JP6885991B2 - 機械式計時器用発振器のフレクシャーベアリング機構を製造する方法 - Google Patents
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Description
−高品質係数
−大きな角度ストローク
−良好な等時性
−空間内での位置に影響を受けないこと
h1(D/L)<α<h2(D/L)、
式中、
0.2≦X<0.5のとき、
h1(X)=116−473*(X+0.05)+3962*(X+0.05)3−6000*(X+0.05)4
h2(X)=128−473*(X−0.05)+3962*(X−0.05)3−6000*(X−0.05)4
0.5<X≦0.8のとき、
h1(X)=116−473*(1.05−X)+3962*(1.05−X)3−6000*(1.05−X)4
h2(X)=128−473*(0.95−X)+3962*(0.95−X)3−6000*(0.95−X)4
である。
AABB種類のピボット
a.たとえば、非限定的に2つのSOIウェハのアセンブリから生じる、少なくとも4つの層を有する基材を用いることと、
b.DRIE処理によって正面をエッチングし、特に2つの層を1つの部品にエッチングしてAAを得ることと、
c.DRIE処理によって裏面をエッチングし、特に2つの層を1つの部品にエッチングしてBBを得ることと、
d.埋め込み酸化膜をエッチングすることによって、部分的に4つの層を分離すること。
a.2つの層を有する2つの標準的なSOI基材を用いることと、
b.第1の基材の正面をDRIEエッチングしてAを得ることと、裏面をDRIEエッチングしてAを得ることと、
c.第2の基材の正面をDRIEエッチングしてBを得ることと、裏面をDRIEエッチングしてBを得ることと、(bおよびcの操作の代替として、正面および裏面にエッチングせずに、2つの層にわたって1つの操作で第1の基材および第2の基材にエッチングすることが可能である。)
d.2つの基材のウェハ間接合または個別の構成部品の部分間組み立てを実施して、AABBを得ること。幾何学的構成の正確な位置合わせは、次に、当業者には周知の様式でウェハ間接合機械の仕様、または部分間処理に関連する。
a.2つの層を有する2つの標準的なSOI基材を用いることと、
b.第1の基材の正面をDRIEエッチングしてAを得ることと、裏面をDRIEエッチングしてBを得ることと、
c.第2の基材の正面をDRIEエッチングしてAを得ることと、裏面をDRIEエッチングしてBを得ることと、
d.2つの基材のウェハ間接合または個別の構成部品の部分間組み立てを実施して、ABABを得ること。前述したように、幾何学的構成の正確な位置合わせは、次に、ウェハ間接合機械の仕様、または部分間処理に関連する。
−(10)フレクシャーベアリング200の幾何学的構造を決定し、フレクシャーベアリングに備えられる理論上の可撓性ストリップの素材を選択し、フレクシャーベアリングに備えられる可撓性ストリップの数と傾斜を算出するステップと、
−(20)組み込み点間の長さLと、各理論上の可撓性ストリップの高さHおよび厚さEを算出するステップと、
−(30)各理論上の可撓性ストリップの縦横比RA=H/Eを算出するステップと、
−(40)各理論上の可撓性ストリップについて、算出された縦横比RAは10以上であり、理論上の可撓性ストリップをそれぞれ10未満の縦横比RAを有する複数の基本ストリップに分解し、重畳されるストリップの基本レベルの数を決定するステップと、
−(50)理論上の可撓性ストリップの代わりに、基本ストリップを備えるフレクシャーベアリング200の特性の算出を、満足する特性が得られるまで繰り返すステップと、
−(60)基本レベルの数を複数のサブユニット308、309に分解するステップであって、各サブユニットは2つのストリップを2つの平行面において2つの重畳し、離間したレベルで含む二重サブユニットであるか、または1つのストリップのみを有する単一のサブユニットであるステップと、
−(70)各サブユニットに対して、基本支持部48、49と基本慣性要素58、59とを決定するステップであって、基本支持部48、49と基本慣性要素58、59は、二重サブユニットの場合は2つのストリップによって結合され、単一のサブユニットの場合は単一のストリップによって結合されるステップと、
−(80)少なくとも各二重サブユニットに対して、素材の2つのレベルを有するSOI基材を提供することと、少なくとも2つのストリップの射影された形状が異なる場合に基材の両側をエッチングすることと、各単一のサブユニットに対して、1または2つのレベルを有する1つのSOI基材であって、厚さに応じて片側または両側をエッチングされたSOI基材を提供して、フレクシャーベアリング200を形成する様々なサブユニットを得るステップと、
−(90)エッチングされた基材を互いに重ねて形成されたサブユニットをすべての基本慣性要素を結合することによって組み立て、基本慣性要素のすべてを慣性要素5に、各サブユニットの平面において1または2つの並進自由度に沿って直接、または並進テーブルを通じて固定し、各並進テーブルの並進剛性は各サブユニットよりも低いステップと、
−(100)エッチングされた基材のうちサブユニットのすべての基本支持部を固定支持部(4)に、各サブユニットの平面において1または2つの並進自由度に沿って直接、または並進テーブルを通じて固定し、各並進テーブルの並進剛性は各サブユニットよりも低いステップ。
−少なくとも1つの上側レベル28であって、上側支持部48と上側慣性要素58との間に、第1のストリップ方向DL1に延在する少なくとも1つの上側一次ストリップ318と、第2のストリップ方向DL2に延在する1つの上側二次ストリップ328とを含み、少なくとも1つの上側一次ストリップ318と1つの上側二次ストリップ328は射影において、上側交点PSで交差する少なくとも1つの上側レベル28と、
−少なくとも1つの下側レベル29であって、下側支持部49と下側慣性要素59との間に、第1のストリップ方向DL1に延在する少なくとも1つの下側一次ストリップ319と、第2のストリップ方向DL2に延在する1つの下側二次ストリップ329とを含み、少なくとも1つの下側一次ストリップ319と1つの下側二次ストリップ329は射影において、下側交点PIで交差する少なくとも1つの下側レベル29と、
を含むように構成され、
この上側レベル28および/またはこの下側レベル29は、一方では固定支持部4と他方では上側支持部48と、またはそれぞれの下側支持部49との間に、および/または一方では慣性要素5と他方では上側基本慣性要素58と、またはそれぞれの下側基本慣性要素59との間に、並進テーブル308、309を含むように構成され、並進テーブル308、309は、振動面の1または2つの自由軸に沿って少なくとも1つの弾性接続を備え、並進テーブル308、309の並進剛性は各可撓性ストリップよりも低い。
式中、
0.2≦X<0.5のとき、
h1(X)=116−473*(X+0.05)+3962*(X+0.05)3−6000*(X+0.05)4
h2(X)=128−473*(X−0.05)+3962*(X−0.05)3−6000*(X−0.05)4
0.5<X≦0.8のとき、
h1(X)=116−473*(1.05−X)+3962*(1.05−X)3−6000*(1.05−X)4
h2(X)=128−473*(0.95−X)+3962*(0.95−X)3−6000*(0.95−X)4
である。
4 :固定支持部
5 :慣性要素
6 :第3の剛性要素
28 :上側レベル
29 :下側レベル
31 :第1のストリップ
32 :第1のストリップ
33 :第2のストリップ
34 :第2のストリップ
48 :上側支持部
49 :下側支持部
58 :上側慣性要素
59 :下側慣性要素
68 :上側中間質量
69 :下側中間質量
78 :第1の可撓性弾性接続
79 :第1の可撓性弾性接続
88 :第2の可撓性弾性接続
89 :第2の可撓性弾性接続
100 :発振器
200 :フレクシャーベアリング
308 :並進テーブル
318 :上側一次ストリップ
319 :下側一次ストリップ
328 :上側二次ストリップ
329 :下側二次ストリップ
480 :剛性上側部分
490 :剛性下側部分
900 :プレート
1000 :計時器ムーブメント
2000 :腕時計
Claims (21)
- 振動面を振動するように構成される少なくとも1つの堅固な慣性要素(5)を含む、機械式発振器(100)用のフレクシャーベアリング機構(200)を製造するための方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、前記振動面への射影において交差する少なくとも2つの第1の可撓性ストリップ(31,32)を含み、前記第1の可撓性ストリップ(31,32)はそれぞれ実質的に長方形の断面を有し、固定支持部(4)に固定されるように、または組み込まれるように構成され、前記堅固な慣性要素(5)を支持するように構成され、共に前記慣性要素を静止位置まで戻すように構成される方法であって、
−(10)前記フレクシャーベアリング(200)の幾何学的構造を決定し、前記フレクシャーベアリング(200)に備えられる理論上の可撓性ストリップの素材を選択し、前記フレクシャーベアリング(200)に備えられる前記理論上の可撓性ストリップの数と傾斜を算出するステップと、
−(20)組み込み点間の長さLと、各前記理論上の可撓性ストリップの高さHおよび厚さEを算出するステップと、
−(30)各前記理論上の可撓性ストリップの縦横比RA=H/Eを算出するステップと、
−(40)各前記理論上の可撓性ストリップについて、算出された前記縦横比RAは10以上であり、前記理論上の可撓性ストリップを、複数のレベルで重畳され、かつそれぞれ10未満の縦横比RAを有する複数の基本ストリップに分解し、重畳されるストリップの基本レベルの数を決定するステップと、
−(50)前記理論上の可撓性ストリップの代わりに、前記基本ストリップを備える前記フレクシャーベアリング(200)の特性の算出を、前記機械的共振器(100)の品質係数、角度ストローク、及び等時性の満足する特性が得られるまで、反復によって繰り返すステップと、
−(60)前記基本レベルの数を複数のサブユニットに分解するステップであって、各前記サブユニットは、高さ方向に離間した2つの平行面にそれぞれ1つのストリップを含む二重サブユニットであるか、または1つのストリップのみを有する単一のサブユニットであるステップと、
−(70)各サブユニットに対して、基本支持部(48、49)と基本慣性要素(58、59)とを決定するステップであって、基本支持部(48、49)と基本慣性要素(58、59)は、二重サブユニットの場合は前記2つのストリップによって結合され、単一のサブユニットの場合は前記単一のストリップによって結合されるステップと、
−(80)少なくとも各二重サブユニットに対して、前記素材の2つのレベルを有するSOI基材を提供することと、少なくとも前記2つのストリップの、前記振動面に射影された形状が異なる場合に前記基材の両側をエッチングすることと、各単一のサブユニットに対して、1または2つのレベルを有する1つのSOI基材であって、厚さに応じて片側または両側をエッチングされたSOI基材を提供して、前記フレクシャーベアリング(200)を形成する様々な前記サブユニットを得るステップと、
−(90)エッチングされた基材を互いに重ねて形成された前記サブユニットをすべての基本慣性要素を結合することによって組み立て、前記基本慣性要素のすべてを前記慣性要素(5)に、各前記サブユニットにおける1または2つの並進自由度に沿って直接、または並進テーブルを通じて固定し、各前記並進テーブルの前記並進剛性は各前記サブユニットよりも低いステップと、
−(100)エッチングされた基材のうち前記サブユニットのすべての前記基本支持部を前記固定支持部(4)に、各前記サブユニットにおける1または2つの並進自由度に沿って直接、または並進テーブルを通じて固定し、各前記並進テーブルの前記並進剛性は各前記サブユニットよりも低いステップと、
を実施する、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、同一平面上にあり、平行な理論上のストリップのみを用いて算出されることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、ステップ(10)−(50)において、少なくとも、前記振動面への射影において交差する、2つの異なる、かつ区別されるレベル上のストリップ対のみを用いて算出されることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、ステップ(10)−(50)において、同一平面上にあり、平行な理論上のストリップの第1のグループと、少なくとも、前記振動面への射影において交差する、2つの異なる、かつ区別されるレベル上のストリップ対の第2のグループの両方を用いて算出されることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記第1の可撓性ストリップ(31、32)が前記振動面への射影において、交差する対として選択される場合、前記交差する対の交点は、前記振動面への射影において、前記慣性要素(5)の仮想ピボット軸を画定することを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記第1の可撓性ストリップ(31,32)が前記振動面への射影において、交差する対のストリップとして選択されるときであって、前記第1の可撓性ストリップ(31,32)は、前記慣性要素(5)の前記振動面に平行な2つの平面において互いに離間して延在し、前記第1の可撓性ストリップ(31,32)の前記振動面に射影された方向は、前記慣性要素(5)の仮想ピボット軸と交差し、前記固定支持部(4)の前記第1の可撓性ストリップ(31,32)の前記組み込み点と、前記慣性要素(5)が前記振動面に平行な2つのストリップ方向(DL1;DL2)を画定するとき、前記フレクシャーベアリング機構(200)は、互いに重畳して、少なくとも1つの上側レベル(28)と、少なくとも1つの下側レベル(29)とを含み、前記少なくとも1つの上側レベル(28)は、上側支持部(48)と上側慣性要素(58)との間に、第1のストリップ方向(DL1)に延在する少なくとも1つの上側一次ストリップ(318)と、第2のストリップ方向(DL2)に延在する1つの上側二次ストリップ(328)とを含み、前記少なくとも1つの上側一次ストリップ(318)と前記1つの上側二次ストリップ(328)は射影において、上側交点(PS)で交差し、前記少なくとも1つの下側レベル(29)は、下側支持部(49)と下側慣性要素(59)との間に、第1のストリップ方向(DL1)に延在する少なくとも1つの下側一次ストリップ(319)と、第2のストリップ方向(DL2)に延在する1つの下側二次ストリップ(329)とを含み、前記少なくとも1つの下側一次ストリップ(319)と前記1つの下側二次ストリップ(329)は射影において、下側交点(PI)で交差することを特徴とし、前記上側レベル(28)および/または前記下側レベル(29)は、前記固定支持部(4)と前記上側支持部(48)、またはそれぞれの前記下側支持部(49)との間に、および/または前記慣性要素(5)と前記上側基本慣性要素(58)、またはそれぞれの前記下側基本慣性要素(59)との間に、並進テーブル(308、309)を含むように構成され、前記並進テーブル(308、309)は、前記振動面の1または2つの自由軸に沿って少なくとも1つの弾性接続を備え、前記並進テーブル(308、309)の並進剛性は各前記第1の可撓性ストリップ(31,32)よりも低いことを特徴とする、方法。
- 請求項6に記載の方法であって、前記上側レベル(28)および前記下側レベル(29)はそれぞれ、前記固定支持部(4)と前記上側支持部(48)、およびそれぞれの前記下側支持部(49)との間に、並進テーブル(308;309)を含むように構成され、前記並進テーブル(308;309)は、少なくとも1つの弾性接続を前記振動面の1または2つの自由軸に沿って備え、前記並進テーブル(308、309)の並進剛性は各前記第1の可撓性ストリップ(31,32)よりも低いことを特徴とする、方法。
- 請求項6に記載の方法であって、前記上側並進テーブル(308)またはそれぞれの前記下側並進テーブル(309)の前記弾性接続は、前記振動面の1または2つの自由軸に沿って、前記フレクシャーベアリング機構(200)の前記可撓性ストリップの前記振動面への射影間に形成される前記角度の二等分線のX軸およびY軸に沿った弾性接続の形で行われることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記第1の可撓性ストリップ(31,32)が前記振動面への射影において交差する対のストリップとして選択されるときであって、前記第1の可撓性ストリップ(31,32)は、前記慣性要素(5)の前記振動面に平行な2つの平面において互いに離間して延在し、前記第1の可撓性ストリップ(31,32)の前記振動面に射影された方向は、前記慣性要素(5)の前記仮想ピボット軸に隣接して交点(P)で交差し、前記固定支持部(4)の前記第1の可撓性ストリップ(31,32)の前記組み込み点と、前記慣性要素(5)が前記振動面に平行な2つのストリップ方向(DL1;DL2)を画定するとき、前記フレクシャーベアリング機構(200)は、前記振動面に平行な前記2つのストリップ方向(DL1、DL2)を備えて形成され、前記2つのストリップ方向(DL1、DL2)は、その間に、前記静止位置で、前記振動面への射影において、頂角(α)を形成し、前記交点(P)の位置は割合X=D/Lによって画定され、Dは前記第1の可撓性ストリップ(31;32)の前記固定支持部(4)への前記組み込み点の1つの前記振動面への射影と、前記交点(P)との間の距離であり、Lは前記第1の可撓性ストリップ(31、32)の前記振動面への射影の全長であり、前記発振器(100)の重心は静止位置において、前記交点(P)から距離(ε)だけ離間し、前記距離(ε)は前記全長Lの12%から18%の間であり、前記割合D/Lの値は0から1の間であり、前記頂角(α)は60°以下であり、各前記第1の可撓性ストリップ(31、32)において、前記組み込み点率(D1/L1、D2/L2)は、0.15以上0.85以下であることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、一次ストリップ(31)と呼ばれ、第1のストリップ方向(DL1)に延在する前記第1の可撓性ストリップ(31、32)の第1の数N1と、二次ストリップ(32)と呼ばれ、第2のストリップ方向(DL2)に延在する前記第1の可撓性ストリップ(31、32)の第2の数N2とからなり、前記第1の数N1および前記第2の数N2はそれぞれ2以上であることを特徴とする、方法。
- 請求項10に記載の方法であって、前記第1の数N1は前記第2の数N2と等しくなるように選択されることを特徴とする、方法。
- 請求項10に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、第1のストリップ方向(DL1)に延在する1つの前記一次ストリップ(31)と、第2のストリップ方向(DL2)に延在する1つの前記二次ストリップ(32)とから形成される少なくとも1つの対からなり、各対において、前記一次ストリップ(31)は前記二次ストリップ(32)と、配向以外は同一であることを特徴とする、方法。
- 請求項12に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は第1のストリップ方向(DL1)に延在する1つの前記一次ストリップ(31)と、第2のストリップ方向(DL2)に延在する1つの前記二次ストリップ(32)からそれぞれ形成される前記対のみを含むように構成され、各対において、前記一次ストリップ(31)は前記二次ストリップ(32)と、配向以外は同一であることを特徴とする、方法。
- 請求項10に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、第1のストリップ方向(DL1)に延在する前記一次ストリップ(31)と、第2のストリップ方向(DL2)に延在する複数の前記二次ストリップ(32)とから形成されるストリップの少なくとも1つのグループからなり、ストリップの各前記グループにおいて、前記一次ストリップ(31)の弾性挙動は、前記複数の二次ストリップ(32)から生じる弾性挙動と、配向以外は同一であることを特徴とする、方法。
- 請求項1に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、一次ストリップ(31)と呼ばれ、第1のストリップ方向(DL1)に延在する前記第1の可撓性ストリップ(31、32)の第1の数N1と、二次ストリップ(32)と呼ばれ、第2のストリップ方向(DL2)に延在する前記第1の可撓性ストリップ(31,32)の第2の数N2とからなり、前記振動面に平行な前記ストリップ方向(DL1、DL2)はその間に、静止位置において、前記振動面への射影において頂角αを形成し、前記2つのストリップ方向(DL1、DL2)は、前記振動面への射影において、交点(P)で交差し、前記交点(P)の位置は割合X=D/Lによって画定され、Dは前記第1の可撓性ストリップ(31;32)の前記固定支持部(4)への前記組み込み点の1つの前記振動面への射影と、前記交点(P)との間の距離であり、Lは前記第1の可撓性ストリップ(31、32)の延伸の前記振動面への射影の全長であり、前記組み込み点率(D1/L1、D2/L2)は、0.15以上0.49以下であり、または0.51以上0.85以下であることを特徴とする、方法。
- 請求項15に記載の方法であって、前記頂角(α)は50°以下であるように選択され、前記組み込み点率(D1/L1;D2/L2)は、0.40以上0.75以下であることを特徴とする、方法。
- 請求項16に記載の方法であって、前記頂角(α)は40°以下であるように選択され、前記組み込み点率(D1/L1、D2/L2)は、0.40以上0.70以下であることを特徴とする、方法。
- 請求項17に記載の方法であって、前記頂角(α)は35°以下であるように選択され、前記組み込み割合(D1/L1、D2/L2)は、0.40以上0.60以下であることを特徴とする、方法。
- 請求項15に記載の方法であって、前記頂角(α)は30°以下であるように選択されることを特徴とする、方法。
- 請求項15に記載の方法方法(100)であって、前記頂角(α)および前記割合X=D/Lは、関係h1(D/L)<α<h2(D/L)を満たし、
式中、
0.2≦X<0.5のとき、
h1(X)=116−473*(X+0.05)+3962*(X+0.05)3−6000*(X+0.05)4
h2(X)=128−473*(X−0.05)+3962*(X−0.05)3−6000*(X−0.05)4
0.5<X≦0.8のとき、
h1(X)=116−473*(1.05−X)+3962*(1.05−X)3−6000*(1.05−X)4
h2(X)=128−473*(0.95−X)+3962*(0.95−X)3−6000*(0.95−X)4
であることを特徴とする、方法。 - 請求項1に記載の方法であって、前記フレクシャーベアリング(200)は、2よりも必ず大きい合計数の前記第1の可撓性ストリップ(31、32)からなることを特徴とする、方法。
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