KR20090101118A - 일체형의 이중 밸런스 스프링 및 이의 제조 방법 - Google Patents

일체형의 이중 밸런스 스프링 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20090101118A
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삐에르-앙드레 뷜레
마르코 베라도
띠에리 꼬뉘
쟝-필립 띠에보
쟝-베르나르 뻬떼르
삐에르 꾸젱
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니바록스-파 에스.에이.
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Abstract

본 발명은 이중 밸런스 스프링(21)에 관한 것으로, 상기 이중 밸런스 스프링(21)은 콜릿(13, 27) 상에 동축으로 장착된 제 1 밸런스 스프링(23)을 포함하며 실리콘계 재료의 한 층(11)에 제조되고, 상기 콜릿(13, 27)은 실리콘계 재료의 제 2 층(5)에 제조되며 상기 밸런스 스프링으로부터 돌출되는 한 연장 부분(9)을 포함한다. 본 발명에 따르면, 상기 연장 부분은 실리콘계 재료들로 제조된 일체형의 이중 밸런스 스프링(21)을 형성하도록 제 2 밸런스 스프링(25)과 동축인 실리콘계 재료의 제 3 층(7) 내로 연장된다(17).
또한 본 발명은 이러한 타입의 밸런스 스프링을 포함하는 시계 및 상기 타입의 밸런스 스프링 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 시계 무브먼트 분야에 관한 것이다.
이중 밸런스 스프링, 콜릿, 금속 증착부, 실리콘계 재료, 에칭, 아버

Description

일체형의 이중 밸런스 스프링 및 이의 제조 방법{ONE-PIECE DOUBLE BALANCE SPRING AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 이중 밸런스 스프링, 보다 구체적으로는 일체형으로 형성된 이중 밸런스 스프링 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 시계의 조정 부재는 밸런스로 불리는 관성 톱니바퀴 및 밸런스 스프링으로 불리는 공진기를 포함한다. 이 부품들은 시계의 작동 품질에 관해 결정적인 역할을 수행한다. 실질적으로 이들은 무브먼트를 조정하는데 이는 즉 무브먼트의 진동수를 제어한다는 의미이다.
이중 밸런스 스프링의 경우, 조정 부재에 온도 변화의 영향을 제한시키기 위하여 재료들이 시험되어 왔으며, 상기 조정 부재 내에서 관련 조립 또는 공진 조절에 대하여 결정적인 어려움 없이 이중 밸런스 스프링이 통합된다.
본 발명의 목적은, 열탄성계수가 조절될 수 있으며 조립 어려움을 최소화시키는 제조 방법을 사용하여 얻어지는 일체형의 이중 밸런스 스프링을 제공하여, 이전에 언급된 결점들 모두 또는 일부분을 극복하는데 있다.
따라서 본 발명은 이중 밸런스 스프링에 관한 것으로, 상기 이중 밸런스 스프링은 콜릿 상에 동축으로 장착된 제 1 밸런스 스프링을 포함하며 실리콘계 재료의 한 층에 제조되고, 상기 콜릿은 실리콘계 재료의 제 2 층에 제조되고 상기 밸런스 스프링으로부터 돌출되는 한 연장 부분을 포함하며, 상기 연장 부분은 실리콘계 재료들로 제조된 일체형의 이중 밸런스 스프링을 형성하기 위하여 제 2 밸런스 스프링과 동축인 실리콘계 재료의 제 3 층 내로 연장되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유리한 양태들에 따르면,
-콜릿은 상기 이중 밸런스 스프링의 조절을 용이하게 하도록 상기 각각의 층들에서 대략 동일한 섹션을 가지며,
-콜릿은 적어도 하나의 층 위에서 대략 서로 다른 섹션을 가지고,
-밸런스 스프링들은 동일한 방향 또는 피치(pitch)로 감겨진 코일들을 포함하며,
-각각의 밸런스 스프링들의 외측 커브(curve)들의 끝 부분들은 서로 수직으로 배열되며 이에 따라 단일의 수단이 상기 이중 밸런스 스프링을 콜릿으로까지 핀 고정(pinning)시키기 위하여 사용될 수 있고,
-밸런스 스프링들은 동일한 각강성(angular stiffness) 또는 피치를 가지며,
-상기 밸런스 스프링이 보다 큰 기계적 저항력을 가지게 만들도록 그리고 상기 밸런스 스프링의 열탄성계수를 조절하도록, 적어도 하나의 밸런스 스프링들은 실리콘 다이옥사이드롤 제조된 적어도 하나의 부분을 가지고,
-적어도 하나의 밸런스 스프링의 내부 코일은 상기 이중 밸런스 스프링의 동심 전개(concentric development)를 개선시키도록 Grossmann curve를 가지며,
-콜릿은 한 금속 부분을 가지고 아버는 이 금속 부분 내부로 이동된다(driven).
보다 일반적으로, 본 발명은 시계에 관한 것으로, 이 시계는 앞에서 언급한 변형예들 중 어느 한 변형예를 따르는 이중 밸런스 스프링을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다음의 단계들을 포함하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법에 관한 것으로, 이 제조 방법은,
a)실리콘계 재료들의 최상측층과 바닥층을 포함하는 기판을 제공하는 단계를 포함하며,
b)실리콘계 재료로 제조된, 상기 이중 밸런스 스프링의 콜릿의 제 1 부분의 패턴을 결정(define)하기 위하여 최상측층에서 적어도 하나의 공동을 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하고,
c)실리콘계 재료의 추가층을 기판의 에칭된 최상측층에 접합(joining)시키는 단계를 포함하고,
d)실리콘계 재료로 제조된, 상기 이중 밸런스 스프링의 제 1 밸런스 스프링의 패턴을 결정하기 위하여 그리고 콜릿의 패턴을 지속시키기 위하여 추가층에서 적어도 하나의 공동을 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하며,
이 제조 방법은 추가적으로,
e)실리콘계 재료로 제조된, 상기 이중 밸런스 스프링의 제 2 밸런스 스프링의 패턴을 결정하기 위하여 그리고 콜릿의 패턴을 지속시키기 위하여 바닥층에서 적어도 하나의 공동을 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하고,
f)기판으로부터 이중 밸런스 스프링을 구속해제시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 유리한 또 다른 양태들에 따르면,
-d)단계 뒤에, 이중 밸런스 스프링 제조 방법은 추가적으로, g)상기 밸런스 스프링이 보다 큰 기계적 저항력을 가지게 만들도록 그리고 상기 밸런스 스프링의 열탄성계수를 조절하도록, 실리콘계 재료로 제조된 제 1 밸런스 스프링을 산화시키는 단계를 포함하며,
-e)단계 뒤에, 이중 밸런스 스프링 제조 방법은 추가적으로, g')상기 밸런스 스프링이 보다 큰 기계적 저항력을 가지게 만들도록 그리고 상기 밸런스 스프링의 열탄성계수를 조절하도록, 실리콘계 재료로 제조된 제 2 밸런스 스프링을 산화시키는 단계를 포함하고,
-e)단계 전에, 이중 밸런스 스프링 제조 방법은 추가적으로, h)콜릿 상에서 금속 부분의 패턴을 결정하기 위하여 적어도 하나의 금속층을 바닥층 상에 선택적으로 증착시키는 단계를 포함하고,
-h)단계는, i)내부로 이동되는(driven) 아버를 수용하기 위한 금속 부분을 형성하도록, 적어도 부분적으로 바닥층의 표면 위에서 연속 금속층들로 상기 증착부(deposition)를 성장시키는 단계를 포함하며,
-h)단계는, j)금속 부분을 수용하기 위하여 바닥층에서 적어도 하나의 공동을 선택적으로 에칭하는 단계를 포함하고, k)아버가 내부로 이동되는 금속 부분을 형성하도록, 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 공동 내에서 연속 금속층들로 상기 증착부를 성장시키는 단계를 포함하며,
-h)단계는, l)금속 증착부를 폴리싱하는 단계를 포함하고,
-몇몇 이중 밸런스 스프링들은 배치 제조(batch manufacture)가 가능한 동일한 기판 위에서 제조된다.
본 제조 방법에 따르면, 추가층 상에 에칭됨으로써 패턴의 기하학적 형상이 완전히 자유롭게 될 수 있다.
본 제조 방법에 따르면, 최상측층의 두께를 선택함으로써, 두 밸런스 스프링들 사이의 공간을 직접적으로 형성하고 이들의 안내 품질을 결정할 수 있다.
전기도금으로 얻어지는 실린더의 내측 직경은 반드시 원형일 필요가 없지만 예를 들어 다각형 형태가 되며, 이에 따라 일치하는 형태의 아버와 회전하는 응력 전달(transmission of stress)을 개선시킬 수 있다.
본 제조 방법에 따르면, 이중 밸런스 스프링의 제조 동안 직접적으로 조립되기 때문에 더 이상 어떠한 조립 문제도 발생하지 않을 것이다.
본 발명은 시계 무브먼트용 이중 밸런스 스프링(21) 제조 방법에 관한 것으로, 이 제조 방법은 전체적으로 도면부호 1로 표시된다. 도 1 내지 도 9에 예시된 바와 같이, 제조 방법(1)은 전체적으로 실리콘계 재료들로 형성될 수 있는, 적어도 한 가지 타입의 일체형의 이중 밸런스 스프링을 형성하기 위한 연속적 단계들을 포함한다.
도 1과 도 9를 참조하면, 제 1 단계(100)는 실리콘 온 인슐레이터(silicon-on-insulator, SOI) 기판(3)을 제공하는 단계로 구성된다. 기판(3)은 각각 실리콘계 재료로 형성된 최상측층(5)과 바닥층(7)을 포함한다.
바람직하게, 상기 단계(100)에서, 기판은 바닥층(7)의 높이가 최종 이중 밸런스 스프링(21)의 한 부분의 높이와 일치되도록 선택된다.
바람직하게, 최상측층(5)은 바닥층(7)에 대해 공간형성 수단(spacing means)으로서 사용된다. 이에 따라, 최상측층(5)의 높이는 이중 밸런스 스프링(21) 형상(configuration)에 따라 적합하게 될 것이다. 상기 형상에 기초하여, 최상측층(5)의 두께는 예를 들어 10μm 내지 200μm 사이에서 변할 수 있다.
도 2에 도시된 제 2 단계(101)에서, 공동(8 및10)들은 실리콘계 재료의 최상 측층(5)에서 예를 들어 반응성 이온 에칭(deep reactive ionic etch, DRIE) 공정으로 선택적으로 에칭된다. 바람직하게, 상기 공동(8 및 10)들은 실리콘계 재료로 제조된, 이중 밸런스 스프링의 콜릿의 한 부분의 내부 및 외부 윤곽들을 결정하는 패턴(9)을 형성할 수 있다.
도 10과 도 11에 예시된 예에서, 패턴(9)은 이중 밸런스 스프링(21)의 콜릿(27)의 중앙 부분(median part)을 형성한다. 도 2에 예시된 바와 같이, 패턴(9)은 원형 섹션을 가진 대략 원통형 형태로 구성된다. 하지만, 유리하게 본 제조 방법(1)에 따르면, 최상측층(5) 상에 에칭됨으로써 패턴(9)의 기하학적 형상이 완전히 자유롭게 된다. 따라서 이 패턴이 반드시 원형일 필요가 없지만, 예를 들어 타원형 및/또는 비원형의 내측 직경을 가질 수 있다.
도 3에 도시된 제 3 단계(102)에서, 실리콘계 재료의 추가층(11)이 기판(3)에 추가된다. 바람직하게, 이 추가층(11)은 실리콘 융합 접합(silicon fusion bonding, SFB)으로 최상측층(5)에 고정된다. 따라서 유리하게 단계(102)는 매우 높은 수준의 점착력(adherence)으로 패턴(9)의 최상측면을 추가층(11)의 바닥면에 접합시킴으로써 최상측층(5)을 덮는다(cover). 예를 들어 추가층(11)은 바닥층(7)의 두께와 유사한 두께를 가질 수 있다.
도 4에 도시된 제 4 단계(103)에서, 공동(12 및 14)들은 예를 들어 단계(101)의 공정과 유사한 DRIE 공정으로 실리콘 추가층(11)에서 선택적으로 에칭된다. 이 공동(12 및 14)들은 이중 밸런스 스프링(21)의 실리콘 부분들의 내부 및 외부 윤곽들을 결정하는 2개의 패턴(13 및 15)들을 형성한다.
도 4에 예시된 예에서, 패턴(13)은 원형 섹션을 가진 대략 원통형으로 구성되며 패턴(15)은 대략 나선형 형태를 가진다. 하지만, 유리하게 본 제조 방법(1)에 따르면, 추가층(11) 상에 에칭됨으로써 패턴(13 및 15)들의 기하학적 형상이 완전히 자유롭게 될 수 있다. 따라서 특히 패턴(15)은 예컨대 보다 많은 코일 또는 개방된 외측 커브(outer curve)를 포함할 수 있다.
바람직하게, 추가층(11)에 형성된 패턴(13)은 최상측층(5)에 형성된 패턴(9)과 유사한 형태로 구성되고 상기 패턴(9)과 수직으로 배열된다(plumb with). 이는 패턴(9 및 13)의 내측 직경을 각각 형성하는 공동(10 및 12)이 서로 연결소통되며(communicate with) 실질적으로 한 공동이 다른 공동 위에 배열되는 것을 의미한다. 도 10과 도 11에 예시된 예에서, 패턴(13 및 9)들은 각각 이중 밸런스 스프링(21)의 콜릿(27)의 상측 부분 및 중앙 부분을 형성한다.
바람직하게, 적어도 하나의 재료의 브리지(16)는 제조 동안 이중 밸런스 스프링(21)을 기판(3) 위에 고정시키도록 형성된다. 도 4에 예시된 예에서, 재료의 브리지(16)가 패턴(15)의 외측 커브 및 에칭되지 않은 층(11)의 잔여부 사이에 형성된 것을 볼 수 있다.
유리하게, 패턴(13 및 15)들이 동시에 에칭되기 때문에 이들은 추가층(11)에서 일체형 부분을 형성한다. 도 10과 도 11에 예시된 예에서, 패턴(13 및 15)들은 각각 콜릿(27)의 최상측 부분과 이중 밸런스 스프링(21)의 제 1 밸런스 스프링(23)을 형성한다.
상기 제 4 단계(103) 뒤에, 추가층(11)에서 에칭된 패턴(13 및 15)들은 높은 수준의 접착력으로 패턴(13)의 바닥에 의해 최상측층(5)에 에칭된 패턴(9) 위로 연결되고 그리고 패턴(15)의 외측 커브에 의해 추가층(11)에 횡방향으로 연결된다.
바람직하게, 도 9에서 점선들로 표시된 바와 같이, 본 제조 방법(1)은, 상기 제 1 밸런스 스프링이 보다 큰 기계적 저항력을 가지게 만들도록 그리고 상기 밸런스 스프링의 열탄성계수를 조절하도록, 적어도 패턴(15)을 즉 이중 밸런스 스프링의 제 1 밸런스 스프링(23)을 산화시키는 단계로 구성된 제 5 단계(104)를 포함할 수 있다. 이 산화 단계는 본 명세서에서 참조문헌으로 통합된 EP 특허 1 422 436호에 설명된다.
유리하게, 본 발명에 따르면, 제 4 단계(103) 뒤에, 또는 선호적으로 제 5 단계(104) 뒤에, 본 제조 방법(1)은 도 9에 예시된 바와 같이 3개의 실시예(A, B 및 C)를 포함할 수 있다. 하지만, 이들 3개의 실시예(A, B 및 C)들은 각각 동일한 최종 단계(106)에서 끝나며, 이 최종 단계는 제조된 이중 밸런스 스프링(21)을 기판(3)으로부터 구속해제 시키는 단계로 구성된다.
유리하게, 상기 구속해제 단계(106)는 재료의 브리지(16)들을 차단(break)하기 위하여 이중 밸런스 스프링(21)에 충분한 힘을 가함으로써 간단하게 구현될 수 있다. 이 힘은 예를 들어 운영자에 의해 수동식으로 또는 기계가공(machining)에 의해 발생될 수 있다.
제 1 실시예(A)에 따르면, 도 5에 도시된 제 6 단계(105)에서, 공동(18 및 20)들은 예를 들어 단계(101 및 103)의 공정과 유사한 DRIE 공정으로 실리콘계 재료의 바닥층(7)에서 선택적으로 에칭된다. 이 공동(18 및 20)들은 이중 밸런스 스 프링(21)의 실리콘 부분들의 내부 및 외부 윤곽들을 결정하는 2개의 패턴(17 및 19)들을 형성한다.
도 5에 예시된 예에서, 패턴(17)은 원형 섹션을 가진 대략 원통형으로 구성되며 패턴(19)은 대략 나선형 형태를 가진다. 하지만, 유리하게 본 제조 방법(1)에 따르면, 바닥층(7)에서 에칭됨으로써 패턴(17 및 19)들의 기하학적 형상이 완전히 자유롭게 될 수 있다. 따라서 특히 패턴(19)은 예컨대 보다 많은 코일 또는 개방된 외측 커브를 포함할 수 있다.
바람직하게, 바닥층(7)에 형성된 패턴(17)은 최상측층(5)에 형성된 패턴(9)과 유사한 형태로 구성되고 상기 패턴(9)과 실질적으로 수직으로 배열된다. 이는 패턴(17, 9 및 13)들의 내측 직경들을 각각 형성하는 공동(18, 10 및 12)들이 서로 연결소통되며 대략 한 공동이 다른 공동 위에 배열되는 것을 의미한다. 도 10과 도 11에 예시된 예에서, 패턴(13, 9 및 17)들은 이중 밸런스 스프링(21)의 일체형 콜릿(27)을 형성한다.
바람직하게, 적어도 재료의 제 2 브리지(16)는 제조 동안 이중 밸런스 스프링(21)을 기판(3) 위에 고정하도록 형성된다. 도 5에 예시된 예는 재료의 한 브리지(16)가 패턴(19)의 외측 커브와 에칭되지 않은 층(7)의 잔여부 사이에 형성된 것을 보여준다.
유리하게, 패턴(17 및 19)들이 동시에 에칭되기 때문에 이들은 바닥층(7)에서 일체형 부분을 형성한다. 도 10과 도 11에 예시된 예에서, 패턴(17 및 19)들은 각각 콜릿(27)의 바닥 부분과 이중 밸런스 스프링(21)의 제 2 밸런스 스프링(25)을 형성한다.
상기 제 6 단계(105) 뒤에, 바닥층(7)에서 에칭된 패턴(17 및 19)들은 높은 수준의 접착력으로 패턴(17)의 최상측에 의해 최상측층(5)에서 에칭된 패턴(9) 위로 연결되고 그리고 패턴(19)의 외측 커브에 의해 바닥층(7)에 횡방향으로 연결된다.
따라서 위에서 설명한 최종 단계(106) 뒤에, 제 1 실시예(A)는 도 10과 도 11에 도시된 바와 같이 오로지 실리콘계 재료들로 형성된 일체형의 이중 밸런스 스프링(21)을 제조한다. 이에 따라 이중 밸런스 스프링(21)의 제조 동안 직접적으로 조립되기 때문에 더 이상 어떠한 조립 문제도 발생하지 않을 것이라는 것은 자명하다. 이중 밸런스 스프링은 제 1 밸런스 스프링(23)과 제 2 밸런스 스프링(25)을 포함하며, 이 둘은 단일 콜릿(27)으로 서로 동축으로 접합된다.
위에서 설명한 바와 같이, 콜릿(27)은 각각의 연속층(11, 5 및 7)들을 에칭함으로써 3개의 연속 패턴(13, 9 및 17)들에 의해 형성된다. 따라서 중앙 패턴(9)이 제 1 밸런스 스프링(23)과 제 2 밸런스 스프링(25) 사이에서 공간형성 수단으로서 사용가능할 뿐만 아니라 상기 밸런스 스프링들을 위한 안내 수단(guide means)으로서 사용가능하다는 것은 자명하다. 유리하게, 본 제조 방법(1)에 따르면, 최상측층(5)의 두께를 선택함으로써, 두 밸런스 스프링(23 및 25)들 사이의 공간 및 이들의 안내 품질을 직접적으로 결정할 수 있다.
이와 유사하게, 밸런스 스프링(23, 25)의 높이 및 우연히도, 반드시 동일할 필요는 없지만, 콜릿(27)의 최상측 및 바닥 부분(13 및 17)의 높이들도 추가층(11) 과 바닥층(7)의 두께를 선택함으로써 직접적으로 결정될 수 있다.
게다가, 본 제조 방법(1)의 단계(103 및 105)들에서 에칭됨에 따라 밸런스 스프링(23, 25)과 콜릿(27)의 기하학적 형상이 완전히 자유롭게 될 수 있다. 따라서, 특히 각각의 밸런스 스프링(23 및 25)은 그 자체의 코일 개수, 콜릿(27)에 대해 근접한 그 자체의 기하학적 양태, 그 자체의 코일 감김 방향 및 특히 외측 부분에 대해 그 자체의 커브의 기하학적 형상을 가질 수 있다. 예로서, 한 밸런스 스프링 및/또는 그 외의 다른 밸런스 스프링(23, 25)은, 인덱스 조립체(index assembly)와 협력하도록 또는 외측 커브의 끝 부분 상에서 부착지점으로서 사용될 수 있는 벌지 부분(bulge portion)을 가지도록, 개방된 외측 커브를 가질 수 있다.
동일한 이유에 따라서, 콜릿(27)은 바닥 부분(17), 중앙 부분(9) 및/또는 최상측 부분(13)들 중 적어도 한 부분 위에서 일정하게 독특하거나 또는 서로 다른 치수 및/또는 기하학적 형상들을 가질 수 있다. 실질적으로, 콜릿(27)이 장착되는 아버에 기초하여, 내측 직경은 콜릿(27)의 모든 높이 또는 콜릿 높이의 일부분에 걸쳐 상호 보완적인 형태를 가질 수 있다. 유사한 방식으로, 내측 및/또는 외측 직경들은 반드시 원형일 필요는 없지만 예를 들어 타원형 및/또는 다각형이 될 수 있다.
도 10과 도 11에 예시된 예에서, 밸런스 스프링(23 및 25)들은 동일한 높이를 가지는데 이는 상기 밸런스 스프링들이 동일한 두께의 층(7 및 11)들에서 에칭되고 이 밸런스 스프링들이 동일한 개수의 코일을 가지는 것을 의미한다. 이들의 외측 커브의 끝 부분들은 콜릿에 대해 대략 180°의 각도만큼 이동된다(shifted). 밸런스 스프링(23 및 25)들의 코일들은 상반된 감김 방향을 가진다. 게다가, 콜릿(27)은 전체적으로 일정한 높이로 구성되고 이 콜릿은 원형 섹션을 가진 대략 원통형 형태로 구성된다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 제조 방법(1)으로 자유로이 제조할 수 있기 때문에 상황이 달라질 수 있는데, 각각의 밸런스 스프링(23, 25)의 외측 커브의 끝 부분들이 서로 수직으로 배열될 수 있어 유리하게 2개의 밸런스 스프링(23 및 25)들을 콜릿으로까지 핀 고정(pinning)시키기 위하여 단일의 수단이 사용될 수 있게 해 준다.
또한 매우 우수한 구조적 정확성을 가진 반응성 이온 에칭이 각각의 밸런스 스프링(23 및 25)들의 시작 반경(start radius) 즉 콜릿(27)의 외측 직경을 감소시키며, 이는 즉 콜릿(27)의 내측 및 외측 직경들이 최소화될 수 있는 것을 의미함을 유의해야 한다. 따라서 유리하게 이중 밸런스 스프링(21)은 상기 이중 밸런스 스프링의 공동(18, 10 및 12)들을 통해 현재 통상적으로 제조되는 것보다 더 작은 직경을 가진 아버를 수용할 수 있는 것은 자명하다.
바람직하게, 상기 아버는 콜릿(27)의 내측 직경(18 및/또는 10 및/또는 12)에 고정될 수 있다. 실리콘 콜릿(27)에 에칭된 탄성 수단(resilient means)을 사용하여 죄여질 수 있다. 이러한 탄성 수단은 예를 들어 EP 특허 1 655 642호의 도 10A 내지 도 10E에 개시된 것들의 형태 또는 EP 특허 1 584 994호의 도 1, 도 3 및 도 5에 개시된 것들의 형태를 취할 수 있으며, 이 특허들은 본 명세서에서 참조문헌들로서 통합된다.
제 2 실시예(B)에 따르면, 단계(103 또는 104) 뒤에, 본 제조 방법(1)은 도 6에 도시된 바와 같이 LIGA 공정(독일 "r
Figure 112009016900087-PAT00001
ntgenLIthographie, Galvanoformung & Abformung"으로부터의)을 실행하는 단계로 구성된 제 6 단계(107)를 포함한다. 이 공정은 광구조화된 수지(photostructured resin)를 사용하여 금속을 특정 형태로 기판(3)의 바닥층(7) 위에 전기도금하기 위한 일련의 단계들을 포함한다. 이 LIGA 공정은 잘 알려져 있기 때문에 여기서는 보다 자세하게 기술되지 않을 것이다. 바람직하게, 증착된 금속은 예를 들어 금 또는 니켈 또는 이 금속들의 합금이 될 수 있다.
도 6에 예시된 예에서, 단계(107)는 실린더(29)를 증착시키는 단계로 구성될 수 있다. 도 6에 예시된 예에서, 유리하게 실린더(29)는 내부로 이동되는 아버를 수용하기 위함이다. 사실상, 실리콘의 한 결점은 실리콘이 매우 작은 탄성 및 소성 영역들을 가지며 이에 따라 실리콘이 매우 잘 부서진다는 데 있다. 따라서 본 발명은, 콜릿(27)의 실리콘에 대해서가 아니라 단계(107) 동안 전기도금되는 금속 실린더(29)의 내측 직경(28)에, 아버 예를 들어 밸런스 스태프(balance staff)를 끼워맞추는 것을 제안한다.
유리하게, 본 제조 방법(1)에 따르면, 전기도금에 의해 얻어진 실린더(29)에 따라 이 실린더의 기하학적 형상이 완전히 자유롭게 될 수 있다. 따라서, 특히 내측 직경(28)은 반드시 원형일 필요가 없지만 예를 들어 다각형 형태가 되며, 이에 따라 일치하는 형태의 아버와 회전하는 응력 전달(transmission of stress)을 개선시킬 수 있다.
도 5에 도시된 단계(105)와 유사한 제 7 단계(108)에서, 공동들은 예를 들어 DRIE 방법으로 실리콘계 재료의 바닥층(7)에 선택적으로 에칭된다. 이 공동들에 따라 패턴들은 제 1 실시예(A)의 패턴(19 및 17)들과 유사한 콜릿 및 제 2 밸런스 스프링을 위해 형성될 수 있다.
위에서 설명한 최종 단계(106) 뒤에, 제 2 실시예(B)는, 금속 부분(29)을 추가하여, 실시예(A)와 동일한 이점들을 가진 실리콘계 재료들로 형성된 일체형의 이중 밸런스 스프링을 제조한다. 따라서 이중 밸런스 스프링의 제조 동안 직접적으로 조립되기 때문에 더 이상 어떠한 조립 문제도 발생하지 않을 것이라는 것은 자명하다. 유리하게, 아버는 금속 부분(29)의 내측 직경(28)에 대해 반대로 이동될 수 있다. 따라서 아버가 콜릿(27)과 접촉하도록 가압되어 끼워맞춤되는 것을 방지하기 위하여, 금속 부분(29)의 내측 직경(28)의 치수보다 더 큰 치수들의 섹션들을 포함하는 공동(10 및 12)들을 고려해 볼 수 있다.
제 3 실시예(C)에 따르면, 단계(103 또는 104) 뒤에, 본 제조 방법(1)은 도 7에 도시된 제 6 단계(109)를 포함하는데, 이 제 6 단계는 예를 들어 DRIE 공정으로 실리콘계 재료의 바닥층(7)에 제한된 깊이로 공동(30)을 선택적으로 에칭하는 단계로 구성된다. 상기 공동(30)은 금속 부분을 위한 용기로 사용될 수 있는 리세스를 형성한다. 도 7에 예시된 예에서와 같이, 얻어진 공동(30)은 디스크(disc)의 형태를 취할 수 있다. 하지만 유리하게 본 제조 방법(1)에 따르면, 바닥층(7)이 에칭됨에 따라 공동(30)의 기하학적 형상이 완전히 자유롭게 될 수 있다.
도 8에 예시된 바와 같이, 제 7 단계(110)에서, 본 제조 방법(1)은 특정 금 속 형태에 따라 공동(30)을 채우기 위하여 갈바닉 성장(galvanic growth) 또는 LIGA 공정을 실행하는 단계를 포함한다. 바람직하게, 증착된 금속은 예컨대 금 또는 니켈이 될 수 있다.
도 8에 예시된 예에서, 단계(110)는 공동(30)에 실린더(31)를 증착시키는 단계로 구성될 수 있다. 유리하게 실린더(31)는 내부로 이동되는 아버를 수용하기 위함이다. 사실상, 위에서 설명한 대로, 본 발명의 이로운 한 양태는 콜릿(27)의 실리콘계 재료에 대해서가 아니라 단계(110) 동안 전기도금되는 금속 실린더(31)의 내측 직경(32) 상에, 아버 예를 들어 밸런스 스태프를 죄는 단계를 포함한다.
유리하게 본 제조 방법(1)에 따르면, 전기도금으로 얻어진 실린더(31)에 따라 상기 실린더의 기하학적 형상이 완전히 자유롭게 될 수 있다. 따라서 특히 내측 직경(32)은 반드시 원형일 필요가 없지만 예를 들어 다각형 형태가 되며, 이에 따라 일치하는 형태의 아버와 회전하는 응력 전달을 개선시킬 수 있다.
바람직하게, 본 제조 방법(1)은 제 8 단계(111)를 포함하는데, 이 제 8 단계는 상기 증착부를 평평하게 만들기 위하여 단계(110) 동안 제조된 금속 증착부(31)를 폴리싱하는 단계로 구성된다.
도 5에 도시된 단계(105)와 유사한 제 9 단계(112)에서, 공동들은 예를 들어 DRIE 공정으로 실리콘계 재료의 바닥층(7)에서 선택적으로 에칭된다. 이 공동들은 제 1 실시예(A)의 패턴(19 및 17)들과 유사한 콜릿 및 제 2 밸런스 스프링의 패턴들을 형성한다.
위에서 설명한 최종 단계(106) 뒤에, 제 3 실시예(C)는, 금속 부분(31)을 추 가하여, 실시예(A)와 동일한 이점들을 가진 실리콘계 재료들로 형성된 일체형의 이중 밸런스 스프링을 제조한다. 따라서 이중 밸런스 스프링의 제조 동안 직접적으로 조립되기 때문에 더 이상 어떠한 조립 문제도 발생하지 않을 것이라는 것은 자명하다. 유리하게, 아버는 금속 부분의 내측 직경(32)에 대해 반대로 이동될 수 있다. 따라서 바람직하게 아버가 콜릿(27)과 접촉하도록 가압되어 끼워맞춤되는 것을 방지하기 위하여, 금속 부분(31)의 내측 직경(32)의 치수보다 더 큰 치수들의 섹션들을 포함하는 공동(10 및 12)들을 고려해 볼 수 있다.
세 실시예(A, B 및 C)에 따르면, 최종 이중 밸런스 스프링(21)은 구성되기 전에 즉 전기도금으로 에칭되고 및/또는 변경되기 전에 조립되는 것으로 이해되어야 한다. 유리하게 이는 현재의 두 밸런스 스프링들의 조립에 의해 발생된 분산(dispersion)을 최소화시키며 이에 따라 기초를 둔 조정기 부재(regulator member)의 정확성을 개선시킨다.
유리하게, 본 발명에 따르면, 몇몇 이중 밸런스 스프링(21)들은 배치 생산(batch production)이 가능한 동일한 기판(3) 위에서 제조될 수 있는 것이 자명하다.
게다가, 드라이빙 인서트(driving insert)를 금속 증착부(29 및/또는 31)와 동일한 유형으로 만들 수 있거나, 또는 오직 추가층(11) 및/또는 최상측층(5)으로부터 만들 수 있다. 두 밸런스 스프링(23, 25)들이 보다 큰 기계적 저항력을 가지게 만들기 위하여 그리고 밸런스 스프링의 열탄성계수를 조절하기 위하여, 두 밸런스 스프링(23 및 25)이 산화되는 것을 고려해 볼 수 있다. 또한 등시성 문 제(isochronism problem)들을 방지하기 위하여 전도층(conductive layer)이 이중 밸런스 스프링(21)의 적어도 한 부분 위에 증착될 수 있다. 이 전도층은 본 명세서에서 참조문헌으로 통합되는 EP 특허 1 837 722호에 개시된 타입으로 구성될 수 있다. 단계(111)와 같은 폴리싱 단계는 도 9에서 점선들로 표시된 바와 같이 단계(107)와 단계(108) 사이에서 수행될 수 있다.
그 외의 다른 특징들과 양태들은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예시방법으로 하기 설명으로부터 보다 명확하게 나타날 것이다.
도 1 내지 도 5는 본 발명에 따른 제조 방법을 도시한 연속적인 도면.
도 6내지 도 8은 대안의 실시예들의 연속 단계들을 도시한 도면.
도 9는 본 발명에 따른 방법의 플로차트.
도 10과 도 11은 제 1 실시예에 따른 일체형의 이중 밸런스 스프링을 도시한 투시도.

Claims (20)

  1. 콜릿(13, 27) 상에 동축으로 장착된 제 1 밸런스 스프링(23)을 포함하며 실리콘계 재료의 한 층(11)에 제조된 이중 밸런스 스프링(21)에 있어서,
    상기 콜릿(13, 27)은 실리콘계 재료의 제 2 층(5)에 제조되고 상기 밸런스 스프링으로부터 돌출되는 한 연장 부분(9)을 포함하며, 상기 연장 부분은 실리콘계 재료들로 제조된 일체형의 이중 밸런스 스프링(21)을 형성하기 위하여 제 2 밸런스 스프링(25)과 동축인 실리콘계 재료의 제 3 층(7) 내로 연장되는(17) 이중 밸런스 스프링.
  2. 제 1항에 있어서, 콜릿(13, 9, 17, 27)은 상기 이중 밸런스 스프링의 조절을 용이하게 하도록 상기 각각의 층들에서 대략 동일한 섹션을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  3. 제 1항에 있어서, 콜릿은 적어도 하나의 층(5, 7, 11)을 가로질러(across) 실질적으로 서로 다른 섹션을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  4. 제 1항에 있어서, 밸런스 스프링(23, 25)들은 동일한 방향으로 감겨진 코일들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  5. 제 1항에 있어서, 밸런스 스프링(23, 25)들은 서로 다른 방향으로 감겨진 코일들을 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  6. 제 1항에 있어서, 각각의 밸런스 스프링(23, 25)들의 외측 커브(curve)들의 끝 부분들은 서로 수직으로 배열되며(plumb with) 이에 따라 단일의 수단이 상기 이중 밸런스 스프링을 콜릿으로까지 핀 고정(pinning)시키기 위하여 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  7. 제 1항에 있어서, 밸런스 스프링(23, 25)들은 동일한 각강성(angular stiffness)을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  8. 제 1항에 있어서, 밸런스 스프링(23, 25)들은 각각 전혀 다른 각강성을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 밸런스 스프링이 보다 큰 기계적 저항력을 가지게 만들도록 그리고 상기 밸런스 스프링의 열탄성계수를 조절하도록, 적어도 하나의 밸런스 스프링(23, 25)들은 적어도 하나의 실리콘 다이옥사이드계 부분을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  10. 제 1항에 있어서, 적어도 하나의 밸런스 스프링(23, 25)의 내부 코일은 상기 이중 밸런스 스프링의 동심 전개(concentric development)를 개선시키도록 Grossmann curve를 가지는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  11. 제 1항에 있어서, 콜릿(27)은 내부로 이동되는(driven) 아버를 수용하기 위한 한 금속 부분(29, 31)을 가지는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링.
  12. 시계에 있어서,
    상기 시계는 제 1항 내지 제 11항들 중 어느 한 항에 따른 이중 밸런스 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 시계.
  13. a)실리콘계 재료들의 최상측층(5)과 바닥층(7)을 포함하는 기판(3)을 제공하는 단계(100)를 포함하며,
    b)실리콘계 재료로 제조된, 상기 이중 밸런스 스프링의 콜릿(27)의 제 1 부분의 패턴(9)을 결정(define)하기 위하여 최상측층(5)에서 적어도 하나의 공동(8, 10)을 선택적으로 에칭하는 단계(101)를 포함하는,
    이중 밸런스 스프링(21) 제조 방법(1)에 있어서, 이 제조 방법은 추가적으로,
    c)실리콘계 재료의 추가층(11)을 기판(3)의 에칭된 최상측층(5)에 접합(joining)시키는 단계(102)를 포함하고,
    d)실리콘계 재료로 제조된, 상기 이중 밸런스 스프링의 제 1 밸런스 스프 링(23)의 패턴(15)을 결정하기 위하여 그리고 콜릿(27)의 패턴을 지속시키기 위하여 추가층(11)에서 적어도 하나의 공동(12, 14)을 선택적으로 에칭하는 단계(103)를 포함하며,
    e)실리콘계 재료로 제조된, 상기 이중 밸런스 스프링의 제 2 밸런스 스프링(25)의 패턴(19)을 결정하기 위하여 그리고 콜릿(27)의 패턴을 지속시키기 위하여 바닥층(7)에서 적어도 하나의 공동(18, 20)을 선택적으로 에칭하는 단계(105, 108, 112)를 포함하고,
    f)기판(3)으로부터 이중 밸런스 스프링(21)을 구속해제시키는 단계를 포함하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서, d)단계 뒤에,
    이중 밸런스 스프링 제조 방법은 추가적으로,
    g)상기 밸런스 스프링이 보다 큰 기계적 저항력을 가지게 만들도록 그리고 상기 밸런스 스프링의 열탄성계수를 조절하도록, 실리콘계 재료로 제조된 제 1 밸런스 스프링(23)을 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법.
  15. 제 13항에 있어서, e)단계 뒤에,
    이중 밸런스 스프링 제조 방법은 추가적으로,
    g')상기 밸런스 스프링이 보다 큰 기계적 저항력을 가지게 만들도록 그리고 상기 밸런스 스프링의 열탄성계수를 조절하도록, 실리콘계 재료로 제조된 제 2 밸런스 스프링(25)을 산화시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법.
  16. 제 13항에 있어서, e)단계 전에,
    이중 밸런스 스프링 제조 방법은 추가적으로,
    h)콜릿(27) 상에서 금속 부분(29, 31)의 패턴을 결정하기 위하여 적어도 하나의 금속층을 바닥층(7) 상에 선택적으로 증착시키는 단계(107, 110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법.
  17. 제 16항에 있어서, h)단계는,
    i)내부로 이동되는(driven) 아버를 수용하기 위한 금속 부분(29)을 형성하도록, 적어도 부분적으로 바닥층(7)의 표면 위에서 연속 금속층(successive metal layer)들로 상기 증착부(deposition)를 성장시키는 단계(107)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법.
  18. 제 16항에 있어서, h)단계는,
    j)금속 부분(31)을 수용하기 위하여 바닥층(7)에서 적어도 하나의 공동(30)을 선택적으로 에칭하는 단계(109)를 포함하고,
    k)내부로 이동되는(driven) 아버를 수용하기 위한 금속 부분(31)을 형성하도 록, 적어도 부분적으로 상기 적어도 하나의 공동 내에서 연속 금속층들로 상기 증착부를 성장시키는 단계(110)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법.
  19. 제 16항에 있어서, h)단계는 마지막 단계인
    l)금속 증착부(29, 31)를 폴리싱하는 단계(111)를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법.
  20. 제 13항에 있어서, 몇몇 이중 밸런스 스프링(21)들은 동일한 기판(3) 위에서 제조되는 것을 특징으로 하는 이중 밸런스 스프링 제조 방법.
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