Spiral à élévation de courbe monobloc et son procédé de fabrication

Abstract

 L'invention se rapporte à un spiral monobloc (21, 21') comportant un ressort-spiral (25, 25') monté coaxialement sur une virole (27, 27') réalisés dans une même couche de matériau à base de silicium. Selon l'invention, le spiral comporte un dispositif d'élévation (2, 2') de la spire externe dudit ressort-spiral au-dessus de ladite couche de matériau à base de silicium afin d'améliorer la concentricité du développement dudit spiral.
L'invention se rapporte également à une pièce d'horlogerie comportant un tel spiral et à son procédé de fabrication.
L'invention concerne le domaine des mouvements horlogers.

Description

DOMAINE DE L'INVENTION

[0001] L'invention se rapporte à un spiral et son procédé de fabrication et, plus particulièrement, à un spiral à élévation de courbe formé en une seule pièce.

ARRIERE PLAN DE L'INVENTION

[0002] L'organe régulateur d'une pièce d'horlogerie comporte généralement un volant d'inertie appelé balancier et un résonateur appelé spiral. Ces pièces sont déterminantes pour la qualité de marche de la pièce d'horlogerie. En effet, ils régulent le mouvement, c'est-à-dire qu'ils contrôlent la fréquence du mouvement.

[0003] Dans le cas d'un spiral à élévation de courbe, beaucoup de matériaux et de procédés ont été testés sans que les difficultés de réalisation en résonance ne disparaissent.

RESUME DE L'INVENTION

[0004] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un spiral à élévation de courbe monobloc dont le coefficient thermo-élastique peut être ajusté et qui est obtenu à l'aide d'un procédé de fabrication qui minimise les difficultés de réalisation.

[0005] A cet effet, l'invention se rapporte à un spiral monobloc comportant un ressort-spiral monté coaxialement sur une virole réalisés dans une même couche de matériau à base de silicium caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'élévation de la spire externe dudit ressort-spiral au-dessus de ladite couche de matériau à base de silicium afin d'améliorer la concentricité du développement dudit spiral.

[0006] Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :

• le dispositif d'élévation comporte des moyens d'élévation reliant la spire externe du ressort-spiral qui sont réalisés dans une deuxième couche de matériau à base de silicium ;
• le dispositif d'élévation comporte une courbe terminale reliée auxdits moyens d'élévation et formée dans une troisième couche de matériau à base de silicium ce qui permet de former un spiral du type Breguet® ;
• la courbe terminale est du type Phillips ;
• la virole comporte une partie en prolongement faisant saillie dudit ressort-spiral afin d'améliorer le guidage dudit spiral ;
• le dispositif d'élévation comporte un deuxième ressort-spiral monté coaxialement sur une deuxième virole reliés auxdits moyens d'élévation et formés dans une troisième couche de matériau à base de silicium permettant la formation d'un spiral double en série ;
• le spiral comporte au moins une partie en dioxyde de silicium afin de le rendre plus résistant mécaniquement et d'ajuster son coefficient thermo-élastique ;
• au moins une virole comporte une partie en métal destinée à recevoir par chassage un axe ce qui permet d'éviter la détérioration des diamètres internes en matériaux à base de silicium ;
• au moins une spire interne de ressort-spiral comporte une courbe du type Grossmann afin d'améliorer la concentricité du développement dudit spiral.

[0007] Plus généralement, l'invention se rapporte à une pièce d'horlogerie caractérisée en ce qu'elle comporte un spiral monobloc selon l'une des variantes précédentes.

[0008] Enfin l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un spiral monobloc comportant les étapes suivantes :

a) se munir d'un substrat comportant une couche supérieure et une couche inférieure en matériau à base de silicium ;

b) graver sélectivement au moins une cavité dans la couche supérieure pour définir des moyens d'élévation en matériau à base de silicium dudit spiral ;

c) solidariser, sur la couche supérieure gravée du substrat, une couche supplémentaire de matériau à base de silicium ;

d) graver sélectivement au moins une cavité dans la couche supplémentaire pour continuer le motif des moyens d'élévation et définir les motifs d'un ressort-spiral et d'une virole en matériau à base de silicium dudit spiral ;
caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes :

e) graver sélectivement au moins une cavité dans la couche inférieure pour continuer le motif des moyens d'élévation et définir le motif d'une courbe terminale ;

f) libérer le spiral monobloc du substrat

[0009] Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :

• la gravure du ressort-spiral et de la virole de l'étape d) est inversée avec celle de la courbe terminale de l'étape e) ;
• le motif d'une partie en prolongement de la virole est gravé dans au moins une des autres couches en matériaux à base de silicium ;
• le motif de la courbe terminale gravé lors de l'étape e) est remplacé par les motifs d'un deuxième ressort-spiral et d'une deuxième virole afin de former un spiral double en série ;
• après une étape de gravure d'un ressort-spiral, le procédé comporte l'étape g) : oxyder le ressort-spiral en matériau à base de silicium afin de le rendre plus résistant mécaniquement et d'ajuster son coefficient thermo-élastique ;
• avant l'étape e), le procédé comporte l'étape h) : déposer sélectivement au moins une couche de métal sur la couche inférieure pour définir le motif d'une partie métallique sur la virole ;
• l'étape h) comporte l'étape i) : faire croître ledit dépôt par couches successives métalliques au moins partiellement sur la surface de la couche inférieure afin de former la partie métallique destinée à recevoir par chassage un axe ;
• l'étape h) comporte les étapes j) : graver sélectivement au moins une cavité dans la couche inférieure destinée à recevoir la partie métallique et k) : faire croître ledit dépôt par couches successives métalliques au moins partiellement dans ladite au moins une cavité afin de former la partie métallique destinée à recevoir par chassage un axe ;
• l'étape h) comporte une dernière étape l) : polir le dépôt métallique ;
• plusieurs spiraux monoblocs sont réalisés sur un même substrat.

DESCRIPTION SOMMAIRE DES DESSINS

[0010] D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :

• les figures 1 à 5 représentent des vues successives du procédé de fabrication selon l'invention ;
• les figures 6 à 8 représentent des vues des étapes successives de modes de réalisation alternatifs ;
• la figure 9 représente un schéma fonctionnel du procédé selon l'invention ;
• les figures 10 et 11 sont des représentations en perspective d'un spiral monobloc selon l'invention ;
• la figure 12 est une représentation en perspective d'une spiral selon une variante de l'invention.

DESCRIPTION DETAILLEE DES MODES DE REALISATION PREFERES

[0011] L'invention se rapporte à un procédé généralement annoté 1 et qui est destiné à fabriquer un spiral à élévation de courbe monobloc 21, 21' pour un mouvement de pièce d'horlogerie. Comme illustré aux figures 1 à 9, le procédé 1 comporte des étapes successives destinées à former au moins un type de spiral qui peut être formé intégralement en matériau à base de silicium.

[0012] En référence aux figures 1 et 9, la première étape 100 consiste à se munir d'un substrat 3 du type silicium sur isolant (également connu sous l'acronyme anglais SOI). Le substrat 3 comporte une couche supérieure 5 et une couche inférieure 7 composées chacune de matériau à base de silicium.

[0013] Préférentiellement dans cette étape 100, le substrat 3 est choisi afin que la hauteur de la couche inférieure 7 corresponde à la hauteur d'une partie du spiral final 21.

[0014] Préférentiellement, la couche supérieure 5 est utilisée comme moyen d'espacement par rapport à la couche inférieure 7. Par conséquent, la hauteur de la couche supérieure 5 sera adaptée en fonction de la configuration du spiral à élévation de courbe 21, 21'.

[0015] Dans une deuxième étape 101, comme visible à la figure 2, une cavité 8 est sélectivement gravée, par exemple par un procédé de gravure ionique réactive profonde (également connu sous l'acronyme anglais DRIE), dans la couche supérieure 5 en matériau à base de silicium. La cavité 8 permet de former un motif 6 définissant les contours intérieur et extérieur d'une partie en silicium appartenant au dispositif d'élévation 2 du spiral 21, 21'.

[0016] Dans une première variante illustrée aux figures 10 et 11, le motif 6 forme la partie intermédiaire des moyens d'élévation 4 du dispositif d'élévation 2 du spiral 21. Comme illustré à la figure 2, le motif 6 est sensiblement en forme de plaque rectangulaire courbe, cependant, avantageusement selon le procédé 1, la gravure sur la couche supérieure 5 laisse toute liberté quant à la géométrie du motif 6. Ainsi, notamment, il pourrait ne pas forcément être rectangulaire mais, par exemple, trapézoïdal.

[0017] Dans une deuxième variante illustrée à la figure 12, le motif 6 forme la partie intermédiaire des moyens d'élévation 4' du dispositif d'élévation 2' du spiral 21'. Comme illustré à la figure 2, le motif 6 est sensiblement en forme de plaque rectangulaire courbe, cependant, avantageusement selon le procédé 1, la gravure sur la couche supérieure 5 laisse toute liberté quant à la géométrie du motif 6. Ainsi, notamment, il pourrait ne pas forcément être rectangulaire mais, par exemple, former un anneau complet.

[0018] Préférentiellement pour la première variante des figures 10 et 11, une autre cavité 10 peut être gravée lors de l'étape 101 afin de former le motif 9 distinct du motif 6 définissant les contours intérieur et extérieur d'une partie en silicium appartenant respectivement à une virole 27 du spiral 21.

[0019] Dans l'exemple illustré aux figures 10 et 11, le motif 9 forme ainsi la partie médiane de la virole 27 du spiral à élévation de courbe 21. Comme illustré à la figure 2, le motif 9 est sensiblement en forme de cylindre à section circulaire, cependant, avantageusement selon le procédé 1, la gravure sur la couche supérieure 5 laisse toute liberté quant à la géométrie du motif 9. Ainsi, notamment, il pourrait ne pas forcément être circulaire mais, par exemple, elliptique et/ou comporter un diamètre intérieur non circulaire.

[0020] Préférentiellement, lors de l'étape 101, au moins un pont de matière 16 est réalisé afin de maintenir au substrat 3 le spiral à élévation de courbe 21, 21' lors de sa fabrication. Dans l'exemple illustré à la figure 2, on peut voir qu'un pont de matières 16 est laissé entre une des faces principales du motif 6 et le reste de la couche 5 non gravée.

[0021] Dans une troisième étape 102, comme visible à la figure 3, une couche supplémentaire 11 en matériau à base de silicium est ajoutée au substrat 3. Préférentiellement, la couche supplémentaire 11 est fixée sur la couche supérieure 5 au moyen d'un soudage par fusion du silicium (également connu sous l'acronyme anglais SFB). Ainsi, l'étape 102 permet avantageusement de recouvrir la couche supérieure 5 en liant avec une très forte adhérence notamment les faces supérieures des motifs 6 et, éventuellement, 9 sur la face inférieure de la couche supplémentaire 11.

[0022] Dans une quatrième étape 103, comme visible à la figure 4, des cavités 18 et 20 sont sélectivement gravées, par exemple, par un procédé du type DRIE semblable à celui des étapes 101, dans la couche supplémentaire 11 en matériau à base de silicium. Ces cavités 18 et 20 permettent de former trois motifs 17, 19 et 24 définissants les contours intérieur et extérieur de parties en silicium du spiral à élévation de courbe 21, 21'.

[0023] Dans l'exemple illustré à la figure 4, le motif 17 est sensiblement en forme de cylindre à section circulaire et, le motif 19, sensiblement en forme de spirale. Cependant, avantageusement selon le procédé 1, la gravure dans la couche supplémentaire 11 laisse toute liberté sur la géométrie des motifs 17 et 19. Ainsi, notamment, le motif 19 peut, par exemple, comporter plus de spires ou une spire interne comportant une courbe du type Grossmann permettant d'améliorer sa concentricité de développement comme expliqué dans le document EP 1 612 627 incorporé par référence à la présente description.

[0024] Préférentiellement pour la première variante des figures 10 et 11, le motif 17 réalisé dans la couche supplémentaire 11 est de forme similaire et sensiblement à l'aplomb du motif 9 réalisé dans la couche supérieure 5. Cela signifie que les cavités 18 et 10 formant respectivement les diamètres intérieurs des motifs 17 et 9 communiquent ensemble et sont sensiblement les unes au-dessus des autres. Dans l'exemple illustré aux figures 10 et 11, les motifs 9 et 17 forment les parties haute et médiane de la virole 27 du spiral 21.

[0025] Avantageusement, les motifs 17 et 19 étant gravés en même temps, ils forment donc une pièce monobloc dans la couche supplémentaire 11. Dans la première variante illustrée aux figures 10 et 11, les motifs 17 et 19 forment respectivement la partie basse de la virole 27 et le ressort-spiral 25 du spiral à élévation de courbe 21. Dans la deuxième variante illustrée à la figure 12, les motifs 17 et 19 forment respectivement la première virole 27' et le premier ressort-spiral 25' du spiral à élévation de courbe 21'.

[0026] De manière préférée, le motif 24 réalisé dans la couche supplémentaire 11 est de forme similaire et sensiblement à l'aplomb du motif 6 réalisé dans la couche supérieure 5. Dans la première variante illustrée aux figures 10 et 11, les motifs 6 et 24 forment respectivement les parties haute et intermédiaire des moyens d'élévation 4 du dispositif d'élévation 2 du spiral 21.

[0027] Dans la deuxième variante illustrée à la figure 12, les motifs 6 et 24 forment respectivement les parties haute et intermédiaire des moyens d'élévation 4' du dispositif d'élévation 2' du spiral 21'. Bien entendu, de manière similaire, le motif du pont de matière 16 peut être prolongé dans la couche supplémentaire 11 lors de l'étape 103.

[0028] A la suite de cette quatrième étape 103, on comprend que les motifs 17, 19 et 24 gravés dans la couche supplémentaire 11 sont reliés, par le dessous du motif 24, avec une très forte adhérence, au-dessus du motif 6 gravé de la couche supérieure 5.

[0029] Préférentiellement comme représenté en traits interrompus à la figure 9, le procédé 1 peut comporter une cinquième étape 104 consistant à oxyder au moins le motif 19, c'est-à-dire le ressort-spiral 25, 25' du spiral 21, 21' afin de le rendre plus résistant mécaniquement et d'ajuster son coefficient thermo-élastique. Une telle étape d'oxydation est expliquée notamment dans le brevet EP 1 422 436 qui est incorporé par référence à la présente description.

[0030] Avantageusement selon l'invention, après la quatrième étape 103 ou préférentiellement après la cinquième étape 104, le procédé 1 peut comporter trois modes de réalisations A, B et C comme illustré à la figure 9. Cependant, chacun des trois modes de réalisation A, B et C se termine par la même étape finale 106 consistant à libérer du substrat 3 le spiral à élévation de courbe 21, 21' fabriqué.

[0031] Avantageusement, l'étape 106 de libération peut être simplement réalisée en fournissant un effort au spiral 21, 21' apte à casser le pont de matière 16. Cet effort peut, par exemple, être généré manuellement par un opérateur ou par usinage.

[0032] Selon un premier mode de réalisation A, dans une sixième étape 105, des cavités 12 et 14 sont sélectivement gravées, par exemple, par un procédé du type DRIE semblable à celui de l'étape 101 et 103, dans la couche inférieure 7 en matériau à base de silicium. Ces cavités 12 et 14 permettent de former trois motifs 13, 15 et 22 définissants les contours intérieur et extérieur de parties en silicium du spiral à élévation de courbe 21, 21'.

[0033] Dans la première variante illustrée à la figure 5, le motif 13 est sensiblement en forme de cylindre à section circulaire et, le motif 15, sensiblement en forme de spirale. De plus, le motif 22 est en forme plaque rectangulaire courbe. Cependant, avantageusement selon le procédé 1, la gravure sur la couche inférieure 7 laisse toute liberté sur la géométrie des motifs 13, 15 et 22. Ainsi, notamment, le motif 15 peut, par exemple, comporter plus de spires.

[0034] Préférentiellement pour la première variante des figures 10 et 11, le motif 13 réalisé dans la couche inférieure 7 est de forme similaire et sensiblement à l'aplomb des motifs 9 et 17 réalisés dans les couches supérieure 5 et supplémentaire 11. Cela signifie que les cavités 12, 10 et 18 formant respectivement le diamètre intérieur des motifs 13, 9 et 17 communiquent ensemble et sont sensiblement l'une au-dessus de l'autre. Dans la première variante illustrée aux figures 10 et 11, les motifs 17, 9 et 13 forment respectivement les parties haute, médiane et basse de la virole 27 du spiral 21.

[0035] Préférentiellement pour la deuxième variante de la figure 12, le motif 13 réalisé dans la couche inférieure 7 est de forme similaire et sensiblement à l'aplomb du motif 17 réalisé dans la couche supérieure 5. Cela signifie que les cavités 12 et 18 formant respectivement le diamètre intérieur des motifs 13 et 17 sont sensiblement l'une au-dessus de l'autre sans être contiguës. Dans la deuxième variante illustrée à la figure 12, les motifs 17 et 13 forment respectivement la première virole 27' et la deuxième virole 27" du spiral double en série 21'.

[0036] De manière préférée, le motif 22 réalisé dans la couche inférieure 7 est de forme similaire et sensiblement à l'aplomb du motif 6 réalisé dans la couche supérieure 5. Dans la première variante illustrée aux figures 10 et 11, les motifs 22, 6 et 24 forment respectivement les parties basse, intermédiaire et haute des moyens d'élévation 4 du dispositif d'élévation 2 du spiral 21. Dans la deuxième variante illustrée à la figure 12, les motifs 22, 6 et 24 forment respectivement les parties basse, intermédiaire et haute des moyens d'élévation 4' du dispositif d'élévation 2' du spiral 21'. Bien entendu, le motif du pont de matière 16 peut être prolongé dans la couche inférieure 7 lors de l'étape 105.

[0037] De plus, préférentiellement pour la première variante des figures 10 et 11, le motif 15 est réalisé afin de répondre aux critères d'une spirale de type Phillips. Ainsi, avantageusement, les motifs 22 et 15 étant gravés en même temps, ils forment donc une pièce monobloc dans la couche inférieure 7. Dans la première variante illustrée aux figures 10 et 11, les motifs 22 et 15 forment respectivement la partie basse des moyens d'élévation 4 et la courbe terminale 23 du dispositif d'élévation 2 du spiral 21.

[0038] Enfin, préférentiellement pour la deuxième variante de la figure 12, le motif 15 est réalisé de manière similaire au motif 19 réalisé lors de l'étape 103. Ainsi, avantageusement, les motifs 13, 22 et 15 étant gravés en même temps, ils forment donc une pièce monobloc dans la couche inférieure 7. Dans la deuxième variante illustrée à la figure 12, les motifs 22, 15 et 13 forment respectivement la partie basse des moyens d'élévation 4' et le deuxième ressort-spiral 23' du dispositif d'élévation 2', et la deuxième virole 27" du spiral double en série 21'. Avantageusement selon le procédé 1, la gravure dans la couche inférieure 7 laisse toute liberté sur la géométrie notamment du motif 15. Ainsi, ce dernier peut, par exemple, comporter plus de spires ou une spire interne comportant une courbe du type Grossmann permettant d'améliorer sa concentricité de développement comme expliqué dans le document EP 1 612 627 incorporé par référence à la présente description

[0039] A la suite de l'étape finale 106 expliquée ci-dessus, on obtient donc, à l'aide du premier mode de réalisation A, un spiral à élévation de courbe 21 ou 21' monobloc formé intégralement en matériaux à base de silicium comme visible aux figures 10 et 11 ou 12. On comprend donc qu'il n'y a plus de problème de réalisation car les parties sont directement formées sur des éléments fixes pendant la fabrication du spiral 21 ou 21'.

[0040] Dans la première variante illustrée aux figures 10 et 11, le spiral 21 comprend un ressort-spiral 25 raccordé coaxialement à une virole 27 dont la spire externe comporte un dispositif d'élévation 2 comprenant principalement une plaque rectangulaire gravée dans trois couches 11, 5, 7 servant de moyens d'élévation 4 et une courbe terminale 23. Comme visible aux figures 10 et 11, le spiral à élévation de courbe 21 ainsi obtenu comporte ainsi une configuration également appelée spiral du type Breguet®. Avantageusement selon l'invention, on remarque que la virole 27 est également gravée dans trois couches 11, 5, 7 ce qui permet d'améliorer le guidage du spiral 21. De plus, la spire interne 26 du ressort-spiral 25 comporte une courbe du type Grossmann afin d'améliorer sa concentricité de développement.

[0041] De plus, les gravures réalisées selon les étapes 103 et 105 du procédé 1 laissent toute liberté sur la géométrie de la courbe terminale 23, du ressort-spiraux 25, des moyens d'élévation 4 et de la virole 27. Ainsi, notamment, la continuité entre le ressort-spiral 25, les moyens d'élévation 4 et la courbe terminale 23 peut consister en une géométrie sensiblement différente.

[0042] Selon le même raisonnement, la virole 27 peut également comporter des dimensions et/ou géométries uniformément propres ou différentes sur au moins une des parties basse 13, médiane 9 et/ou haute 17. En effet, suivant l'axe avec lequel la virole 27 est prévue d'être montée, le diamètre intérieur peut posséder une forme complémentaire sur tout ou partie de la hauteur de la virole 27. De même, les diamètres intérieur et/ou extérieur ne sont pas forcément circulaires mais, par exemple, elliptiques et/ou polygonaux.

[0043] Il faut également noter que la très bonne précision structurelle d'une gravure ionique réactive profonde permet de diminuer le rayon de départ de du ressort-spiral 25, c'est-à-dire le diamètre extérieur de la virole 27, ce qui autorise la miniaturisation des diamètres intérieurs et extérieurs de la virole 27. On comprend donc que le spiral 21 est apte à recevoir par ses cavités 18, 10 et 12, avantageusement, un axe de diamètre plus petit que ce qui est communément fabriqué actuellement.

[0044] Préférentiellement, ledit axe peut être fixé sur le diamètre intérieur 18 et/ou 10 et/ou 12 de la virole 27. Le serrage peut par exemple être réalisé à l'aide de moyens élastiques gravés dans la virole 27 en matériau à base de silicium. De tels moyens élastiques peuvent, par exemple, prendre la forme de ceux divulgués dans les figures 10A à 10E du brevet EP 1 655 642 ou ceux divulgués dans les figures 1, 3 et 5 du brevet EP 1 584 994, lesquels brevets sont incorporés par référence à la présente description.

[0045] Dans la deuxième variante illustrée à la figure 12, le spiral 21' comprend un premier ressort-spiral 25' raccordé coaxialement à une virole 27' et dont la spire externe comporte un dispositif d'élévation 2' comprenant principalement une plaque rectangulaire gravée dans trois couches 11, 5, 7 servant de moyens d'élévation 4', un deuxième ressort-spiral 23' et une deuxième virole 27". Comme visible à la figure 12, le spiral 21' ainsi obtenu comporte ainsi une configuration du type spiral double en série.

[0046] De plus, les gravures réalisées selon les étapes 103 et 105 du procédé 1 laissent toute liberté sur la géométrie des ressort-spiraux 25' et 23', des moyens d'élévation 4' et des viroles 27' et 27". Ainsi, notamment, la continuité entre les ressort-spiraux 25', 23' et les moyens d'élévation 4' peut consister en une géométrie sensiblement différente. Il est également envisageable, à la manière de la première variante, que les spires internes de chacun des ressort-spiraux 25' et 23' puissent comporter une courbe du type Grossmann afin d'améliorer chacun leur concentricité de développement.

[0047] Selon le même raisonnement, les viroles 27' et 27" peuvent également comporter des dimensions et/ou géométries propres ou différentes. En effet, suivant la virole 27', 27" avec laquelle l'axe est prévue d'être montée, le diamètre intérieur de ladite virole peut alors posséder une forme complémentaire. De même, les diamètres intérieur et/ou extérieur de chaque virole 27', 27" ne sont pas forcément circulaires mais, par exemple, elliptiques et/ou polygonaux.

[0048] Il faut également noter que la très bonne précision structurelle d'une gravure ionique réactive profonde permet de diminuer les rayons de départ de chacun des ressort-spiraux 25' et 23', c'est-à-dire le diamètre extérieur des viroles 27' et 27", ce qui autorise la miniaturisation des diamètres intérieurs et extérieurs des viroles 27' et 27". On comprend donc que le spiral 21' est apte à recevoir par ses cavités 18 ou 12, avantageusement, un axe de diamètre plus petit que ce qui est communément fabriqué actuellement.

[0049] Préférentiellement, ledit axe peut être fixé sur le diamètre intérieur 18 et/ou 12 d'une des viroles 27', 27". L'autre virole pouvant alors être monté soit sur le pont du balancier-spiral soit sur le balancier. Le serrage de l'axe peut par exemple être réalisé à l'aide de moyens élastiques gravés dans la virole 27' ou 27" en matériau à base de silicium. De tels moyens élastiques peuvent, par exemple, prendre la forme de ceux divulgués dans les figures 10A à 10E du brevet EP 1 655 642 ou ceux divulgués dans les figures 1, 3 et 5 du brevet EP 1 584 994, lesquels brevets sont incorporés par référence à la présente description.

[0050] Selon un second mode de réalisation B, le procédé 1 comporte, après l'étape 103 ou 104, une sixième étape 107, comme visible à la figure 6, consistant à mettre en oeuvre un processus du type LIGA (acronyme très connu provenant de l'allemand « Röntgenlithographie, Galvanoformung & Abformung »). Un tel processus comporte une succession d'étapes permettant d'électrodéposer selon une forme particulière un métal sur la couche inférieure 7 du substrat 3 à l'aide d'une résine photostructurée. Ce processus du type LIGA étant très connu, il ne sera pas d'avantage détaillé ci-après. Préférentiellement, le métal déposé peut être, par exemple, de l'or ou du nickel ou un de leurs alliages.

[0051] Dans l'exemple illustré à la figure 6, l'étape 107 peut consister à déposer un cylindre 29. Dans l'exemple illustré à la figure 5, le cylindre 29 est destiné à recevoir, avantageusement, par chassage un axe. En effet, un inconvénient du silicium réside dans ses très faibles zones élastique et plastique ce qui le rend très cassant. L'invention propose donc à réaliser le serrage d'un axe, par exemple, de balancier non pas contre le matériau à base de silicium de la virole 27, 27' ou 27" mais sur le diamètre intérieur 28 du cylindre métallique 29 électrodéposé lors de l'étape 107.

[0052] Avantageusement selon le procédé 1, le cylindre 29 obtenu par électrodéposition laisse toute liberté quant à sa géométrie. Ainsi, notamment, le diamètre intérieur 28 n'est pas forcément circulaire mais, par exemple, polygonal ce qui pourrait permettre d'améliorer la transmission d'effort en rotation avec un axe de forme correspondante.

[0053] Dans une septième étape 108, similaire à l'étape 105 visible à la figure 8, des cavités sont sélectivement gravées, par exemple, par un procédé du type DRIE, dans la couche inférieure 7 en matériau à base de silicium. Ces cavités permettent de former des motifs semblables aux motifs 13, 15 et 22 du premier mode de réalisation A selon l'une des deux variantes.

[0054] A la suite de l'étape finale 106 expliquée ci-dessus, on obtient donc, à l'aide du second mode de réalisation B, un spiral à élévation de courbe monobloc formé en matériaux à base de silicium avec les mêmes avantages que le mode de réalisation A avec, en plus, une partie 29 en métal. On comprend donc qu'il n'y a plus de problème de réalisation car les parties sont directement formées sur des éléments fixes pendant la fabrication du spiral 21 ou 21'. Enfin, avantageusement, un axe peut être chassé contre le diamètre intérieur 28 de la partie métallique 29. Il est ainsi envisageable, préférentiellement, que les cavités 10 et/ou 18 selon la variante comportent des sections de plus grandes dimensions que celle du diamètre intérieur 28 de la partie métallique 29 afin d'éviter que l'axe soit en contact gras avec la virole 27, 27' ou 27".

[0055] Selon un troisième mode de réalisation C, le procédé 1 comporte, après l'étape 103 ou 104, dans une sixième étape 109, comme visible à la figure 7, consistant à sélectivement graver une cavité 30, par exemple, par un procédé du type DRIE, selon une profondeur limitée dans la couche inférieure 7 en matériau à base de silicium. La cavité 30 permet de former un évidement apte à servir de contenant pour une partie métallique. Comme dans l'exemple illustré à la figure 7, la cavité 30 obtenue peut prendre la forme d'un disque. Cependant, avantageusement selon le procédé 1, la gravure sur la couche inférieure 7 laisse toute liberté sur la géométrie de la cavité 30.

[0056] Dans une septième étape 110, comme illustré à la figure 7, le procédé 1 comporte la mise en oeuvre d'un processus du type croissance galvanique ou du type LIGA permettant de combler la cavité 30 selon une forme métallique particulière. Préférentiellement, le métal déposé peut être, par exemple, de l'or ou du nickel ou un de leurs alliages.

[0057] Dans l'exemple illustré à la figure 7, l'étape 110 peut consister à déposer un cylindre 31 dans la cavité 30. Le cylindre 31 est destiné à recevoir, avantageusement, par chassage un axe. En effet, comme déjà expliqué ci-dessus, une caractéristique avantageuse selon l'invention consiste donc à réaliser le serrage de l'axe, par exemple, de balancier non pas contre le matériau à base de silicium de la virole 27, 27' ou 27" mais sur le diamètre intérieur 32 du cylindre métallique 31 électrodéposé lors de l'étape 110.

[0058] Avantageusement selon le procédé 1, le cylindre 31 obtenu par électrodéposition laisse toute liberté quant à sa géométrie. Ainsi, notamment, le diamètre intérieur 32 n'est pas forcément circulaire mais, par exemple, polygonal ce qui pourrait permettre d'améliorer la transmission d'effort en rotation avec un axe de forme correspondante.

[0059] Préférentiellement, le procédé 1 peut comporter, dans une huitième étape 111, consistant à polir le dépôt métallique 31 réalisé lors de l'étape 110 afin de le rendre plan.

[0060] Dans une neuvième étape 112, similaire à l'étape 105 visible à la figure 8, des cavités sont sélectivement gravées, par exemple, par un procédé du type DRIE, dans la couche inférieure 7 en matériau à base de silicium. Ces cavités permettent de former des motifs semblables aux motifs 13, 15 et 22 du premier mode de réalisation A selon l'une des deux variantes.

[0061] A la suite de l'étape finale 106 expliquée ci-dessus, on obtient donc, à l'aide du second mode de réalisation C, un spiral monobloc formé en matériaux à base de silicium avec les mêmes avantages que le mode de réalisation A avec, en plus, une partie 31 en métal. On comprend donc qu'il n'y a plus de problème de réalisation car les parties sont directement formées sur des éléments fixes pendant la fabrication du spiral 21 ou 21'. Enfin, avantageusement, un axe peut être chassé contre le diamètre intérieur 32 de la partie métallique. Il est ainsi envisageable, préférentiellement, que les cavités 10 et/ou 18 selon la variante comportent des sections de plus grandes dimensions que celle du diamètre intérieur 32 de la partie métallique 31 afin d'éviter que l'axe soit en contact gras avec la virole 27, 27' ou 27".

[0062] Selon les trois modes de réalisation A, B et C, il faut comprendre que spiral final 21 ou 21' est ainsi assemblé avant d'être structuré, c'est-à-dire avant d'être gravé et/ou modifié par électrodéposition. Cela permet avantageusement de minimiser les dispersions engendrées par les fabrications actuelles et, par conséquent, améliore la précision d'un organe régulateur dont il serait dépendant.

[0063] Avantageusement selon l'invention, on comprend également qu'il est possible que plusieurs spiraux à élévation de courbe 21 ou 21' puissent être réalisés sur le même substrat 3 ce qui autorise une production en série.

[0064] De plus, il est possible de réaliser un insert de chassage du type des dépôts métalliques 29 et/ou 31 également ou seulement à partir des couches supplémentaire 11 et/ou supérieure 5.

[0065] Le procédé 1 peut comporter après l'étape 105, 108 ou 112, une étape du même type que celle 104 qui consisterait à oxyder le motif 15, c'est-à-dire la courbe terminale 23 ou le ressort-spiral 23' du spiral 21 ou 21' afin de le rendre plus résistant mécaniquement et d'ajuster son coefficient thermo-élastique. Une étape de polissage du type de l'étape 111 peut également être réalisée entre l'étape 107 et l'étape 108.

[0066] Avantageusement selon l'invention, quel que soit le mode de réalisation A, B, ou C, le procédé 1 permet que l'étape 103 consistant à graver le ressort-spiral 25, 25' et la virole 27, 27' dans la couche supplémentaire 11 soit intervertie avec celle 105, 108 ou 112 consistant à graver la courbe terminale 23 ou le ressort-spiral 23' et la virole 27" dans la couche inférieure 7. Cela signifie que la courbe terminale 23 ou le ressort-spiral 23' et la virole 27" peuvent être gravés en premier sur la couche supplémentaire 11 puis le ressort-spiral 25, 25' et la virole 27, 27', dans la couche inférieure 7. On pourra dans ce cas réaliser, par exemple, l'oxydation selon l'étape 104, par exemple, de la courbe terminale 23 avant celle du ressort-spiral 25.

[0067] Il peut également être prévu qu'une couche conductrice soit déposée sur au moins une partie du spiral 21 ou 21' afin d'éviter des problèmes d'isochronisme. Une telle couche peut être du type divulgué dans le document EP 1 837 722 incorporé par référence dans la présente description.

[0068] La hauteur de la virole 27 peut être plus limitée qu'aux figures 10 et 11 de la première variante illustrée, c'est-à-dire, par exemple, qu'elle peut se limiter aux couches 5 et 11. Les moyens d'élévation 4 peuvent également prendre une toute autre forme qu'une plaque rectangulaire courbe.

[0069] Enfin, il peut être envisagé au moins un deuxième pont de matière, afin de maintenir au substrat 3 le spiral 21 lors de sa fabrication, qui pourrait être réalisé entre la courbe externe du motif 19 et le reste de la couche 11 non gravée.

Revendications

1. Spiral monobloc (21, 21') comportant un ressort-spiral (25, 25') monté coaxialement sur une virole (27, 27') réalisés dans une même couche de matériau à base de silicium caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif d'élévation (2, 2') de la spire externe dudit ressort-spiral au-dessus de ladite couche de matériau à base de silicium afin d'améliorer la concentricité du développement dudit spiral.

2. Spiral selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'élévation (2, 2') comporte des moyens d'élévation (4, 4') reliant la spire externe du ressort-spiral (25, 25') qui sont réalisés dans une deuxième couche (5) de matériau à base de silicium.

3. Spiral selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'élévation (2) comporte une courbe terminale (23) reliée auxdits moyens d'élévation (4) et formée dans une troisième couche de matériau à base de silicium.

4. Spiral selon la revendication 3, caractérisé en ce que la courbe terminale (23) est du type Phillips.

5. Spiral selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la virole (27) comporte une partie (9, 13) en prolongement faisant saillie dudit ressort-spiral afin d'améliorer le guidage dudit spiral.

6. Spiral selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'élévation (2') comporte un deuxième ressort-spiral (23') monté coaxialement sur une deuxième virole (27") reliés auxdits moyens d'élévation (4') et formés dans une troisième couche de matériau à base de silicium permettant la formation d'un spiral double en série.

7. Spiral selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une partie en dioxyde de silicium afin de le rendre plus résistant mécaniquement et d'ajuster son coefficient thermo-élastique.

8. Spiral selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une virole (27, 27', 27") comporte une partie en métal (29, 31) destinée à recevoir par chassage un axe.

9. Spiral selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une spire interne (26) de ressort-spiral (25, 25', 23') comporte une courbe du type Grossmann afin d'améliorer la concentricité du développement dudit spiral.

10. Pièce d'horlogerie caractérisée en ce qu'elle comporte un spiral monobloc (21, 21') conforme à l'une des revendications précédentes.

11. Procédé de fabrication (1) d'un spiral monobloc comportant les étapes suivantes :

a) se munir (100) d'un substrat (3) comportant une couche supérieure (5) et une couche inférieure (11) en matériaux à base de silicium ;

b) graver (101) sélectivement au moins une cavité (8, 10) dans la couche supérieure (5) pour définir des moyens d'élévation (4) en matériau à base de silicium dudit spiral ;

c) solidariser (102), sur la couche supérieure (5) gravée du substrat (3), une couche supplémentaire (7) de matériau à base de silicium ;

d) graver (103) sélectivement au moins une cavité (18, 20) dans la couche supplémentaire (7) pour continuer le motif des moyens d'élévation (4) et définir les motifs d'un ressort-spiral (25) et d'une virole (27) en matériau à base de silicium dudit spiral ;
caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes suivantes :

e) graver (105, 108, 112) sélectivement au moins une cavité (12, 14) dans la couche inférieure (11) pour continuer le motif des moyens d'élévation (4) et définir le motif d'une courbe terminale (23) ;

f) libérer (106) le spiral monobloc (21) du substrat.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la gravure du ressort-spiral (23) et de la virole (27) de l'étape d) est inversée avec celle de la courbe terminale (23) de l'étape e).

13. Procédé de fabrication selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'un motif (9, 13) d'une partie en prolongement de la virole (27) est gravé dans au moins une des autres couches en matériaux à base de silicium.

14. Procédé de fabrication selon la revendication 11, caractérisé en ce que le motif de la courbe terminale (23) gravé lors de l'étape e) est remplacé par les motifs d'un deuxième ressort-spiral (23') et d'une deuxième virole (27") afin de former un spiral (21') double en série.

15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte en outre, après une étape de gravure d'un ressort-spiral (25, 25', 23'), l'étape suivante :

g) oxyder le ressort-spiral (25, 25', 23') en matériau à base de silicium afin de le rendre plus résistant mécaniquement et d'ajuster son coefficient thermo-élastique.

16. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 11 à 15, caractérisé en ce qu'il comporte en outre avant l'étape e) l'étape suivante :

h) déposer (107, 110) sélectivement au moins une couche de métal sur la couche inférieure pour définir le motif d'une partie métallique (29, 31) dudit spiral.

17. Procédé de fabrication selon la revendication 16, caractérisé en ce que l'étape h) comporte l'étape suivante :

i) faire croître (107) ledit dépôt par couches successives métalliques au moins partiellement sur la surface de la couche inférieure afin de former la partie métallique (29) destinée à recevoir par chassage un axe.

18. Procédé de fabrication selon la revendication 16 caractérisé en ce que l'étape h) comporte les étapes suivantes :

j) graver (109) sélectivement au moins une cavité (30) dans la couche inférieure destinée à recevoir la partie métallique (31) ;

k) faire croître (110) ledit dépôt par couches successives métalliques au moins partiellement dans ladite au moins une cavité afin de former la partie métallique (31) destinée à recevoir par chassage un axe.

19. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que l'étape h) comporte une dernière étape suivante :

1) polir (111) le dépôt métallique.

20. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 11 à 19, caractérisé en ce que plusieurs spiraux monoblocs (21, 21') sont réalisés sur un même substrat (3).

Dessins