對溫度變化敏感的雙金屬裝置的製作方法

2023-05-05 21:01:56

本發明涉及一種對溫度變化敏感的雙金屬裝置，具體地涉及包括兩種材料的這種裝置，這兩種材料的膨脹係數的差異允許曲率根據溫度改變而變化。

背景技術：

已知雙金屬裝置用於製造具有帶開口輪緣的補償擺輪，該輪緣由兩個半環形成，每個半環由焊接在第二黃銅層上的第一鋼層製成。因此形成的輪緣在溫度降低時打開，並且在溫度升高時關閉，以補償溫度對遊絲的柔性的影響。

技術實現要素：

本發明的目的是，通過提出一種上述那些雙金屬裝置的替代雙金屬裝置來克服已知裝置的全部或部分缺點。

為此，本發明涉及一種雙金屬裝置，該雙金屬裝置包括至少一個第一矽基層(基於矽的層)和至少一個第二金屬基層(基於金屬的層)，其特徵在於，所述至少一個第一和至少一個第二層布置成附裝到彼此上，從而該雙金屬裝置的曲率根據溫度變化。

因此，應理解，根據所使用的材料，該雙金屬裝置的膨脹係數的差異在約10和30·10-6k-1之間。該差異比鋼-黃銅對的約6·10-6k-1的差異大得多，從而允許雙金屬裝置具有更高的溫度敏感性。

另外，可以將矽基和金屬基材料加工成多種形狀和具有高的製造精度。例如，幹法蝕刻矽基材料和在矽基材料上電成形金屬基材料提供了約1微米的製造精度。

根據本發明的其它有利變型方案：

-所述至少一個第一矽基層包括單晶矽、摻雜單晶矽、多晶矽、摻雜多晶矽、多孔矽、矽氧化物、石英、矽石、氮化矽或碳化矽；

-所述至少一個第二金屬基層包括銀、鎂、鉛、鉈、鎳、銅、鋅、金、鋁或銦或硫化橡膠(vulcanite)；

-在環境溫度和壓力條件下，所述雙金屬裝置形成彎曲的條狀件；

-所述至少一個第一層和至少一個第二層通過嵌套和/或使用粘合材料附裝到彼此上，並且/或者所述至少一個第二層電成形在所述至少一個第一層上；

-所述雙金屬裝置包括與所述至少一個第一層和至少一個第二層中的一個一體的固定基部，該固定基部允許將雙金屬裝置安裝在零件上；

-所述雙金屬裝置包括塊狀件，該塊狀件與所述至少一個第一層和至少一個第二層中的一個的端部是一體的，該塊狀件允許增強雙金屬裝置的影響；

-所述雙金屬裝置包括可調的止動裝置，該可調的止動裝置允許限制所述雙金屬裝置的最小和/或最大的曲率變化；

-所述雙金屬裝置包括多個布置成附裝到單個第二層上的第一層，或相反地，包括多個布置成附裝到單個第一層上的第二層。

根據第一實施例，本發明涉及一種補償擺輪，其包括至少一個根據上述變型方案中任一個的雙金屬裝置。

因此，根據本發明的雙金屬裝置可以有利地用於經由擺輪提供一種具有主要的或輔助的熱補償的諧振器。

根據第一替代方案，所述補償擺輪包括由兩個雙金屬裝置形成的帶開口輪緣/切開式輪緣(cut-outrim)，每個雙金屬裝置通過至少一個臂部連接到中心開口，以根據溫度改變擺輪的慣性。

根據第二替代方案，所述補償擺輪包括一體式輪緣，該輪緣通過至少一個臂部連接到中心開口，所述至少一個雙金屬裝置安裝在該輪緣上，以根據溫度改變擺輪的慣性。

根據第三替代方案，所述補償擺輪包括一體式輪緣，該輪緣通過至少一個臂部連接到中心開口，所述至少一個雙金屬裝置安裝在所述至少一個臂部上，以根據溫度改變擺輪的慣性。

根據第二實施例，本發明涉及一種包括補償快慢針(index)，其包括至少一個根據上述變型方案中任一個的雙金屬裝置。

因此，根據本發明的雙金屬裝置可以有利地用於通過快慢針提供一種具有高精度輔助熱補償的諧振器。

根據第一替代方案，所述補償快慢針因此可以包括布置成接納遊絲的間隙，並且連接到所述至少一個雙金屬裝置，以根據溫度改變間隙的位置。

根據第二替代方案，所述補償快慢針可以包括間隙，該間隙布置成接納遊絲，該間隙的尺寸由所述至少一個雙金屬裝置控制，以根據溫度改變所述間隙。

根據第三實施例，本發明涉及一種溫度傳感器，其包括至少一個根據上述變型方案中的任一個的雙金屬裝置。

因此，根據本發明的雙金屬裝置可以有利地用於高精度溫度測量。

所述溫度傳感器因此可以包括指示器和柔性裝置，該柔性裝置用於跟蹤所述至少一個雙金屬裝置的運動，以根據溫度改變指示器的位置。

最後，根據第四實施例，本發明涉及一種補償遊絲，該補償遊絲包括至少一個根據上述變型方案中的任一個的雙金屬裝置。

因此，根據本發明的雙金屬裝置可以有利地用於通過銷連接點提供一種具有高精度輔助熱補償的諧振器。

該補償遊絲因此可以包括連接到所述至少一個雙金屬裝置上的末圈，該雙金屬裝置布置成固定到梁上，以根據溫度改變所述補償遊絲的有效長度。

附圖說明

從下文參考附圖通過非限制性示例提供的描述中，可以發現其它特徵和優點，其中：

-圖1示出根據本發明的雙金屬裝置的示意性視圖；

-圖2至4示出根據本發明的雙金屬裝置的變型方案的局部視圖；

-圖5至9示出使用根據本發明的雙金屬裝置的第一實施例的替代方案視圖；

-圖10和11示出使用根據本發明的雙金屬裝置的第二實施例的替代方案視圖；

-圖12示出使用根據本發明的雙金屬裝置的第三實施例的視圖。

具體實施方式

本發明涉及一種對溫度變化敏感的雙金屬裝置。本發明用於鐘錶學應用，以進行輔助熱補償或機械溫度測量。然而，該雙金屬裝置不能限制於鐘錶學領域的應用。

根據本發明的雙金屬裝置包括至少一個第一矽基層和至少一個第二金屬基層。

所述至少一個第一矽基層可以包括單晶矽、摻雜單晶矽、多晶矽、摻雜多晶矽、多孔矽、矽氧化物、石英、矽石、氮化矽或碳化矽。當然，當矽基材料處於結晶相時，可以使用任何結晶取向。

另外，所述至少一個第二金屬基層可以包括銀和/或鎂和/或鉛和/或鉈和/或鎳和/或銅和/或鋅和/或金和/或鋁和/或銦和/或硫化橡膠。

根據本發明，所述至少一個第一層和至少一個第二層布置成附裝在彼此上，從而雙金屬裝置的曲率隨溫度變化。實際上，隨著溫度升高，由所述至少一個第一層和至少一個第二層形成的條狀件在膨脹係數最低的一側彎曲。

另外，這具體意味著，雙金屬裝置可以包括多個第一層，該第一層布置成附裝到單個第二層上，或替代地，多個第二層布置成附裝到單個第一層上。

因此，對於鐘錶學應用，目的是尋找雙金屬裝置的介於約10和30·10-6k-1之間的膨脹係數差和尋找對磁場的低敏感性。以優選的方式，使用單晶矽-鎳/磷合金配對。

因此，單晶矽包括在25℃下約2.5·10-6k-1的線性膨脹係數α，而金屬或金屬合金通常包括在25℃下基本上介於13和32·10-6k-1之間的線性膨脹係數α。因此，應理解，雙金屬裝置的膨脹係數的差異允許高的溫度敏感性。

根據本發明，在對應於25℃的溫度和100kpa的壓力的環境溫度和壓力條件(atpc)下，雙金屬裝置優選地形成彎曲的條狀件。

圖1示出雙金屬裝置1的第一示例。雙金屬裝置1包括第一矽基層3和第二金屬基層5。如上所述，隨著溫度升高，由所述第一層3和第二層5形成的條狀件7在膨脹係數最低(即第一矽基層3)的一側彎曲。

如圖1所示，所述至少一個第一層3和至少一個第二層5通過嵌套附裝在彼此上。因此，可以看到由凹槽-鉤子組件4或由凹口-肋部組件2、2'形成的嵌套裝置2、2'、4。

當然，以其它或替代方式，可以通過使用粘合劑材料或通過電成形將所述至少一個第一層和至少一個第二層附裝在彼此上。

更具體地，以其它或替代方式，可以通過粘合或釺焊所述第一層3和第二層5來剛性連接條狀件7，或第二層5可以被電形成在第一層3上。

如圖1所示，雙金屬裝置1還包括與所述第一層3和第二層5中的一個一體的固定基部9，該固定基部9允許將雙金屬裝置1安裝在另一零件上。在圖1的示例中，固定基部9與第二金屬基層5一體形成，並且包括可被攻絲的通孔8。

根據圖2和3所示的變型方案，雙金屬裝置可以包括可調的止動裝置，該可調的止動裝置允許限制雙金屬裝置的最小和/或最大的曲率變化。實際上，附加有雙金屬裝置的零件能夠將任何影響僅限制在某一溫度範圍內(即高於預定溫度、低於預定溫度或介於兩個預定溫度之間)可能是有價值的。

圖2示出兩種類型的可調的止動裝置11、13，該可調的止動裝置11、13允許限制雙金屬裝置的曲率的最小和/或最大變化。實際上，根據層3、5的材料選擇，可以確定是向更小的曲率或向更大的曲率還是向兩者限制條狀件的運動。第一可調的止動裝置11因此包括帶螺紋的圓柱形止動件12，該帶螺紋的圓柱形止動件12意在通過與第一層3接觸來限制條狀件的運動，而第二可調的止動裝置13包括l形止動件14，該l形止動件14包括帶螺紋的豎直部分，並且意在通過與第二層5接觸來限制條狀件的運動。

替代地，圖3示出兩種類型的可調的止動裝置15、17，該可調的止動裝置15、17允許限制雙金屬裝置的最小和/或最大曲率變化。實際上，根據層3、5的材料選擇，可以確定是向更小的曲率或向更大的曲率還是向兩者限制條狀件的運動。第一可調的止動裝置15因此包括帶螺紋的圓柱形止動件16，該帶螺紋的圓柱形止動件16意在通過與面向第一層3的零件接觸來限制條狀件的運動，而第二可調的止動裝置17包括帶螺紋的圓柱形止動件18，該帶螺紋的圓柱形止動件18意在通過與面向第二層15的零件接觸來限制條狀件的運動。

根據圖4所示的第三變型方案，雙金屬裝置還可以包括塊狀件6，該塊狀件6可以與所述至少一個第一層3和至少一個第二層5中的一個的端部是一體的，以增強雙金屬裝置的影響。實際上，附加有雙金屬裝置的零件能夠通過改變雙金屬裝置的質心來增強影響可能是有價值的。

替代地，塊狀件6可以是以與第一和第二可調的止動裝置15、17相同的方式固定在所述至少一個第一層3和至少一個第二層5中的一個的端部上的慣性塊。慣性塊因此可以由第三材料形成，該第三材料例如比所述至少一個第一層3和至少一個第二層5的密度大。

本發明的第一實施例涉及一種補償擺輪，該補償擺輪包括至少一個根據上述變型方案中任一個的雙金屬裝置。因此，應理解，根據本發明的雙金屬裝置尤其是可以有利地用於提供一種在擺輪處具有輔助的或主要的熱補償的諧振器，該諧振器可以包括或不包括補償遊絲。

根據圖5所示的第一替代方案，補償擺輪21包括由兩個雙金屬裝置25、27形成的帶開口輪緣23，該雙金屬裝置25、27分別由至少一個第一層28、28'和至少一個第二層26、26'形成。每個雙金屬裝置25、27通過至少一個臂部22連接到中心開口24，以根據溫度改變擺輪21的慣性。圖5示出第二層26和/或26'和/或所述至少一個臂部22和/或孔24可以是一體件。還可以看到，慣性塊29、29'用於調節補償擺輪21的慣性。

因此，應理解，根據本發明的雙金屬裝置25、27有利地用於提供一種在擺輪處具有輔助的或主要的熱補償的諧振器，該諧振器可以包括或不包括補償遊絲。還應理解，根據所要提供的熱補償，將選擇用於雙金屬裝置25、27和可能地用於塊狀件/慣性塊6和/或固定基部9和/或止動裝置11、13、15、17的材料和幾何形狀，以儘可能精確地調節計時機芯的工作。也可以調節雙金屬裝置25、27的位置，即，其相對於孔24的固定位置及其相對於臂部22形成的角度，以優化其使用。

當然，多個雙金屬裝置25、27可以分布在帶開口輪緣23的同一區段上，或在所述至少一個臂部22處。以與圖8的示例類似的方式，所使用的雙金屬裝置25、27也可以包括多個布置成附裝到單個第二層上的第一層，或替代地，多個第二層也可以布置成附裝到單個第一層上。

根據圖6至8所示的第二替代方案，補償擺輪31、41、51包括不帶開口輪緣(non-cutrim)33，該不帶開口輪緣33通過至少一個臂部32連接到中心開口34。另外，所述至少一個雙金屬裝置35、45、55安裝在輪緣33上，以根據溫度改變補償擺輪31、41、51的慣性。

根據第一層和第二層的材料選擇，可以確定是如圖6所示將雙金屬裝置固定到輪緣的內徑上，還是如圖7和8所示將雙金屬裝置固定到輪緣的外徑上，還是固定到兩者上。

在圖7的示例中，雙金屬裝置45包括條狀件，該條狀件由單個第一層和單個第二層形成，並且被附加到輪緣33的外徑上。當然，多個雙金屬裝置45可以分布在輪緣33的外徑上。

如圖8所示，安裝在輪緣33的外徑上的雙金屬裝置55也可以包括多個布置成附裝到單個第二層上的第一層，或替代地，也可以多個第二層布置成附裝到單個第一層上。

因此，應理解，根據本發明的雙金屬裝置45、55有利地用於提供一種在擺輪處具有輔助熱補償的諧振器，該諧振器包括補償遊絲。特別地，應理解，根據所要提供的輔助補償，將選擇用於雙金屬裝置45、55和可能地用於塊狀件/慣性塊6和/或固定基部9和/或止動裝置11、13、15、17的材料和幾何形狀，以儘可能精確地調節計時機芯的工作。也可以調節雙金屬裝置45、55在輪緣33上的位置，以優化其影響。

在圖6的示例中，雙金屬裝置35包括條狀件，該條狀件由單個第一層和單個第二層形成，並且被附加到輪緣33的內徑上。當然，多個雙金屬裝置35可以分布在輪緣33的內徑上。

以與圖8的示例類似的方式，安裝在輪緣33的內徑上的雙金屬裝置也可以包括多個布置成附裝到單個第二層上的第一層，或替代地，也可以多個第二層布置成附裝到單個第一層上。

因此，應理解，根據本發明的雙金屬裝置35有利地用於提供一種在擺輪處具有輔助熱補償的諧振器，該諧振器包括補償遊絲。特別地，應理解，根據所要提供的輔助補償，將選擇用於雙金屬裝置35和可能地用於塊狀件/慣性塊6和/或固定基部9和/或止動裝置11、13、15、17的材料和幾何形狀，以儘可能精確地調節計時機芯的工作。也可以調節雙金屬裝置35在輪緣33上的位置，以優化其影響。

根據圖9所示的第三替代方案，補償擺輪61包括不帶開口輪緣63，該不帶開口輪緣63通過至少一個臂部62連接到中心開口64。另外，所述至少一個雙金屬裝置65安裝在所述至少一個臂部62上，以根據溫度改變補償擺輪61的慣性。

在圖9的替代方案中，雙金屬裝置65包括具有伸出的塊狀件的條狀件，該條狀件由單個第一層和單個第二層形成，並且該條狀件使用布置在臂部62上的孔66中的一個附加到臂部62中的一個的上表面上。當然，多個雙金屬裝置65可以使用一個或多個孔66分布在一個或多個臂部62的上表面和/或下表面上。

以與圖8的示例類似的方式，安裝在臂部62中的一個的上表面上的雙金屬裝置也可以包括多個布置成附裝到單個第二層上的第一層，或替代地，也可以多個第二層布置成附裝到單個第一層上。

因此，應理解，根據本發明的雙金屬裝置65有利地用於提供一種在擺輪處具有輔助熱補償的諧振器，該諧振器包括補償遊絲。特別地，應理解，根據所要提供的輔助補償，將選擇用於雙金屬裝置65和可能地用於塊狀件/慣性塊6和/或固定基部9和/或止動裝置11、13、15、17的材料和幾何形狀，以儘可能精確地調節計時機芯的工作。也可以調節雙金屬裝置65在每個臂部62上的位置，即，其在開口64和輪緣63之間的固定位置，以及相對於臂部62的長度的定位，即，在雙金屬裝置65的起點和臂部62的長度之間的角度，或雙金屬裝置的彎曲方向(基本上與輪緣63的彎曲平行或與該彎曲相反)，以優化其影響。

根據第二實施例，本發明涉及一種補償快慢針(index)，該補償快慢針包括至少一個根據上述變型方案中任一個的雙金屬裝置75、95。

因此，根據本發明的雙金屬裝置75、95可以有利地用於通過該快慢針提供一種具有高精度的輔助熱補償的諧振器。

實際上，快慢針用於通過延長或縮短擺輪-遊絲諧振器的遊絲的有效長度來改變鐘錶的日常工作。通常通過頂部擺輪-端部件上的低摩擦力來調節快慢針。鐘錶的日常工作通過轉動快慢針來改變。為了簡化該調節，通常在擺夾板上標記刻度，該刻度允許近似估計改變的作用。

根據圖10所示的第一替代方案，補償快慢針71包括形成在臂部72中的間隙i，該間隙i布置成接納遊絲。臂部72相對於開口74轉動地安裝，並且連接到所述至少一個雙金屬裝置75，以根據溫度改變間隙i的位置，即，遊絲的空隙。

更具體地，雙金屬裝置75包括同中心地延伸的u形條狀件，該條狀件由單個第一層和單個第二層形成。雙金屬裝置75安裝在臂部72和頂部擺輪-端部件(topbalance-endpiece)處的固定環77之間，該臂部72支承形成間隙i的兩個銷釘76或替代地快慢針銷。如圖10所示，條狀件的一端78樞轉地安裝在臂部72上，以在溫度變化期間迫使所述臂部移動。

因此，應理解，臂部72和/或銷釘76和/或雙金屬裝置75的條狀件的一個區段和/或開口74和/或固定環77可以是一體的。

當然，多個雙金屬裝置75可以分布在臂部72和固定環77之間，即，例如，一個在開口74和銷釘76的起點之間，一個在開口74和固定環77之間。以與圖8的示例類似的方式，所使用的雙金屬裝置75也可以包括多個布置成附裝到單個第二層上的第一層，或替代地，多個第二層也可以布置成附裝到單個第一層上。

因此，應理解，根據本發明的雙金屬裝置75有利地用於提供一種在快慢針處具有輔助熱補償的諧振器，該諧振器包括補償遊絲。特別地，應理解，根據所要提供的輔助補償，將選擇用於雙金屬裝置75和可能地用於塊狀件/慣性塊6和/或固定基部9和/或止動裝置11、13、15、17的材料和幾何形狀，以儘可能精確地調節計時機芯的工作。也可以調節雙金屬裝置75的位置，以優化其影響。

根據圖11所示的第二替代方案，補償快慢針91包括形成在臂部92中間隙i，該間隙i布置成接納遊絲。臂部92優選地相對於開口94轉動地安裝。另外，間隙i的尺寸有利地由所述至少一個雙金屬裝置95控制，以根據溫度改變間隙i。

更具體地，雙金屬裝置95包括u形條狀件，該條狀件由單個第一層和單個第二層形成。雙金屬裝置95在其一端93安裝在臂部92上，並且在其另一端包括第一銷釘96。第二銷釘96與第一銷釘相對地安裝在臂部92上，以形成間隙i，快慢針末端97相對於開口安裝成與臂部92相對，以允許調節快慢針91。

因此，應理解，臂部92和/或銷釘96和/或雙金屬裝置95的條狀件的一個區段和/或開口94和/或快慢針末端97可以是一體的。

當然，多個雙金屬裝置95可以分布在臂部92和快慢針末端97之間，即，例如，通過在開口94和銷釘96的起點之間包括第二裝置。以與圖8的示例類似的方式，所使用的雙金屬裝置95也可以包括多個布置成附裝到單個第二層上的第一層，或替代地，也可以多個第二層布置成附裝到單個第一層上。

因此，應理解，根據本發明的雙金屬裝置95有利地用於提供一種在快慢針處具有輔助熱補償的諧振器，該諧振器包括補償遊絲。特別地，應理解，根據所要提供的輔助補償，將選擇用於雙金屬裝置95和可能地用於塊狀件/慣性塊6和/或固定基部9和/或止動裝置11、13、15、17的材料和幾何形狀，以儘可能精確地調節計時機芯的工作。也可以調節雙金屬裝置95的位置，以優化其影響。

還可設想，可以改變圖11所示的類型的雙金屬裝置，以便根據溫度不是改變快慢針銷的位置，而是改變遊絲的銷連接點的位置。因此，應理解，雙金屬裝置將被安裝在計時機芯的固定點(例如梁)和遊絲的外圈之間，從而可以根據溫度改變遊絲的有效長度，而不必使用快慢針。

根據圖12所示的第三實施例，本發明涉及一種溫度傳感器81，其包括至少一個根據上述變型方案中的任一個的雙金屬裝置85。

因此，根據本發明的雙金屬裝置85可以有利地用於高精度溫度測量。

在圖12的示例中，溫度傳感器81因此可以包括指示器83和柔性裝置87，該柔性裝置87用於跟蹤所述至少一個雙金屬裝置的運動，以根據溫度改變指示器83的位置。

更具體地，雙金屬裝置85包括條狀件，該條狀件由單個第一層和單個第二層形成，並且安裝成與柔性裝置87的觸杆80永久接觸以跟蹤運動。如圖12所示，觸杆80剛性連接到樞軸82上，該樞軸82意在根據雙金屬裝置85的運動a產生轉動運動b。樞軸82將其運動b傳遞到計數器齒輪84，該計數器齒輪84經由彈簧86按照轉動c樞轉地安裝，以迫使觸杆80一直跟隨雙金屬裝置85的表面。如圖12所示，計數器齒輪84與指示器的齒輪88接合，以便使溫度指示根據轉動運動d運動，所述指示器例如像指針一樣。

當然，可以使用多個雙金屬裝置85來經由差速器指示平均溫度值。以與圖8的示例類似的方式，所使用的雙金屬裝置85也可以包括多個布置成附裝到單個第二層上的第一層，或替代地，也可以多個第二層布置成附裝到單個第一層上。

因此，應理解，根據本發明的雙金屬裝置85有利地用於提供溫度測量精度。特別地，應理解，根據所要提供的測量精度，將選擇用於雙金屬裝置85和可能地用於塊狀件/慣性塊6和/或固定基部9和/或止動裝置11、13、15、17的材料和幾何形狀，以儘可能精確地調節溫度傳感器的工作。也可以調節雙金屬裝置85的位置，以優化其使用。

當然，本發明不限於所示出的示例，而容許將對本領域技術人員來說顯而易見的各種變型和改變。特別地，用於時間保持零件的增加數量的部件是矽基的。為此，在製造期間可以改變任何矽基部件，以集成根據本發明的雙金屬裝置，例如遊絲或擒縱機構。

因此，例如，根據第四實施例，本發明涉及一種補償遊絲，其包括至少一個雙金屬裝置。實際上，根據本發明的雙金屬裝置尤其是可以有利地用於在銷連接點處提供具有高精度輔助熱補償的諧振器。

更具體地，補償遊絲因此可以包括作為一體件或不作為一體件連接到所述至少一個雙金屬裝置上的末圈，該雙金屬裝置布置成固定到梁上，以根據溫度改變補償遊絲的有效長度。