步骤107可包括沉积带凹口的环61和/或筒体63。在图6所示的示例中，环61包括一系列柱65，所述柱大致为圆弧并用于增加将来的摆轮43’的质量。事实上，硅的优点之一为对温度变化的不敏感性。然而，其具有密度低的缺点。因此，本发明的第一特征在于，使用通过电镀获得的金属来增加摆轮43’的质量，从而增加将来的摆轮43’的惯性。然而，为了保持硅的优点，沉积在底层7上的金属包括在各柱65之间的空间，该空间可用于补偿环61的任何热膨胀。
在图6所示的示例中，筒体63用于接纳摆轮轴49，该摆轮轴有利地被压入该筒体中。事实上，硅的另一缺点为具有非常小的弹性和塑性区域，这意味着硅是非常脆的。因此，本发明的另一特征在于，并非抵靠摆轮43，的基于硅的材料来紧固摆轮轴49，而是在步骤107期间被电镀的金属筒体63的内径67上实现这种紧固。有利地，根据方法1，通过电镀获得的筒体 63允许关于其几何形状具有完全的自由度。因此，特别地，内径67不必须为圆形的，而例如可以是多边形的，这可改善与具有匹配形状的心轴49一起旋转时的力的传递。
在第七步骤108中，类似于图5所示的步骤105，例如通过DRIE方法在基于硅的材料制成的底层7中选择性地蚀刻凹腔。这些凹腔形成与实施方式A的造型34相类似的摆轮造型。如在图12和13的示例中所示，所获得的造型可为带有四个臂40’、42’、44’和46’的大致轮圈形状。然而，有利地根据方法1，在底层7上的蚀刻允许关于造型34的几何形状具有完全的自由度。因此，特别地，臂的数量和几何形状可不相同，并且轮圈不必须为圆形的，而是可以例如为椭圆形的。另外，臂40’、42’、44’和46’可为较细长的，以允许它们在有任何震动传递到调节元件上的情况下沿轴向和/或径向变形。
优选地，在底层7中制成的摆轮造型的一部分与分别在步骤101和103期间在顶层5和附加层21中制成的造型17和25具有类似的形状并大致是垂直的。在图12和13所示的示例中，该摆轮造型与造型17和25以及金属部分61和/或63一起形成调节元件41’的摆轮43’，该摆轮的轮缘47’因此相对于所有层5、7和21以及金属部分61和/或63沿高度方向延伸。
另外，优选地，如在实施方式A中一样，连续的凹腔形成可接纳调节元件41’的摆轮轴49的内径。最后，应当注意，在底层7中也可不再生成材料桥接件18。
在此第七步骤108之后，清楚的是，在底层7中蚀刻的摆轮造型仅以非常高的附着水平连接到在步骤101期间所蚀刻的顶层5的造型17和19。因此该摆轮造型不再与底层7直接接触。
在如上所述的最终步骤106之后，第二实施方式B从而生成带有一个或两个金属部分61、63的、由基于硅的材料形成的一体式调节元件41’，如从图12和13所见。因此，清楚的是，由于在调节元件41’的制造过程中直接执行装配，因此不再存在任何装配问题。该调节元件包括摆轮43’，该摆轮的轮毂45’通过四个臂40’、42’、44’和46’沿径向连接到轮缘47’，并 且沿轴向连接到细弹簧51’，该细弹簧包括游丝53’和内桩55’。
如上所述，轮缘47’通过底层7的摆轮造型的周向环、顶层5和附加层21的造型25和17、以及可能地金属部分61形成。另外，内桩55’通过附加层21的造型23和顶层5的造型19形成。此造型19优选地用作细弹簧51’和摆轮43’之间的间隔装置，从而可使用索引装配将游丝53’钉固在内桩上。造型19还可通过增加内桩55’的高度而用作细弹簧51’的导引装置。
然而，有利地根据方法1，在附加层21上的蚀刻对于游丝53’的几何形状留有完全的自由度。因此，特别地，游丝53’可不具有开放的外部曲线，而可以例如在外部曲线的端部上具有突起部分，该突起部分可用作固定的附接点，即不需要索引装配。
优选地，调节元件41’能够在其内径中接纳摆轮轴49。有利地，根据本发明，由于调节元件41’为一体件，不必须将摆轮轴49固定到内桩55’和摆轮43’上，而仅需将其固定到这两个部件之一上。
在图12和13所示的示例中，例如通过被压入其中而使摆轮轴49优选地固定到金属部分63的内径67上。另外，优选地，凹腔24和10的截面与金属部分63的内径67的截面相比具有较大的尺寸，以防止摆轮轴49与内桩55’推入配合接触。
因此，清楚的是，摆轮43’仅通过内桩55’来承受细弹簧51’的应力，反之亦然，因为所有这三者形成为一体件。因此摆轮轴49优选地仅通过摆轮43’的轮毂45’的金属部分63承受来自调节元件41’的力。
另外，由于金属部分61已被沉积，所以有利地增强了摆轮43’的惯性。事实上，由于金属的密度远大于硅的密度，摆轮43’的质量增加的同时其惯性也随之增加。
根据第三实施方式C，在步骤103或104之后，方法1包括如图7所示的第六步骤109，该第六步骤109包括例如通过DRIE工艺在基于硅的材料制成的底层7中选择性地蚀刻凹腔60和/或62到有限的深度。这些凹腔60、62形成可用作至少一个金属部分的容器的凹部。如图7所示的示例，所获得的凹腔60和62可分别采用环和盘的形式。然而，有利地根据方法 1，底层7的蚀刻允许关于凹腔60和62的几何形状具有完全的自由度。
在第七步骤110中，如图8所示，方法1包括执行电生长(galvanic growth)或LIGA工艺，以便根据特定的金属形状填充凹腔60和/或62。优选地，所沉积的金属可例如是金或镍。
在图8所示的示例中，步骤110可包括在凹腔60中沉积带凹口的环64和/或在凹腔62中沉积筒体66。另外，在图8所示的示例中，环64具有一系列大致为圆弧的柱69并有利地用于增加摆轮43”的质量。如已在上面说明的，硅的缺点是其密度低。因此，与实施方式B一样，本发明的一个特征在于，使用被电镀的金属来增加摆轮43”的质量，从而增加将来的摆轮43”的惯性。然而，为了保持硅的优点，沉积在底层7上的金属包括在各个柱69之间的空间，该空间可用于补偿环64的任何热膨胀。
在图8所示的示例中，筒体66用于接纳摆轮轴49，该摆轮轴49被有利地压入该筒体中。事实上，如已在上面说明的，本发明的一个有利特征在于，并非抵靠基于硅的材料来紧固摆轮轴49，而是在步骤110期间被电镀的金属筒体66的内径70上紧固摆轮轴49。有利地，根据方法1，被电镀的筒体66允许关于其几何形状具有完全的自由度。因此，特别地，内径70不必须为圆形的，而例如可以是多边形的，这可改善与具有匹配形状的摆轮轴49一起旋转时的力的传递。
优选地，方法1可包括第八步骤111，该第八步骤111包括抛光在步骤110期间制成的金属沉积物64、66，以使它们平整。
在第九步骤112中，类似于图5所示的步骤105或108，例如通过DRIE工艺在基于硅的材料制成的底层7中选择性地蚀刻凹腔。这些凹腔形成与第一实施方式A的造型34类似的摆轮造型。如在图14和15的示例中所示，所获得的造型可为带有四个臂40”、42”、44”和46”的大致轮圈形状。然而，有利地根据方法1，在底层7上的蚀刻关于造型34的几何形状留有完全的自由度。因此，特别地，臂40”、42”、44”和46”的数量和几何形状可不相同，并且轮圈不必须为圆形的，而可以例如为椭圆形的。另外，臂可为较细长的，以允许它们在有任何震动传递到调节元件上的情况下沿轴 向和/或径向变形。
优选地，在底层7中制成的摆轮造型与分别在步骤101和103期间在顶层5和附加层21中制成的造型17和25具有类似的形状并大致垂直。在所示的示例中，该摆轮造型与造型17和25以及金属部分64和/或66一起形成调节元件41”的摆轮43”，该摆轮的轮缘47”因此延伸跨过所有层5、7和21的顶部。
另外，优选地，如在实施方式A和B中一样，连续的凹腔形成可接纳调节元件41”的摆轮轴49的内径。最后，应当注意，在底层7中不再生成材料桥接件18。
在此第九步骤112之后，清楚的是，在底层7中蚀刻的摆轮造型仅以非常高的附着水平连接到在步骤101期间蚀刻的顶层5的造型17和19上。因此该摆轮造型不再与底层7直接接触。
在上述的最终步骤106之后，获得带有一个或两个金属部分64、66的、由基于硅的材料形成的一体式调节元件41”，如从图14和15所见。因此，清楚的是，由于在调节元件41”的制造过程中直接执行装配，因此不再存在任何装配问题。该调节元件41”包括摆轮43”，该摆轮的轮毂45”通过四个臂40”、42”、44”和46”沿径向连接到轮缘47”，并且沿轴向连接到细弹簧51”，该细弹簧包括游丝53”和内桩55”。
如上所述，轮缘47”通过底层7的摆轮造型的周向环、顶层5和附加层21各自的造型25和17、以及可能地金属部分64形成。另外，内桩55”通过附加层21的造型23和顶层5的造型19形成。优选地，此造型19用作细弹簧51”和摆轮43”之间的间隔装置，从而例如可使用索引装配将游丝53”钉固在内桩上。造型19还可通过增加内桩55”的高度而用作细弹簧51”的导引装置。
然而，有利地根据方法1，在附加层21上的蚀刻关于游丝53”的几何形状留有完全的自由度。因此，特别地，游丝53”可不具有开放的外部曲线，而可以例如在外部曲线的端部上具有突起部分，该突起部分可用作固定的附接点，即不需要索引装配。
优选地，调节元件41’能够在其内径中接纳摆轮轴49。有利地根据本发明，由于调节元件41”为一体件，所以不必须将摆轮轴49固定到内桩55”和摆轮43”上，而仅需将其固定到这两个部件之一上。
在图14和15所示的示例中，摆轮轴49优选地被固定到金属部分66的内径70上，例如被压入其中。另外，优选地，凹腔24和10的截面与金属部分66的内径70的截面相比具有较大的尺寸，以防止摆轮轴49与内桩55”推入配合接触。
因此，清楚的是，摆轮43”仅通过内桩55”来承受细弹簧51”的应力，反之亦然，因为所有这三者形成为一体件。因此，摆轮轴49优选地仅通过摆轮43”的轮毂45”的金属部分66承受来自调节元件41”的应力。
另外，由于金属部分64已被沉积，所以有利地增强了摆轮43”的惯性。事实上，由于金属的密度远大于硅的密度，摆轮43”的质量增加的同时其惯性也随之增加。
根据三个实施方式A、B和C，应当理解，最终的调节元件41、41’和41”在被结构化之前、即在被蚀刻和/或通过电镀改变之前进行装配。这有利地使由现行的摆轮与细弹簧的装配所产生的偏差最小化。
还应当注意，深反应离子蚀刻的非常好的结构精度使各游丝53、53’、53”和53’”的起始半径、即各游丝的内桩55、55’、55”和55’”的外径减小，这使得内桩55、55’、55”和55’”的内径和外径能够微型化。
有利地，根据本发明，还清楚的是，多个调节元件41、41’和41”可在相同的衬底3上制成，这使得能够进行批量生产。
当然，本发明不限于所示出的示例，而能够进行各种变型和修改，这些变型和修改对于本领域技术人员将是清楚的。特别地，在步骤101和103期间在层5和21中所蚀刻的造型17和25可不限于平坦表面状态，而是可在所述步骤期间结合至少一个装饰物，以用于装饰轮缘47、47’和47”的至少一个面，这尤其对于镂空类型的时计是有用的。
还可颠倒在实施方式B和C中被电镀的金属部分63、66，即，方式B的突出部分63可由方式C的集成部分66代替，反之亦然(其仅需要方法 1做最少的调整)，或者甚至使集成在轮毂中的部分66从底层7突出。
根据类似的推理，还可颠倒在实施方式B和C中被电镀的金属部分61、64，即，方式B的突出部分61可由方式C的集成部分64代替，反之亦然，或者可使集成在轮缘中的部分64从底层7突出。
另外，在释放步骤106之后，方法1还可有利地提供调整调节元件41、41’和41”的频率的步骤。则该步骤可包括例如通过激光蚀刻凹部68，该凹部可使所述调节元件的工作频率改变。例如在图10和11中所示，这些凹部68可例如在属于轮缘47、47’和47”的造型34的其中一个周向壁上和/或在其中一个被电镀的金属部分61、64上制成。相反地，也可设想将惯性块调节结构用于增加惯性和调节频率。
还可在调节元件41、41’和41”的至少一部分上沉积导电层，以防止等时性问题。所述层可以是EP 1 837 722中所公开的类型，该专利作为参考结合在此。
最后，还可在步骤107和步骤108之间执行类似步骤111的抛光步骤。还可设想不在摆轮上而是-如果仅制造细弹簧51’”的话-在附加层21上进行制造金属沉积物63、66的步骤，所述金属沉积物为通过实施方式B和C所获得的类型，从而(摆轮)轴可不抵靠内桩55’”的内径的基于硅的材料被压入，而是抵靠所述金属沉积物被压入。
Claims (23)
1.一种一体式调节元件(41，41’，41”)，该一体式调节元件包括摆轮(43，43’，43”)，所述摆轮在基于硅的材料形成的第一层中制成并与细弹簧(51，51’，51”)配合工作，所述细弹簧在基于硅的材料形成的第二层中制成并包括同轴地安装在内桩上的游丝(53，53’，53”)，其特征在于，该调节元件包括形成间隔装置的部分(19)，该间隔装置在基于硅的材料形成的第三层(5)中制成并且固定在所述内桩(55，55’，55”)和所述摆轮(43，43’，43”)之间，从而以一体的方式形成所述调节元件。
2.根据权利要求1所述的调节元件，其特征在于，所述摆轮(43，43’，43”)包括使所述内桩(55，55’，55”)的内径(24，10)延伸的孔(26)，以便接纳摆轮轴(49)。
3.根据权利要求2所述的调节元件，其特征在于，所述摆轮轴(49)固定到所述摆轮(43，43’，43”)上。
4.根据权利要求3所述的调节元件，其特征在于，通过将所述摆轮轴(49)抵靠在所述孔中制成的金属涂层(63，66)而压入，将所述摆轮轴(49)固定到所述摆轮(43，43’，43”)上。
5.根据权利要求2所述的调节元件，其特征在于，所述内桩(55，55’，55”)的内径(24，10)的截面大于所述摆轮(43，43’，43”)的孔(26，63，66)的截面，以防止所述摆轮轴(49)和所述内桩(55，55’，55”)的内径(24，10)之间推入配合接触。
6.根据权利要求1所述的调节元件，其特征在于，所述摆轮(43，43’，43”)的轮缘(47、47’，47”)是连续的，并包括能够改变所述摆轮的惯性矩的调整装置(61，64，68)。
7.根据权利要求6所述的调节元件，其特征在于，所述轮缘(47，47’，47”)通过至少一个臂(40，42，44，46，40’，42’，44’，46’，40”，42”，44”，46”)连接至所述摆轮(43，43’，43”)的轮毂(45，45’，45”)，所述至少一个臂为细长的，以便能够在有任何震动传递到所述摆轮(41，41’，41”)上的情况下沿轴向和/或径向变形。
8.根据权利要求6所述的调节元件，其特征在于，所述调整装置包括在所述摆轮(43，43”)的轮缘(47，47”)上制成的凹部(60，68)，以便调节所述摆轮的惯性。
9.根据权利要求8所述的调节元件，其特征在于，所述凹部(60)包括与所述摆轮(43”)的轮缘(47”)相比密度较大的材料，以便增加所述摆轮的惯性。
10.根据权利要求6所述的调节元件，其特征在于，所述调整装置包括在所述摆轮(43’)的轮缘(47’)上制成的凸部(61)，所述凸部(61)包括与所述轮缘(47’)相比密度较大的材料，以便增加所述摆轮的惯性。
11.根据权利要求9所述的调节元件，其特征在于，所述密度较大的材料以带凹口的环(61，64)的形式分布在所述轮缘(47’，47”)上，所述带凹口的环包括一系列以规则的间隔隔开的柱(65，69)，以补偿所述材料的任何热膨胀。
12.根据权利要求1所述的调节元件，其特征在于，所述游丝(53，53’，53”)的内部线圈包括格罗斯曼曲线，以改进所述游丝的同心扩展。
13.根据权利要求1所述的调节元件，其特征在于，所述游丝(53，53’，53”)具有至少一个基于二氧化硅的部分，以使所述游丝具有更高的机械强度并调节所述游丝的热弹性系数。
14.一种时计，其特征在于，包括根据前述权利要求中的任一项所述的调节元件(41，41’，41”)。
15.一种制造一体式调节元件(41，41’，41”)的方法(1)，该方法包括如下步骤：
a)提供(100)衬底(3)，该衬底包括由基于硅的材料制成的顶层(5)和底层(7)；
b)在所述顶层(5)中选择性地蚀刻(101)至少一个凹腔(10，11)，以限定所述调节元件的由基于硅的材料制成的内桩(55，55’，55”)的第一部分(19)和摆轮(43，43’，43”)的第一部分(17)的造型；
该方法的特征在于，还包括如下步骤：
c)通过硅熔融键合将基于硅的材料形成的附加层(21)结合(102)至所述衬底(3)的被蚀刻的顶层(5)；
d)在所述附加层(21)中选择性地蚀刻(103)至少一个凹腔(20，24)，以继续所述内桩(55，55’，55”)和摆轮(43，43’，43”)的所述第一部分的造型(19，23)，并限定所述调节元件的由基于硅的材料制成的游丝(53，53’，53”)的造型(27)；
e)在所述底层(7)中选择性地蚀刻(105，108，112)至少一个凹腔(26，28，29，30，31，32)，以限定所述调节元件的由基于硅的材料制成的摆轮(43，43’，43”)的最后部分(34)；和
f)从所述衬底(3)释放所述调节元件。
16.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，在步骤d)之后，该方法还包括如下步骤：
g)使所述调节元件的由基于硅的材料制成的游丝(53，53’，53”)氧化，以便调节所述游丝的热弹性系数并使所述游丝具有更高的机械强度。
17.根据权利要求15所述的制造方法，其特征在于，在步骤e)之前，该方法还包括如下步骤：
h)在所述底层(7)上选择性地沉积(107，110)至少一个金属层(61，63，64，66)，以限定所述调节元件的至少一个金属部分的造型。
18.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，步骤h)包括如下步骤：
i)至少部分地在所述底层(7)的表面上通过连续的金属层生长(107)沉积物，以便形成用于使由基于硅的材料制成的所述摆轮(43’)的质量增加的金属部分(61)。
19.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，步骤h)包括如下阶段：
i)至少部分地在所述底层(7)的表面上通过连续的金属层生长(107)沉积物，以便形成用于接纳被压入其中的心轴(49)的第二金属部分(63)。
20.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，步骤h)包括如下阶段：
j)在所述底层(7)中选择性地蚀刻(109)至少一个凹腔(60)，以用于接纳所述至少一个金属部分；
k)至少部分地在所述至少一个凹腔中通过连续的金属层生长(110)沉积物，以便形成用于使由基于硅的材料制成的所述摆轮(43”)的质量增加的金属部分(64)。
21.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，步骤h)包括如下阶段：
j’)在所述底层(7)中选择性地蚀刻(109)至少一个凹腔(62)，以用于接纳所述至少一个金属部分；
k’)至少部分地在所述至少一个凹腔中通过连续的金属层生长(110)沉积物，以便形成用于接纳被压入其中的心轴(49)的第二金属部分(63)。
22.根据权利要求17所述的制造方法，其特征在于，在步骤h)之后是如下步骤：
i)抛光(111)金属沉积物(61，63，64，66)。
23.根据权利要求15至22中的任一项所述的制造方法，其特征在于，多个调节元件(41，41’，41”)在相同的衬底(3)上制成。
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