КОМПОНЕНТ ЧАСОВ НА ОСНОВЕ ФОТОСТРУКТУРИРУЕМОГО СТЕКЛА
CLOCK COMPONENT BASED OF PHOTOSTRUCTURED GLASS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к компоненту часов на основе фотоструктурируемого стекла и в особенности компоненту этого типа, включающему в себя по меньшей мере одну часть на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере одну другую часть на основе кремния, металла или керамики.
Уровень техники изобретения
В области часового дела возрастающее количество компонентов часов образуется с помощью хрупких материалов, таких как материалы на основе кремния или керамики. Например, возможно предусматривать образование балансирной пружины, балансира или палет.
Однако технологии травления этих хрупких материалов ограничивают возможности в отношении возможных форм компонентов.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является преодоление всех или части вышеуказанных недостатков путем предложения компонента часов, который менее ограничен в отношении формы, все же сохраняя возможность использования частей на основе кремния или керамики.
С этой целью изобретение относится к компоненту часов, включающему в себя первую часть на основе фотоструктурируемого стекла, по меньшей мере вторую часть на основе по меньшей мере второго материала, отличающемуся тем, что одна поверхность первой части выполнена неотделимой от поверхности второй части так, чтобы образовывать единый компонент часов.
Предпочтительно согласно изобретению компонент часов относится к составному типу, т.е. он образован из фотоструктурируемого стекла и, по меньшей мере, из одного другого материала. В связи с этим понятно, что разные формы могут быть получены с частью из фотоструктурируемого стекла при сохранении функционального элемента на основе кремния, металла или керамики.
В соответствии с другими предпочтительными вариантами изобретения:
- указанный по меньшей мере один второй материал выполнен на основе кремния и включает в себя монокристаллический кремний, легированный монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, легированный поликристаллический кремний, пористый кремний, оксид кремния, кварц, кремнезем, нитрид кремния или карбид кремния;
- указанный по меньшей мере один второй материал выполнен на основе керамики и включает в себя фотоструктурируемое стекло, боросиликат, алюмосиликат, кварцевое стекло, церодур, монокристаллический корунд, поликристаллический корунд, глинозем, оксид алюминия, нитрид алюминия, монокристаллический рубин, поликристаллический рубин, оксид циркония, оксид титана, нитрид титана, карбид титана, нитрид вольфрама, карбид вольфрама, нитрид бора или карбид бора;
- указанный по меньшей мере один второй материал выполнен на основе металла и включает в себя железный сплав, медный сплав, никель или его сплав, титан или его сплав, золото или его сплав, серебро или его сплав, платину или ее сплав, рутений или его сплав, родий или его сплав или палладий или его сплав;
- указанный по меньшей мере один второй материал дополнительно включает в себя по меньшей мере частичное покрытие из оксида кремния, нитрида кремния, карбида кремния или аллотропа углерода;
- первая часть и/или вторая часть могут представлять собой балансирную пружину, импульсный штифт, балансир, вал, ролик, палетный рычаг, такой как ось палеты, рычаг, вилку, палетный камень и предохранительный штифт, набор колес, такой как колесо, вал и шестерня, мост, пластину, качающийся груз, заводной валик, подшипник, сквозной камень, венец зубчатой ортогональной передачи или передачи с торцевыми зубьями.
Изобретение относится к часам, отличающимся тем, что они включают в себя компонент согласно любому из предыдущих вариантов.
Дополнительно, согласно первому варианту выполнения изобретение относится к способу изготовления единого компонента часов, включающему в себя следующие этапы, на которых:
a) используют первую пластину на основе фотоструктурируемого стекла, включающую в себя первый вытравленный рисунок;
b) используют по меньшей мере вторую пластину, выполненную из по меньшей мере второго материала, включающую в себя по меньшей мере второй вытравленный рисунок;
c) соединяют или скрепляют первую пластину с указанной по меньшей мере одной второй пластиной, образуя подложку, и путем совмещения указанных рисунков формируют единый компонент часов, имеющий первую толщину на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере одну вторую толщину указанного по меньшей мере одного второго материала;
d) освобождают единый компонент часов из подложки.
Согласно второму вариант выполнения изобретение относится к способу изготовления цельного компонента часов, включающему в себя следующие этапы, на которых:
e) соединяют или скрепляют первую пластину на основе фотоструктурируемого стекла с по меньшей мере второй пластиной, выполненной из по меньшей мере второго материала, образуя подложку;
f) вытравливают рисунок в каждой из пластин подложки и путем совмещения указанных рисунков образуют единый компонент часов, имеющий первую толщину на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере одну вторую толщину указанного по меньшей мере одного второго материала;
d) освобождают единый компонент часов от подложки.
Наконец, независимо от варианта выполнения несколько компонентов часов выполняют на одной и той же подложке для их массового производства.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества будут следовать из следующего далее описания, данного в качестве неограничивающей иллюстрации, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
- Фигуры 1-4 представляют собой изображения в перспективе компонентов часов согласно изобретению;
- Фигуры 5-7 представляют собой виды этапов способа изготовления компонента часов согласно изобретению.
Подробное описание предпочтительных вариантов выполнения
Как объяснено выше, изобретение относится к компоненту, состоящему из первой части на основе фотоструктурируемого стекла и второй части, включающей в себя такой же тип материала или другой тип материала, т.е. например, на основе кремния, металла или керамики.
Этот компонент предназначен для применений в области часового дела и обусловлен ограничениями при структурировании хрупких материалов, таких как материалы на основе кремния или керамики. В качестве примера можно указать балансирные пружины, балансиры, палеты, мосты, качающиеся грузы или колеса, таких как анкерные колеса, полностью или частично на основе хрупких материалов.
В результате изобретение относится к компоненту часов, включающему в себя первую часть на основе фотоструктурируемого стекла, и, по меньшей мере, вторую часть на основе, по меньшей мере, второго материала, при этом одна поверхность первой части объединена с поверхностью второй части так, чтобы сформировать единый компонент часов.
Предпочтительно согласно изобретению первая часть имеет более широкие возможности в отношении формы при сохранении второй части, которая использует преимущества ее материала. Дополнительно, имеется множество процессов связывания для фотоструктурируемого стекла. Вследствие этого необязательно использовать дополнительный материал для соединения двух частей в одно целое, как это бывает при адгезионном связывании или с использованием промежуточной части. Так, например, две соответствующие формы поверхностей являются достаточными для соединения или скрепления первой части со второй частью.
Как пояснено выше, единый компонент часов может быть полностью или частично образован на основе фотоструктурируемого стекла. Таким образом, указанный по меньшей мере один второй материал может быть выполнен на основе кремния, металла или керамики. Дополнительно, указанный по меньшей мере один второй материал также может, но необязательно, включать в себя промежуточный материал, предназначенный для содействия скреплению двух материалов, которые трудно соединить. Таким образом, в зависимости от выбранной технологии скрепления этот промежуточный материал может быть подобен припою, предназначенному для прикрепления двух материалов друг к другу путем совместного приклеивания к промежуточному материалу, или, наоборот, образования слоя, предназначенного для создания достаточно интенсивного тепла для плавления двух материалов.
Когда указанный по меньшей мере один второй материал выполнен на основе кремния, он может включать в себя монокристаллический кремний, легированный монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, легированный поликристаллический кремний, пористый кремний, оксид кремния, кварц, кремнезем, нитрид кремния или карбид кремния.
Когда указанный по меньшей мере один второй материал выполнен на основе керамики, он может включать в себя фотоструктурируемое стекло, боросиликат, алюмосиликат, кварцевое стекло, церодур, монокристаллический корунд, поликристаллический корунд, глинозем, оксид алюминия, нитрид алюминия, монокристаллический рубин, поликристаллический рубин, оксид циркония, оксид титана, нитрид титана, карбид титана, нитрид вольфрама, карбид вольфрама, нитрид бора или карбид бора.
Когда указанный по меньшей мере один второй материал выполнен на основе металла, он может включать в себя железный сплав, подобный сталям 15Р, 20АР или 316L, медный сплав, такой как латунь, никелевый сплав, такой как нейзильбер, титан или его сплав, золото или его сплав, серебро или его сплав, платину или ее сплав, рутений или его сплав, родий или его сплав или палладий или его сплав.
Дополнительно, указанный по меньшей мере один второй материал на основе кремния, металла или керамики, может включать в себя по меньшей мере частичное покрытие из оксида кремния, нитрида кремния, карбида кремния или аллотропа углерода.
Согласно изобретению первая часть и/или вторая часть могут представлять собой множество компонентов, используемых в часах. В качестве неограничивающего примера и со ссылкой на Фигуру 1 первая часть и/или вторая часть могут представлять собой балансирную пружину 1, ось баланса 2, баланс 3, ось 4, ролик 5, палеты 6 и осью 7 палеты, палетный рычаг 8, вилку 9, палетный камень 10 и предохранительный штифт 11, набор 12 колес, такой как колесо 13, вал 14, и шестерня 15, мост 16, пластину 17, качающийся груз 18, заводной валик 19 или подшипник 20.
В качестве примера фиг. 2 иллюстрирует компонент часов, являющийся колесом 21. Колесо 21 включает в себя первую часть 23 на основе фотоструктурируемого стекла, с зубьями 24, объединенную со второй кольцеобразной частью 25 на основе кремния, металла или керамики и включающей в себя отверстие 26.
Фигура 3 иллюстрирует другой пример компонента часов, образующего колесо 31 с торцевыми штифтами. Колонное колесо 31 включает в себя несколько первых частей 33 на основе фотоструктурируемого стекла, образующих асимметричные штифты, образующих одно целое со второй кольцеобразной частью 35 на основе кремния, металла или керамики, включающей в себя центральное отверстие 34 и периферийные зубья 36.
Фигура 4 иллюстрирует пример компонента часов в виде сдвоенного колеса 41. Сдвоенное колесо 41 включает в себя первую часть 43 на основе фотоструктурируемого стекла, имеющую зубья 44, объединенную со второй кольцеобразной частью 45 на основе кремния, металла или керамики, включающей в себя центральное отверстие 46, снабженное упругим средством 48 и кронштейнами 47, образующими периферийные зубья.
Как пояснено выше, первая часть и/или вторая часть могут быть являться различными компонентов часов. В качестве дополнительного примера, помимо показанных на фиг. 2-4, палеты 6 могут быть выполнены из первой части на основе фотоструктурируемого стекла, имеющей рычаг 8, палетные камни 10 и вилку 9, и из второй части, имеющей ось и/или предохранительный штифт 11.
Более того, первая часть на основе фотоструктурируемого стекла может быть колесом 5, объединенным в одно целое со второй частью, являющейся осью баланса 2; первая часть на основе фотоструктурируемого стекла может являться пластиной 17 или мостом 16 и быть объединена в одно целое с несколькими вторыми частями, являющиеся сквозными камнями 20; или первая часть на основе фотоструктурируемого стекла может представлять собой качающийся груз 18 и быть объединена в одно целое со второй частью, образующей дополнительный груз на периферийном участке.
Согласно первому предпочтительному варианту выполнения изобретение относится к способу изготовления, включающему в себя первый этап а), предназначенный для обеспечения первой пластины 51 на основе фотоструктурируемого стекла, включающей в себя первый вытравленный рисунок 53. Такие стекла, например, предлагаются Schott A.G. под наименованием Foturan, Hoya Corp под наименованием PEG3 или LifeBioScience Inc. под наименованием Apex™.
Предпочтительно согласно изобретению фотоструктурирование стекла обеспечивает более значительное множество формы, чем травление материалов на основе кремния или керамики. Процесс фотоструктурирования состоит на первом этапе из облучения длиной волны, соответствующей фотоструктурируемому стеклу, через маску, которая частично непроницаема для указанной длины волны. Области пластины из фотоструктурируемого стекла формируют согласно количеству, ориентации и распределению облучения.
Таким образом, понятно, что с использованием маски с областями переменной непроницаемости и/или источника с управляемым фокусом возможно создавать формы, такие как вышеупомянутые элементы 23, 24. Источник облучения может, например, представлять собой ультрафиолетовую лампу с максимумом спектрального распределения на длине волны в диапазоне между 200 нм и 400 нм.
Второй этап состоит в подвергают пластины из фотоструктурируемого стекла тепловой обработке. Температура нагрева изменяется в зависимости от стекла и может составлять до приблизительно 600°С. Эта тепловая обработка способствует большему выделению выбранных облученных областей для последнего этапа удаления путем химического травления. Химическое травление можно выполнять, например, в ванне из 10% фтористоводородной кислоты при температуре окружающей среды и с использованием ультразвука. Таким образом, получают пластину 51, которая показана на Фигуре 5.
Второй этап b) предназначен для обеспечения по меньшей мере второй пластины 55, выполненной из по меньшей мере второго материала, включающей в себя по меньшей мере второй вытравленный рисунок 57. Может быть применено сухое травление, такое как глубокое реактивное ионное травление (DREE), лазерное травление или плазменное травление. Также возможно использовать жидкостное травление, такое как химическое травление, или другое фотоструктурирование, указанное выше. Наконец, также возможно выполнять фотоструктурирование, использующее фотолитографию полимеров, сопровождаемую сухим или жидкостным травлением.
Третий этап с) предназначен для соединения или скрепления первой пластины 51 с указанной по меньшей мере одной второй пластиной 55 для образования подложки и путем совмещения указанных рисунков 53, 55 для образования единого компонента часов, имеющего первую толщину на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере вторую толщину указанного по меньшей мере одного второго материала на основе кремния, металла или керамики.
В зависимости от используемых материалов существует несколько возможных способов связывания. Может быть использована двусторонняя точечная сварка поверхностей с помощью электромагнитного излучения с использованием лазера, как, например, в патенте ЕР №1436830, который включен в данное описание в качестве ссылки. Также можно использовать анодное связывание, связывание плавлением, термокомпрессионное связывание, пайку, эвтектическое связывание, ультразвуковое или термоакустическое связывание.
Способ включает в себя конечный этап d), предназначенный для освобождения единого компонента часов от подложки. Согласно изобретению множество материалов может быть использовано для формирования компонентов часов промышленным образом. Как проиллюстрировано на Фигуре 4, возможно, например, получать блок 41 колес, имеющий первую толщину 43 на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере вторую толщину 45 указанного по меньшей мере второго материала.
Согласно альтернативе первого варианта выполнения этап b) может состоять в образовании нескольких вторых пластин из одинакового материала или из нескольких различных материалов. В этом случае на этапе с) можно получать подложку с тремя связанными пластинами, таким образом, образующими компонент часов, имеющий первую толщину на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере две вторые толщины, из одинакового материала или из нескольких различных материалов.
Согласно второму варианту выполнения изобретение относится к способу изготовления, включающему в себя первый этап е), предназначенный для соединения или скрепления первой пластины на основе фотоструктурируемого стекла с по меньшей мере второй пластиной, выполненной из по меньшей мере второго материала, для образования подложки с помощью тех же самых способов, описанных на этапе с) первого варианта выполнения.
Второй вариант выполнения переходит к этапу f), предназначенному для травления рисунка в каждой из пластин подложки и совмещения указанных рисунков для образования единого компонента часов, имеющего первую толщину на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере одну вторую толщину указанного по меньшей мере одного второго материала с помощью тех же способов, описанных на этапах а) и b) первого варианта выполнения.
Наконец, способ включает в себя конечный этап g), предназначенный для освобождения цельного компонента часов от подложки. Как проиллюстрировано на Фигуре 4, вможно, например, получать блок 41 колес, имеющий первую толщину 43 на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере вторую толщину 45 указанного по меньшей мере второго материала.
Согласно альтернативе второго варианта выполнения, подобной альтернативе первого варианта выполнения, этап е) также может состоять в создании подложки из нескольких вторых пластин, выполненных из одинакового материала или из нескольких различных материалов. В этой альтернативе второго варианта выполнения можно получить подложку с тремя связанными пластинами, таким образом, образующими компонент часов, имеющий первую толщину на основе фотоструктурируемого стекла и по меньшей мере две вторые толщины, образованные из одинакового материала или из нескольких различных материалов.
Разумеется, независимо от варианта выполнения способ позволяет изготавливать несколько компонентов 61 часов на одной и той же подложке 63, которая проиллюстрирована на Фигуре 7.
Настоящее изобретение не ограничено проиллюстрированным примером, но может быть осуществлено в различных вариантах с изменениями, которые ясны специалисту в области техники. В частности, если для каждой части требуется одинаковый рисунок, пластины могут связывать друг с другом и далее могут подвергаться одному травлению.
Подобным образом, как и в примере торцевых зубьев 33 колеса 31, способ, использующий пластины, является предпочтительным, т.е. все торцевые зубья 33 формируют в одной и той же пластине из фотоструктурируемого стекла и связывают с другой пластиной. Однако это не препятствует последовательному формированию зубьев 33 и далее постепенному выполнению за одно целое с другой готовой частью, такой как зубчатое колесо 35.