对温度变化敏感的双金属装置的制作方法

本发明涉及一种对温度变化敏感的双金属装置，具体地涉及包括两种材料的这种装置，这两种材料的膨胀系数的差异允许曲率根据温度改变而变化。

背景技术：

已知双金属装置用于制造具有带开口轮缘的补偿摆轮，该轮缘由两个半环形成，每个半环由焊接在第二黄铜层上的第一钢层制成。因此形成的轮缘在温度降低时打开，并且在温度升高时关闭，以补偿温度对游丝的柔性的影响。

技术实现要素：

本发明的目的是，通过提出一种上述那些双金属装置的替代双金属装置来克服已知装置的全部或部分缺点。

为此，本发明涉及一种双金属装置，该双金属装置包括至少一个第一硅基层(基于硅的层)和至少一个第二金属基层(基于金属的层)，其特征在于，所述至少一个第一和至少一个第二层布置成附装到彼此上，从而该双金属装置的曲率根据温度变化。

因此，应理解，根据所使用的材料，该双金属装置的膨胀系数的差异在约10和30·10^-6k^-1之间。该差异比钢-黄铜对的约6·10^-6k^-1的差异大得多，从而允许双金属装置具有更高的温度敏感性。

另外，可以将硅基和金属基材料加工成多种形状和具有高的制造精度。例如，干法蚀刻硅基材料和在硅基材料上电成形金属基材料提供了约1微米的制造精度。

根据本发明的其它有利变型方案：

-所述至少一个第一硅基层包括单晶硅、掺杂单晶硅、多晶硅、掺杂多晶硅、多孔硅、硅氧化物、石英、硅石、氮化硅或碳化硅；

-所述至少一个第二金属基层包括银、镁、铅、铊、镍、铜、锌、金、铝或铟或硫化橡胶(vulcanite)；

-在环境温度和压力条件下，所述双金属装置形成弯曲的条状件；

-所述至少一个第一层和至少一个第二层通过嵌套和/或使用粘合材料附装到彼此上，并且/或者所述至少一个第二层电成形在所述至少一个第一层上；

-所述双金属装置包括与所述至少一个第一层和至少一个第二层中的一个一体的固定基部，该固定基部允许将双金属装置安装在零件上；

-所述双金属装置包括块状件，该块状件与所述至少一个第一层和至少一个第二层中的一个的端部是一体的，该块状件允许增强双金属装置的影响；

-所述双金属装置包括可调的止动装置，该可调的止动装置允许限制所述双金属装置的最小和/或最大的曲率变化；

-所述双金属装置包括多个布置成附装到单个第二层上的第一层，或相反地，包括多个布置成附装到单个第一层上的第二层。

根据第一实施例，本发明涉及一种补偿摆轮，其包括至少一个根据上述变型方案中任一个的双金属装置。

因此，根据本发明的双金属装置可以有利地用于经由摆轮提供一种具有主要的或辅助的热补偿的谐振器。

根据第一替代方案，所述补偿摆轮包括由两个双金属装置形成的带开口轮缘/切开式轮缘(cut-outrim)，每个双金属装置通过至少一个臂部连接到中心开口，以根据温度改变摆轮的惯性。

根据第二替代方案，所述补偿摆轮包括一体式轮缘，该轮缘通过至少一个臂部连接到中心开口，所述至少一个双金属装置安装在该轮缘上，以根据温度改变摆轮的惯性。

根据第三替代方案，所述补偿摆轮包括一体式轮缘，该轮缘通过至少一个臂部连接到中心开口，所述至少一个双金属装置安装在所述至少一个臂部上，以根据温度改变摆轮的惯性。

根据第二实施例，本发明涉及一种包括补偿快慢针(index)，其包括至少一个根据上述变型方案中任一个的双金属装置。

因此，根据本发明的双金属装置可以有利地用于通过快慢针提供一种具有高精度辅助热补偿的谐振器。

根据第一替代方案，所述补偿快慢针因此可以包括布置成接纳游丝的间隙，并且连接到所述至少一个双金属装置，以根据温度改变间隙的位置。

根据第二替代方案，所述补偿快慢针可以包括间隙，该间隙布置成接纳游丝，该间隙的尺寸由所述至少一个双金属装置控制，以根据温度改变所述间隙。

根据第三实施例，本发明涉及一种温度传感器，其包括至少一个根据上述变型方案中的任一个的双金属装置。

因此，根据本发明的双金属装置可以有利地用于高精度温度测量。

所述温度传感器因此可以包括指示器和柔性装置，该柔性装置用于跟踪所述至少一个双金属装置的运动，以根据温度改变指示器的位置。

最后，根据第四实施例，本发明涉及一种补偿游丝，该补偿游丝包括至少一个根据上述变型方案中的任一个的双金属装置。

因此，根据本发明的双金属装置可以有利地用于通过销连接点提供一种具有高精度辅助热补偿的谐振器。

该补偿游丝因此可以包括连接到所述至少一个双金属装置上的末圈，该双金属装置布置成固定到梁上，以根据温度改变所述补偿游丝的有效长度。

附图说明

从下文参考附图通过非限制性示例提供的描述中，可以发现其它特征和优点，其中：

-图1示出根据本发明的双金属装置的示意性视图；

-图2至4示出根据本发明的双金属装置的变型方案的局部视图；

-图5至9示出使用根据本发明的双金属装置的第一实施例的替代方案视图；

-图10和11示出使用根据本发明的双金属装置的第二实施例的替代方案视图；

-图12示出使用根据本发明的双金属装置的第三实施例的视图。

具体实施方式

本发明涉及一种对温度变化敏感的双金属装置。本发明用于钟表学应用，以进行辅助热补偿或机械温度测量。然而，该双金属装置不能限制于钟表学领域的应用。

根据本发明的双金属装置包括至少一个第一硅基层和至少一个第二金属基层。

所述至少一个第一硅基层可以包括单晶硅、掺杂单晶硅、多晶硅、掺杂多晶硅、多孔硅、硅氧化物、石英、硅石、氮化硅或碳化硅。当然，当硅基材料处于结晶相时，可以使用任何结晶取向。

另外，所述至少一个第二金属基层可以包括银和/或镁和/或铅和/或铊和/或镍和/或铜和/或锌和/或金和/或铝和/或铟和/或硫化橡胶。

根据本发明，所述至少一个第一层和至少一个第二层布置成附装在彼此上，从而双金属装置的曲率随温度变化。实际上，随着温度升高，由所述至少一个第一层和至少一个第二层形成的条状件在膨胀系数最低的一侧弯曲。

另外，这具体意味着，双金属装置可以包括多个第一层，该第一层布置成附装到单个第二层上，或替代地，多个第二层布置成附装到单个第一层上。

因此，对于钟表学应用，目的是寻找双金属装置的介于约10和30·10^-6k^-1之间的膨胀系数差和寻找对磁场的低敏感性。以优选的方式，使用单晶硅-镍/磷合金配对。

因此，单晶硅包括在25℃下约2.5·10^-6k^-1的线性膨胀系数α，而金属或金属合金通常包括在25℃下基本上介于13和32·10^-6k^-1之间的线性膨胀系数α。因此，应理解，双金属装置的膨胀系数的差异允许高的温度敏感性。

根据本发明，在对应于25℃的温度和100kpa的压力的环境温度和压力条件(atpc)下，双金属装置优选地形成弯曲的条状件。

图1示出双金属装置1的第一示例。双金属装置1包括第一硅基层3和第二金属基层5。如上所述，随着温度升高，由所述第一层3和第二层5形成的条状件7在膨胀系数最低(即第一硅基层3)的一侧弯曲。

如图1所示，所述至少一个第一层3和至少一个第二层5通过嵌套附装在彼此上。因此，可以看到由凹槽-钩子组件4或由凹口-肋部组件2、2'形成的嵌套装置2、2'、4。

当然，以其它或替代方式，可以通过使用粘合剂材料或通过电成形将所述至少一个第一层和至少一个第二层附装在彼此上。

更具体地，以其它或替代方式，可以通过粘合或钎焊所述第一层3和第二层5来刚性连接条状件7，或第二层5可以被电形成在第一层3上。

如图1所示，双金属装置1还包括与所述第一层3和第二层5中的一个一体的固定基部9，该固定基部9允许将双金属装置1安装在另一零件上。在图1的示例中，固定基部9与第二金属基层5一体形成，并且包括可被攻丝的通孔8。

根据图2和3所示的变型方案，双金属装置可以包括可调的止动装置，该可调的止动装置允许限制双金属装置的最小和/或最大的曲率变化。实际上，附加有双金属装置的零件能够将任何影响仅限制在某一温度范围内(即高于预定温度、低于预定温度或介于两个预定温度之间)可能是有价值的。

图2示出两种类型的可调的止动装置11、13，该可调的止动装置11、13允许限制双金属装置的曲率的最小和/或最大变化。实际上，根据层3、5的材料选择，可以确定是向更小的曲率或向更大的曲率还是向两者限制条状件的运动。第一可调的止动装置11因此包括带螺纹的圆柱形止动件12，该带螺纹的圆柱形止动件12意在通过与第一层3接触来限制条状件的运动，而第二可调的止动装置13包括l形止动件14，该l形止动件14包括带螺纹的竖直部分，并且意在通过与第二层5接触来限制条状件的运动。

替代地，图3示出两种类型的可调的止动装置15、17，该可调的止动装置15、17允许限制双金属装置的最小和/或最大曲率变化。实际上，根据层3、5的材料选择，可以确定是向更小的曲率或向更大的曲率还是向两者限制条状件的运动。第一可调的止动装置15因此包括带螺纹的圆柱形止动件16，该带螺纹的圆柱形止动件16意在通过与面向第一层3的零件接触来限制条状件的运动，而第二可调的止动装置17包括带螺纹的圆柱形止动件18，该带螺纹的圆柱形止动件18意在通过与面向第二层15的零件接触来限制条状件的运动。

根据图4所示的第三变型方案，双金属装置还可以包括块状件6，该块状件6可以与所述至少一个第一层3和至少一个第二层5中的一个的端部是一体的，以增强双金属装置的影响。实际上，附加有双金属装置的零件能够通过改变双金属装置的质心来增强影响可能是有价值的。

替代地，块状件6可以是以与第一和第二可调的止动装置15、17相同的方式固定在所述至少一个第一层3和至少一个第二层5中的一个的端部上的惯性块。惯性块因此可以由第三材料形成，该第三材料例如比所述至少一个第一层3和至少一个第二层5的密度大。

本发明的第一实施例涉及一种补偿摆轮，该补偿摆轮包括至少一个根据上述变型方案中任一个的双金属装置。因此，应理解，根据本发明的双金属装置尤其是可以有利地用于提供一种在摆轮处具有辅助的或主要的热补偿的谐振器，该谐振器可以包括或不包括补偿游丝。

根据图5所示的第一替代方案，补偿摆轮21包括由两个双金属装置25、27形成的带开口轮缘23，该双金属装置25、27分别由至少一个第一层28、28'和至少一个第二层26、26'形成。每个双金属装置25、27通过至少一个臂部22连接到中心开口24，以根据温度改变摆轮21的惯性。图5示出第二层26和/或26'和/或所述至少一个臂部22和/或孔24可以是一体件。还可以看到，惯性块29、29'用于调节补偿摆轮21的惯性。

因此，应理解，根据本发明的双金属装置25、27有利地用于提供一种在摆轮处具有辅助的或主要的热补偿的谐振器，该谐振器可以包括或不包括补偿游丝。还应理解，根据所要提供的热补偿，将选择用于双金属装置25、27和可能地用于块状件/惯性块6和/或固定基部9和/或止动装置11、13、15、17的材料和几何形状，以尽可能精确地调节计时机芯的工作。也可以调节双金属装置25、27的位置，即，其相对于孔24的固定位置及其相对于臂部22形成的角度，以优化其使用。

当然，多个双金属装置25、27可以分布在带开口轮缘23的同一区段上，或在所述至少一个臂部22处。以与图8的示例类似的方式，所使用的双金属装置25、27也可以包括多个布置成附装到单个第二层上的第一层，或替代地，多个第二层也可以布置成附装到单个第一层上。

根据图6至8所示的第二替代方案，补偿摆轮31、41、51包括不带开口轮缘(non-cutrim)33，该不带开口轮缘33通过至少一个臂部32连接到中心开口34。另外，所述至少一个双金属装置35、45、55安装在轮缘33上，以根据温度改变补偿摆轮31、41、51的惯性。

根据第一层和第二层的材料选择，可以确定是如图6所示将双金属装置固定到轮缘的内径上，还是如图7和8所示将双金属装置固定到轮缘的外径上，还是固定到两者上。

在图7的示例中，双金属装置45包括条状件，该条状件由单个第一层和单个第二层形成，并且被附加到轮缘33的外径上。当然，多个双金属装置45可以分布在轮缘33的外径上。

如图8所示，安装在轮缘33的外径上的双金属装置55也可以包括多个布置成附装到单个第二层上的第一层，或替代地，也可以多个第二层布置成附装到单个第一层上。

因此，应理解，根据本发明的双金属装置45、55有利地用于提供一种在摆轮处具有辅助热补偿的谐振器，该谐振器包括补偿游丝。特别地，应理解，根据所要提供的辅助补偿，将选择用于双金属装置45、55和可能地用于块状件/惯性块6和/或固定基部9和/或止动装置11、13、15、17的材料和几何形状，以尽可能精确地调节计时机芯的工作。也可以调节双金属装置45、55在轮缘33上的位置，以优化其影响。

在图6的示例中，双金属装置35包括条状件，该条状件由单个第一层和单个第二层形成，并且被附加到轮缘33的内径上。当然，多个双金属装置35可以分布在轮缘33的内径上。

以与图8的示例类似的方式，安装在轮缘33的内径上的双金属装置也可以包括多个布置成附装到单个第二层上的第一层，或替代地，也可以多个第二层布置成附装到单个第一层上。

因此，应理解，根据本发明的双金属装置35有利地用于提供一种在摆轮处具有辅助热补偿的谐振器，该谐振器包括补偿游丝。特别地，应理解，根据所要提供的辅助补偿，将选择用于双金属装置35和可能地用于块状件/惯性块6和/或固定基部9和/或止动装置11、13、15、17的材料和几何形状，以尽可能精确地调节计时机芯的工作。也可以调节双金属装置35在轮缘33上的位置，以优化其影响。

根据图9所示的第三替代方案，补偿摆轮61包括不带开口轮缘63，该不带开口轮缘63通过至少一个臂部62连接到中心开口64。另外，所述至少一个双金属装置65安装在所述至少一个臂部62上，以根据温度改变补偿摆轮61的惯性。

在图9的替代方案中，双金属装置65包括具有伸出的块状件的条状件，该条状件由单个第一层和单个第二层形成，并且该条状件使用布置在臂部62上的孔66中的一个附加到臂部62中的一个的上表面上。当然，多个双金属装置65可以使用一个或多个孔66分布在一个或多个臂部62的上表面和/或下表面上。

以与图8的示例类似的方式，安装在臂部62中的一个的上表面上的双金属装置也可以包括多个布置成附装到单个第二层上的第一层，或替代地，也可以多个第二层布置成附装到单个第一层上。

因此，应理解，根据本发明的双金属装置65有利地用于提供一种在摆轮处具有辅助热补偿的谐振器，该谐振器包括补偿游丝。特别地，应理解，根据所要提供的辅助补偿，将选择用于双金属装置65和可能地用于块状件/惯性块6和/或固定基部9和/或止动装置11、13、15、17的材料和几何形状，以尽可能精确地调节计时机芯的工作。也可以调节双金属装置65在每个臂部62上的位置，即，其在开口64和轮缘63之间的固定位置，以及相对于臂部62的长度的定位，即，在双金属装置65的起点和臂部62的长度之间的角度，或双金属装置的弯曲方向(基本上与轮缘63的弯曲平行或与该弯曲相反)，以优化其影响。

根据第二实施例，本发明涉及一种补偿快慢针(index)，该补偿快慢针包括至少一个根据上述变型方案中任一个的双金属装置75、95。

因此，根据本发明的双金属装置75、95可以有利地用于通过该快慢针提供一种具有高精度的辅助热补偿的谐振器。

实际上，快慢针用于通过延长或缩短摆轮-游丝谐振器的游丝的有效长度来改变钟表的日常工作。通常通过顶部摆轮-端部件上的低摩擦力来调节快慢针。钟表的日常工作通过转动快慢针来改变。为了简化该调节，通常在摆夹板上标记刻度，该刻度允许近似估计改变的作用。

根据图10所示的第一替代方案，补偿快慢针71包括形成在臂部72中的间隙i，该间隙i布置成接纳游丝。臂部72相对于开口74转动地安装，并且连接到所述至少一个双金属装置75，以根据温度改变间隙i的位置，即，游丝的空隙。

更具体地，双金属装置75包括同中心地延伸的u形条状件，该条状件由单个第一层和单个第二层形成。双金属装置75安装在臂部72和顶部摆轮-端部件(topbalance-endpiece)处的固定环77之间，该臂部72支承形成间隙i的两个销钉76或替代地快慢针销。如图10所示，条状件的一端78枢转地安装在臂部72上，以在温度变化期间迫使所述臂部移动。

因此，应理解，臂部72和/或销钉76和/或双金属装置75的条状件的一个区段和/或开口74和/或固定环77可以是一体的。

当然，多个双金属装置75可以分布在臂部72和固定环77之间，即，例如，一个在开口74和销钉76的起点之间，一个在开口74和固定环77之间。以与图8的示例类似的方式，所使用的双金属装置75也可以包括多个布置成附装到单个第二层上的第一层，或替代地，多个第二层也可以布置成附装到单个第一层上。

因此，应理解，根据本发明的双金属装置75有利地用于提供一种在快慢针处具有辅助热补偿的谐振器，该谐振器包括补偿游丝。特别地，应理解，根据所要提供的辅助补偿，将选择用于双金属装置75和可能地用于块状件/惯性块6和/或固定基部9和/或止动装置11、13、15、17的材料和几何形状，以尽可能精确地调节计时机芯的工作。也可以调节双金属装置75的位置，以优化其影响。

根据图11所示的第二替代方案，补偿快慢针91包括形成在臂部92中间隙i，该间隙i布置成接纳游丝。臂部92优选地相对于开口94转动地安装。另外，间隙i的尺寸有利地由所述至少一个双金属装置95控制，以根据温度改变间隙i。

更具体地，双金属装置95包括u形条状件，该条状件由单个第一层和单个第二层形成。双金属装置95在其一端93安装在臂部92上，并且在其另一端包括第一销钉96。第二销钉96与第一销钉相对地安装在臂部92上，以形成间隙i，快慢针末端97相对于开口安装成与臂部92相对，以允许调节快慢针91。

因此，应理解，臂部92和/或销钉96和/或双金属装置95的条状件的一个区段和/或开口94和/或快慢针末端97可以是一体的。

当然，多个双金属装置95可以分布在臂部92和快慢针末端97之间，即，例如，通过在开口94和销钉96的起点之间包括第二装置。以与图8的示例类似的方式，所使用的双金属装置95也可以包括多个布置成附装到单个第二层上的第一层，或替代地，也可以多个第二层布置成附装到单个第一层上。

因此，应理解，根据本发明的双金属装置95有利地用于提供一种在快慢针处具有辅助热补偿的谐振器，该谐振器包括补偿游丝。特别地，应理解，根据所要提供的辅助补偿，将选择用于双金属装置95和可能地用于块状件/惯性块6和/或固定基部9和/或止动装置11、13、15、17的材料和几何形状，以尽可能精确地调节计时机芯的工作。也可以调节双金属装置95的位置，以优化其影响。

还可设想，可以改变图11所示的类型的双金属装置，以便根据温度不是改变快慢针销的位置，而是改变游丝的销连接点的位置。因此，应理解，双金属装置将被安装在计时机芯的固定点(例如梁)和游丝的外圈之间，从而可以根据温度改变游丝的有效长度，而不必使用快慢针。

根据图12所示的第三实施例，本发明涉及一种温度传感器81，其包括至少一个根据上述变型方案中的任一个的双金属装置85。

因此，根据本发明的双金属装置85可以有利地用于高精度温度测量。

在图12的示例中，温度传感器81因此可以包括指示器83和柔性装置87，该柔性装置87用于跟踪所述至少一个双金属装置的运动，以根据温度改变指示器83的位置。

更具体地，双金属装置85包括条状件，该条状件由单个第一层和单个第二层形成，并且安装成与柔性装置87的触杆80永久接触以跟踪运动。如图12所示，触杆80刚性连接到枢轴82上，该枢轴82意在根据双金属装置85的运动a产生转动运动b。枢轴82将其运动b传递到计数器齿轮84，该计数器齿轮84经由弹簧86按照转动c枢转地安装，以迫使触杆80一直跟随双金属装置85的表面。如图12所示，计数器齿轮84与指示器的齿轮88接合，以便使温度指示根据转动运动d运动，所述指示器例如像指针一样。

当然，可以使用多个双金属装置85来经由差速器指示平均温度值。以与图8的示例类似的方式，所使用的双金属装置85也可以包括多个布置成附装到单个第二层上的第一层，或替代地，也可以多个第二层布置成附装到单个第一层上。

因此，应理解，根据本发明的双金属装置85有利地用于提供温度测量精度。特别地，应理解，根据所要提供的测量精度，将选择用于双金属装置85和可能地用于块状件/惯性块6和/或固定基部9和/或止动装置11、13、15、17的材料和几何形状，以尽可能精确地调节温度传感器的工作。也可以调节双金属装置85的位置，以优化其使用。

当然，本发明不限于所示出的示例，而容许将对本领域技术人员来说显而易见的各种变型和改变。特别地，用于时间保持零件的增加数量的部件是硅基的。为此，在制造期间可以改变任何硅基部件，以集成根据本发明的双金属装置，例如游丝或擒纵机构。

因此，例如，根据第四实施例，本发明涉及一种补偿游丝，其包括至少一个双金属装置。实际上，根据本发明的双金属装置尤其是可以有利地用于在销连接点处提供具有高精度辅助热补偿的谐振器。

更具体地，补偿游丝因此可以包括作为一体件或不作为一体件连接到所述至少一个双金属装置上的末圈，该双金属装置布置成固定到梁上，以根据温度改变补偿游丝的有效长度。