[发明专利]硅基钟表弹簧的制造方法

说明书

根据本发明的钟表弹簧的制造方法包括以下步骤：制造基于硅的具有钟表弹簧所需形状的工件；对工件进行热氧化；对工件进行脱氧；在还原性气氛中对工件进行退火；以及在工件上形成氧化硅层。

技术领域

本发明涉及一种硅基钟表弹簧的制造方法，尤其涉及一种用于腕表或怀表的硅基钟表弹簧的制造方法。

背景技术

硅以其低密度、高耐腐蚀性、非磁性以及适用于微细加工技术等优良特性，在机械制表业中备受推崇。因此，它被用来制造游丝、摆轮、具有灵活导向的振荡器、擒纵锚和擒纵轮等。

然而，硅具有机械强度低的缺点，而通常用于加工硅的蚀刻方法，即深反应离子刻蚀(DRIE)使这一缺点更为明显，这种蚀刻方法会使其留下锐利的边缘，并在工件的侧面以小波(扇形边)的形式产生平整度的缺陷，以及产生晶体晶胞中的缺陷。在安装机芯期间对部件的处理时或手表受到冲击时，这种低机械强度会产生问题。事实上，这类部件很容易损坏。为了解决这一问题，如专利申请WO 2007/000271中所述，硅制钟表部件通常使用厚度远远大于原生氧化物厚度的氧化硅涂层进行强化。该涂层通常留在最终部件上。但是，根据专利申请EP 2277822的教导，可以在不显著影响机械强度的情况下将其去除。

对于弹簧来说，机械强度也必须达到这样的水平，即部件可以在操作期间发生弹性变形而不会断裂，以实现其功能。对于拟安装在摆轮上的游丝或用于无枢轴的振荡器的挠性罐道，其工作应力水平相对较低，最多约几百兆帕，因此氧化硅层提供的机械强度在理论上是足够的。然而，考虑到运行期间的振荡频率(4赫兹、10赫兹，或者甚至50赫兹)，周期次数很高，这可能会导致疲劳造成的断裂风险。对于其他弹簧，如主发条，尤其是筒形弹簧，或一些锤簧或摇簧，在其操作过程中所承受的应力要大得多，达到GPa的数量级；并且与硅作为制造材料的选择不相容，即使在覆盖有氧化硅的情况下也是如此。因此，对于这种类型的弹簧，选择或建议使用具有高弹性极限的材料，如钢、镍磷合金、(基于钴、镍、铬和铁的合金，其弹性极限约为3.7GPa)，金属玻璃(参见专利CH 698962和CH 704391)或复合金属/金刚石或类金属/金刚石材料(参见申请人的专利CH 706020)。

在专利申请CH 702431中描述了在硅上形成氧化硅层的替代方法。它包括在还原性气氛中对组件进行退火，以使边缘圆滑，并减弱由DRIE产生的侧面平整度缺陷。但这种方法不适用于在操作过程中吸收高强度应力的弹簧，并且不能提供最佳的疲劳强度。

发明内容

本发明旨在大幅度提高硅基钟表弹簧在操作期间能够承受的最大应力水平和/或此类钟表弹簧的疲劳强度。

为此，根据本发明的第一实施例，提出了一种钟表弹簧的制造方法，包括以下步骤：

a)制造基于硅的工件，其具有钟表弹簧的所需形状或包含具有钟表弹簧的所需形状的部分；

b)对工件进行热氧化；

c)对工件进行脱氧；

d)在还原性气氛中对工件进行退火；以及

e)在工件上形成氧化硅层。

根据本发明的第二实施例，提出了一种钟表弹簧的制造方法，包括以下步骤：

a)制造基于硅的工件，其具有钟表弹簧的所需形状的或包含具有钟表弹簧的所需形状的部分，

b)在还原性气氛中对工件进行退火；

c)对工件进行热氧化；

d)对工件进行脱氧；以及

e)在工件上形成氧化硅层。

附图说明

通过阅读以下结合附图的详细描述，将更清楚地理解本发明的其他特征和优点，其中：