JP2018159711A - ひげぜんまい - Google Patents

Abstract

【課題】シリコン製の機械部品を採用しても衝撃に強い機械部品及びその製造方法を提供する。【解決手段】シリコンを主成分とする第１の部分１５と、金属を主成分とする第２の部分２５とを有し、所定の幅を有する機械部品であって、第１の部分１５は、その幅方向に、第２の部分２５を挟んで構成している。これにより、脆性材料であるシリコンを主成分とする機械部品であっても強靱になり、衝撃を受けたとしても機械部品が破壊しにくくなる。また、ひげ持ちを第２の部分２５のみで構成することで、緩急針を使用可能にする。【選択図】図１０

Description

本発明は、機械部品に 関し、特に機械式時計用の調速機や脱進機、時計に用いる装飾部材に関する。

従来の機械式時計においては、機械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、てん真を軸としててん輪が規則正しく往復回転運動をおこなう。

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、振動を持続するようになっている。

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。

ひげぜんまいは規則的にてん輪を往復回転運動させる必要があるから、設計通りの形状が得られないとてんぷは等時性のある動作ができなくなり、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。

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。

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。

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。

そもそもシリコンは、金属よりも温度特性がよいから、シリコンでひげぜんまいを形成すると、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ため、歩度ずれが起きにくくなるという特徴がある。このことから、時計の調速機にシリコンを主成分とするひげぜんまいを用いることが知られている。

しかしながら、シリコンは脆性材料であるから、時計が大きな衝撃を受けたときにひげぜんまいが破損してしまう恐れがある。こうした点に配慮したシリコン製のひげぜんまいが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に示した従来技術は、ひげぜんまいを平面視したときの一平面であるぜんまい部の上面に開口部を設けてひげぜんまいの質量を減少させることによって、開口部のな
い場合と同じ剛性を維持しつつ衝撃による影響を受け難くしたものである。

特開２０１２−２１９８４号公報（第６頁、図２、図４）

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、ぜんまい部に開口部を設けると、その部分が薄くなり開口部周辺の強度が足りなくなってしまうのである。そうすると、衝撃を受けた際に、例えば、隣り合うコイル形状のぜんまい部が接触してしまうと、そのぜんまい部が容易に破損してしまう可能性がある。

ひげぜんまいの大きさは組み込まれる時計のサイズや性能によって自由に選択できるものである。例えば一般的な腕時計の場合であれば、その直径は５ｍｍ〜８ｍｍ程度であり、その場合のぜんまい部を構成する部分の上面の幅は数十μｍとなる。そのような薄い部分に開口部を設けると、かえって破損し易くなってしまうのである。

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。

本発明の目的は、上記従来技術の課題に鑑み、シリコン製の機械部品を採用しても衝撃に強い機械部品及びその製造方法を提供することであり、機械式時計の調速機においては、シリコン製のひげぜんまいを採用しても衝撃に強いひげぜんまい及びその製造方法を提供することである。

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。

シリコンを主成分とする第１の部分と、金属を主成分とする第２の部分と、を有するひげぜんまいであって、ひげぜんまいは、貫通孔を有するひげ玉と、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、ぜんまい部の巻き終わりと接続しているひげ持と、を有し、ひげ持は、第２の部分のみで構成されることを特徴とする。

シリコンを主成分とする第１の部分の内側に金属を主成分とする第２の部分が挟まれることで、第２の部分が補強材の役目をし、機械部品に衝撃が加わったとしても破壊から保護することができる。
ぜんまい部は、少なくとも一部で、第１の部分が第２の部分を幅方向に挟んで構成されていてもよい。
また、第１の部分により第２の部分が挟まれている部分は、ひげ持の近傍のみであってもよい。
さらに、ぜんまい部全体は 、第１の部分により第２の部分が挟まれていてもよい。

シリコンで形成された機械部品が強靱になるので、衝撃を受けたとしても機械部品が破壊しにくくなる。

本発明の第１の実施形態であ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。 本発明の第１の実施形態であるひげぜんまいのぜんまい部を詳細に説明する拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第１の製造方法を説明する断面図であって、溝部を形成する工程までを説明する図である。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第１の製造方法を説明する断面図であって、溝部に第２の部分を形成する工程までを説明する図である。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第１の製造方法を説明する断面図であって、ひげぜんまいの形状を形作るためのマスクを形成する工程までを説明する図である。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第１の製造方法を説明する断面図であって、ひげぜんまいを基体から分離する工程までを説明する図である。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第２の製造方法を説明する断面図であって、溝部を形成する工程までを説明する図である。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第２の製造方法を説明する断面図であって、溝部に第２の部分を形成する工程までを説明する図である。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第２の製造方法を説明する断面図であって、ひげぜんまいの形状を形成する工程までを説明する図である。 本発明の第３の実施形態であ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。 本発明の第４の実施形態であるひげぜんまいの変形例を説明する平面図である。 本発明の第５の実施形態であるてん輪の構成を説明する平面図及び断面図である。 本発明の第６の実施形態であるてん輪の変形例を説明する平面図及び断面図である。

本発明の機械部品は、シリコンを主成分とする第１の部分と、金属を主成分とする第２の部分とを有し、所定の幅を有する機械部品であって、第１の部分は、その幅方向に、前記第２の部分を挟んで構成している。

一般にシリコンは脆性を有しており、金属は粘靭性を有している。脆性とは外部からの圧力に対して壊れやすい性質、もろさのことを言い、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。脆性材料であるシリコンを主成分とする第１の部分の内側に、粘靭性を有する金属を主成分とする第２の部分が挟み込まれることにより、機械部品はもろさが緩和され、強靭になる。

以下、本発明の機械部品について、図面を参照して詳細に説明する。

ここでは、本発明の機械部品の一例として、機械式時計の調速機に用いられるシリコン製のひげぜんまい及びてん輪を例に挙げて説明する。また、第１の部分と第２の部分との間に、第２の部分よりも膜厚の薄い金属膜を設ける例で説明する。

説明にあっては、最初に機械部品の構造を説明し、次いで製造方法を説明する。そして、機械部品の他の例の構造を説明する。

すなわち、第１の実施形態として、図１を用いて本発明の機械部品の一例である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。そして、このひげぜんまいの製造方法を第２の実施形態として、図３〜図９を用いて説明する。その後に、本発明の機械部品のその他の例として、ひげぜんまいの異なる構成を第３及び第４の実施形態に、ひげぜんまいと共に調速機を構成する要素のてん輪の構成を第５及び第６の実施形態として、それぞれ説明する。

説明にあっては、必要部分のみを示す模式図とし、発明に関係のない部分は省略している。また、同一の構成には同一の番号を付与するものとし、説明を省略する。

［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の実施形態を説明する。

図１（ａ）は、ひげぜんまいの平面図である。図１（ｂ）は、ぜんまい部を拡大した図面であって、図１（ａ）に示す切断線Ａ−Ａ´における断面の様子を模式的に示す断面図である。

図１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の巻きとひげ玉３とは接続部３ｂで接続している。

なお、てん真は、調速機を構成するひげぜんまいとてん輪とを同軸に固定する主に円柱形状を有する軸体であり、金属で構成する場合が多い。ひげぜんまいとてん真とは、接着剤を用いて接着してもよい。

ひげぜんまい１を機械式時計に用いるとき、ひげ持４は、図示しない所定の部材（例えば、地板やフレーム）に接着剤等で固定される。

ひげ玉３の貫通孔３ａは、図示しないてん真と嵌合しているため、ひげぜんまい１が伸縮運動を行うことで、てん真が回転する。ひげ持４は、このぜんまい１の動作時に、主に引っ張り力と圧縮力とを受けるが、それらの力に抗うように固定されている。

ひげぜんまい１は、第１の部分１１として、シリコンを主成分とする材料から構成されており、図１（ａ）に示すように、金属を主成分とする第２の部分２１は第１の部分１１に取り囲まれるようにして構成されている。すなわち、ぜんまい部は、その幅方向に第２の部分２１を第１の部分１１が挟んでいる。

ひげぜんまい１を構成する第１の部分１１はシリコンであるので、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おこなう深堀りＲＩＥ技術を用いることができ、半導体部品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。なお、製造方法の詳細は後述する。

上述のように、ひげぜんまい１は基材となるシリコン半導体基板をドライエッチングして形成するため、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、一体で形成されている。

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が図１（ａ）に示すものである。図１（ｂ）は、切断線Ａ−Ａ´におけるぜんまい部２の４つの部分を
拡大して示す断面図である。

ぜんまい部２は上述の通りひげ玉３及びひげ持４と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。切断線Ａ−Ａ´の部分は、ぜんまい部２の一部分である。このぜんまい部２は上述のごとく１つの構造体であるが、説明しやすいように断面で見たときのそれぞれの周回に当たる４つの部分に、ぜんまい腕２０１ａ、２０１ｂ、２０１ｃ、２０１ｄの名称を付与することにする。

図１（ｂ）に示すように、ぜんまい腕２０１ａ〜２０１ｄは、シリコンを主成分とする第１の部分１１ａ〜１１ｄに挟まれるようにして金属を主成分とする第２の部分２１ａ〜２１ｄが構成されている。また、第１の部分１１ａ〜１１ｄと第２の部分２１ａ〜２１ｄのとの間には、金属膜５１ａ〜５１ｄが構成されている。図１（ａ）において、金属膜は非常に薄いため、省略している。

図１（ｂ）に示す例では、４つのぜんまい腕２０１ａ〜２０１ｄに、それぞれに第１の部分１１ａ〜１１ｄと第２の部分２１ａ〜２１ｄとが設けてあるが、上述の説明の通り、ぜんまい腕２０１ａ〜２０１ｄは一体の構造物であるから、第１の部分１１ａ〜１１ｄ及び第２の部分２１ａ〜２１ｄさらに金属膜５１ａ〜５１ｄも１つの連続した構造体である。

上述の通り、一体で形成されたぜんまい腕は１つの連続した構造体であるが、このぜんまい腕に設ける第２の部分は複数としてもよい。例えば、図示はしないが、１つのぜんまい腕に設ける第２の部分を複数に分断し、１つのぜんまい腕に断続的に複数の第２の部分が形成されていてもよいのである。

また、その分断された第２の部分は、図１（ａ）のようにぜんまい腕の一平面から見たとき（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）に、図示はしないが四角形や多角形、円形や楕円形などの形状を有するようにしてもよい。

本実施形態では、第１の部分１１ａ〜１１ｄをシリコンで形成し、第２の部分２１ａ〜２１ｄをニッケル（Ｎｉ）で形成し、金属膜５１ａ〜５１ｄを銅（Ｃｕ）で形成した。ニッケル（Ｎｉ）は粘靱性の高い材料である。よって第２の部分２１ａ〜２１ｄに、ニッケル（Ｎｉ）を用いれば、第２の部分２１ａ〜２１ｄが補強材の役目をして、外部から衝撃が加わったとしてもひげぜんまいは破壊され難くなる。

もちろん、第２の部分に用いられる部材はニッケル（Ｎｉ）に限定されるものではない。粘靭性を有する金属であれば、いかなる部材であってもかまわない。例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）合金、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）合金等を使用してもよい。

ひげぜんまいの製造方法は後述するが、金属膜５１ａ〜５１ｄは、導電性を有している部材から選ぶとよい。さらに望ましくは、シリコンに対して密着性が高い部材から選ばれるのがよい。また金属膜５１ａ〜５１ｄを積層膜にしてもよい。本実施形態では金属膜５１ａ〜５１ｄに銅（Ｃｕ）を用いたが、この他にニッケル（Ｎｉ）やクロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の積層膜等を用いてもよい。

本実施形態において、ぜんまい腕２０１ａ〜２０１ｄは、幅が５０μｍ、高さが１００μｍである。また、いずれのぜんまい腕２０１ａ〜２０１ｄにおいても第１の部分１１ａ〜１１ｄは１９．８μｍの幅であり、第１の部分１１ａ〜１１ｄに挟まれた第２の部分２１ａ〜２１ｄは１０μｍの幅で形成されている。

さらに、第１の部分１１ａ〜１１ｄと第２の部分２１ａ〜２１ｄとの間にある金属膜５１ａ〜５１ｄは０．２μｍの厚さで形成されており、第２の部分２１ａ〜２１ｄに比べて非常に薄く形成されている。

このように幅方向に５０μｍしかなく非常に薄い形状のぜんまい腕２０１ａ〜２０１ｄであっても、粘靭性を有する１０μｍ幅の第２の部分２１ａ〜２１ｄを設けることによって、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。

金属膜５１ａ〜５１ｄは第１の部分１１ａ〜１１ｄと第２の部分２１ａ〜２１ｄの密着層としての役目をするものであり、十分な密着性が保持されていれば厚くする必要はない。本実施形態においては、強度を向上させるのが目的であり、補強材の役目をする第２の部分をできる限り厚くする方が望ましく、金属膜５１ａ〜５１ｄはできる限り薄く形成するのがよい。

図１（ｂ）に示す例では、第２の部分２１ａ〜２１ｄを同じ幅で表現しているが、それぞれを異なる幅で形成しても構わない。つまり、ぜんまい部２の周回ごとに幅を変えてもよい。例えば、ひげ玉３からひげ持４に至って、漸次第２の部分の幅を変えるような形状にしてもよいのである。これは、ひげぜんまい１に対して欲するばね特性（例えば、ヤング率など）に鑑みて自由に選択することができる。

［ぜんまい部の形状の説明１：図２］
次に、ひげぜんまいのぜんまい部の異なる構成例を、図２を用いて説明する。説明にあっては、周回方向の１つのぜんまい腕を例にして説明する。

図２において、図２（ａ）はぜんまい腕の一平面側だけに第２の部分を設ける例であり、図２（ｂ）はぜんまい腕の一平面側と対向する他平面側とのそれぞれに第２の部分を設ける例である。いずれも、ぜんまい部は、その幅方向に第２の部分を第１の部分が挟んでいる。

図２（ａ）に示すように、ぜんまい部のぜんまい腕２０２ａにはその一平面２ａに第２の部分２２ａが埋め込まれるようにして設けてある。第２の部分２２ａと第１の部分１２ａとの間には金属膜５２ａが形成されている。

本実施形態において、第１の部分１２ａはシリコンであり、第２の部分２２ａはニッケル（Ｎｉ）であり、金属膜５２ａは銅（Ｃｕ）で形成した。第２の部分２２ａは粘靭性を有する金属であれば、いかなる部材であってもかまわない。また金属膜５２ａは導電性を有している部材であれば、いかなる部材であってもかまわない。

図２（ａ）は周回方向の１つのぜんまい腕を示した図であるが、ぜんまい腕の位置に応じて第２の部分２２ａの幅や深さを異ならせてもよい。例えば、ひげ玉３からひげ持４に至って、漸次第２の部分の幅と深さを変えるような形状にしてもよい。

図２（ｂ）に示す例は、ぜんまい部のぜんまい腕２０３ａにはその一平面２ａと対向する他平面２ｂとに２つの第２の部分２３ａ、２４ａを、それぞれ埋め込むようにして設ける例である。第２の部分２３ａと第１の部分１３ａとの間には金属膜５３ａが形成されており、第２の部分２４ａと第１の部分１３ａとの間には金属膜５４ａが、それぞれ形成されている。

本実施形態において、第１の部分１３ａはシリコンであり、第２の部分２３ａ、２４ａ
はニッケル（Ｎｉ）であり、金属膜５３ａ、５４ａは銅（Ｃｕ）で形成した。第２の部分２３ａ、２４ａは粘靭性を有する金属であれば、いかなる部材であってもかまわない。さらに、一平面２ａ側の第２の部分２３ａと他平面２ｂ側の第２の部分２４ａとを異なる部材にしてもよい。また金属膜５２ａは導電性を有している部材であれば、いかなる部材であってもかまわない。さらに、一平面２ａ側の金属膜５３ａと他平面２ｂ側の金属膜５４ａとを異なる部材にしてもよい。

本実施形態において、一平面２ａ側に形成した第２の部分２３ａ及び対向する他平面２ｂ側に形成した第２の部分２４ａの幅と深さはそれぞれ異ならせてもかまわない。また、第２の部分２３ａと第２の部分２４ａとの位置を平面的にずらして形成してもよい。それぞれの幅や深さを異ならせたり、位置をずらしたりすることでひげぜんまいとしての重量バランスを取ることができる。

図１（ｂ）と図２（ａ）と図２（ｂ）との構成の違いは、ひげぜんまいを組み込んだ時計の構造などに鑑みて自由に選択すればよく、いずれの構造であっても、本発明の目的である衝撃を受けても破壊しにくいひげぜんまいを提供することができる。

上述では、本発明の機械部品の一例として、機械式時計の調速機に用いられるシリコン製のひげぜんまいを例に挙げて説明したが、本発明はひげぜんまいに限定されるものではない。シリコンで形作られた機械部品で、衝撃を受けやすい部分に構成される部品であれば、いかなる部品においても本発明は適用可能である。詳しくは後述するが、例えば、調速機を構成するてん輪、時計部品である歯車、ガンギ車、アンクル等、文字板や文字板に設ける装飾部材（マークや時字など）、時刻等を報知するための指針にも用いることができる。

［第２の実施形態の説明：図３〜図９］
次に、第２の実施形態として機械部品の製造方法について、工程図を用いて説明する。

ここでは、本発明の機械部品の製造方法の一例として、機械式時計の調速機に用いられるシリコン製のひげぜんまいの製造方法を例に挙げて説明する。

第１の製造方法は、主に図３、図４、図５、図６を用いて説明する。第２の製造方法は、主に図７、図８、図９を用いて説明する。

製造方法はひげぜんまい全体を形成する技術であるが、本発明の特徴である第１の部分及び第２の部分を見やすくするために、ぜんまい腕部分を拡大した図１（ｂ）の断面図を用いて説明する。したがって、説明にあっては適宜図１（ａ）も参照されたい。また、本実施形態では、第１の部分はシリコン、第２の部分はニッケル（Ｎｉ）で形成した例で説明する。

［第１の製造方法の説明：図３、図４、図５、図６］
第１の製造方法は一平面から対向する他平面に縦貫する第２の部分を設けたひげぜんまいを製造する方法であり、作業性に優れ生産性が良好な製造方法である。

まず、図３（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ＳＯＩ（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｏｎ Ｉｎｓｕｌａｔｏｒの略）基板６０を準備する。ＳＯＩ基板６０とは、シリコンからなる基体６３０とシリコンからなるシリコン活性層６１０との間に酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる絶縁層６２０を挟んだ構造の
シリコン半導体基板である。トランジスタの寄生容量を減らせるので、ＬＳＩの動作速度向上と消費電力削減を目的に、半導体部品の製造分野で広く用いられている基板である。

本第１の製造方法では、このＳＯＩ基板６０のシリコン活性層６１０を利用してひげぜんまい１を製造する。したがって、ひげぜんまい１の厚みよりも厚いシリコン活性層６１０を有するＳＯＩ基板６０を準備するなど、製造するひげぜんまい１の厚みにあわせて、シリコン活性層６１０の厚みを選択する。

しかし、シリコン活性層６１０の厚みが得たいひげぜんまい１の厚みと同じであるＳＯＩ基板６０とすれば、シリコン活性層６１０を切削や研磨するなどしてひげぜんまい１の厚みと同じにする工程が省略できる。

本実施形態では１００μｍの厚みのひげぜんまいを製造するために１００μｍの厚みのシリコン活性層６１０を有するＳＯＩ基板６０を用意した。また絶縁層６２０の厚みは２μｍで、基体６３０の厚みは５００μｍである。基体６３０は後述する製造方法においては基台となる部分であるので、その厚みは厚い方が好ましい。

なお、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ＳＯＩ基板６０である方が好ましい。

次に、図３（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板６０のシリコン活性層６１０上に、ひげぜんまい１の第２の部分２１ａ〜２１ｄを形成するためにこの第２の部分２１ａ〜２１ｄに相当する形状で開口したマスク８０を形成する。マスク８０の形成は、半導体部品の製造分野で一般に用いられているフォトリソグラフィ技術で形成する。マスク８０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８０は１μｍの膜厚で形成する。

その後、図３（ｃ）に示すように、処理時間を管理しながら混合ガス３０（ＳＦ₆＋Ｃ₄Ｆ₈）を用いて、シリコン活性層６１０をＲＩＥ技術でドライエッチングすることにより
、所定の幅と深さの溝部７０ａ〜７０ｄがシリコン活性層６１１に加工される。シリコン活性層６１１自体はすでに説明したシリコン活性層６１０そのものであるが、加工された形状であるため、便宜上、別符号を付与することにする。

このとき、酸化シリコンからなる絶縁層６２０はシリコンに比べてドライエッチングされ難いため、エッチング防御層の役目をなし、下層のシリコンからなる基体６３０まではドライエッチングされない。

その後に、マスク８０のみを除去することで、図４（ａ）に示すような、溝部７０ａ〜７０ｄがシリコン活性層６１１に加工されたＳＯＩ基板６０を得る。このマスク８０の除去は、例えば、ＳＯＩ基板６０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おこなう。

マスク８０を除去するときに、シリコンからなるシリコン活性層６１１と基体６３０はエッチングされないが、マスク８０と同じ酸化シリコンからなる絶縁層６２０はエッチング液に接触する部分が多少エッチングされる。図４（ａ）に示すように、溝部７０ａ〜７０ｄの底部の絶縁層６２０の膜厚が薄くなっているのはそのためである。

しかしながら、絶縁層６２０が部分的にエッチングされたとしても、第１の製造方法においては問題にはならない。後述するように、この絶縁層６２０は除去してしまうためである。したがって、この絶縁層６２０は、エッチング防御層として多少厚く形成してもよい。

次に、図４（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板６０の溝部７０ａ〜７０ｄが加工されたシ
リコン活性層６１１の表面及び溝部７０ａ〜７０ｄの内面（内壁と底部）に導電性の金属膜５０を成膜する。本実施形態では金属膜５０として銅（Ｃｕ）を真空成膜法の１つであるスパッタリング法で０．２μｍの厚さで成膜した。

金属膜５０は銅（Ｃｕ）に限定されるものでなく、導電性を有しておりシリコン活性層６１１と密着性が良好であれば、いかなる部材を選んでもかまわない。また、単層膜である必要もなく、積層膜であってもよい。例えばニッケル（Ｎｉ）や、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）との積層膜であってもかまわない。

また、金属膜５０の成膜方法もスパッタリング法に限定されるものではない。シリコン活性層６１１の表面及び溝部７０ａ〜７０ｄの内面に成膜することができれば、いかなる成膜法を利用してもかまわない。例えば蒸着法、溶射法、インクジェット法、無電解メッキ法等が利用可能である。

その後、溝部７０ａ〜７０ｄを覆うように、ＳＯＩ基板６０の上部に第２の部分２０となる金属膜を、真空成膜法の１つであるスパッタリング法で成膜する。もちろん、これは一例であって、その他の知られている成膜技術を用いてもよい。

もちろん、第２の部分２０を構成する金属膜の形成方法は、上述のスパッタリング法に代表されるような成膜技術とは異なる技術を用いてもよい。

例えば、図４（ｃ）に示すように、金属膜５０を電極として利用し、メッキ液の浴中で金属膜５０に電界を印加し、所定の金属イオンを金属膜５０上に電着させて第２の部分２０を形成するのである。金属膜５０は溝部７０ａ〜７０ｄの内面にも成膜されているので、溝部７０ａ〜７０ｄの内側にも第２の部分２０は形成され、最終的に第２の部分２０は溝部７０ａ〜７０ｄの内側に充填される。このように電解メッキによって構造体を形成する方法を一般に電鋳法と称する。

本実施形態では、スルファミン酸ニッケルメッキ液を用いて電鋳することで、溝部７０ａ〜７０ｄの内面にニッケル（Ｎｉ）をメッキ成長させ、ニッケル（Ｎｉ）からなる第２の部分２０を形成した。

第２の部分２０はニッケル（Ｎｉ）に限定されるものではなく、電鋳法によって形成することができれば、いかなる部材であってもかまわない。例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）合金、ニッケルタングステン（Ｎｉ―Ｗ）合金等が形成可能である。

このように、電鋳法を用いて第２の部分２０を形成するときは、下地の金属膜５０を電極として用いることができる。この場合、図示はしないがシリコン活性層６１１上の金属膜５０の形状を、メッキ液の浴中に電界を印加する端子が金属膜５０に接触しやすいような面積の広いランド形状などにすると好ましい。

その後に、シリコン活性層６１１の平面上に形成された第２の部分２０と金属膜５０とを除去することで、図５（ａ）に示すようなシリコン活性層６１１に第２の部分２１ａ〜２１ｄが金属膜５１ａ〜５１ｄを介して埋め込まれた状態のＳＯＩ基板６０を得る。

この金属膜５１ａ〜５１ｄは、図４に示す金属膜５０から加工されたものであるが、図５（ａ）以降は、溝部７０ａ〜７０ｄに対応した部分ごとに、金属膜５１ａ〜５１ｄの番号を付与することにする。

このシリコン活性層６１１の平面上に形成された第２の部分２０と金属膜５０との除去は、例えば、研磨加工によっておこなう。このようにすれば、ぜんまい腕の高さ方向に第１の部分及び第２の部分を露出させるようにでき、ぜんまい腕の幅方向にのみ第１の部分が第２の部分を挟むような構成にできる。

研磨加工は、第２の部分２０と金属膜５０とを除去するだけでなく、シリコン活性層６１１の高さを調整したり、シリコン活性層６１１の平面を鏡面化したりすることができる。これにより、寸法精度の高いひげぜんまい１を製造できる。

本実施形態において研磨加工の方法は限定はしない。例えば、公知のＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）法を用いることができる。

次に、図５（ｂ）に示すように、ＳＯＩ基板６０のぜんまい部２となるぜんまい腕２０１ａ〜２０１ｄの幅に相当する部分を覆うようにマスク８１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８１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８１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８１は、ＳＯＩ基板６０のシリコン活性層６１１の表面より２μｍの膜厚となるように形成する。

その後に、図６（ａ）に示すように、混合ガス３０（ＳＦ₆＋Ｃ₄Ｆ₈）を用いて、ＳＯ
Ｉ基板６０のシリコン活性層６１１を深堀りＲＩＥ技術でドライエッチングする。これにより、シリコン活性層６１１は第１の部分１１ａ〜１１ｄの形状に加工され、絶縁層６２０上に第１の部分１１ａ〜１１ｄで第２の部分２１ａ〜２１ｄを挟んだ構造のひげぜんまい１の形状を得る。この状態では、図示はしないが、ひげ玉３の貫通孔３ａも絶縁層６２０まで貫通している。

その後に、マスク８１と絶縁層６２０と金属膜５１ａ〜５１ｄの絶縁層６２０側の一部とを除去することで、図６（ｂ）に示すようにひげぜんまい１を基体６３０から分離して完成に至る。マスク８１及び絶縁層６２０は、いずれも酸化シリコンからなるので、同時に除去することができ、例えば、ＳＯＩ基板６０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おこなう。このような手法を一般的にリフトオフと称する。

図６（ｂ）に示す金属膜５１ａ〜５１ｄの形状は、ひげぜんまい１を基体６３０から分離した後に、基体６３０側の金属膜５１ａ〜５１ｄをエッチングすることができるエッチング液に浸漬させることで得られる。本実施形態では金属膜５１ａ〜５１ｄを銅（Ｃｕ）で形成したので、塩化第二鉄系のエッチング液で除去した。この金属膜の除去は、上述のリフトオフと連続して行ってもよい。

もちろん、ＣＭＰ法を用いて研磨することで、基体６３０側の金属膜５１ａ〜５１ｄを除去することができるが、その場合は、研磨中にひげぜんまい１が伸縮するなどしないように固定する必要がある。研磨中にひげぜんまい１が動いてしまうと、研磨に係る力で破壊が生じてしまいかねないからである。

本実施形態では、最後に金属膜５１ａ〜５１ｄの一部分をエッチングしてぜんまい腕の基体６３０側の平面から金属膜を除去したが、その平面に金属膜を残しても構わない。

その場合は、ぜんまい腕２０１ａ〜２０１ｄに対応するように残留させた金属膜以外の部分の除去を行ってから、深堀りＲＩＥ技術によりＳＯＩ基板６０をドライエッチングすればよい。

以上説明した第１の製造方法は、ＳＯＩ基板６０をドライエッチングして形成したシリコン活性層６１０を貫通する溝部７０ａ〜７０ｄに、スパッタリング法や電鋳法によって第２の部分２１ａ〜２１ｄを充填し、リフトオフにより基体から分離するという手法である。

この第１の製造方法によれば、ＳＯＩ基板６０の一平面だけを加工するので、作業工程が少なく、生産性が良好であるというメリットがある。また、非常に薄い形状のひげぜんまい１を製造しようとした場合でも、シリコン活性層６１０の厚みを薄くするだけでよく、基台となる厚みの厚い基体６３０は加工されずに最終工程まで残るので、ＳＯＩ基板６０を製造工程区画間で移動させるときに、作業性が良好であるというメリットもある。

［第２の製造方法の説明：図２、図７、図８、図９］
次に、第２の製造方法を説明する。この製造方法は、図２（ｂ）に示す、ひげぜんまいの一平面２ａと対向する他平面２ｂとにそれぞれ異なる第２の部分２３ａ、２４ａを設けるものである。安価な単層の基板を利用できるので、ひげぜんまいのコストダウンに貢献できるというメリットがある。

まず、図７（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バルク基板６３を準備する。一般に第１の製造方法で用いた絶縁層を内挿した積層構造のＳＯＩ基板に対して、シリコン単体からなる単層のシリコン半導体基板をバルク基板と称する。ひげぜんまい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バルク基板６３である方が好ましい。

次に、図７（ｂ）に示すように、バルク基板６３の一平面６ａとそれに対向する他平面６ｂとに、ひげぜんまい１の第２の部分２３ａ、２４ａを形成するために、この第２の部分２３ａ、２４ａに相当する形状で開口したマスク８２ａ、８２ｂを形成する。

マスク８２ａ、８２ｂの形成は、半導体部品の製造分野で一般に用いられているフォトリソグラフィ技術で形成する。マスク８２ａ、８２ｂ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８２ａ、８２ｂはそれぞれ１μｍの膜厚で形成する。

マスク８２ａとマスク８２ｂとは必ずしも同時に形成する必要はない。まず一平面６ａ側のマスク８２ａを形成してから、次に他平面６ｂ側のマスク８２ｂを形成してもよい。最終的に、図７（ｂ）に示すように一平面６ａと他平面６ｂとにマスク８２ａとマスク８２ｂとがそれぞれ形成されればよい。

また本実施形態ではマスク８２ａの開口部とマスク８２ｂの開口部がバルク基板６３の厚さ方向に位置ずれなく同じ位置に形成されているが、それぞれの開口部をずれた位置関係で形成してもかまわない。さらにマスク８２ａの開口部とマスク８２ｂの開口部との幅を異ならせてもかまわない。このようにするとぜんまい腕の断面は矩形ではなくなるが、多角形にすることができるため、製造しようとするひげぜんまい１に対して欲するばね特性（例えば、ヤング率など）を鑑みて自由に選択することができる。

そして次に、図７（ｃ）に示すように、処理時間を管理しながら混合ガス３０（ＳＦ₆
＋Ｃ₄Ｆ₈）を用いて、バルク基板６３をＲＩＥ技術でドライエッチングすることにより、バルク基板６３の一平面６ａ側に所定の幅と深さの溝部７１ａ〜７１ｄを、対向する他平面６ｂ側に所定の幅と深さの溝部７２ａ〜７２ｄを形成する。

バルク基板６３の一平面６ａ側の溝部７１ａ〜７１ｄと他平面側の溝部７２ａ〜７２ｄ
とは必ずしも同時に形成する必要はない。まず一平面６ａ側の溝部７１ａ〜７１ｄを形成してから次に他平面６ｂ側の溝部７２ａ〜７２ｄを形成してもよい。最終的に、図７（ｃ）に示すように一平面６ａと他平面６ｂとに溝部７１ａ〜７１ｄと溝部７２ａ〜７２ｄとがそれぞれ形成されればよい。

その後に、マスク８２ａ、８２ｂを除去することで、図８（ａ）に示す一平面６ａ側に溝部７１ａ〜７１ｄが設けられ、対向する他平面６ｂ側に溝部７２ａ〜７２ｄが設けられたバルク基板６３を得る。このマスク８２ａ、８２ｂの除去は、例えば、バルク基板６３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することで、同時におこなうことができる。

次に、図８（ｂ）に示すように、バルク基板６３の一平面６ａと溝部７１ａ〜７１ｄの内面とに導電性の金属膜５０１を、一方、バルク基板６３の他平面６ｂと溝部７２ａ〜７２ｄの内面とに導電性の金属膜５０２を成膜する。両面を同時に成膜することができる両面スパッタリング装置を利用すれば、金属膜５０１と金属膜５０２とを同時に成膜することができ、効率よく成膜できる。本実施形態では、いずれも銅（Ｃｕ）を０．２μｍの厚さで成膜した。

バルク基板６３の一平面６ａ側に成膜される金属膜５０１と、他平面６ｂ側に成膜される金属膜５０２とは必ずしも同時に成膜する必要はない。まず一平面６ａ側の金属膜５０１を成膜してから、次に他平面６ｂ側の金属膜５０２を成膜してもよい。最終的に、図８（ｂ）に示すように一平面６ａに金属膜５０１が成膜され、他平面６ｂに金属膜５０２が成膜されればよい。

さらに、金属膜５０１、５０２は銅（Ｃｕ）に限定されるものでなく、導電性を有しておりシリコンからなるバルク基板６３と密着性が良好であれば、いかなる部材を選んでもかまわない。また、単層膜である必要もなく、積層膜であってもよい。例えばニッケル（Ｎｉ）や、クロム（Ｃｒ）と金（Ａｕ）の積層膜であってもかまわない。

また、金属膜５０１、５０２の成膜方法もスパッタリング法に限定されるものではない。バルク基板６４の一平面６ａと、対向する他平面６ｂと、溝部７１ａ〜７１ｄの内面と、溝部７２ａ〜７２ｂとに成膜することができれば、いかなる成膜法を利用してもかまわない。例えば蒸着法、溶射法、インクジェット法、無電解メッキ法等も利用可能である。

その後、すでに説明した第１の実施形態と同様に、溝部７１ａ〜７１ｄ及び溝部７２ａ〜７２ｄを埋めるように、第２の部分２０ａ、２０ｂをスパッタリング法などの成膜技術を用いて形成する。

もちろん、電鋳法を用いてもよく、その場合は、図８（ｃ）に示すように、金属膜５０１、５０２を電極として利用し、メッキ液の浴中で金属膜５０１、５０２に電界を印加し、所定の金属イオンを金属膜５０１、５０２上に電着させて第２の部分２０ａ、２０ｂを形成する。

金属膜５０１は溝部７１ａ〜７１ｄの内面にも成膜されているので、溝部７１ａ〜７１ｄの内側にも第２の部分２０ａは形成され、一方、金属膜５０２は溝部７２ａ〜７２ｄの内面にも成膜されているので、溝部７２ａ〜７２ｄの内側にも第２の部分２０ｂは形成される。その結果、最終的には溝部７１ａ〜７１ｄ、７２ａ〜７２ｄの内側に第２の部材２０ａ、２０ｂが充填されるのである。

本実施形態では、バルク基板６３をスルファミン酸ニッケルメッキ液中に浸漬させて、
で金属膜５０１、５０２に同時に電解を印加して電鋳することで、金属膜５０１、５０２上に同時にニッケル（Ｎｉ）をメッキ成長させ、ニッケル（Ｎｉ）からなる第２の部分２０ａ、２０ｂを形成した。第２の部分２０ａ、２０ｂは同時に形成しなくてはならないわけではなく、別々に形成しても何ら問題はない。

また、第２の部分２０ａ、２０ｂはニッケル（Ｎｉ）に限定されるものではなく、電鋳法によって形成することができれば、いかなる部材であってもかまわない。例えば金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）合金、ニッケルタングステン（Ｎｉ―Ｗ）合金等が利用可能である。

その後に、バルク基板６３の一平面６ａ上に形成された第２の部分２０ａ及び金属膜５０１と、対向する他平面６ｂ上に形成された第２の部分２０ｂ及び金属膜５０２とを除去することで、図９（ａ）に示すような、一平面６ａに第２の部分２３ａ〜２３ｄが金属膜５３ａ〜５３ｄを介して埋め込まれ、他平面６ｂに第２の部分２４ａ〜２４ｄが金属膜５４ａ〜５４ｄを介して埋め込まれたバルク基板６４を得る。この第２の部分２０ａ、２０ｂと金属膜５０１、５０２との除去は、例えば、研磨加工によっておこなう。

なお、図９（ａ）以降は、この金属膜５０１、５０２は、溝部７１ａ〜７１ｄ及び溝部７２ａ〜７２ｄにそれぞれ対応した部分に、金属膜５３ａ〜５３ｄ、金属膜５４ａ〜５４ｄの番号を付与することにする。

本実施形態においても研磨加工の方法は限定はしないが、例えば、公知のＣＭＰ法を用いることができる。本実施形態では、一平面６ａと他平面６ｂとを研磨することで、それら平面の金属膜５０１、５０２を除去したが、すでに説明した第１の実施形態と同様に、その平面に金属膜を残しても構わない。その場合は、ぜんまい腕２０３ａ〜２０３ｄに対応するように残留させた金属膜以外の部分の除去を行ってから、後述する深堀りＲＩＥ技術によるバルク基板６３のドライエッチングを行えばよい。

次に、図９（ｂ）に示すように、バルク基板６３のぜんまい部２となるぜんまい腕２０３ａ〜２０３ｄの幅に相当する部分を覆うように、バルク基板６３の一平面６ａにマスク８３を一般に知られているフォトリソグラフィ技術で形成する。このマスク８３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８３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８３は、バルク基板６３の一平面６ａより２μｍの膜厚となるように形成する。

その後に、図９（ｃ）に示すように、混合ガス３０（ＳＦ₆＋Ｃ₄Ｆ₈）を用いて、バル
ク基板６３を深堀りＲＩＥ技術でドライエッチングする。これにより、バルク基板６３は第１の部分１３ａ〜１３ｄの形状に加工され、これにより、バルク基板６３からぜんまい腕２０３ａ〜２０３ｄ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はバルク基板６３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。

その後に、マスク８３を除去することで、図２（ｂ）に示すような、ぜんまい腕の一平面２ａと対向する他平面２ｂとに２つの第２の部分２３ａ、２４ａ埋め込むようにして設けられたひげぜんまい１が完成する。マスク８３の除去は、例えばバルク基板６３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おこなう。

本実施形態では図２（ｂ）に示すぜんまい腕２０３ａの一平面２ａと対向する他平面２ｂに２つの第２の部分２３ａ、２４ａ埋め込むようにして設けられたひげぜんまい１の製造方法を示したが、バルク基板６３の一平面６ａだけを加工すれば、図２（ａ）に示すぜんまい腕２０２ａの一平面２ａのみに第２の部分２２ａが設けられたひげぜんまい１も同
様にして製造できる。

以上説明した第２の製造方法は、シリコンからなるバルク基板６３をドライエッチングして形成した溝部７１ａ〜７１ｄ、７２ａ〜７２ｄにスパッタリング法や電鋳法によって第２の部分２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄを充填する手法である。

この第２の製造方法によれば、安価な単層のバルク基板６３を用いて製造することができるので、衝撃を受けても破壊しにくいひげぜんまいの製造にかかるコストを削減することができるというメリットがある。

以上説明した実施形態では、機械部品及びその製造方法の一例として、機械式時計の調速機に用いられるシリコン製のひげぜんまいを例に挙げて説明したが、もちろん、機械部品はひげぜんまいに限定されるものではない。

［第３の実施形態（異なるひげぜんまいの構成）の説明：図１０］
次に、図１０を用いて、第３の実施形態として、すでに説明した第１の実施形態のひげぜんまいとは異なる構成のひげぜんまいを説明する。

第３の実施形態の特徴は、第１の部分に挟まれた第２の部分を延長し、第２の部分によってひげぜんまいの構造の一部を構成する例である。説明にあっては、その構造の一部をひげ持とする例で説明する。

図１０（ａ）は、ひげぜんまいの平面図である。図１０（ｂ）は、ぜんまい部を拡大した図面であって、図１０（ａ）に示す切断線Ｂ−Ｂ´における断面の様子を模式的に示す断面図である。図１０（ｃ）は、ぜんまい部のひげ持近傍の部分を拡大した図面であって、図１０（ａ）に示す切断線Ｃ−Ｃ´における断面の様子を模式的に示す断面である。

図１０（ａ）に示すように、ひげぜんまい１００は、第１の実施形態のひげぜんまい１と同様に、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４１とから構成されている。ぜんまい部２の巻きとひげ玉３とは接続部３ｂで接続している。ひげ持４１には貫通孔４１ａが形成されている。

図１０（ａ）に示すように、ひげぜんまい１００は、第１の部分１５として、シリコンを主成分とする材料から構成されており、図１０（ｂ）に示すように、そのぜんまい部は、幅方向に金属を主成分とする第２の部分２５を第１の部分１５が挟んでいる。

そして、その第２の部分２５を延長するようにしてひげ持４１を形成している。すなわち、図１０（ｃ）に示すように、ひげ持４１は、第１の部分１５がなく第２の部分２５で構成している。

図１０（ｂ）、図１０（ｃ）に示すように、第１の部分１５と第２の部分２５との間には、金属膜５５ａ、５５ｄが構成されている。金属膜５５ａ、５５ｄは、すでに説明した第１の実施形態と同様に第１の部分１５と第２の部分２５との密着層としての役目をする。また、第２の実施形態で説明した通り、第２の部分を電鋳法を用いて形成するときは、下地の電極として用いることができる。なお、図１０（ａ）においては、この金属膜は非常に薄いため、省略している。

ひげぜんまいを機械式時計に用いるとき、すでに説明したように、ひげ持は、図示しな
い所定の部材（例えば、地板やフレーム）に固定される。その固定は、例えば接着剤を用いた接着で成すが、第３の実施形態のひげぜんまい１００は、ひげ持４１が金属で構成しているため、その他の手法も用いることができる。

例えば、貫通孔４１ａに金属部材を嵌合させるなどして固定できる。また、この貫通孔４１ａを用いて所定の部材にねじ止めしてもよい。いずれにしても、ひげ持４１と所定の部材とは、より強く固定することができる。

ひげ持４１は金属であり強度も高いから、機械式時計の組み立て時に、固定のために力が加わっても破壊されにくくなる。加えて、機械式時計を運用するときに、予期せぬ大きな衝撃（例えば、落下）が加わっても、ひげ持４１と所定の部材とが離断しにくくなるのである。したがって、第３の実施形態のひげぜんまい１００は、衝撃に強い機械式時計を構成することができるのである。

また、第３の実施形態のひげぜんまい１００は、ひげ持４１が金属で構成しているため、機械式時計は、調速機に公知の緩急針機構を用いることができるようにもなる。

緩急針機構とは、てん輪の回転周期を調整するための機構である。調整針に接続されたひげ棒やひげ受とひげぜんまいのひげ持との接続位置を、調整針を操作することで変更する。そうすると、ひげぜんまいのぜんまい部の有効長を可変することができ、てん輪の回転周期を変更することができるという機構である。

すでに説明しているように、シリコンでひげぜんまいを構成すると、設計通りの形状が得られることや、環境温度に対して変形しにくいことから、金属でひげぜんまいを構成する場合に比べ、歩度ずれが起きにくくなる。

しかし、製造工程における、いわゆるプロセスばらつきにより、ひげぜんまいが設計した形状にならない場合がある。例えば、深堀りＲＩＥの工程で、予期せぬオーバーエッチングやアンダーエッチングのようなエッチングむらが発生する場合や、エッチング用のマスクが剥離できず僅かに残ってしまう場合などである。そうすると、ひげぜんまいの形状がわずかに変わるため、設計通りの伸縮運動を行えず、結果として機械式時計の歩度がずれてしまうのである。

そのような不測の事態があっても、緩急針機構を搭載できれば、そのプロセスばらつきによる歩度のずれを調整することができるのである。

緩急針機構は、構成する殆どの部品が金属で構成している。ひげ持をシリコンで構成すると、シリコンは脆性材料であるから、調整針を操作してひげ棒やひげ受とひげ持との接続箇所を変更しようとしても、双方の当たり部分でシリコンが破損してしまう。

しかし、このようにひげ持を金属で構成すれば、公知の緩急針機構を用いても破損がなく、歩度の調整ができるようになるのである。

以上、図１０を用いて説明した例では、第１の部分１５により第２の部分２５が挟まれている部分は、ひげ持４１の近傍のみであるが、もちろんそれに限定されない。図１に示すように、ぜんまい部（巻回されるぜんまい腕の部分）に亘って第２の部分２５を設けてもよい。

なお、第３の実施形態のひげぜんまい１００を構成する第１の部分１５、第２の部分２５、金属膜５５ａ、５５ｂは、すでに説明した第１の実施形態の第１の部分１１、第２の
部分２１、金属膜５１ａ〜５１ｄと同じ材料を用いることができるため、それぞれ対応する材料についての説明は省略する。

また、第３の実施形態のひげぜんまい１００の製造方法については、すでに説明した第２の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［第４の実施形態（異なるひげぜんまい変形例の構成）の説明：図１１］
次に、図１１を用いて、第４の実施形態として、すでに説明した第３の実施形態のひげぜんまいの変形例を説明する。

第４の実施形態の特徴は、第３の実施形態と同様に、第１の部分に挟まれた第２の部分を延長し、第２の部分によってひげぜんまいの構造の一部を構成する例であり、その構造の一部をひげ玉とする構成である。

図１１に示すように、ひげぜんまい１０１は、第１の部分１６として、シリコンを主成分とする材料から構成されており、そのぜんまい部（図１１では接続部３ｂの近傍）は、幅方向に金属を主成分とする第２の部分２６を第１の部分１６が挟んでいる。

そして、その第２の部分２６を延長するようにしてひげ玉３１を形成している。すなわち、ひげ玉３１は、第１の部分１６がなく第２の部分２６で構成している。

すでに説明した第１及び第３の実施形態と同様に、第１の部分１６と第２の部分２６との間には、金属膜が構成されているが、図１１においては、この金属膜は非常に薄いため、省略している。

ひげぜんまいを機械式時計に用いるとき、すでに説明したように、ひげ玉は、その貫通孔にて図示しない回転軸体であるてん真と嵌合する。その固定は、例えば接着剤を用いた接着でもよい。てん真は、金属で構成する場合が多いから、その場合、第４の実施形態のひげぜんまい１０１は、ひげ玉３１が金属で構成しているため、双方が同じ材料同士であるから、より強固に固定することができる。

ひげ玉をシリコンで構成すると、シリコンは脆性材料であるので、てん真を挿入した際に、双方の当たり部分でシリコンが破損してしまうことがある。しかし、ひげ玉を金属で構成すれば、その破損を防ぐことができる。

また、てん真をひげ玉１３の貫通孔３ａに圧入してもよい。圧入しても金属同士であるから破損することがなく強固に固定することができる。その際には、接着剤の塗布を省略することもできる。

てん真は、図示しないが地板やクレームに設けた軸受け機構を介して固定されている。機械式時計を運用するときに、予期せぬ大きな衝撃（例えば、落下）が加わると、てん真がその軸受け機構内で暴れてしまい、てん真の回転軸が歪むことがある。ひげ玉を脆性材料のシリコンで構成すると、ひげ玉との嵌合部に予期せぬ方向の力が加わり、破損してしまうことがある。

しかし、第４の実施形態のひげぜんまい１０１のひげ玉３１は、粘靭性を有する金属で構成しているため、てん真の回転軸の歪みに対しても、粘るため耐性を有するのである。したがって、第４の実施形態のひげぜんまい１０１は、衝撃に強い機械式時計を構成することができるのである。

ところで、ひげ玉をシリコンで構成したとき、図示はしないが、ひげ玉の貫通孔の内壁を覆うように金属製のスリーブを嵌め込むこともある。そうすると、てん真とスリーブとは同じ金属同士であるから強固に固定できるというメリットがある。

しかし、スリーブを用いると部品数が増加し、スリーブを挿入する製造工程も増加する。スリーブはサイズも小さく加工精度も要求される部品であるから、コストアップに繋がるという問題がある。

このような問題は、第４の実施形態のひげぜんまい１０１を用いれば解決する。スリーブが不要になっても、ひげ玉はスリーブを用いるときと同等の強度を有するので、コストダウンに貢献できる。

以上、図１１を用いて説明した例では、第１の部分１６により第２の部分２６が挟まれている部分は、ひげ玉３１の近傍のみであるが、もちろんそれに限定されない。図１に示すように、ぜんまい部（巻回されるぜんまい腕の部分）に亘って第２の部分２６を設けてもよい。

なお、第４の実施形態のひげぜんまい１０１を構成する第１の部分１６、第２の部分２６、これらの間に設ける図示しない金属膜は、すでに説明した第１の実施形態の第１の部分１１、第２の部分２１、金属膜５１ａ〜５１ｄと同じ材料を用いることができるため、それぞれ対応する材料についての説明は省略する。

また、第４の実施形態のひげぜんまい１０１の製造方法についても、すでに説明した第２の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［第５の実施形態（てん輪の構成）の説明：図１２］
次に、図１２を用いて、第５の実施形態として、ひげぜんまいと共に時計機構の調速機を構成する、てん輪について説明する。

第５の実施形態の特徴は、てん輪を第１の部分で構成し、そのリムに第１の部分に挟まれた第２の部分を設ける構成である。

図１２（ａ）は、てん輪の平面図である。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）に示す切断線Ｄ−Ｄ´における断面の様子を模式的に示す断面図である。

図１２（ａ）に示すように、てん輪５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８を有するアーム７と、その周囲に設ける円周形状のリム６とで構成している。リム６の中心が貫通孔８となるように、アーム７はリム６の内周と接続する、所謂スポーク形状を有している。

図１２（ａ）に示すように、てん輪５は、第１の部分１７として、シリコンを主成分とする材料から構成されており、図１２（ｂ）に示すように、そのリム６は、幅方向に金属を主成分とする第２の部分２７を第１の部分１７が挟んでいる。

図１２（ｂ）に示すように、第１の部分１７と第２の部分２７との間には、金属膜５６が構成されている。金属膜５６は、すでに説明した第１及び第３の実施形態と同様に、第１の部分１７と第２の部分２７との密着層としての役目をする。また、第２の実施形態で説明した通り、第２の部分を電鋳法を用いて形成するときは、下地の電極として用いることができる。なお、図１２（ａ）においては、この金属膜は非常に薄いため、省略している。

てん輪は、ひげぜんまいの伸縮運動により往復回転運動を行うが、てん輪の外径や質量が大きいほど、慣性モーメントが大きくなり、機械式時計に組み込んだ後、機械式時計に加わる外乱（落下の衝撃など）に対する耐性が向上することが知られている。つまり、歩度ずれが起きにくい時計とすることができるのである。

しかし、機械式時計が小型である場合や腕時計の場合などは、てん輪の大型化には制限がある。そこで、リム６において第１の部分１７がその幅方向に第２の部分２７を挟んでいる構成とすることで、てん輪５の慣性モーメントを増加させているのである。第１の部分１７の主成分であるシリコンに比べ、第２の部分２７の主成分である金属の方が、その比重が重いためである。

てん輪５のリム６にあっては、第１の部分１７と第２の部分２７との幅方向の厚みは、略同じとしているが、もちろんこれに限定するものではない。てん輪５に欲する慣性モーメントを付与するように、第２の部分２７の幅や材質を自由に選ぶことができる。

ところで、機械式時計に落下などの不測の衝撃が加わると、てん輪に他の部材（例えば、ひげぜんまい）が当たってしまうことがある。しかし、そのような事態になっても、第５の実施形態のてん輪５であれば、リム６が第２の部分２７を有しているために強度があり、リム６やアーム７の破断を防止することができる。

このような第５の実施形態のてん輪５は、てん輪５の大部分を、シリコンを主成分とする第１の部分１７で構成することで設計通りの形状にできること、シリコンを主成分とすることで環境温度に対して変形しにくいということ、リム６の一部に金属を主成分とする第２の部分２７を設けることで慣性モーメント及び強度が向上すること、などのメリットを有するのである。そして、そのようなてん輪５を用いた機械式時計は、歩度ずれが起きにくく、外乱に強くなるのである。

以上、図１２を用いて説明した例では、第１の部分１７により第２の部分２７が挟まれている部分はリム６であるが、もちろんそれに限定されない。図示はしないが、アーム７や貫通孔８の周囲にも、第１の部分１７で第２の部分２７を挟む構成を設けてもよい。

なお、第５の実施形態のてん輪５を構成する第１の部分１７、第２の部分２７、金属膜５６は、すでに説明した第１の実施形態の第１の部分１１、第２の部分２１、金属膜５１ａ〜５１ｄと同じ材料を用いることができるため、それぞれ対応する材料についての説明は省略する。

なお、第２の部分２７は、慣性モーメントを増加する目的もあるから、高密度な材料を用いる方がより好ましい。例えば、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケルリン（Ｎｉ−Ｐ）合金、ニッケルタングステン（Ｎｉ−Ｗ）合金等が挙げられる。

また、第５の実施形態のてん輪５の製造方法については、すでに説明した第２の実施形態と同様な加工方法を用いることができるため、その説明は省略する。

［第６の実施形態（てん輪の他の構成）の説明：図１３］
次に、図１３を用いて、第６の実施形態として、ひげぜんまいと共に時計機構の調速機を構成する、てん輪の他の構成について説明する。

第６の実施形態の特徴は、てん輪を第１の部分で構成し、その中心に位置する貫通孔の近傍を、第１の部分に挟まれた第２の部分とする構成である。そして、第１の部分に挟ま
れた第２の部分を延長し、第２の部分によっててん輪の中心部を構成する例である。

図１３（ａ）は、てん輪の平面図である。図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す切断線Ｅ−Ｅ´における断面の様子を模式的に示す断面図である。

図１３（ａ）に示すように、てん輪１５０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８８を有するアーム７７と、その周囲に設ける円周形状のリム６６とで構成している。リム６６の中心が貫通孔８８となるように、アーム７７はリム６６の内周と接続する、所謂スポーク形状を有している。

図１３（ａ）に示すように、てん輪１５０は、第１の部分１８として、シリコンを主成分とする材料から構成されており、図１３（ｂ）に示すように、そのリム６６は、幅方向に金属を主成分とする第２の部分２８を第１の部分１８が挟んでいる。

そして、その第２の部分２８を延長するようにしてアーム７７の貫通孔８８を含む構造体を形成している。すなわち、てん輪１５０の中心部は、第１の部分１８がなく第２の部分２８で構成している。

図１３（ｂ）に示すように、第１の部分１８と第２の部分２８との間には、金属膜５７が構成されている。金属膜５７は、すでに説明した第１、第３、第５の実施形態と同様に、第１の部分１８と第２の部分２８との密着層としての役目をする。また、第２の実施形態で説明した通り、第２の部分を電鋳法を用いて形成するときは、下地の電極として用いることができる。なお、図１３（ａ）においては、この金属膜は非常に薄いため、省略している。

てん輪を機械式時計に用いるとき、その中心部の貫通孔にて図示しない回転軸体であるてん真と嵌合する。その固定は、例えば接着剤を用いた接着でもよい。てん真は、金属で構成する場合が多いから、その場合、第６の実施形態のてん輪１５０は、貫通孔８８を有する中心部分が金属で構成しているため、双方が同じ材料同士となり、より強固に固定することができる。

てん輪の中心部分をシリコンで構成すると、シリコンは脆性材料であるので、貫通孔にてん真を挿入した際に、双方の当たり部分でシリコンが破損してしまうことがある。しかし、金属で構成すれば、その破損を防ぐことができる。

また、てん真をてん輪１５０の貫通孔８８に圧入してもよい。圧入しても金属同士であるから破損することがなく強固に固定することができる。その際には、接着剤の塗布を省略することもできる。

すでに説明したように、機械式時計を運用するときに、予期せぬ大きな衝撃（例えば、落下）が加わると、てん真がその軸受け機構内で暴れてしまい、てん真の回転軸が歪むことがある。てん輪の中心部分を脆性材料のシリコンで構成すると、その嵌合部に予期せぬ方向の力が加わり、破損してしまうことがある。

しかし、第６の実施形態のてん輪１５０の中心部分の貫通孔８８部分は、粘靭性を有する金属で構成しているため、てん真の回転軸の歪みに対しても、粘るため耐性を有するのである。したがって、第６の実施形態のてん輪１５０は、衝撃に強い機械式時計を構成することができるのである。

また、すでに説明したように、ひげぜんまいの場合、そのひげ玉の貫通孔の内壁を覆う
ように金属製のスリーブを嵌め込み、てん真と固定することがある。てん輪も同様であって、シリコンでてん輪を構成するとき、その中心部分の貫通孔に金属製のスリーブを設けることもある。しかし、スリーブを用いると部品数が増加し、スリーブを挿入する製造工程も増加する。

このような問題も、第６の実施形態のてん輪１５０を用いれば解決する。スリーブが不要になっても、てん輪１５０はスリーブを用いるときと同等の強度を有するので、コストダウンに貢献できる。

以上、図１３を用いて説明した例では、第１の部分１８により第２の部分２８が挟まれている部分はアーム７７及びてん輪１５０の中心部分の貫通孔８８を含む部分であるが、もちろんそれに限定されない。図示はしないが、アーム７７やリム６６にも、第１の部分１８で第２の部分２８を挟む構成を設けてもよい。

なお、第６の実施形態のてん輪１５０を構成する第１の部分１８、第２の部分２８、金属膜５７は、すでに説明した第１の実施形態の第１の部分１１、第２の部分２１、金属膜５１ａ〜５１ｄと同じ材料を用いることができるため、それぞれ対応する材料についての説明は省略する。

また、第６の実施形態のてん輪１５０の製造方法については、すでに説明した第２の実施形態と同様な加工方法を用いることができるため、その説明は省略する。

なお、説明した第１、第３〜第６の実施形態の構成については、互いに組み合わせて用いてもよい。例えば、第１の実施形態のひげぜんまいと第３及び第４の実施形態のひげぜんまいとの構成を組み合わせ、ひげ玉、ぜんまい部、ひげ持において、シリコンを主成分とする第１の部分が金属を主成分とする第２の部分を幅方向に挟む構成としてもよいのである。

また、第５の実施形態のてん輪と第６の実施形態のてん輪との構成を組み合わせ、リム、アーム、てん輪の中心部分において、シリコンを主成分とする第１の部分が金属を主成分とする第２の部分を幅方向に挟む構成としてもよいのである。

そして、もちろん、第１、第３及び第４の実施形態のひげぜんまいと、第５及び第６の実施形態のてん輪と、を組み合わせた調速機を構成してもよいのである。

以上、本発明の機械部品について、ひげぜんまいとてん輪とを例示して説明した。しかし、シリコンを主成分とする機械部品で、衝撃を受けやすい部分に用いられる部品であれば、いかなる部品においても本発明は適用可能である。例えば、機械式時計の部品では、歯車、ガンギ車、アンクル等にも適用できる。また、電気機械変換器の可動部品、さらに、小型軽量の板ばねなど、弾性力を有する機械部品にも適用できる。

また、本発明の機械部品は、軽量化と強度とを兼ね備えた部品にも用いることができる。例えば、時計の文字板や文字板に設ける装飾部材（マークや時字など）、時刻等を報知するための指針などにも用いることができる。指針においては、第４、第６の実施形態にて説明したように、指針を固定する軸体との嵌合部である貫通孔を含む部分を第２の金属で構成すれば、強度も増して好ましい。

本発明は、機械部品の強度を向上させることができるから、特に腕時計に代表される可搬型の機械式時計のような、不測の衝撃が印加される機会がある製品の部品に好適である
。

１、１００、１０１ ひげぜんまい
２ ぜんまい部
２ａ、６ａ 一平面
２ｂ、６ｂ 他平面
３、３１ ひげ玉
３ａ 貫通孔
３ｂ 接続部
４ ひげ持
５、１５０ てん輪
６、６６ リム
７、７７ アーム
８、８８ 貫通孔
１１ａ〜１１ｄ、１２ａ、１３ａ〜１３ｄ、１５、１６、１７、１８ 第１の部分
２１ａ〜２１ｄ、２２ａ、２３ａ〜２３ｄ、２４ａ〜２４ｄ、２５、２６、２７、２８
第２の部分
３０ 混合ガス
５１ａ〜５１ｄ、５２ａ、５３ａ〜５３ｄ、５４ａ〜５４ｄ、５５ａ、５５ｂ、５６ 金属膜
６０ ＳＯＩ基板
６３ バルク基板
７０ａ〜７０ｄ、７１ａ〜７１ｄ、７２ａ〜７２ｄ 溝部
８０、８１、８２ａ、８２ｂ、８３ マスク
２０１ａ〜２０１ｄ、２０２ａ、２０３ａ〜２０３ｄ ぜんまい腕
６１０、６１１ シリコン活性層
６２０ 絶縁層
６３０ 基体

Claims (4)

1. シリコンを主成分とする第１の部分と、金属を主成分とする第２の部分と、を有するひげぜんまいであって、
   該ひげぜんまいは、貫通孔を有するひげ玉と、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、該ぜんまい部の巻き終わりと接続しているひげ持と、を有し、
   前記ひげ持は、前記第２の部分のみで構成される
   ことを特徴とするひげぜんまい。
2. 前記ぜんまい部は、少なくとも一部で、前記第１の部分が前記第２の部分を幅方向に挟んで構成される
   ことを特徴とする請求項１に記載のひげぜんまい。
3. 前記第１の部分により前記第２の部分が挟まれている部分は、前記ひげ持の近傍のみである
   ことを特徴とする請求項２に記載のひげぜんまい。
4. 前記ぜんまい部全体は 、前記第１の部分により前記第２の部分が挟まれている
   ことを特徴とする請求項２に記載のひげぜんまい。
   
   

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