РЕЗОНАТОР С ПОНИЖЕННОЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬЮ К КЛИМАТИЧЕСКИМ ИЗМЕНЕНИЯМ Российский патент 2019 года по МПК G04B17/22 F16F1/10 H03H9/02 C23C28/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к термокомпенсированному пружинному балансному резонатору, в котором компенсирующая балансирная пружина имеет пониженную чувствительность к климатическим изменениям.

Уровень техники

В ходе испытаний часового изделия в условиях сильной конденсации выявлено ее негативное влияние на ход часового изделия.

Раскрытие изобретения

В основу настоящего изобретения положена задача устранить все или часть вышеупомянутых недостатков посредством снабжения балансирной пружины неметаллическим сердечником, имеющим пониженную чувствительность к климатическим изменениям

Таким образом, настоящее изобретение относится к компенсирующей балансирной пружине для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющей сердечник, выполненный по меньшей мере из одного неметаллического материала, содержащего кварц или легированный кремний (или нелегированный кремний), на котором по меньшей мере частично сформировано покрытие из диоксида кремния, отличающейся тем, что сердечник частично покрыт слоем, неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги, обеспечивая компенсирующей балансирной пружине меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

Отсюда ясно, что даже в случае сильной конденсации функционирование компенсирующей балансирной пружины нарушается в меньшей степени, так что на функционирование образованного балансирной пружиной совместно с балансом резонатора негативного влияния не оказывается или такое влияние незначительно.

Согласно другим полезным отличительным признакам изобретения:

- слой, неподдающийся воздействию влаги или непроницаемый для влаги, имеет толщину менее 50 нм;

- слой, неподдающийся воздействию влаги или непроницаемый для влаги, выполнен из хрома, титана или тантала.

Кроме того, настоящее изобретение относится к термокомпенсированному резонатору для часового изделия, содержащему баланс, отличающемуся тем, что баланс взаимодействует с компенсирующей балансирной пружиной, выполненной согласно любому из предшествующих вариантов.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего описания, приведенного в качестве не носящего ограничительного характера примера, со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи.

На фиг. 1 показана предлагаемая в изобретении компенсирующая балансирная пружина;

на фиг. 2-7 – предлагаемые в изобретении варианты поперечного сечения компенсирующей балансирной пружины.

Осуществление изобретения

Было проведено исследование с целью определения поведения часового изделия в зависимости от сильной конденсации. Исследование было выполнено путем резкого принудительного перехода через точку росы при влажности 80% и понижении температуры по меньшей мере на 15°С.

Было продемонстрировано, что может осуществляться негативное влияние на ход часового изделия, если, в частности, компенсирующая балансирная пружина пружинного балансного резонатора выполнена по меньшей мере частично из кристаллического или аморфного оксида кремния. Такой тип компенсирующей балансирной пружины может быть выполнен, к примеру, из легированного или нелегированного кристаллического кремния, на котором по меньшей мере частично формируют покрытие из диоксида кремния или из кварца.

Исследование также продемонстрировало, что эффект сильной конденсации может быть минимизирован с помощью частичного барьера, защищающего от влаги, образующейся на компенсирующей балансирной пружине, содержащей кристаллический или аморфный оксид кремния.

Соответственно, настоящее изобретение относится к компенсирующей балансирной пружине для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющей сердечник, выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала. В предпочтительном варианте осуществления изобретения сердечник частично покрыт влагостойким слоем, т.е. слоем, неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги, чтобы сделать компенсирующую балансирную пружину менее чувствительной к климатическим изменениям.

Согласно изобретению, словосочетание "частично покрытый" сердечник означает покрытый не полностью, т.е. сердечник, у которого покрыт только один участок, такой как одна или несколько граней, или только часть одной грани. Однако предпочтительно, чтобы был покрыт максимум окисленных участков, не прибегая к покрытию всей балансирной пружины.

Согласно изобретению, влагостойкий слой имеет толщину менее 50 нм, предпочтительно около 10 нм, чтобы исключить механическое влияние на работу балансирной пружины. Однако толщина влагостойкого слоя может достигать нескольких микрометров, но при этом она должна приниматься во внимание при термической компенсации пружинного балансного резонатора.

Кроме того, предпочтительно, чтобы влагостойкий слой был электропроводным и имел низкую чувствительность к магнитным полям, таким как диамагнитные, антиферромагнитные или парамагнитные поля.

В качестве примера, влагостойкий слой может, таким образом, включать в себя хром, титан, тантал, алюминий, цирконий, оксид алюминия, оксид хрома, хромистый вольфрам, политетрафторэтилен или нитрид кремния (Si₃N₄). Однако предпочтительны хром, титан, тантал или один из их сплавов, т.к. они демонстрируют лучшие результаты.

На фиг. 1-7 показаны варианты балансирной пружины 1, полученной согласно изобретению и предназначенной для термической компенсации резонатора, при этом выполненного совместно с балансом. Компенсирующая балансирная пружина 1 предпочтительно включает в себя кольцо 3, выполненное за одно целое с полоской 5, скрученной в несколько витков. Согласно изобретению, по меньшей мере одна полоска 5 компенсирующей балансирной пружины 1 только частично покрыта слоем 7, образующим барьер для влаги.

Полоска 5 имеет длину l, толщину e и высоту h. Она имеет сердечник 9a, 9b, 9c, 9c, 9e, 9f, выполненный из по меньшей мере одного материала 11, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f.

Согласно показанным на фиг. 2-7 вариантам, сердечник 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f может быть выполнен из одного материала 11а, такого, например, как кварц, или из нескольких материалов 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f.

Если сердечник 9b, 9c, 9d, 9e, 9f выполнен из нескольких материалов, он может быть покрыт полностью 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f или частично 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c несколькими материалами, прежде чем частично покрыть полоску 5 балансирной пружины 1 водостойким слоем 7, т.е. слоем, неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги.

Каждый слой покрытия 13b, 15b, 17c, 19c, 13d, 15d, 17d, 19d, 13e, 15e, 17e, 19e может быть, а может и не быть одного и того же типа и одной и той же толщины. Например, сердечник 9b, 9c, 9d, 9e, 9f может содержать легированный или нелегированный кремний 11b, 11c, 11d, 11e, 11f, на котором по меньшей мере частично сформировано покрытие 13b, 15b, 17c, 19c, 13d, 15d, 17d, 19d, 13e, 15e, 17e, 19e, 21f из диоксида кремния.

Как видно из фиг. 2-7, частичное покрытие 7 может присутствовать на всей или на части толщины e и/или на всей или на части высоты h и/или на всей или на части дины l, при этом балансирная пружина не покрывается полностью. Однако предпочтительно покрывать максимум окисленных участков, как это имеет место на фиг. 3 и 4, на которых предпочтительно окисленные покрытия 13b, 15b, 17c, 19c защищены влагостойкими слоями 7.

Настоящее изобретение также относится к способу изготовления компенсирующей балансирной пружины 1 для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, включающему в себя следующие этапы, на которых:

а) формируют балансирную пружину, содержащую термокомпенсированный сердечник 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f, выполненный из по меньшей мере одного материала 11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f;

б) частично покрывают сердечник 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f по меньшей мере одним влагостойким слоем 7, чтобы сделать балансирную пружину 1 менее чувствительной к климатическим изменениям.

Согласно изобретению, этап а) может быть реализован посредством протравливания необходимого контура балансирной пружины в соответствующей пластине, чтобы сформировать весь или часть 11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f сердечника 9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f. При использовании кристаллического кремния и кварца для осуществления этапа 1 может предусматриваться глубокое реактивное ионное травление (DRIE).

Конечно, этап а) также включает в себя по меньшей мере одну вторую фазу 13b, 15b, 17c, 19c, 13d, 15d, 17d, 19d, 13e, 15e, 17e, 19e, 21f частичного или полного покрытия балансирной пружины, полученной травлением на первой фазе, с целью завершения изготовления сердечника 9b, 9c, 9d, 9e, 9f. Данная вторая фаза может, к примеру, предусматривать термическое окисление, предназначенное для формирования диоксида кремния, если на первой фазе этапа а) осуществлялось травление легированной или нелегированной пластины из кристаллического кремния.

Этап б) позволяет осаждать по меньшей мере один влагостойкий слой 7, имеющий толщину менее 50 нм, предпочтительно приблизительно 10 нм. Этап б) может реализовываться, к примеру, любым способом осаждения тонкого слоя 7, таким как парофазное осаждение, чтобы предпочтительно осаждать хром, титан или тантал или один из их сплавов, которые также преимущественно являются электропроводящими материалами, нечувствительными к магнитным полям.

Безусловно, настоящее изобретение не ограничивается приведенными примерами, и возможны его различные варианты и альтернативы, очевидные для специалиста в данной области техники. В частности, может предусматриваться любой материал, пригодный для создания барьера для влаги, не ограничиваясь хромом, титаном или танталом или одним из их сплавов или даже другими перечисленными в данном описании материалами.

Также можно выбрать влагостойкий материал конкретного цвета, чтобы улучшить его эстетическое восприятие, если часовое изделие содержит детали, позволяющие видеть балансирную пружину, как это имеет место, например, в "скелетном" часовом изделии или часовом изделии с прозрачной задней крышкой.

Изобретение относится к области часовых изделий. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9а, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11а, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19с, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f). Сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт по меньшей мере одним влагостойким слоем (7). Технический результат заключается в том, чтобы сделать компенсирующую балансирную пружину менее чувствительной к климатическим изменениям. 10 н.п. ф-лы, 7 ил.

1. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя кварц, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт по меньшей мере одним слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и содержит хром, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

2. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя кварц, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт по меньшей мере одним слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и выполнен из титана, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

3. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя кварц, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт по меньшей мере одним слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и содержит тантал, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

4. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя кремний, на котором по меньшей мере частично сформировано покрытие из диоксида кремния, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и содержит хром, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

5. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя кремний, на котором по меньшей мере частично сформировано покрытие из диоксида кремния, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и выполнен из титана, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

6. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя кремний, на котором по меньшей мере частично сформировано покрытие из диоксида кремния, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и содержит тантал, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

7. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя легированный кремний, на котором по меньшей мере частично сформировано покрытие из диоксида кремния, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и содержит хром, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

8. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя легированный кремний, на котором по меньшей мере частично сформировано покрытие из диоксида кремния, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и выполнен из титана, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

9. Компенсирующая балансирная пружина (1) для термокомпенсированного пружинного балансного резонатора, имеющая сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f), выполненный из по меньшей мере одного неметаллического материала (11a, 11b, 13b, 15b, 11c, 17c, 19c, 11d, 13d, 15d, 17d, 19d, 11e, 13e, 15e, 17e, 19e, 11f, 21f), включающего в себя легированный кремний, на котором по меньшей мере частично сформировано покрытие из диоксида кремния, отличающаяся тем, что сердечник (9a, 9b, 9c, 9d, 9e, 9f) частично покрыт слоем (7), который является неподдающимся воздействию влаги и непроницаемым для влаги и содержит тантал, обеспечивающим компенсирующей балансирной пружине (1) меньшую чувствительность к климатическим изменениям.

10. Термокомпенсированный резонатор для часового изделия, включающий баланс и взаимодействующую с ним компенсирующую балансирную пружину (1), отличающийся тем, что компенсирующая балансирная пружина выполнена по любому из пп. 1-9.