JP2017083435A - 可変する断面を有する小型ヒゲゼンマイ - Google Patents

Abstract

【課題】小型のヒゲゼンマイを提示することにより、ヒゲゼンマイのコイルが収縮時、拡張時のいずれにおいても互いに接触しないことを保証する。【解決手段】本発明は、単一のストリップを備える一体型のヒゲゼンマイに関する。単一のストリップはヒゲゼンマイ上に内部コイルと外部コイルとの間に巻かれる。ストリップは、ヒゲゼンマイの収縮角度が３６０度の値であるとき、第２のコイルから最後から２番目のコイルまで各コイル間の距離が一定となるような形状を有する。【選択図】図２

Description

本発明は小型ヒゲゼンマイに関し、より具体的には、テンプと協働して振動子を形成することを目的とする種類のヒゲゼンマイに関する。

シリコン製のヒゲゼンマイの費用は、実質的に表面積に比例する。つまり、同じウェハ上に多くのヒゲゼンマイをエッチングできれば、ヒゲゼンマイの単価は低くなる。

ただし、ヒゲゼンマイのコイルは収縮または拡張時のいずれにおいても互いに接触してはならないため、無作為に寸法を低減することはできない。

本発明の目的は、小型のヒゲゼンマイを提示することによって、ヒゲゼンマイのコイルが収縮または拡張時のいずれにおいても互いに接触しないことを保証し、前述の欠点のすべてまたは一部を克服することである。

このため、本発明は、単一のストリップを備える一体型のヒゲゼンマイに関する。単一のストリップはヒゲゼンマイ上で内部コイルと外部コイルとの間に巻かれる。ヒゲゼンマイのストリップは、休止位置において、内部コイルの端部と第２のコイルのとの間に第１の区域と、第１の区域の延長部分において第２の区域とを備える。第１の区域ではピッチは継続して減少し、断面は継続して増加する。第２の区域では、各コイル間のピッチは継続して増加し、ストリップの断面は区域Aの端部の断面よりも小さい値で開始し、その後継続して増加する。それによって、ヒゲゼンマイの収縮の角度が３６０度の値となるとき、第２のコイルから、最後から２番目のコイルまでの距離は一定となる。

本発明によれば、有利には、ヒゲゼンマイは、コイル間の距離を収縮および拡張時であっても一定して最小に保ちながら、できるだけ小型であることが理解されよう。したがって、ヒゲゼンマイの大きさを、計時の特性を失わずに最小化することを試みることができる。本発明のヒゲゼンマイを用いると、単価を低減するために、同じウェハ上にエッチングするヒゲゼンマイの数を最適化することが可能となる。

本発明の他の有利な変形によれば、
−第２の区域において、各コイル間のピッチは一定の値で継続して増加する。
−第２の区域において、ストリップの断面は一定の値で継続して増加する。
−第１の区域において、各コイル間のピッチは、内部コイルの端部と第２の区域との接合部との間で一定の値で継続して減少する。
−第１の区域において、ストリップの断面は、内部コイルの端部と第２の区域との接合部との間で一定の値で継続して増加する。
−ヒゲゼンマイは、第２の区域の延長部分に、第３の区域を最後から２番目のコイル開始部分と外部コイルの端部との間に備え、ピッチは継続して増加し、それによって、ヒゲゼンマイの拡張の角度が３６０度の値となるとき、第２のコイルと外部コイルとの間には接触しないように最小距離がある。
−第３の区域において、ピッチは一定の値で継続して増加する。
−第３の区域は第１の部分を含み、第１の部分の断面は、第１の部分の延長部分において、第２の区域および第２の部分の増加と実質的に同一の方法で増加し、第２の部分の断面は外部コイルの端部に向かって増加し、第２の部分の断面の増加は第１の部分の断面の増加よりも大きい。
−ヒゲゼンマイはシリコンベースである。

さらに、本発明は上記の変形のいずれかに記載するヒゲゼンマイと協働するテンプを含むことを特徴とする振動子に関する。

他の特徴および有利点は、添付図を参照して非限定的な例示として示される以下の説明から明らかになるであろう。

本発明による収縮状態のヒゲゼンマイの上面図である。 本発明による休止位置にあるヒゲゼンマイの上面図である。 本発明による拡張状態にあるヒゲゼンマイの上面図である。 ヒゲゼンマイのコイルの数に応じたコイル間のピッチの変化を示すグラフである。 ヒゲゼンマイのコイルの数に応じたコイルの厚さの変化を示すグラフである。 ヒゲゼンマイのコイルおよびヒゲゼンマイの状態に応じたコイル間の距離の変化を示すグラフである。

本発明は、テンプと協働して、時計用のばねテンプ型の振動子を形成することを目的とする小型のヒゲゼンマイに関する。もちろん、ヒゲゼンマイは、本発明の範囲から逸脱せずに、内部コイルの端部と一体化するコレットおよび／または外部コイルの端部と一体化するヒゲ持ち付属品を含んでいてもよい。ただし、説明を簡潔にするため、コレットおよび／または付属品は例示しない。

本発明の開発が開始されたのは、収縮または拡張時のいずれにおいても各ヒゲゼンマイのコイルが互いに触れないようにしながら、最大数のヒゲゼンマイを同一のシリコンベースのウェハ上に製造するためである。ただし、ヒゲゼンマイはシリコンベースの素材に限定されないことが理解されよう。非限定的な様式において、同じ論理がＬＩＧＡ法、つまり導電性素材を用いて形成されるヒゲゼンマイに適用可能であることが理解されよう。

用語「シリコンベース」とは、単結晶シリコン、ドープ単結晶シリコン、多結晶シリコン、ドープ多結晶シリコン、多孔質シリコン、酸化ケイ素、石英、シリカ、窒化ケイ素または炭化ケイ素を含む素材を意味する。もちろん、シリコンベースの素材が結晶相であるとき、任意の結晶配向を用いてもよい。

したがって、図２に例示するように、本発明は、単一のストリップ３を備える一体型のヒゲゼンマイ１に関する。単一のストリップ３はヒゲゼンマイ１上で内部コイルＳ_Iと外部コイルＳ_Eとの間に巻かれる。本発明によれば、ヒゲゼンマイ１のストリップ３は、図２に例示される休止位置において、内部コイルＳ_Iの端部５と第２のコイルＳ₂の開始部分との間に第１の区域Ａを備える。第１の区域Ａでは内部コイルＳ_Iと第２のコイルＳ₂との間のピッチは減少する。

有利には、ヒゲゼンマイ１は、第１の区域Ａの延長部分において、第２の区域Ｂを備える。第２の区域Ｂでは各コイル間のピッチとストリップ３の断面は継続して増加し、それによってヒゲゼンマイ１は収縮状態になる。つまり、内部コイルＳ_Iの端部５がヒゲゼンマイ１の中心に対して実質的に−３６０度回転するとき、図１に示すように、各コイル間の距離は第２のコイルＳ₂から最後から２番目のコイルＳ_Pまで、実質的に一定となる。

好ましくは、図４に例示するように、各コイル間のピッチは、第２の区域Ｂにおいて一定の値で継続して増加する。さらに、図５に例示するように、好ましくは本発明において、ストリップ３の断面は、第２の区域Ｂにおいて一定の値で継続して増加する。このように、たとえば、この断面は、１０μｍから７５μｍまでの可変する厚さと、５０μｍから２５０μｍまでの一定の高さを有していてもよい。

追加の任意の特徴によれば、本発明によるヒゲゼンマイは、有利には第２の区域Ｂの延長部分に、第３の区域Ｃを最後から２番目のコイルＳ_Pの開始部分と外部コイルＳ_Eの端部７との間に備える。第３の区域Ｃでは、最後から２番目のコイルＳ_Pと外部コイルＳ_Eとの間のピッチは継続して増加し、それによってヒゲゼンマイ１が拡張状態にあるとき、つまり内部コイルＳ_Iの端部５がヒゲゼンマイ１の中心に対して実質的に＋３６０度回転するとき、図３に示すように、最後のコイル間の最小距離は、特に最後から２番目のコイルＳ_Pと外部コイルＳ_Eとの間で接触しないような距離となる。

好ましくは、図４に例示するように、各コイル間のピッチは第３の区域Ｃにおいて、第２の一定の値で継続して増加する。図４に示すように、第２の一定の値は、好ましくは第２の区域Ｂの第１の一定の値より大きい。

さらに、図５に例示するように、好ましくは本発明によれば、第３の区域Ｃは第１の部分Ｃ₁を含む。第１の部分Ｃ₁の断面は、第１の部分Ｃ₁の延長部分において、第２の区域Ｂおよび第２の部分Ｃ₂の増加と実質的に同一の方法で増加する。第１の部分Ｃ₁の延長部分の断面は外部コイルＳ_Eの端部７に近付くにつれて増加する。第２の部分Ｃ₂の断面の増加は、第１の部分Ｃ₁の断面の増加よりも大きい。このように、たとえば、断面は可変する２５と１００μｍとの間の厚さを有していてもよく、５０μｍと２５０μｍとの間の一定の高さを有していてもよい。

第１のグラフは、図４に例示するヒゲゼンマイのコイルの数に応じたコイル間のピッチＰの変化を示す。ヒゲゼンマイ１の第１の区域Ａでは、ピッチは第２の区域Ｂの開始部分まで実質的に一定の様式で減少することが分かる。図４では、第２の区域Ｂでは第３の区域Ｃまで、ピッチの増加は一定であることが分かる。この後者の区域Ｃでは、外部コイルＳ_Eの端部７までピッチの増加は一定である。図４に示すように、第３の区域Ｃの一定のピッチの増加は、区域Ｂのピッチの増加よりもはるかに明白である。

補完的様式で、第２のグラフは、図５に例示するヒゲゼンマイのコイルの数に応じたコイルの厚さＥの変化を示す。ヒゲゼンマイ１の第１の区域Ａでは、厚さは第２の区域Ｂの開始部分まで増加する。第２の区域Ｂの開始部分では、第１の区域Ａの開始部分の断面に近い値まで厚さは再び減少することが分かる。図５では、第２の区域Ｂの断面の厚さは第３の区域Ｃの第２の部分Ｃ₂まで一定に増加することが分かる。第２の部分Ｃ₂では、外部コイルＳ_Eの端部７までピッチの増加は一定である。図５に示すように、第２の部分Ｃ₂の断面の一定の増加は、区域Ｂの増加よりもはるかに明白である。

最後に、図６に例示するヒゲゼンマイのコイルの数に応じたコイル間の距離の変化△Ｐを示すグラフを例示する。より具体的には、図１の収縮状態の場合（曲線は四角□で表す）、図２の休止状態の場合（曲線は三角△で表す）および、図３の拡張状態の場合（曲線は丸〇で表す）のヒゲゼンマイのコイル間の距離を例示する。

その結果として、円（〇）でマークした拡張状態では、ヒゲゼンマイ１の第１の区域Ａにおいてコイル間の距離は第２の区域Ｂの開始部分まで減少することが分かる。その後、第２および第３の区域ＢおよびＣでは、コイル間の距離△Ｐはヒゲゼンマイ１の端部７まで実質的に一定であることに留意されたい。

三角形（△）でマークした曲線の休止状態では、ヒゲゼンマイ１の第１の区域Ａにおいてコイル間の距離△Ｐは第３の区域Ｃの開始部分まで減少することが分かる。具体的には、はるかに明白な、実質的に継続した減少が区域Ａにはあり、その後実質的に一定の傾斜を有するさらに規則的な減少が区域Ｂで発生する。その後、第３の区域Ｃでは、コイル間の距離△Ｐはヒゲゼンマイ１の端部７まで継続して増加することに留意されたい。

最後に、四角（□）でマークした収縮状態では、第１の区域Ａでは、コイル間の距離△Ｐは第２の区域Ｂの開始部分まで減少することが分かる。その後、ヒゲゼンマイ１の第２の区域Ｂでは、コイル間の距離△Ｐは有利には一定であり、最小値と等しいことに留意されたい。最後に、第３の区域Ｃでは、コイル間の距離は外部コイルＳ_Eの端部７に向かって継続して増加する。

図６では、円（〇）と四角（□）でマークした曲線の最小値は同一ではないことに留意されたい。ただし、これらは幾何学的に同一にされてもよい。

同様に、図４から６に記載する値は実施例としてのみ用いられる。ヒゲゼンマイの構成および／またはヒゲゼンマイが属する振動子の構成によって、選択される最小値は、図６の実施例として選択される２０μｍと異なることもありえる。したがって、円（〇）と四角（□）でマークした曲線の最小値は、２０μｍより小さいことも、大きいこともありえる。

ただし、本発明によれば、有利には、これらのヒゲゼンマイ１の具体的な特性によって、休止時にばねをできるだけ小型にできる一方、収縮時、さらに、おそらく拡張時においてもコイル間の距離を一定して最小に保証することが理解されよう。一般に、休止時のヒゲゼンマイ１は最大半径約１．３ミリメートル内に８．５コイルを有する。つまり最大半径はヒゲゼンマイ１の幾何学的中心と外部コイルＳ_Eの端部７との間の距離である。完全を期すために、研究によって、ヒゲゼンマイ１の幾何学的中心と内部コイルＳ_Eの端部５との間の距離は約０．５ミリメートルであることが判明した。ヒゲゼンマイの大きさは、したがって、計時の特性を失わずに最小化することができる。本発明のヒゲゼンマイを用いると、単価を低減するために、同じウェハ上にエッチングするヒゲゼンマイの数を最適化することが可能である。

もちろん、本発明は例示実施例には限定されず、当業者には明らかであろう様々な変形および修正が可能である。具体的には、幾何学、つまり、たとえばコイルの厚さおよび数等、ピッチおよび断面の変形は考案される適用によって変更されてもよい。

たとえば、さらに、コイルの数を低減して、さらにヒゲゼンマイの大きさを小さくしえる。

拡張または収縮の３６０°の角度は本発明の範囲から逸脱せずに小さくしえることも明らかである。実際に、機械的にこの角度は理論的に超えられないため、この角度が選択された。ただし、重要な点は、距離が最小となる角度ではなく、むしろ最小距離を決して超えないことを保証することである。したがって、通常の操作ではこの角度を超えないことは明らかであるため、ムーブメントの構成に応じて角度は故意に小さくすることができることが理解されよう。

さらに、図４の縦座標の値は非限定的である。このように、第２の区域Ｂの断面に応じて、第１の区域Ａおよび／または第３の区域Ｃの最大ピッチは変動してもよい。したがって、ピッチの変形のみが保持されるが、最小および／または最大値は同じである必要がないことは明白である。

同様に、図５の縦座標の値は非限定的である。このように、第２の区域Ｂの厚さに応じて、第１の区域Ａおよび／または第３の区域Ｃの最大厚さは変動してもよい。したがって、厚さの変形のみが保持されるが、最小および／または最大値は同じである必要がないことは明白である。

最後に、厚さの変形から計算を行ったが、変形は断面の変形、つまりヒゲゼンマイのストリップの厚さおよび／または高さの変形として理解されるべきであることは明白である。

１ ：ヒゲゼンマイ
３ ：ストリップ
５ ：端部
Ｃ₁ ：第１の部分
Ｃ₂ ：第２の部分
Ｐ ：ピッチ
Ｓ₂ ：第２のコイル
Ｓ_E ：外部コイル
Ｓ_I ：内部コイル
Ｓ_P ：最後から２番目のコイル

Claims (10)

1. 単一のストリップ（３）を備える一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記ストリップ（３）は前記ヒゲゼンマイ（１）上で内部コイル（Ｓ_I）と外部コイル（Ｓ_E）との間に巻かれ、前記ストリップ（３）は休止位置において、前記内部コイル（Ｓ_I）の端部と第２のコイル（Ｓ₂）との間に第１の区域（Ａ）と、前記第１の区域（Ａ）の延長部分において第２の区域（Ｂ）とを備え、前記第１の区域（Ａ）ではピッチは継続して減少し、断面は継続して増加し、前記第２の区域（Ｂ）では、各コイル間の前記ピッチは継続して増加し、前記ストリップ（３）の断面は前記第１の区域（Ａ）の前記端部の断面よりも小さい値で開始し、その後継続して増加し、それによって、前記ヒゲゼンマイ（１）の収縮の角度は３６０度の値となるとき、前記第２のコイル（Ｓ₂）から最後から２番目のコイル（Ｓ_P）までの距離は一定となる、ヒゲゼンマイ。
2. 請求項１に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記第２の区域（Ｂ）において、各コイル間の前記ピッチは一定の値で継続して増加することを特徴とする、ヒゲゼンマイ。
3. 請求項１または２に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記第２の区域（Ｂ）において、前記ストリップ（３）の断面は一定の値で継続して増加することを特徴とする、ヒゲゼンマイ。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記第１の区域（Ａ）において、各コイル間の前記ピッチは、前記内部コイル（Ｓ_I）の前記端部（５）と前記第２の区域（Ｂ）との接合部との間で一定の値で継続して減少することを特徴とする、ヒゲゼンマイ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記第１の区域（Ａ）において、前記ストリップ（３）の断面は、前記内部コイル（Ｓ_I）の前記端部（５）と前記第２の区域（Ｂ）との接合部との間で一定の値で継続して減少することを特徴とする、ヒゲゼンマイ。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記ヒゲゼンマイ（１）は前記第２の区域（Ｂ）の延長部分に、第３の区域（Ｃ）を前記最後から２番目のコイル（Ｓ_P）の前記開始部分と前記外部コイル（Ｓ_E）の前記端部（７）との間に備え、前記ピッチは継続して増加し、それによって、前記ヒゲゼンマイ（１）の拡張の角度が３６０度の値であるとき、前記第２のコイル（Ｓ₂）と前記外部コイル（Ｓ_E）との間には接触しないように最小距離があることを特徴とする、ヒゲゼンマイ。
7. 請求項６に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記第３の区域（Ｃ）において、前記ピッチは一定の値で継続して増加することを特徴とする、ヒゲゼンマイ。
8. 請求項７に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記第３の区域（Ｃ）は第１の部分（Ｃ₁）を含み、前記第１の部分（Ｃ₁）の断面は、前記第１の部分（Ｃ₁）の前記延長部分において、前記第２の区域（Ｂ）および第２の部分（Ｃ₂）の増加と実質的に同一の方法で増加し、前記第２の部分（Ｃ₂）の断面は前記外部コイル（Ｓ_E）の前記端部（７）に向かって増加し、前記第２の部分（Ｃ₂）の断面の増加は前記第１の部分（Ｃ₁）の断面の増加よりも大きいことを特徴とする、ヒゲゼンマイ。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）であって、前記ヒゲゼンマイ（１）はシリコンベースであることを特徴とする、ヒゲゼンマイ。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の一体型のヒゲゼンマイ（１）と協働するテンプを含むことを特徴とする、振動子。

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