JP2017049081A - Hairspring and manufacturing method therefor - Google Patents

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智夫 池田
Tomoo Ikeda
池田  智夫
洋輔 阿部
Yosuke Abe
洋輔 阿部
優作 仁井田
Yusaku Niida
優作 仁井田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hairspring that in a speed control mechanism of a mechanical timepiece, even when a silicon-based hairspring is employed, is strong in shock, and a manufacturing method therefor.SOLUTION: A hairspring 1 includes: a collet 3 having an open hole 3a to be fitted to a rotational shaft body; a coil-shaped spring part 2 connected to the collet 3, and wound around the collet 3 with the open hole 3a as a center; and a stud 4 for fixing an outer end of the spring part 2 to a balance holder, wherein at an outermost side curve part or on at least one plane of the spring part 2 except for a connection part between itself and the collet 3, a groove part 7 is provided, and at the groove part 7 and on a hairspring surface, a resin layer 6 is provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、時計用のひげぜんまい及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a hairspring for a watch and a method for manufacturing the same.

従来の機械式時計においては、機械式時計の運転を規則正しく一定の速度に保つために、ひげぜんまいとてん輪(てん真付)とで構成される調速機(てんぷ)が使われている。等時性のあるひげぜんまいの伸縮によりてん輪が規則正しく往復回転運動を行う。   In a conventional mechanical timepiece, in order to keep the operation of the mechanical timepiece regularly at a constant speed, a speed governor (balance balance) composed of a hairspring and a balance wheel (with a balance spring) is used. The balance wheel regularly reciprocates by the expansion and contraction of the isochronous balance spring.

てんぷには、がんぎ車とアンクルとで構成される脱進機という機構が接続されており、ぜんまいからエネルギーが伝達されて、てんぷが振動を持続するようになっている。   The balance is connected to a mechanism called an escapement consisting of a escape wheel and an ankle, and energy is transmitted from the mainspring so that the balance keeps vibrating.

知られているひげぜんまいは、金属を加工して形成する場合が多い。このため、その加工精度のばらつきや金属が有する内部応力の影響などによって、設計通りの形状が得られない場合がある。   Known balance springs are often formed by processing metal. For this reason, the shape as designed may not be obtained due to variations in processing accuracy or the influence of internal stress of the metal.

ひげぜんまいは規則的にてんぷを振動させて等時性を保つ必要があるから、ひげぜんまいが設計通りの形状が得られないと、てん輪も等時性のある運動ができなくなり、時計の歩度ずれが生じてしまう。時計の歩度とは、一日あたりの時計の進み又は遅れの程度を示すものである。   Since the balance spring needs to maintain the isochronism by regularly vibrating the balance with the balance spring, if the balance spring cannot obtain the shape as designed, the balance wheel will not be able to move isochronously and the rate of the watch Deviation occurs. The rate of the watch indicates the degree of advance or delay of the watch per day.

ところで近年、シリコン基板をエッチング加工することによって時計部品を製造する試みがなされている。従来の金属部品を用いる時計部品の製造に比べ軽量にできるという利点と、安価で大量生産ができる利点とがあると言われている。これにより、小型軽量の時計を製造することができると期待されている。   In recent years, attempts have been made to manufacture timepiece parts by etching a silicon substrate. It is said that it has the advantage that it can be made lighter than the manufacture of watch parts using conventional metal parts, and the advantage that it can be mass-produced at low cost. Thereby, it is expected that a small and lightweight watch can be manufactured.

シリコン基板をエッチングする際、近年ではドライエッチング技術である反応性イオンエッチング(Reactive Ion Etching:RIE)技術が進歩してきた。中でも、深堀りRIE(Deep RIE)技術が開発され、アスペクト比が高いエッチングが可能になってきた。   When etching a silicon substrate, a reactive ion etching (RIE) technique, which is a dry etching technique, has recently progressed. Among them, deep RIE (Deep RIE) technology has been developed, and etching with a high aspect ratio has become possible.

この技術によると、エッチングがフォトレジストなどでマスクした部分の下に回り込まないために、垂直深さ方向にマスクパターンを忠実に再現できるようになり、シリコン基板をエッチングする際に、時計部品を設計通りの形状で精度よく製造することが可能となってきた。   According to this technology, since the etching does not go under the part masked with photoresist, the mask pattern can be faithfully reproduced in the vertical depth direction, and the watch part is designed when etching the silicon substrate. It has become possible to manufacture accurately with the street shape.

そもそもシリコンは、金属よりも温度特性がよい。従来のひげぜんまいの材料として用いられる金属よりも環境温度に対して変形しにくいという特徴がある。このことから、時計の調速機構にもこの技術を応用することが考えられている。   In the first place, silicon has better temperature characteristics than metal. It has a feature that it is less likely to be deformed with respect to ambient temperature than a metal used as a material for a conventional hairspring. For this reason, it is considered to apply this technique to a speed control mechanism of a timepiece.

しかしながら、こうした点に配慮したシリコン製のひげぜんまいは既に知られている(例えば、特許文献1参照。)。   However, a silicon hairspring that takes these points into consideration is already known (see, for example, Patent Document 1).

特許文献1に示した従来技術は、良好な等時性を得るために、シリコンひげぜんまいの外側湾曲部の厚さを他の巻回よりも厚くして外側湾曲部の剛性を高めたものである。   In the prior art shown in Patent Document 1, in order to obtain good isochronism, the thickness of the outer curved portion of the silicon balance spring is made thicker than other windings to increase the rigidity of the outer curved portion. is there.

特許5389999号公報(第2頁、図6)Japanese Patent No. 5389999 (2nd page, FIG. 6)

しかし、特許文献1に示した従来技術では、時計に大きな衝撃が加わった場合に、ひげぜんまいの破損を十分に防ぐことができないことが分かった。すなわち、外側湾曲部の厚さが厚くなると、隣の巻回との間隔が狭くなってしまうため、ひげぜんまい同士が接触しやすくなり、その衝撃によってひげぜんまいが破損する可能性があった。   However, it has been found that the prior art disclosed in Patent Document 1 cannot sufficiently prevent the hairspring from being damaged when a large impact is applied to the timepiece. In other words, when the thickness of the outer curved portion is increased, the distance between the adjacent windings becomes narrower, so that the hairsprings easily come into contact with each other, and the hairspring may be damaged by the impact.

ひげぜんまいが破損すると、その破片が飛び散って時計機構に入り込むこともあり、ひげぜんまいが動かなくなるだけではなく、時計そのものに致命的な障害を起こす恐れもある。   When the hairspring is broken, the fragments may scatter and enter the timepiece mechanism, which not only stops the hairspring from moving, but also may cause a fatal failure to the timepiece itself.

本発明の目的は、上記従来技術の課題に鑑み、機械式時計の調速機構において、シリコン製のひげぜんまいを採用しても衝撃に強く、しかも等時性も良好なひげぜんまい及びその製造方法を提供することである。   SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above-mentioned problems of the prior art, the object of the present invention is to provide a balance spring that is resistant to impact and has good isochronism even if a silicon balance spring is employed in a speed adjusting mechanism of a mechanical timepiece, and a method for manufacturing the same. Is to provide.

前述した目的を達成するための本発明におけるひげぜんまいは、以下の構成を採用する。   The hairspring in the present invention for achieving the above-described object employs the following configuration.

本発明のひげぜんまいは、回転軸体と嵌合するための貫通孔を有するひげ玉と、ひげ玉と接続し、貫通孔を中心にしてひげ玉に巻回されるコイル形状のぜんまい部と、ぜんまい部の外端をテンプ受けに固定するためのひげ持とを有するひげぜんまいであって、最外側湾曲部、又はひげ玉との接続部を除いたぜんまい部の少なくとも一平面に溝部を有し、溝部及びひげぜんまい表面に樹脂層を設けることを特徴とする。   The hairspring of the present invention is a whisker having a through hole for fitting with a rotating shaft, a coil-shaped mainspring part connected to the whistle and wound around the whisker around the through hole, A mainspring having a hairspring for fixing the outer end of the mainspring portion to the balance holder, and having a groove portion on at least one plane of the mainspring portion excluding the outermost curved portion or the connection portion with the hairball. A resin layer is provided on the groove portion and the hairspring surface.

これにより、時計が大きな衝撃を受けたときに溝部及びひげぜんまい表面の樹脂層がひげぜんまいの破損を防ぐ働きをすると同時に時計に良好な等時性をもたらす。   As a result, when the timepiece is subjected to a large impact, the groove and the resin layer on the surface of the hairspring serve to prevent the hairspring from being damaged, and at the same time, the timepiece has good isochronism.

また、ひげぜんまいは、シリコンであると良い。   The hairspring is preferably silicon.

このようにすれば、シリコンは比較的軽いため、軽量のひげぜんまいを構成できる。   In this way, since the silicon is relatively light, a lightweight hairspring can be formed.

樹脂層は、パラキシリレン系樹脂であると良い。   The resin layer is preferably a paraxylylene resin.

このようにすれば、樹脂層は比較的柔らかいため、衝撃を吸収しやすくなる。   If it does in this way, since a resin layer is comparatively soft, it will become easy to absorb an impact.

また、溝部は、ぜんまい部の一平面からこれと対向する他方の平面まで貫通しているようにしても良い。   Moreover, you may make it the groove part penetrate from the one plane of the mainspring part to the other plane facing this.

このようにすれば、樹脂層の体積を増やすことができ、ひげぜんまいの特性を調整できる範囲が広がる。   If it does in this way, the volume of a resin layer can be increased and the range which can adjust the characteristic of a hairspring will spread.

前述した目的を達成するための本発明におけるひげぜんまいは、以下の製造方法を採用する。 A hairspring in the present invention for achieving the above-described object employs the following manufacturing method.

本発明のひげぜんまいの製造方法は、回転軸体と嵌合するための貫通孔を有するひげ玉と、ひげ玉と接続し、貫通孔を中心にしてひげ玉に巻回されるコイル形状のぜんまい部と、ぜんまい部の外端をテンプ受けに固定するためのひげ持とを有するひげぜんまいの製造
方法であって、ぜんまい部の、最外側湾曲部又はひげ玉との接続部となる箇所を除いて、基板に溝部を形成する工程と、基板をエッチングし、ぜんまい部に溝部を有する形状のひげぜんまいを形成するエッチング工程と、溝部及びひげぜんまい表面に樹脂層を形成する工程とを有することを特徴とする。
The method of manufacturing the hairspring of the present invention includes a ball having a through hole for fitting with a rotating shaft body, a coil-shaped spring that is connected to the ball and wound around the ball around the through hole. And a hairspring having a hairpin for fixing the outer end of the mainspring portion to the balance holder, except for a portion of the mainspring portion that becomes a connection portion with the outermost curved portion or the hairball. A step of forming a groove on the substrate, an etching step of etching the substrate to form a hairspring having a shape having a groove on the mainspring portion, and a step of forming a resin layer on the surface of the groove and the mainspring. Features.

このような製造方法によれば、溝部及び表面に樹脂層を設けるひげぜんまいを容易に製造することができる。   According to such a manufacturing method, it is possible to easily manufacture a hairspring in which a resin layer is provided on the groove and the surface.

ひげぜんまいを構成するぜんまい部が強靭になるので、時計が強い衝撃を受けたとしてもひげぜんまいが破壊しにくくなる、と同時に時計の等時性が良好になる。   Since the mainspring portion constituting the hairspring is tough, even if the watch is subjected to a strong impact, the hairspring becomes difficult to break, and at the same time the isochronism of the watch is improved.

本発明の第1の実施形態におけるひげぜんまいの構成を説明する平面図及び断面図である。It is the top view and sectional drawing explaining the structure of the hairspring in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施形態におけるひげぜんまいの製造方法を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a hairspring in the first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態におけるひげぜんまいの製造方法を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a method for manufacturing a hairspring in the first embodiment of the present invention. 本発明の第2及び第3の実施形態であるひげぜんまいの構成を説明する断面図である。It is sectional drawing explaining the structure of the hairspring which is the 2nd and 3rd embodiment of this invention. 従来技術のひげぜんまいの平面図であり、問題点を説明するシミュレーション画像である。It is a top view of the balance spring of a prior art, and is a simulation image explaining a problem.

本発明のひげぜんまいは、ひげ玉に巻回されるコイル形状のぜんまい部を第1の材料で構成し、ひげ持ち4につながる最外側湾曲部を除くぜんまい部の一平面に溝部を設けて、その溝部に第1の材料よりも粘靱性の高い第2の材料の樹脂層を設ける。   The hairspring of the present invention comprises a coil-shaped mainspring portion wound around a whisker ball made of a first material, and a groove portion is provided on one plane of the mainspring portion excluding the outermost curved portion connected to the whiskers 4. A resin layer of a second material having higher toughness than the first material is provided in the groove.

粘靭性とは、外部からの圧力に対して壊れにくい性質、粘り強さのことを言う。ぜんまい部の溝に、粘靱性の高い樹脂層を設けることにより、ぜんまい部のもろさが緩和され、強靭にすることができる。   Viscosity refers to the property of being hard to break against external pressure, tenacity. By providing a resin layer with high toughness in the groove of the mainspring portion, the brittleness of the mainspring portion is reduced and the mainspring portion can be strengthened.

以下、本発明のひげぜんまいについて、図面を参照して詳細に説明する。まず、第1の実施形態として、図1を用いて本発明のひげぜんまいの概略の構成を説明し、次に、図2を用いてぜんまい部の更に詳細な構成について説明する。   Hereinafter, the hairspring of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. First, as a first embodiment, a schematic configuration of the hairspring of the present invention will be described with reference to FIG. 1, and then a further detailed configuration of the mainspring portion will be described with reference to FIG.

[第1実施形態]
[ひげぜんまいの構成の説明:図1]
図1を用いてひげぜんまいの第1実施形態を詳述する。図1(a)は樹脂層を形成する前のひげぜんまいの状態を示しており、ひげぜんまい1を図示しない回転軸体の軸方向から平面視したときの様子を示すものである。実際のひげぜんまいはもっと巻き数が多いが、ここでは簡略して4巻きのみを示している。
[First Embodiment]
[Description of the structure of the hairspring: FIG. 1]
A first embodiment of the hairspring will be described in detail with reference to FIG. Fig.1 (a) has shown the state of the hairspring before forming a resin layer, and shows a mode when planarly viewing the hairspring 1 from the axial direction of the rotating shaft body which is not shown in figure. An actual hairspring has a larger number of windings, but here, only four windings are shown in a simplified manner.

図1(a)において、ひげぜんまい1は、中心部に図示しない回転軸体であるてん真と嵌合するための貫通孔3aを有するひげ玉3と、貫通孔3aを中心にしてひげ玉3に巻回されるように設計されたコイル形状のぜんまい部2と、ぜんまい部2の巻き終わりと接続しているひげ持4とから構成されている。ぜんまい部2の巻き始めとひげ玉3とは接続部3bで接続している。   In FIG. 1 (a), a hairspring 1 includes a whisker ball 3 having a through hole 3a for fitting with a spring which is a rotating shaft body (not shown) at the center, and a whisker ball 3 centering on the through hole 3a. The coil-shaped mainspring 2 is designed to be wound around the mainspring 2, and the whiskers 4 are connected to the winding end of the mainspring 2. The winding start of the mainspring portion 2 and the whistle ball 3 are connected by a connecting portion 3b.

ひげぜんまい1の第1の材料としては、水晶、セラミックス、シリコン、シリコン酸化膜などを主成分とする材料から構成することができる。第1の材料をシリコンとすれば、軽いひげぜんまいを構成できて便利である。以後の説明にあっては、第1の材料を、軽くて加工しやすいという特徴を有するシリコンとする場合を例にして説明する。   The first material of the hairspring 1 can be made of a material mainly composed of quartz, ceramics, silicon, silicon oxide film, or the like. If the first material is silicon, a light hairspring can be constructed, which is convenient. In the following description, the case where the first material is silicon that is light and easy to process will be described as an example.

ひげぜんまい1を構成する第1の材料がシリコンであるとすると、ひげぜんまい1の製造や加工に際して、シリコン半導体基板に対して行う深堀りRIE技術を用いることができ、半導体装置を製造する際と同様な公知の製造技術を用いることができる。   Assuming that the first material constituting the hairspring 1 is silicon, the manufacturing and processing of the hairspring 1 can use the deep RIE technique performed on the silicon semiconductor substrate, and the manufacturing of the semiconductor device. Similar known manufacturing techniques can be used.

図1(b)は、樹脂層6を形成した後の図であり、図1(a)に示すぜんまい部2を拡大した図面であって、図1(a)に示すA−A´断面の様子を模式的に示す断面図である。ぜんまい部2は一体で形成されており、ひげ玉3の周囲を巻回されているような形状を有している。図1(b)ではぜんまい部2の4つの部分を拡大して示している。このぜんまい部2は1つの構造体であり、この図1(a)のA−A´断面に含まれる4つの部分に、ぜんまい腕20a、20b、20c、20dの名称を付与して説明する。   FIG. 1B is a view after the resin layer 6 is formed, and is an enlarged view of the mainspring portion 2 shown in FIG. 1A, and is a cross-sectional view taken along the line AA ′ shown in FIG. It is sectional drawing which shows a mode typically. The mainspring portion 2 is integrally formed, and has a shape that is wound around the hair ball 3. In FIG.1 (b), four parts of the mainspring part 2 are expanded and shown. The mainspring portion 2 is a single structure, and description will be given by giving the names of the mainspring arms 20a, 20b, 20c, and 20d to the four portions included in the AA ′ cross section of FIG.

ひげ持ち4につながる最外側湾曲部のぜんまい腕20d、及びヒゲ玉3の接続部3bのぜんまい腕(図1(b)には図示せず)には溝部7が形成されておらず、その内側の巻回のぜんまい腕20a、20b、20cの一平面2aには溝部7が設けてある。上述の説明の通り、ぜんまい腕20a〜20dは一体の構造物であるから、溝部7及び樹脂層6も1つの構造体である。ひげぜんまい1の表面及び溝部7の内部に、シリコンよりも剛性が低い樹脂であるパリレン(登録商標)として知られているパラキシリレン系樹脂が第2の材料の樹脂層6として形成されている。第2の材料は、第1の材料よりも粘靱性の高い材料である。   The groove portion 7 is not formed in the mainspring arm 20d of the outermost curved portion connected to the whiskers 4 and the mainspring arm (not shown in FIG. 1B) of the connection portion 3b of the beard ball 3, and the inner side thereof. A groove portion 7 is provided on a flat surface 2a of the winding mainspring arms 20a, 20b, and 20c. As described above, since the mainspring arms 20a to 20d are an integral structure, the groove portion 7 and the resin layer 6 are also one structure. A paraxylylene-based resin known as Parylene (registered trademark), which is a resin having lower rigidity than silicon, is formed as a resin layer 6 of the second material on the surface of the hairspring 1 and in the groove portion 7. The second material is a material having higher toughness than the first material.

特に限定するものではないが、1つのぜんまい腕は、例えば、幅eは60μm、高さhは100μmである。このように幅方向に薄いぜんまい腕であっても、溝部7内及びぜんまい腕20a〜20d表面に樹脂層6を形成することによって、ぜんまい部2はもろさが緩和され、強靭にすることができる。   Although not particularly limited, for example, one mainspring arm has a width e of 60 μm and a height h of 100 μm. Thus, even if the mainspring arm is thin in the width direction, the mainspring portion 2 can be made brittle and toughened by forming the resin layer 6 in the groove portion 7 and on the surface of the mainspring arms 20a to 20d.

[第1実施形態の効果の説明]
巻回の幅eと高さhは溝部7の有無に関係なく同一でありながら、パラキシリレン系樹脂はシリコンよりも剛性が低いので、溝部7の中に樹脂層6が形成されているぜんまい腕20a〜20cよりも溝部7のない最外側湾曲部のぜんまい腕20d及びヒゲ玉3の接続部3bのぜんまい腕の方が剛性を高くすることができる。また、最外側湾曲部のぜんまい腕20dの幅eを厚くする必要がないので、隣の巻回と接触する危険性が少なく、ひげぜんまい1の破損を防止できる。さらに、ぜんまい部2の表面全体に剛性が低い(柔らかい)樹脂層6が形成されているので、仮に接触したとしても、破損する危険性は更に低くなる。また、第1の材料をシリコンとすれば、軽いひげぜんまいを構成できて便利である。
[Description of Effects of First Embodiment]
Although the winding width e and height h are the same regardless of the presence or absence of the groove portion 7, the paraxylene resin has lower rigidity than silicon, and therefore the mainspring arm 20 a in which the resin layer 6 is formed in the groove portion 7. The mainspring arm 20d of the outermost curved portion without the groove portion 7 and the mainspring arm of the connecting portion 3b of the beard ball 3 can be made more rigid than .about.20c. Further, since it is not necessary to increase the width e of the mainspring arm 20d of the outermost curved portion, there is little risk of contact with the adjacent winding, and damage to the mainspring 1 can be prevented. Furthermore, since the resin layer 6 with low rigidity (soft) is formed on the entire surface of the mainspring portion 2, even if it comes into contact, the risk of breakage is further reduced. Further, if the first material is silicon, a light hairspring can be constructed, which is convenient.

上記のように形成したひげぜんまいについて、シミュレーションソフトウェア上でひげぜんまいのモデルを作成し、動作分析を試みると、ひげぜんまいの剛性が振動特性に影響を与えることが判った。図5はひげぜんまいの挙動を示すシミュレーション画像である。図5(a)は溝部7を設けずにひげぜんまいの剛性を均一にしたモデルの例であり、振動の伸縮運動時に偏心を生じている(ヒゲ玉の貫通孔がひげぜんまい全体の中心にない)。図5(b)は最外側湾曲部の剛性を高めた本発明のぜんまい1のモデルの例であり、この場合には振動の伸縮運動時に偏心を生じていない(ヒゲ玉の貫通孔がひげぜんまい全体の中心にある)。   For the hairspring formed as described above, when a model of the hairspring was created on the simulation software and a motion analysis was attempted, it was found that the stiffness of the hairspring affected the vibration characteristics. FIG. 5 is a simulation image showing the behavior of the hairspring. FIG. 5 (a) is an example of a model in which the hairspring is made uniform without providing the groove portion 7, and eccentricity occurs during vibration expansion and contraction (the through hole of the beard ball is not at the center of the entire hairspring). ). FIG. 5B is an example of the model of the mainspring 1 of the present invention in which the rigidity of the outermost curved portion is increased. In this case, no eccentricity is generated during the expansion and contraction motion of the vibration (the through hole of the beard ball has a hairspring). In the center of the whole).

図5(a)のように、伸縮運動時に偏心が生じてしまうと、時計の時間精度を悪化させ
る原因となり、等時性が悪くなってしまう。一方、図5(b)のように、最外側湾曲部に溝を形成せずに剛性を高めると伸縮運動時に偏心が生じず、時計の等時性が非常に良好になる。
As shown in FIG. 5A, if eccentricity occurs during the expansion and contraction movement, the time accuracy of the timepiece is deteriorated, and isochronism is deteriorated. On the other hand, as shown in FIG. 5B, when the rigidity is increased without forming a groove in the outermost curved portion, eccentricity does not occur during the telescopic movement, and the isochronism of the timepiece becomes very good.

さらに、ひげぜんまい1を動作させたときに偏心した運動となってしまうと局所的にぜんまい腕の間隔が狭い部分ができてしまい隣のぜんまい腕と接触する可能性が高まるが、本発明のモデルのように同心状の運動であれば隣のぜんまい腕と接触する危険性は低下する。   Furthermore, if the movement becomes eccentric when the hairspring 1 is operated, a portion where the interval between the mainspring arms is locally narrowed and the possibility of coming into contact with the adjacent mainspring arm is increased, the model of the present invention. If the movement is concentric like this, the risk of contact with the adjacent mainspring arm is reduced.

本発明のひげぜんまい1を実際に動作させ、伸縮運動をハイスピードカメラで撮影し、確認したところ偏心した運動は観察されず、同心状の運動であることを確認することができた。   When the hairspring 1 of the present invention was actually operated and the telescopic motion was photographed with a high-speed camera and confirmed, no eccentric motion was observed, and it was confirmed that the motion was concentric.

[第1実施形態の製造方法の説明:図2〜図3]
次に、本発明の第1の実施形態であるひげぜんまい1の製造方法について、図2及び図3を用いて説明する。
[Description of Manufacturing Method of First Embodiment: FIGS. 2 to 3]
Next, the manufacturing method of the hairspring 1 which is the 1st Embodiment of this invention is demonstrated using FIG.2 and FIG.3.

初めに、溝部7を有するひげぜんまい1の形状を形成し、次の段階でひげぜんまいの表面及び溝部に樹脂層6を形成する。   First, the shape of the hairspring 1 having the groove portion 7 is formed, and the resin layer 6 is formed on the surface and groove portion of the hairspring in the next step.

まず、図2(a)に示すように、少なくともひげぜんまい1が取り出せる大きさの面積と厚みとを有するシリコンの基板200を準備する。ひげぜんまい1の生産性を考慮に入れれば、ひげぜんまい1が多数個取り出せる大きさの基板200である方が好ましい。   First, as shown in FIG. 2A, a silicon substrate 200 having at least an area and a thickness that allow the hairspring 1 to be taken out is prepared. If the productivity of the hairspring 1 is taken into consideration, it is preferable that the substrate 200 has a size that allows a large number of hairsprings 1 to be taken out.

次に、図2(b)に示すように、基板200に、ひげぜんまい1のぜんまい部2に溝部7を形成するために、この溝部7に相当する部分が開口したマスク8を知られているフォトリソグラフィ技術で形成する。マスク8は、例えばシリコン酸化膜である。特に限定しないが、このマスク8は1μmの膜厚で形成する。   Next, as shown in FIG. 2B, a mask 8 having an opening corresponding to the groove portion 7 is known in order to form the groove portion 7 in the mainspring portion 2 of the hairspring 1 on the substrate 200. It is formed by photolithography technology. The mask 8 is a silicon oxide film, for example. Although not particularly limited, the mask 8 is formed with a film thickness of 1 μm.

そして、処理時間を管理しながら混合ガス(SF+C)を用いて、基板200をRIE技術でドライエッチングすることにより、図1(a)に示すように、ひげぜんまい1のぜんまい部2と、ひげ玉3と、ひげ持4とは、一体で形成される。そして、ぜんまい部2には所定の幅と深さの溝部7が形成される。 Then, by using the mixed gas (SF 6 + C 4 F 8 ) while managing the processing time, the substrate 200 is dry-etched by the RIE technique, and as shown in FIG. 1A, the mainspring portion of the hairspring 1 2, the beard ball 3, and the whiskers 4 are integrally formed. A groove 7 having a predetermined width and depth is formed in the mainspring 2.

その後に、マスク8のみを除去することで、図2(c)に示す基板200を得る。このマスク8の除去は、例えば、基板200をフッ化水素酸を主成分とする公知のエッチング液に浸漬して行う。   Thereafter, only the mask 8 is removed to obtain the substrate 200 shown in FIG. The removal of the mask 8 is performed, for example, by immersing the substrate 200 in a known etching solution mainly containing hydrofluoric acid.

次に、図2(d)に示すように、基板200のぜんまい部2となるぜんまい腕20a〜20dの幅に相当する部分(溝部は覆われている)を覆うようにマスク9を知られているフォトリソグラフィ技術で形成する。上述の通りこのマスク9は図示しないがひげぜんまい1の全体を形作る形状である。マスク9は、例えばシリコン酸化膜である。特に限定しないが、このマスク9は、基板200の表面より2μmの膜厚となるように形成する。   Next, as shown in FIG. 2D, the mask 9 is known so as to cover a portion (groove portion is covered) corresponding to the width of the mainspring arms 20a to 20d, which becomes the mainspring portion 2 of the substrate 200. It is formed by photolithography technology. As described above, the mask 9 has a shape that forms the entire hairspring 1 although not shown. The mask 9 is, for example, a silicon oxide film. Although not particularly limited, the mask 9 is formed to have a thickness of 2 μm from the surface of the substrate 200.

その後に、混合ガス(SF+C)を用いて、基板200を深堀りRIE技術でドライエッチングする。これにより、図3(e)に示すように、基板200からぜんまい腕20a〜20dを離断する。この状態では、図示はしないが、ひげぜんまい1は基板200から独立して切り出されており、ひげ玉3の貫通孔3aも貫通している。 After that, using the mixed gas (SF 6 + C 4 F 8 ), the substrate 200 is deeply etched and dry-etched by the RIE technique. Thereby, the mainspring arms 20a to 20d are separated from the substrate 200 as shown in FIG. In this state, although not shown, the hairspring 1 is cut out independently from the substrate 200, and the through-hole 3 a of the whistle ball 3 also penetrates.

その後に、マスク9のみを除去することで、図1(a)に示すように、シリコンから成
る溝部7を設けたひげぜんまい1の形状を得る。このマスク9の除去は、例えば、基板200をフッ化水素酸を主成分とする公知のエッチング液に浸漬して行う。
Thereafter, only the mask 9 is removed to obtain the shape of the hairspring 1 provided with the groove 7 made of silicon, as shown in FIG. The removal of the mask 9 is performed, for example, by immersing the substrate 200 in a known etching solution mainly containing hydrofluoric acid.

次に、ひげぜんまい1に樹脂層6を形成する方法について説明する。溝部7を設けたひげぜんまい1を形成した後、公知の成膜技術である気相蒸着重合法の薄膜形成プロセスによって、処理時間を管理しながら、ひげぜんまい1の表面及び溝部7に対して同時にパラキシリレン系樹脂の樹脂層6を形成する。   Next, a method for forming the resin layer 6 on the hairspring 1 will be described. After forming the hairspring 1 provided with the groove 7, the surface of the hairspring 1 and the groove 7 are simultaneously controlled by controlling the processing time by a thin film formation process of a vapor deposition polymerization method which is a known film forming technique. A resin layer 6 of paraxylylene resin is formed.

気相蒸着重合法によって成膜されるパラキシリレン系樹脂膜は付きまわり性が良いので、ひげぜんまい1表面全体に均一な厚さで成膜され、且つ、溝部7の内部にも成膜される。このとき、薄膜(樹脂層6)の厚みが増加して溝部7が埋まるのであるが、溝部7のサイズとの関係で、樹脂層6が薄い段階では、図3(f)に示すように溝部7の内部を樹脂層6で充填した状態にはならないが、樹脂層6が厚くなると、図3(g)に示すように溝部7を樹脂層6で充填した状態となる。   Since the paraxylylene resin film formed by the vapor deposition polymerization method has good throwing power, it is formed with a uniform thickness over the entire surface of the hairspring 1 and is also formed inside the groove portion 7. At this time, the thickness of the thin film (resin layer 6) is increased and the groove portion 7 is filled. However, when the resin layer 6 is thin in relation to the size of the groove portion 7, as shown in FIG. Although the inside of 7 is not filled with the resin layer 6, when the resin layer 6 becomes thick, the groove portion 7 is filled with the resin layer 6 as shown in FIG.

パラキシリレン系樹脂膜からなる樹脂層6は、経時変化が少なく非常に安定した材料であるので、長期使用しても粘靭性が変わらず、高い信頼性を有する。   The resin layer 6 made of a paraxylylene-based resin film is a very stable material with little change over time, and thus has high reliability without changing the toughness even when used for a long time.

[第1実施形態の製造方法の効果の説明]
以上のように、ひげぜんまい1を構成する第1の材料がシリコンであるとすると、ひげぜんまい1の製造や加工に際して、シリコン半導体基板に対して行う深堀りRIE技術を用いることができ、半導体装置を製造する際と同様な公知の製造技術を用いることができるので便利である。また、ぜんまい部2表面及び溝部7に第2の材料である樹脂層6を形成する際にも公知のCVD技法を採用して同時に加工できるので好都合である。
[Description of Effects of Manufacturing Method of First Embodiment]
As described above, assuming that the first material constituting the hairspring 1 is silicon, the deep RIE technique performed on the silicon semiconductor substrate can be used for manufacturing and processing the hairspring 1, and the semiconductor device This is convenient because a known manufacturing technique similar to that for manufacturing can be used. Further, when the resin layer 6 as the second material is formed on the surface of the mainspring portion 2 and the groove portion 7, it is convenient because it can be simultaneously processed by using a known CVD technique.

[第2実施形態]
[第2実施形態におけるぜんまいの構成の説明:図4(a)]
次に、第1実施形態のひげぜんまい1と渠形状の異なる構成例を、第2実施形態として図4(a)を用いて説明する。説明にあたっては、1つのぜんまい腕を例にして説明する。
[Second Embodiment]
[Description of Mainspring Configuration in Second Embodiment: FIG. 4 (a)]
Next, a configuration example having a different shape from the hairspring 1 of the first embodiment will be described as a second embodiment with reference to FIG. In the description, a single mainspring arm will be described as an example.

上述の通り、ぜんまい腕は1つの連続した構造体であるが、例えば、図4(a)に示すように、ぜんまい部2のぜんまい腕21aにはその一平面2aに溝部17aを設けてあり、この一平面と対向する他の平面2bにも溝部17bを設けている。これらの溝部17a、17b及びぜんまい腕21aの表面には、それぞれ樹脂層16が形成されている。すなわち、第1実施形態におけるひげぜんまい1と、第2実施形態におけるひげぜんまい11との違いは、ひげぜんまい1が一平面2aのみに溝部7を設けたいたにに対し、ひげぜんまい11では、二つの平面2a、2bの両方に溝部17a、17bが設けられていることである。   As described above, the mainspring arm is one continuous structure. For example, as shown in FIG. 4A, the mainspring arm 21a of the mainspring portion 2 is provided with a groove portion 17a on one plane 2a thereof. The groove portion 17b is also provided on the other plane 2b facing this one plane. Resin layers 16 are formed on the surfaces of the grooves 17a and 17b and the mainspring arm 21a, respectively. That is, the difference between the hairspring 1 in the first embodiment and the hairspring 11 in the second embodiment is that the hairspring 1 is provided with the groove portion 7 only on one plane 2a, whereas the hairspring 11 has two differences. That is, the grooves 17a and 17b are provided in both of the two planes 2a and 2b.

[第3実施形態]
[第3実施形態おけるぜんまいの構成の説明:図4(b)]
次に、第1実施形態のひげぜんまい1と渠形状の更に異なる構成例を、第3実施形態として図4(b)を用いて説明する。図4(b)に示すように、ぜんまい腕22aを貫通するように溝部27aを設けてもよい。すなわち、ぜんまい部2のぜんまい腕22aには、その一平面2aと対向する他の平面2bとを貫通する溝部27aを設けるのである。この溝部27a及びぜんまい腕22aの表面には樹脂層26が形成されている。すなわち、第1実施形態におけるひげぜんまい1と、第3実施形態におけるひげぜんまい21との違いは、ひげぜんまい1が一平面2aのみに溝部7を設けたいたにに対し、ひげぜんまい21では、ぜんまい腕22aを貫通した溝部27aが設けられていることである。なお、ひげ
ぜんまい1及び樹脂層26の材料はそれぞれ第1実施形態と同じである。
[Third Embodiment]
[Description of the configuration of the mainspring in the third embodiment: FIG. 4B]
Next, a further different configuration example of the hairspring 1 from the first embodiment and the shape of the heel will be described as a third embodiment with reference to FIG. As shown in FIG.4 (b), you may provide the groove part 27a so that the mainspring arm 22a may be penetrated. In other words, the mainspring arm 22a of the mainspring portion 2 is provided with a groove portion 27a penetrating the other flat surface 2b opposite to the one flat surface 2a. A resin layer 26 is formed on the surfaces of the groove 27a and the mainspring arm 22a. That is, the difference between the hairspring 1 in the first embodiment and the hairspring 21 in the third embodiment is that the hairspring 1 is provided with the groove portion 7 only in one plane 2a, whereas in the hairspring 21, the hairspring is different. That is, a groove portion 27a penetrating the arm 22a is provided. The materials of the hairspring 1 and the resin layer 26 are the same as those in the first embodiment.

[第2、第3実施形態の効果の説明]
上記のように第2実施形態及び第3実施形態のような構成にすれば、第1実施形態のようにぜんまい部2の一つの平面に溝部7を設けただけではひげぜんまい1の特性が不十分である場合に、一定の断面積を有するひげぜんまい11又は21のぜんまい腕21a又は22aに対して、樹脂層16又は26の体積の比率を増やすことができ、ひげぜんまいの特性を調整できる範囲が広がって便利である。
[Description of Effects of Second and Third Embodiments]
If the configuration of the second embodiment and the third embodiment is used as described above, the characteristic of the hairspring 1 is not obtained simply by providing the groove portion 7 on one plane of the mainspring portion 2 as in the first embodiment. When sufficient, the ratio of the volume of the resin layer 16 or 26 to the mainspring arm 21a or 22a of the hairspring 11 or 21 having a constant cross-sectional area can be increased, and the range in which the characteristics of the hairspring can be adjusted. Is convenient to spread.

なお、いずれの実施形態でも、最外側湾曲部のぜんまい腕及びひげ玉との接続部のぜんまい腕の両方に溝部を形成しない例を示したが、これに限定されない。最外側湾曲部のぜんまい腕だけに溝部を形成しなくても良いし、ひげ玉との接続部のぜんまい腕だけに溝部を形成しなくても良い。いずれの場合であっても、同様の効果が得られる。   In any of the embodiments, the example in which the groove portion is not formed in both the mainspring arm of the outermost curved portion and the mainspring arm of the connection portion with the whisker ball is shown, but the present invention is not limited to this. The groove portion may not be formed only in the mainspring arm of the outermost curved portion, and the groove portion may not be formed only in the mainspring arm of the connection portion with the whiskers. In either case, the same effect can be obtained.

本発明は、ひげぜんまいの強度を向上させることができるから、特に腕時計のような可搬型の装置においては、不測の衝撃が印加される機会があるので、特に有効である。また、本実施形態においてはシリコンのひげぜんまいに付いて説明したが、これに限定されるものではなく、セラミックや、金属製のひげぜんまいにおいても有効である。   Since the strength of the hairspring can be improved, the present invention is particularly effective in a portable device such as a wristwatch because an unexpected impact is applied. In the present embodiment, the description has been given with respect to the silicon hairspring. However, the present invention is not limited to this, and the present invention is also effective in a ceramic or metal hairspring.

1、11、21 ひげぜんまい
2 ぜんまい部
20a、20b、20c、20d、21a、22a ぜんまい腕
2a 一平面
2b 平面
3 ひげ玉
3a 貫通孔
3b 接続部
4 ひげ持
6、16、26 樹脂層
7、17a、17b、27a 溝部
8、9 マスク
200 シリコン基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11, 21 Hairspring 2 Spring main part 20a, 20b, 20c, 20d, 21a, 22a Mainspring arm 2a One plane 2b Plane 3 Beard ball 3a Through-hole 3b Connection part 4 Beard 6, 16, 26 Resin layer 7, 17a 17b, 27a Groove 8, 9 Mask 200 Silicon substrate

Claims (5)

回転軸体と嵌合するための貫通孔を有するひげ玉と、前記ひげ玉と接続し、前記貫通孔を中心にして前記ひげ玉に巻回されるコイル形状のぜんまい部と、前記ぜんまい部の外端をテンプ受けに固定するためのひげ持とを有するひげぜんまいであって、
最外側湾曲部、又はひげ玉との接続部を除いた前記ぜんまい部の少なくとも一平面に溝部を有し、前記溝部及び前記ひげぜんまい表面に樹脂層を設けることを特徴とするひげぜんまい。
A hair ball having a through hole for fitting with a rotating shaft body, a coil-shaped mainspring portion connected to the whisker ball and wound around the hair ball around the through hole, and A hairspring having a whisker for fixing the outer end to the balance holder,
A hairspring having a groove portion on at least one plane of the mainspring portion excluding an outermost curved portion or a connecting portion with a hairball, and a resin layer is provided on the groove portion and the surface of the hairspring.
前記ひげぜんまいは、シリコンであることを特徴とする請求項1に記載のひげぜんまい。   The hairspring according to claim 1, wherein the hairspring is silicon. 前記樹脂層は、パラキシリレン系樹脂であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載のひげぜんまい。   The hairspring according to claim 1 or 2, wherein the resin layer is a paraxylylene resin. 前記溝部は、前記ぜんまい部の前記一平面からこれと対向する他方の平面まで貫通していることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1つに記載のひげぜんまい。   The hairspring according to any one of claims 1 to 3, wherein the groove portion penetrates from the one plane of the mainspring portion to the other plane facing the mainspring portion. 回転軸体と嵌合するための貫通孔を有するひげ玉と、前記ひげ玉と接続し、前記貫通孔を中心にして前記ひげ玉に巻回されるコイル形状のぜんまい部と、前記ぜんまい部の外端をテンプ受けに固定するためのひげ持とを有するひげぜんまいの製造方法であって、
前記ぜんまい部の、最外側湾曲部又はひげ玉との接続部となる箇所を除いて、基板に溝部を形成する工程と、
前記基板をエッチングし、前記ぜんまい部に前記溝部を有する形状のひげぜんまいを形成するエッチング工程と、
前記溝部及び前記ひげぜんまい表面に樹脂層を形成する工程と、を有する
ことを特徴とするひげぜんまいの製造方法。
A hair ball having a through hole for fitting with a rotating shaft body, a coil-shaped mainspring portion connected to the whisker ball and wound around the hair ball around the through hole, and A method of manufacturing a hairspring having a whisker for fixing an outer end to a balance holder,
The step of forming a groove in the substrate, except for the location of the mainspring portion, which is the outermost curved portion or the connecting portion with the ball,
Etching the substrate and forming a mainspring having a shape having the groove in the mainspring portion; and
And a step of forming a resin layer on the groove and the surface of the hairspring.
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