CH720338A2 - Watch spring based on silicon and its manufacturing process - Google Patents

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CH720338A2
CH720338A2 CH001512/2022A CH15122022A CH720338A2 CH 720338 A2 CH720338 A2 CH 720338A2 CH 001512/2022 A CH001512/2022 A CH 001512/2022A CH 15122022 A CH15122022 A CH 15122022A CH 720338 A2 CH720338 A2 CH 720338A2
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watch spring
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Bucaille Jean-Luc
Jeanneret Sylvain
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Patek Philippe Sa Geneve
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Abstract

Le ressort horloger selon l'invention est un ressort moteur, un ressort de marteau, un ressort de levier, un ressort de bascule, un ressort de râteau, un ressort de cliquet, un ressort sautoir ou un ressort de tirette. Il comprend une âme élastique (30) à base de silicium couverte d'un revêtement métallique (31). Le revêtement métallique (31) est présent au moins sur une ou des portions de l'âme élastique (30) où les contraintes sont les plus élevées lorsque le ressort horloger est déformé en utilisation normale, afin d'augmenter la résistance mécanique du ressort horloger.The watch spring according to the invention is a mainspring, a hammer spring, a lever spring, a rocker spring, a rake spring, a pawl spring, a jumper spring or a pull-tab spring. It comprises an elastic core (30) based on silicon covered with a metallic coating (31). The metal coating (31) is present at least on one or portions of the elastic core (30) where the stresses are the highest when the watch spring is deformed in normal use, in order to increase the mechanical resistance of the watch spring .

Description

[0001] La présente invention concerne un ressort horloger à base de silicium, notamment pour montre-bracelet ou montre de poche. [0001] The present invention relates to a watch spring based on silicon, in particular for a wristwatch or pocket watch.

[0002] Le silicium est un matériau très apprécié dans l'horlogerie mécanique pour ses propriétés avantageuses, notamment sa faible densité, sa grande résistance à la corrosion, son caractère amagnétique et son aptitude à être usiné par des techniques de micro-fabrication. On l'utilise ainsi pour fabriquer des ressorts spiraux, des balanciers, des oscillateurs à guidage flexible, des ancres d'échappement et des roues d'échappement. [0002] Silicon is a material very appreciated in mechanical watchmaking for its advantageous properties, in particular its low density, its high resistance to corrosion, its non-magnetic nature and its ability to be machined by micro-manufacturing techniques. It is thus used to manufacture spiral springs, balance wheels, flexible guided oscillators, escapement levers and escapement wheels.

[0003] Le silicium présente néanmoins l'inconvénient d'être un matériau fragile (matériau sans domaine de déformation plastique). Les composants en silicium peuvent facilement se rompre lors de leur manipulation en vue de leur montage dans un mouvement ou en cas de chocs subis par la montre. En outre, le mode de gravure généralement utilisé pour son usinage, la gravure ionique réactive profonde dite DRIE, diminue la résistance mécanique du silicium en laissant des arêtes vives et en créant des défauts de planéité en forme de vaguelettes (appelés „scalloping“ en anglais), ainsi que des défauts dans la maille cristalline, sur les flancs de la pièce. Pour atténuer ces problèmes, on peut renforcer les composants horlogers en silicium par un revêtement d'oxyde de silicium d'épaisseur très supérieure à celle de l'oxyde natif, comme décrit dans la demande de brevet WO 2007/000271. Selon l'enseignement de la demande de brevet EP 2277822, ce revêtement d'oxyde de silicium peut ensuite être éliminé sans affecter sensiblement la résistance mécanique. [0003] Silicon nevertheless has the disadvantage of being a fragile material (material without plastic deformation range). Silicon components can easily break when handled for assembly in a movement or in the event of shock to the watch. In addition, the etching method generally used for its machining, deep reactive ion etching known as DRIE, reduces the mechanical resistance of silicon by leaving sharp edges and creating flatness defects in the form of waves (called “scalloping” in English). ), as well as defects in the crystal mesh, on the sides of the part. To alleviate these problems, silicon watch components can be reinforced with a coating of silicon oxide with a thickness much greater than that of the native oxide, as described in patent application WO 2007/000271. According to the teaching of patent application EP 2277822, this silicon oxide coating can then be eliminated without significantly affecting the mechanical resistance.

[0004] Dans le cas des ressorts, la résistance mécanique doit être suffisante non seulement pour permettre leur manipulation mais également pour que le composant puisse se déformer élastiquement sans rupture pendant son fonctionnement afin d'exercer sa fonction. Pour un ressort spiral destiné à équiper un balancier ou pour le guidage flexible d'un oscillateur sans pivots, les contraintes en fonctionnement sont relativement peu élevées, de l'ordre de quelques centaines de MPa au maximum, si bien que la résistance mécanique apportée par la couche d'oxyde de silicium peut suffire. En revanche, pour d'autres ressorts comme les ressorts moteurs, notamment ressorts de barillet, ou certains ressorts de marteau ou de bascule, les contraintes subies pendant leur fonctionnement sont beaucoup plus élevées, de l'ordre de quelques GPa. [0004] In the case of springs, the mechanical strength must be sufficient not only to allow their handling but also so that the component can deform elastically without breaking during its operation in order to perform its function. For a spiral spring intended to equip a balance wheel or for the flexible guidance of an oscillator without pivots, the operating constraints are relatively low, of the order of a few hundred MPa at most, so that the mechanical resistance provided by the silicon oxide layer may be sufficient. On the other hand, for other springs such as mainsprings, notably barrel springs, or certain hammer or rocker springs, the stresses experienced during their operation are much higher, of the order of a few GPa.

[0005] Des procédés permettant la réalisation de ressorts horlogers en silicium capables de supporter des contraintes élevées ont été proposés par la demanderesse dans les demandes de brevet WO 2019/202378 et WO 2021/186332. Le procédé selon la demande WO 2019/202378 comprend au moins une oxydation thermique et un recuit. Celui selon la demande WO 2021/186332 comprend plusieurs oxydations thermiques. Ces opérations s'effectuent à haute température. Or à haute température des contraintes peuvent apparaître dans le silicium et le déformer, surtout si le silicium est polycristallin. Il convient donc de limiter le nombre de telles opérations, ce qui empêche d'augmenter la résistance mécanique des ressorts au-delà d'un certain seuil. En outre, des structurations particulières ou des décors sur la surface du silicium peuvent être incompatibles avec les hautes températures. [0005] Methods allowing the production of silicon watch springs capable of withstanding high stresses have been proposed by the applicant in patent applications WO 2019/202378 and WO 2021/186332. The process according to application WO 2019/202378 comprises at least one thermal oxidation and annealing. That according to application WO 2021/186332 includes several thermal oxidations. These operations are carried out at high temperature. However, at high temperatures, stresses can appear in the silicon and deform it, especially if the silicon is polycrystalline. It is therefore appropriate to limit the number of such operations, which prevents the mechanical resistance of the springs from being increased beyond a certain threshold. In addition, particular structures or decorations on the surface of the silicon may be incompatible with high temperatures.

[0006] La présente invention vise à proposer une nouvelle approche pour améliorer la résistance mécanique de ressorts horlogers, qui peut compléter des solutions de renforcement mécanique connues sans augmenter sensiblement le bilan thermique du processus complet de fabrication. [0006] The present invention aims to propose a new approach for improving the mechanical resistance of watch springs, which can complement known mechanical reinforcement solutions without significantly increasing the thermal balance of the complete manufacturing process.

[0007] A cette fin, il est proposé un ressort horloger, à savoir un ressort moteur, un ressort de marteau, un ressort de levier, un ressort de bascule, un ressort de râteau, un ressort de cliquet, un ressort sautoir ou un ressort de tirette, comprenant une âme élastique à base de silicium couverte d'un revêtement métallique, le revêtement métallique étant présent au moins sur une ou des portions de l'âme élastique où les contraintes sont les plus élevées lorsque le ressort horloger est déformé en utilisation normale, afin d'augmenter la résistance mécanique du ressort horloger. [0007] For this purpose, a watch spring is proposed, namely a mainspring, a hammer spring, a lever spring, a rocker spring, a rake spring, a pawl spring, a jump spring or a pull spring, comprising an elastic core based on silicon covered with a metallic coating, the metallic coating being present at least on one or portions of the elastic core where the stresses are the highest when the watch spring is deformed in normal use, in order to increase the mechanical resistance of the watch spring.

[0008] Les revêtements métalliques ont pour avantage de pouvoir être formés à basse température, par exemple par PVD ou ALD. Ils n'affectent donc pas le bilan thermique de la fabrication. [0008] Metallic coatings have the advantage of being able to be formed at low temperature, for example by PVD or ALD. They therefore do not affect the heat balance of manufacturing.

[0009] Il est connu dans l'état de la technique de couvrir un composant horloger en silicium d'un revêtement métallique. Cependant, la fonction du revêtement métallique dans l'état de la technique n'est pas d'augmenter la résistance mécanique mais de rendre la marche d'un spiral thermocompensé insensible aux variations climatiques (CH 707225), d'empêcher les spires d'un spiral d'être attirées vers le coq et de s'y coller (EP 1837722) ou de permettre la fixation du composant en silicium sur un axe par soudage ou brasage (EP 0732635, EP3309624 ou WO 2020/148626). De plus, les composants concernés ne sont pas des ressorts moteurs, des ressorts de marteau, des ressorts de levier, des ressorts de bascule, des ressorts de râteau, des ressorts de cliquet, des ressorts sautoirs, ni des ressorts de tirette. [0009] It is known in the state of the art to cover a silicon watch component with a metallic coating. However, the function of the metal coating in the state of the art is not to increase the mechanical resistance but to make the operation of a thermocompensated hairspring insensitive to climatic variations (CH 707225), to prevent the turns from a spiral to be attracted towards the cock and to stick to it (EP 1837722) or to allow the fixing of the silicon component on an axis by welding or brazing (EP 0732635, EP3309624 or WO 2020/148626). Additionally, the components affected are not mainsprings, hammer springs, lever springs, rocker springs, rake springs, pawl springs, jumper springs, or pull-tab springs.

[0010] La présente invention propose en outre une pièce d'horlogerie, notamment une montre, plus particulièrement une montre-bracelet ou une montre de poche, comprenant un ressort horloger tel que défini plus haut, ainsi qu'un procédé de fabrication du ressort horloger. [0010] The present invention further proposes a timepiece, in particular a watch, more particularly a wristwatch or a pocket watch, comprising a watch spring as defined above, as well as a method of manufacturing the spring watchmaker.

[0011] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : – la figure 1 est une vue de dessus d'un ressort de barillet selon l'invention, le ressort de barillet étant représenté à l'état détendu, avant son introduction dans le barillet ; – la figure 2 est une vue de dessus d'un ressort de marteau selon l'invention ; – la figure 3 est une vue en section transversale schématique d'une lame d'un ressort horloger selon l'invention ; – la figure 4 est un graphique montrant par des points et des boîtes à moustaches des valeurs de contrainte à la rupture obtenues dans quatre cas différents.[0011] Other characteristics and advantages of the present invention will appear on reading the following detailed description made with reference to the appended drawings in which: – Figure 1 is a top view of a barrel spring according to the invention , the barrel spring being shown in the relaxed state, before its introduction into the barrel; – Figure 2 is a top view of a hammer spring according to the invention; – Figure 3 is a schematic cross-sectional view of a leaf of a watch spring according to the invention; – Figure 4 is a graph showing by points and boxplots the breaking stress values obtained in four different cases.

[0012] Dans le cadre de la présente invention, on entend par l'expression „revêtement métallique“ un revêtement fait d'un ou plusieurs métaux. Par le terme „métal“ on entend un métal proprement dit ou un alliage à base de métal. [0012] In the context of the present invention, the expression “metallic coating” means a coating made of one or more metals. The term “metal” means a metal itself or a metal-based alloy.

[0013] Le ressort horloger selon l'invention est l'un quelconque parmi : – un ressort moteur, c'est-à-dire un ressort destiné à emmagasiner de l'énergie mécanique lors de son remontage et à la restituer progressivement pour alimenter le fonctionnement d'un rouage ou autre mécanisme horloger ; il s'agit typiquement d'un ressort de barillet ; – un ressort de marteau, c'est-à-dire (i) un ressort de rappel destiné, lors de sa détente, à déplacer brusquement un marteau pour qu'il frappe par exemple une came de remise à zéro (dans un chronographe) ou un timbre (dans un mécanisme de sonnerie), ou (ii) un contre-ressort destiné à agir contre le ressort de rappel pour permettre au marteau, par exemple, de s'éloigner d'un timbre immédiatement après l'avoir frappé pour que le timbre puisse vibrer librement ; – un ressort de levier, c'est-à-dire un ressort de rappel destiné à agir sur un levier, par exemple pour le ramener contre une butée ou pour le faire coopérer avec un organe mobile partenaire, par exemple une roue dentée ou une étoile; – un ressort de bascule, c'est-à-dire un ressort de rappel destiné à agir sur une bascule, par exemple pour la ramener contre une butée, pour la faire coopérer avec un organe mobile partenaire, par exemple une roue dentée ou une étoile, ou pour faire coopérer un pignon baladeur que porte la bascule avec un organe denté ; – un ressort de râteau, c'est-à-dire un ressort de rappel destiné à agir sur un râteau, par exemple pour le ramener contre une butée ou pour faire coopérer un palpeur qu'il porte avec une came, par exemple une came limaçon dans un mécanisme de sonnerie ; – un ressort de cliquet, c'est-à-dire un ressort de rappel destiné à agir sur un cliquet, par exemple pour le ramener dans un entre-dent d'un organe denté, par exemple un rochet de barillet, après déplacement de l'organe denté dans son sens de rotation autorisé ; – un ressort sautoir, c'est-à-dire un ressort destiné à positionner un organe mobile, par exemple une roue, une étoile, une tirette ou une navette, par exemple en s'engageant dans un entre-dent de l'organe mobile ou en coopérant avec une goupille portée par l'organe mobile ; – un ressort de tirette, c'est-à-dire un ressort destiné à agir sur une tirette pour la maintenir en prise avec une tige de remontoir et contre lequel on peut agir pour découpler la tirette de la tige de remontoir afin de permettre l'enlèvement de la tige de remontoir ; le ressort de tirette fait généralement partie de la même pièce que le ressort sautoir de tirette qui positionne angulairement la tirette.[0013] The watch spring according to the invention is any one of: – a driving spring, that is to say a spring intended to store mechanical energy during its winding and to gradually restore it to power the operation of a cog or other watch mechanism; it is typically a barrel spring; – a hammer spring, that is to say (i) a return spring intended, when released, to suddenly move a hammer so that it hits, for example, a reset cam (in a chronograph) or a gong (in a striking mechanism), or (ii) a counter-spring intended to act against the return spring to enable the hammer, for example, to move away from a gong immediately after striking it to that the timbre can vibrate freely; – a lever spring, that is to say a return spring intended to act on a lever, for example to bring it back against a stop or to make it cooperate with a partner movable member, for example a toothed wheel or a star; – a rocker spring, that is to say a return spring intended to act on a rocker, for example to bring it back against a stop, to make it cooperate with a partner movable member, for example a toothed wheel or a star, or to make a sliding pinion carried by the rocker cooperate with a toothed member; – a rake spring, that is to say a return spring intended to act on a rake, for example to bring it back against a stop or to make a feeler that it carries cooperate with a cam, for example a cam snail in a striking mechanism; – a pawl spring, that is to say a return spring intended to act on a pawl, for example to bring it back into a space between the teeth of a toothed member, for example a barrel ratchet, after displacement of the toothed member in its authorized direction of rotation; – a jump spring, that is to say a spring intended to position a movable member, for example a wheel, a star, a zipper or a shuttle, for example by engaging in a tooth gap of the member movable or cooperating with a pin carried by the movable member; – a pull spring, that is to say a spring intended to act on a pull to keep it engaged with a winding stem and against which we can act to decouple the pull from the winding stem in order to allow the removal of the winding stem; the zipper spring is generally part of the same part as the zipper jumper spring which angularly positions the zipper.

[0014] Ces ressorts, et plus particulièrement les deux premiers, peuvent subir des contraintes très élevées lors de leur fonctionnement normal, supérieures à 2,5 GPa voire supérieures à 3 GPa. Les figures 1 et 2 montrent respectivement un ressort moteur 10 (ici un ressort destiné à être enroulé autour d'un arbre de barillet dans un tambour de barillet) et un ressort de marteau 20 dont l'extrémité 21 est destinée à agir sur une goupille portée par un marteau afin d'actionner ce dernier pour la remise à zéro d'un compteur de chronographe. Les contraintes maximales sont généralement près du ou des points d'encastrement, à savoir, dans le cas du ressort de marteau 20, le point P de jonction entre une lame élastique 22 du ressort et une base rigide 23 du ressort, la base rigide 23 servant à la fixation du ressort sur un support tel qu'une platine de mouvement horloger. [0014] These springs, and more particularly the first two, can undergo very high stresses during their normal operation, greater than 2.5 GPa or even greater than 3 GPa. Figures 1 and 2 respectively show a mainspring 10 (here a spring intended to be wound around a barrel shaft in a barrel drum) and a hammer spring 20 whose end 21 is intended to act on a pin carried by a hammer in order to activate the latter to reset a chronograph counter to zero. The maximum stresses are generally near the embedding point(s), namely, in the case of the hammer spring 20, the point P of junction between an elastic blade 22 of the spring and a rigid base 23 of the spring, the rigid base 23 used to fix the spring on a support such as a watch movement plate.

[0015] En référence à la figure 3, et de manière générale, le ressort horloger selon l'invention comprend, outre une ou plusieurs éventuelles parties rigides, une âme élastique 30 à base de silicium couverte d'un revêtement métallique 31 d'épaisseur e. L'âme élastique 30 et le revêtement métallique 31 forment ensemble une lame élastique du ressort, par exemple la lame 22 illustrée à la figure 2, le revêtement métallique 31 ayant pour fonction d'accroître la résistance mécanique de cette lame. [0015] With reference to Figure 3, and in general, the watch spring according to the invention comprises, in addition to one or more possible rigid parts, an elastic core 30 based on silicon covered with a metallic coating 31 of thickness e. The elastic core 30 and the metal covering 31 together form an elastic leaf of the spring, for example the leaf 22 illustrated in Figure 2, the metal coating 31 having the function of increasing the mechanical resistance of this leaf.

[0016] L'âme élastique 30 est par exemple en silicium monocristallin, quelle que soit son orientation cristalline, en silicium polycristallin ou en silicium amorphe. Dans tous les cas, le silicium peut être dopé ou non. L'âme élastique 30 peut être obtenue par gravure, typiquement par gravure ionique réactive profonde (DRIE), d'un substrat. A la place du silicium proprement dit, l'âme élastique 30 peut être réalisée dans un matériau composite comprenant des couches épaisses de silicium séparées par une ou plusieurs couches minces intermédiaires de dioxyde de silicium, par gravure dans un substrat silicium sur isolant (substrat SOI). L'âme élastique 30 peut aussi être constituée d'un noyau en silicium recouvert d'une couche de dioxyde de silicium. The elastic core 30 is for example made of monocrystalline silicon, whatever its crystalline orientation, of polycrystalline silicon or of amorphous silicon. In all cases, silicon can be doped or not. The elastic core 30 can be obtained by etching, typically by deep reactive ion etching (DRIE), of a substrate. Instead of silicon itself, the elastic core 30 can be made from a composite material comprising thick layers of silicon separated by one or more thin intermediate layers of silicon dioxide, by etching in a silicon-on-insulator substrate (SOI substrate ). The elastic core 30 can also consist of a silicon core covered with a layer of silicon dioxide.

[0017] Le revêtement métallique 31 est formé par exemple par PVD (dépôt physique en phase vapeur), y compris évaporation sous vide ou pulvérisation cathodique, ou par CVD (dépôt chimique en phase vapeur), y compris ALD (dépôt de couches atomiques) ou MVD (dépôt moléculaire en phase vapeur). L'épaisseur e du revêtement métallique 31 est de préférence d'au moins 20 nm, de préférence d'au moins 25 nm, de préférence d'au moins 30 nm, de préférence d'au moins 35 nm, de préférence d'au moins 40 nm, de préférence d'au moins 45 nm, de préférence d'au moins 50 nm, de préférence d'au moins 55 nm, de préférence d'au moins 60 nm, de préférence d'au moins 65 nm, de préférence d'au moins 70 nm, de préférence d'au moins 75 nm, et est de préférence d'au plus 10 µm, de préférence d'au plus 5 µm, de préférence d'au plus 1 µm, de préférence d'au plus 500 nm, de préférence d'au plus 400 nm, de préférence d'au plus 300 nm, de préférence d'au plus 200 nm, de préférence d'au plus 100 nm, de préférence d'au plus 90 nm, n'importe laquelle des limites inférieures précitées pouvant être combinée avec n'importe laquelle des limites supérieures précitées pour définir une plage d'épaisseurs pour le revêtement métallique 31 du ressort horloger selon l'invention. The metal coating 31 is formed for example by PVD (physical vapor deposition), including vacuum evaporation or cathode sputtering, or by CVD (chemical vapor deposition), including ALD (atomic layer deposition). or MVD (molecular vapor deposition). The thickness e of the metal coating 31 is preferably at least 20 nm, preferably at least 25 nm, preferably at least 30 nm, preferably at least 35 nm, preferably at least 35 nm. least 40 nm, preferably at least 45 nm, preferably at least 50 nm, preferably at least 55 nm, preferably at least 60 nm, preferably at least 65 nm, preferably at least 70 nm, preferably at least 75 nm, and is preferably at most 10 µm, preferably at most 5 µm, preferably at most 1 µm, preferably at at most 500 nm, preferably at most 400 nm, preferably at most 300 nm, preferably at most 200 nm, preferably at most 100 nm, preferably at most 90 nm, any of the aforementioned lower limits can be combined with any of the aforementioned upper limits to define a range of thicknesses for the metal coating 31 of the watch spring according to the invention.

[0018] Le revêtement métallique 31 peut comprendre une ou plusieurs couches métalliques, par exemple une ou plusieurs couches faites chacune dans l'un des métaux suivants : platine, or, cuivre, titane, chrome, tantale, nickel, aluminium, molybdène, tungstène, zinc, palladium, argent, étain, plomb, iridium, bismuth, alliage d'un ou plusieurs de ces métaux. Une couche mince, par exemple en titane, déposée sur l'âme élastique 30 peut constituer une couche d'accrochage améliorant l'adhérence d'une couche plus épaisse, par exemple en platine, déposée sur la couche mince. The metal coating 31 may comprise one or more metal layers, for example one or more layers each made of one of the following metals: platinum, gold, copper, titanium, chromium, tantalum, nickel, aluminum, molybdenum, tungsten , zinc, palladium, silver, tin, lead, iridium, bismuth, alloy of one or more of these metals. A thin layer, for example of titanium, deposited on the elastic core 30 can constitute an adhesion layer improving the adhesion of a thicker layer, for example of platinum, deposited on the thin layer.

[0019] Le revêtement métallique 31 peut couvrir entièrement la surface de l'âme élastique 30, ou peut la couvrir partiellement. Dans le second cas, le revêtement métallique 31 est formé au moins sur une ou plusieurs portions de l'âme élastique 30 où les contraintes sont les plus élevées lorsque le ressort horloger est déformé en utilisation normale (c'est-à-dire dans les conditions d'utilisation pour lesquelles il est prévu). Typiquement, cette ou ces portions de contraintes maximales sont des portions de jonction de l'âme élastique 30 à une ou des parties rigides du ressort horloger. Dans l'exemple de la figure 2, l'âme élastique comprend une seule portion de contraintes maximales, située dans la zone du point P et assurant la jonction de l'âme élastique avec la base rigide 23. Dans le cas de ressorts dont la section transversale de l'âme élastique varie sensiblement, la ou les portions de contraintes maximales peuvent être éloignées du ou des points d'encastrement et être par exemple situées au milieu de l'âme élastique. The metal coating 31 can completely cover the surface of the elastic core 30, or can partially cover it. In the second case, the metal coating 31 is formed at least on one or more portions of the elastic core 30 where the stresses are the highest when the watch spring is deformed in normal use (that is to say in the conditions of use for which it is intended). Typically, this or these maximum stress portions are junction portions of the elastic core 30 to one or more rigid parts of the watch spring. In the example of Figure 2, the elastic core comprises a single portion of maximum stresses, located in the area of point P and ensuring the junction of the elastic core with the rigid base 23. In the case of springs whose cross section of the elastic core varies significantly, the maximum stress portion(s) can be moved away from the connection point(s) and be for example located in the middle of the elastic core.

[0020] De préférence, le revêtement métallique 31 entoure complètement l'âme élastique 30 au niveau de la ou des portions de contraintes maximales, comme cela est illustré à la figure 3. Le revêtement métallique 31 peut néanmoins être présent uniquement sur les flancs 32, ou sur l'un des flancs 32, de l'âme élastique 30 au niveau de cette ou ces portions de contraintes maximales. Preferably, the metal coating 31 completely surrounds the elastic core 30 at the level of the maximum stress portion(s), as illustrated in Figure 3. The metal coating 31 can nevertheless be present only on the sides 32 , or on one of the sides 32, of the elastic core 30 at the level of this or these portions of maximum stress.

[0021] Un dépôt localisé du revêtement métallique 31 sur l'âme élastique 30, en particulier un dépôt localisé uniquement sur la ou les portions de contraintes maximales, peut être obtenu de manière connue en soi au moyen d'un masque ou d'un pochoir. Un tel dépôt localisé est utile lorsque le revêtement métallique 31 n'est pas souhaité à d'autres endroits pour des raisons esthétiques (couleur) ou tribologiques, par exemple. [0021] A localized deposition of the metal coating 31 on the elastic core 30, in particular a localized deposition only on the maximum stress portion(s), can be obtained in a manner known per se by means of a mask or a stencil. Such localized deposition is useful when the metallic coating 31 is not desired in other locations for aesthetic (color) or tribological reasons, for example.

[0022] Dans une variante, le revêtement métallique 31 peut couvrir tout le ressort, partie(s) rigide(s) comprise(s). [0022] In a variant, the metal coating 31 can cover the entire spring, including the rigid part(s).

[0023] Le revêtement métallique 31 peut être déposé immédiatement après la gravure de l'âme élastique 30 dans le substrat ou après un ou des traitements appliqués à l'âme élastique 30. The metallic coating 31 can be deposited immediately after etching the elastic core 30 in the substrate or after one or more treatments applied to the elastic core 30.

[0024] En plus du revêtement métallique 31, le ressort horloger selon l'invention peut comprendre un ou des revêtements supplémentaires, par exemple un revêtement extérieur ou un revêtement intermédiaire. Le parylène peut constituer le matériau d'un de ces revêtements. [0024] In addition to the metal coating 31, the watch spring according to the invention may comprise one or more additional coatings, for example an exterior coating or an intermediate coating. Parylene can be the material for one of these coatings.

[0025] Dans le but de tester l'invention, des éprouvettes de flexion ont été gravées par DRIE dans un même substrat de silicium, puis on a soumis ces éprouvettes à deux séquences d'oxydation-désoxydation selon le principe décrit dans la demande de brevet WO 2021/186332, à savoir une première oxydation thermique suivie d'une désoxydation pour retirer une épaisseur de 1 µm sur toute la surface des éprouvettes, puis une deuxième oxydation thermique suivie d'une désoxydation pour retirer une épaisseur supplémentaire de 1 µm sur toute la surface des éprouvettes. Ce traitement a permis de lisser les surfaces, en d'autres termes de réduire leurs défauts, y compris ceux de la maille cristalline dus à la gravure DRIE, donc d'améliorer déjà la résistance mécanique des éprouvettes. Après ce traitement, quatre lots ont été constitués : – lot 1 : des éprouvettes ayant subi uniquement ce traitement de lissage ; – lot 2 : des éprouvettes ayant subi, en plus du traitement de lissage, un traitement ALD pour les couvrir d'une couche de platine de 50 nm d'épaisseur ; – lot 3 : des éprouvettes ayant subi, en plus du traitement de lissage, un traitement ALD pour les couvrir d'une couche de platine de 80 nm d'épaisseur ; – lot 4 : des éprouvettes ayant subi, en plus du traitement de lissage, un traitement PVD pour les couvrir d'une couche d'accrochage en titane d'épaisseur 7 nm et pour couvrir la couche de titane d'une deuxième couche, en platine, de 80 nm d'épaisseur.[0025] In order to test the invention, bending specimens were etched by DRIE in the same silicon substrate, then these specimens were subjected to two oxidation-deoxidation sequences according to the principle described in the application for patent WO 2021/186332, namely a first thermal oxidation followed by deoxidation to remove a thickness of 1 µm over the entire surface of the test pieces, then a second thermal oxidation followed by deoxidation to remove an additional thickness of 1 µm over the entire surface of the test pieces. the entire surface of the test pieces. This treatment made it possible to smooth the surfaces, in other words to reduce their defects, including those of the crystal mesh due to DRIE etching, and therefore to already improve the mechanical resistance of the specimens. After this treatment, four batches were made: – batch 1: specimens having undergone only this smoothing treatment; – lot 2: test pieces having undergone, in addition to the smoothing treatment, an ALD treatment to cover them with a layer of platinum 50 nm thick; – lot 3: test pieces having undergone, in addition to the smoothing treatment, an ALD treatment to cover them with a layer of platinum 80 nm thick; – lot 4: test pieces having undergone, in addition to the smoothing treatment, a PVD treatment to cover them with a 7 nm thick titanium bonding layer and to cover the titanium layer with a second layer, in platinum, 80 nm thick.

[0026] Les résultats de contrainte à la rupture pour chacun de ces lots sont présentés dans le graphique de la figure 4, où les boîtes rectangulaires représentent 50% des pièces, les deux segments verticaux de part et d'autre de chaque boîte représentent chacun 25% des pièces, le trait horizontal à l'intérieur de chaque boîte représente la valeur médiane et le point représente la valeur moyenne. On constate que le dépôt d'une couche métallique améliore encore la résistance mécanique, et que la contrainte à la rupture la plus basse dans les lots 3 et 4 est particulièrement élevée, étant bien supérieure à 3 GPa. The breaking stress results for each of these batches are presented in the graph of Figure 4, where the rectangular boxes represent 50% of the parts, the two vertical segments on either side of each box represent each 25% of the coins, the horizontal line inside each box represents the median value and the dot represents the average value. It can be seen that the deposition of a metallic layer further improves the mechanical strength, and that the lowest breaking stress in batches 3 and 4 is particularly high, being well above 3 GPa.

[0027] L'amélioration de la résistance mécanique obtenue par la présente invention permet de réduire la longueur/encombrement de ressorts horlogers ou d'augmenter leur capacité de stockage d'énergie. Le bilan thermique du processus de fabrication des ressorts est très peu affecté par le dépôt du revêtement métallique, puisque les traitements PVD et ALD, par exemple, s'effectuent à des températures inférieures à 100°C, voire inférieures à 80°C, à comparer aux températures de 800°C à 1200°C d'une oxydation thermique. L'invention est particulièrement avantageuse dans le cas du silicium polycristallin, qui résiste moins bien aux hautes températures que les autres formes de silicium. [0027] The improvement in mechanical strength obtained by the present invention makes it possible to reduce the length/bulk of watch springs or to increase their energy storage capacity. The thermal balance of the spring manufacturing process is very little affected by the deposition of the metal coating, since the PVD and ALD treatments, for example, are carried out at temperatures lower than 100°C, or even lower than 80°C, at compare to temperatures of 800°C to 1200°C for thermal oxidation. The invention is particularly advantageous in the case of polycrystalline silicon, which is less resistant to high temperatures than other forms of silicon.

[0028] Le ressort horloger selon l'invention peut être une pièce à part entière ou être monobloc avec le composant (marteau, levier, bascule, etc.) sur lequel il agit ou encore être monobloc avec un autre ressort ayant une fonction différente ou agissant sur un autre composant. The watch spring according to the invention can be a part in its own right or be in one piece with the component (hammer, lever, rocker, etc.) on which it acts or even be in one piece with another spring having a different function or acting on another component.

Claims (14)

1. Ressort horloger, à savoir ressort moteur (10), ressort de marteau (20), ressort de levier, ressort de bascule, ressort de râteau, ressort de cliquet, ressort sautoir ou ressort de tirette, comprenant une âme élastique (30) à base de silicium couverte d'un revêtement métallique (31), le revêtement métallique (31) étant présent au moins sur une ou des portions de l'âme élastique (30) où les contraintes sont les plus élevées lorsque le ressort horloger est déformé en utilisation normale, afin d'augmenter la résistance mécanique du ressort horloger.1. Watch spring, namely mainspring (10), hammer spring (20), lever spring, rocker spring, rake spring, pawl spring, jumper spring or pull spring, comprising an elastic core (30) based on silicon covered with a metallic coating (31), the metallic coating (31) being present at least on one or portions of the elastic core (30) where the stresses are the highest when the watch spring is deformed in normal use, in order to increase the mechanical resistance of the watch spring. 2. Ressort horloger selon la revendication 1, caractérisé en ce que la ou chaque dite portion où les contraintes sont les plus élevées est une portion de jonction de l'âme élastique (30) à une partie rigide (23) du ressort horloger.2. Watch spring according to claim 1, characterized in that the or each said portion where the stresses are the highest is a junction portion of the elastic core (30) to a rigid part (23) of the watch spring. 3. Ressort horloger selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le revêtement métallique (31) est présent au moins sur un flanc (32) de l'âme élastique (30) au niveau de la ou des dites portions où les contraintes sont les plus élevées.3. Watch spring according to claim 1 or 2, characterized in that the metal coating (31) is present at least on one side (32) of the elastic core (30) at the level of said portion(s) where the stresses are the highest. 4. Ressort horloger selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le revêtement métallique (31) entoure complètement l'âme élastique (30) au moins au niveau de la ou des dites portions où les contraintes sont les plus élevées.4. Watch spring according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metal coating (31) completely surrounds the elastic core (30) at least at the level of said portion(s) where the stresses are the highest . 5. Ressort horloger selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le revêtement métallique (31) est présent sur toute la surface de l'âme élastique (30).5. Watch spring according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metal coating (31) is present over the entire surface of the elastic core (30). 6. Ressort horloger selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le revêtement métallique (31) est présent uniquement sur la ou les dites portions de l'âme élastique (30) où les contraintes sont les plus élevées.6. Watch spring according to one of claims 1 to 4, characterized in that the metal coating (31) is present only on the said portion(s) of the elastic core (30) where the stresses are the highest. 7. Ressort horloger selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que l'épaisseur (e) du revêtement métallique (31) est d'au moins 20 nm, de préférence d'au moins 25 nm, de préférence d'au moins 30 nm, de préférence d'au moins 35 nm, de préférence d'au moins 40 nm, de préférence d'au moins 45 nm, de préférence d'au moins 50 nm, de préférence d'au moins 55 nm, de préférence d'au moins 60 nm, de préférence d'au moins 65 nm, de préférence d'au moins 70 nm, de préférence d'au moins 75 nm.7. Watch spring according to one of claims 1 to 6, characterized in that the thickness (e) of the metal coating (31) is at least 20 nm, preferably at least 25 nm, preferably d at least 30 nm, preferably at least 35 nm, preferably at least 40 nm, preferably at least 45 nm, preferably at least 50 nm, preferably at least 55 nm , preferably at least 60 nm, preferably at least 65 nm, preferably at least 70 nm, preferably at least 75 nm. 8. Ressort horloger selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le revêtement métallique (31) comprend au moins l'un des métaux suivants : platine, or, cuivre, titane, chrome, tantale, nickel, aluminium, molybdène, tungstène, zinc, palladium, argent, étain, plomb, iridium, bismuth, alliage d'un ou plusieurs de ces métaux.8. Watch spring according to one of claims 1 to 7, characterized in that the metallic coating (31) comprises at least one of the following metals: platinum, gold, copper, titanium, chromium, tantalum, nickel, aluminum, molybdenum, tungsten, zinc, palladium, silver, tin, lead, iridium, bismuth, alloy of one or more of these metals. 9. Ressort horloger selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l'âme élastique (30) comprend du silicium polycristallin.9. Watch spring according to one of claims 1 to 8, characterized in that the elastic core (30) comprises polycrystalline silicon. 10. Pièce d'horlogerie comprenant un ressort horloger selon l'une des revendications 1 à 9.10. Timepiece comprising a watch spring according to one of claims 1 to 9. 11. Pièce d'horlogerie selon la revendication 10, caractérisée en ce que le ressort horloger reçoit en fonctionnement normal des contraintes supérieures à 2,5 GPa, de préférence supérieures à 3 GPa.11. Timepiece according to claim 10, characterized in that the watch spring receives in normal operation stresses greater than 2.5 GPa, preferably greater than 3 GPa. 12. Procédé de fabrication d'un ressort horloger, à savoir d'un ressort moteur (10), d'un ressort de marteau (20), d'un ressort de levier, d'un ressort de bascule, d'un ressort de râteau, d'un ressort de cliquet, d'un ressort sautoir ou d'un ressort de tirette, comprenant une étape consistant à réaliser une âme élastique (30) à base de silicium et une étape consistant à couvrir l'âme élastique (30) d'un revêtement métallique (31) de sorte que le revêtement métallique (31) soit présent au moins sur une ou des portions de l'âme élastique (30) où les contraintes seront les plus élevées lorsque le ressort horloger sera déformé en utilisation normale, afin d'augmenter la résistance mécanique du ressort horloger.12. Method for manufacturing a watch spring, namely a mainspring (10), a hammer spring (20), a lever spring, a rocker spring, a spring rake, a pawl spring, a jumper spring or a pull spring, comprising a step consisting of producing an elastic core (30) based on silicon and a step consisting of covering the elastic core ( 30) of a metallic coating (31) so that the metallic coating (31) is present at least on one or portions of the elastic core (30) where the stresses will be the highest when the watch spring is deformed in normal use, in order to increase the mechanical resistance of the watch spring. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape consistant à couvrir l'âme élastique (30) d'un revêtement métallique (31) comprend une opération de ALD.13. Method according to claim 12, characterized in that the step consisting of covering the elastic core (30) with a metallic coating (31) comprises an ALD operation. 14. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'étape consistant à couvrir l'âme élastique (30) d'un revêtement métallique (31) comprend une opération de PVD.14. Method according to claim 12, characterized in that the step consisting of covering the elastic core (30) with a metallic coating (31) comprises a PVD operation.
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