JP4630105B2 - ひげゼンマイの取り付け半径が変化しないコレット（ひげ玉）とその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、コレット（ひげ玉）に関し、特に、ひげゼンマイ（以下本明細書では、バランス・スプリングと称する）を取り付ける際に、バランス・スプリングの内側カーブの半径が変わることなく、コレットにピン留めされたバランス・スプリングの単一ピースの組立体に組み込むことができるコレットに関する。さらに本発明は、このようなコレットを得る製造方法およびコレットにピンで留められた単一ピースの組立体に組み込む方法に関する。

機械式時計のムーブメントにおいては、コレットはバランス・スプリングとバランス用部材との間の組立インターフェースを形成する。ワッシャ（washer）が、バランス部材へ取り付けられ、バランス・スプリングの内側カーブ（inner terminal curve）の少なくとも１個の取り付けポイントを、例えば円錐ピンを用いて、あるいは結合手段あるいは溶接手段により、有していた。溶接に関しては、特にレーザー溶接が取り付けの好ましい方法である。コレットは、スティール製、より好ましくは、特殊なスティール製で、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ，Ｃｒをさまざまな割合で含有する。コレットは先ず第１に小さな寸法でなければならず、慣性モーメントに対しわずかな影響しか与えず、且つアンバランスを導入することのないものでなければならない。通常部材の正常な動作に寄与するために、このような小さな部品に他の多くの特性が要求されている。

コレットをテンプ部材（以下本明細書では、バランス部材と称する）に取り付けた後、必要なことは、時計をビートさせるために、特に困難なくそれを回転させること、すなわちインパルスピンと中心線（バランスとその残りの部分にあるアンクル部材（以下本明細書では、以下パレット部材（pallet-staff）と称する）とを結ぶ線）とを整合させることである。バランス部材と取り付けポイントとの間に所定の距離を維持するために、できるだけ影響が少なくなるように、コレットをバランス部材に組み込むことが望ましく、またコレットの外輪郭は、バランス・スプリングの内側カーブの有効長さを損なわないようにすることが望ましい。

１９６０年代から７０年代にかけて出願された沢山の特許が前記したある種の品質基準に対する解決案を提供しているが、同時に必要とされる全ての品質を満たすようなコレットは存在しない。

スイス特許第３４７１４２号明細書 スイス特許第５０８２３３号明細書 米国特許第３４２９１２０号明細書 スイス特許第３１１２８７号明細書 スイス特許第４６６８０７号明細書 米国特許第３４３０４３５号明細書 米国特許第４６６１２１２号明細書

コレットが特殊なスティール製の場合には、コレットを組み込んだ後、バランス部材にかかる摩擦トルクは大きくなりすぎ、時計をビートさせることは困難である。このような欠点を解決するために、第１の解決法は、スタッフ・ホール（staff hole）とコレットのエッジとの間に柔軟性のあるスロットを形成するものである。これに関しては、特許文献１が、軸とスロットを通る対称面に配置された円錐状ピンの手段により、バランス・スプリングが固定される完全に円形状のコレットを開示している。特許文献２は、同一タイプのコレットを開示しており、同文献では、コレットは、溝内に結合されたり、リベットで留められたバランス・スプリングを具備するが、スタッフ・ホールがずれた状態の非対称のラケット形状をしており、コレットの輪郭にかかる第１のコイルの圧力のリスクを回避している。

しかし、環状のスタッフ・ホールを具備したこのスロットの切られたコイルには２つの欠点がる。第１の欠点は、バランス部材（balance staff）に組み込まれた時には、取り付けポイントの動きは厳密に制御することはできないことであり、第２の欠点は、時計が時をビートする時には平坦且つセンタリングを損なう高いリスクがあることである。摩擦トルクを減らして時計をビートし易くするため、且つスロットを形成せずに済むようにするために、特許文献３はコレットを２つの部品に分けることを提案している。すなわちこの２つの部品は、真鍮製あるいは他の非磁性材料製の内側リングと、バランス・スプリングの内側カーブを溶接するための外部スチール部品である。このようにして得られた結果は、技術的には満足できるが、その製造と組立コストが極端に高い。

柔軟性のあるスロットを具備しない特殊スティール製のコレットにおいて、摩擦トルクを減らすために、バランス・スタッフとコレットの取り付け開口との間の個々の接点に対する摩擦表面を減らすことが先験的に理論的である。特許文献４に開示された方法は、最初は円形だった孔を楕円形にし、コレットの輪郭が最初の円形形状を保つようにすることである。その結果、２個の対称のベアリング・ポイントのみが存在するために、スロットの付いたコレットに対する上記の同一の問題が再び台頭することになる。

特許文献５，６は、コレットの取り付け開口を、正多角形（例えば角を丸めた正三角形）あるいは内サイクロイド形状の開口にすることを提案している。この実施例においては、コレットがスタッフ上の結合される点は等角度になっており、コレットはほとんど必ずと言っていいほど円に内接した正多角形の形状をして、特にアンバランスの問題を解決している。しかし、それに見合った、バランス・スプリングの内側コイルが接触するリスクがあるという欠点がある。

本発明は、コレットを組み込んだ後もバランス・スプリングの取り付け半径に変化をもたらさず、アンバランスも生じさせずに、完全にセンタリングが可能となるような形状を有するコレットを提供することである。これにより、最適の組み込み力と保持トルクが得られ、且つバランス・スタッフ上であまり過剰にロックすることなく、時計をビートさせるような後続の動作を容易にし、且つ分解も容易にできるようにしている。本発明はコレットにピン結合されたバランス・スプリング組立体を提供し、また、コレットとこのコレットにピン結合されたバランス・スプリング組立体の製造方法を提供する。

本発明は、金属製のバンドから形成され、その内輪郭は、コレットをバランス・スタッフに組み込むための開口を形成し、その外輪郭は、コレットとバランス・スプリングとの間の作用点を、スタッフの中心０からの距離Ｒが外輪郭の他の点よりも大きくなるような場所のアームの端部に配置している。

本発明のコレットは、その内輪郭は、バランス用部材（２）との個々の複数の接触点（１，３，５）を有し、少なくとも１個の接触点（１）は、バランス用部材（２）と作用点（４）と整合しており、前記接触点間の開き角度αは同一ではなく、バランス用部材（２）と作用点（４）と整合していない前記接触点（３，５）の反対側にある前記バンド（１０）の一部は、他の部分よりもより大きな幅Ｉ_６，Ｉ_８のループ（１６，１８）を形成することを特徴とする。

本発明の好ましい実施例においては、コレットは、バランス・スタッフの中心０とコレットとバランス・スプリングとの間の作用点を通る軸ＸＸ’に沿って対称性を有する。そして、バンドの内輪郭は３つの接触点を有し、そのうちの１つはコレットとバランス・スプリングとの間の作用点と半径方向に関し反対側にあり、他の２つの接触点は、９０°以上の第１点の角度開口を有する。

以下の説明から明らかなように、コレットを形成する金属製バンドは、幅が等しくなるようなストリップ（細い帯）の形状をしており、あるいはより剛性のあるラケット形状をしており、そのスタッフに組み込まれる開口は楕円形状をしている。

本発明のコレットは、公知の打ち抜き方法により得られるが、好ましい実施例においては、特にストリップ形状の帯に対してはＬｉｇａ技術が用いられ、これによりコレットとバランス・スプリングが単一ピースで同時に形成され、それによりＲの値をより細かく制御することができる。

図１は、特殊金属（鉄またはニッケル）製で、０．２ｍｍ台の均一の厚さを有する本発明のコレットの第１実施例の拡大上面図である。このコレットは、中心０を有するバランス用部材２（点線で示す）に組み込まれる。同図に示すように、コレットは連続的なバンド１０で形成され、このバンド１０の内輪郭１１と外輪郭１２は、特定の形状をしている。その幅「Ｉ」はバンド１０の全ての点で同一ではない。その内輪郭１１は、バランス用部材２と３カ所の点１，３，５でのみ接触しており、それ以外の場所では、バランス用部材２から離間して、凹部１１ａ、１１ｂ、１１ｃを形成する。

バンド１０は、アーム１４を形成する第１の凹部１１ａを有する。アーム１４の端部は、外輪郭１２上にバランス用部材２の中心０から距離Ｒの位置に作用点４を有する。この作用点４の上にバランス・スプリング９の内側カーブの端部が溶接される。

距離Ｒは、バランス・スプリング９のコレットへの取り付け半径であり、必須の設計特徴である。その値は、対応するバランス・スプリング９が完全に中心にあるように維持するために、取り付け操作の間、変化しないのが理想である。時計の技術分野における最も厳しい基準によると、作用点４の変動量は、５μｍを越えてはならず、以下に説明するように、このしきい値（変動量）は、本発明のコレットにより大幅に低減できる。

バランス用部材２の中心０と作用点４とが、外輪郭１２と内輪郭１１に対するコレットの対称軸ＸＸ’を決める。この内輪郭１１は、バランス用部材２と３箇所の接触点１，３，５で当たっている。第１の接触点１は、作用点４とは反対方向にあり、他の２つの接触点３，５は、対称軸ＸＸ’に対し、対称の位置にある。接触点３は、第１の接触点１から時計方向に角度α_１だけずれており、接触点５は反時計方向に角度α_５だけずれている。角度α_１とα_５は、９０°以上の同じ値を採る。対称点である接触点３，５の間の角度α_３が決まり、その値は本発明の目的に対する重要なファクタの１つである。これに関しては以下説明する。

次に外輪郭１２について説明する。バンド１０は、２個の非対称のループ１６，１８を有し、それらは、接触点１，３，５の３点でバランス用部材２と当たる。ループ１６，１８は、対称点である接触点３，５と半径方向で反対側にあり、凹部１１ｂ、１１ｃを規定する。ループ１６，１８のそれぞれの端部６，８は、バランス用部材２の中心０から、バランス・スプリング９の取り付け半径Ｒよりも短い距離の場所（内側）にある。その結果、バランス・スプリング９の内側カーブは、バランス用部材の振動中、コレットの外輪郭１２と接触することはない。

非常に小さな寸法のコレットの場合には、半径Ｒは０．５ｍｍ台であり、非常に厳しい組立パラメータとなる。図１から直ちに明らかになるわけではないが、本発明の他の必須の特徴によれば、バンド１０の幅「Ｉ」は、その全周に渡って必ずしも均一ではない。ここに示した実施例においては、接触点１，３，５の幅Ｉ_１，Ｉ_３，Ｉ_５は同一である。作用点４の場所においては、バンドの幅Ｉ_４は、１５％大きく、ループ１６，１８の場所では、Ｉ_１よりも３０−３５％大きい。当然のことながら前記した値は、単なる例示であり、ループ１６，１８のサイズあるいは使用した材料によって、変動する。

本発明のコレットの他の特徴は、半径Ｒの変動ｄＲを最小にするために、第２接触点３と第３接触点５との間の角度α_３の値に関する。図２のグラフは、角度α_３の値の関数としてｄＲの変動を示す。このグラフによれば、ｄＲがゼロになる、α_３の最適値は１０５°である。実際には、図３に示した形状においては、α_３は１０４°であり、作用点４の変動量ｄＲはほとんどゼロであることに対応する。言い換えると、このような結果は、バンド１０の形状の特定の選択、さまざまな点での幅「Ｉ」、バランス用部材２との接触点間の角度αの組み合わせで得られる。その結果、バランス用部材２にかかる圧縮力が事実上ゼロになり、同時にこの非対称コレットが、コレットにバランス・スプリングの内側カーブが接触するリスクを回避できる。

図３において、第１実施例の全ての特徴を含む若干きつい（solid）設計に対応する第２実施例が示されている。内輪郭１１は、バランス用部材２との間で３箇所の接触点１，３，５を有し、それぞれ前に定義した角度シフトα_１，α_３，α_５を有する。それらの接点の間の内輪郭１１の凹部１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、「非接触（non contact）」領域にまで縮小している。外輪郭１２はラケットの形状に類似したより矩形をしている。アーム１４にある作用点４はバランス用部材２の中心０からの距離Ｒの位置にあり、この位置は、中心０から外輪郭１２の他の点６，８，１３，１５，１７よりも遠くの位置である。このような構造においては、半径Ｒの変動量ｄＲをできるだけ小さくするために、距離Ｉ_１からＩ_８の相対的な値が第１実施例のそれとは異なっている。すなわち、Ｉ_４＞Ｉ_１＞Ｉ_８＝Ｉ_６＝Ｉ_５＝Ｉ_４である。

第１実施例と同様に２個の対称となる接触点３，５の間の角度α_３の値は、バランス用部材２上にかかる圧縮力がゼロとなるように決定される。図４のグラフは、角度α_３の値の関数としてのｄＲの変化を示す。このグラフによれば、図３に示した構成においては、α_３＝１１２°の時にｄＲがほぼゼロの値になる。この値は単なる一実施例であり、Ｉ_１からＩ_８の相対的な値を変化させることにより別の値のα_３を選択することができ、さらにまたα_１＝α_３＝α_５を等しくすることさえできる。これは、バランス用部材２に結果的にかかる圧縮力をゼロにするようにコレットの形状のみを変化させ、且つアーム１４によりバランス・スプリング９の内側カーブが、コレットの内輪郭の他の点から離れるようにしながら行われる。

上記した本発明のコレットは、公知の打ち抜き方法により製造することができる。しかし、バランス・スプリングがコレットと一体の場合には、第１実施例のコレットに対する好ましい製造方法は、１９７０年代半ば以来公知であるＬＩＧＡ技術を用いることである。

第１ステップとして本発明の方法は、犠牲層が予めコーティングされた基板上に、所望の厚さのコレットを有するように、ポジ型あるいはネガ型のフォトレジスト層を拡散し、マスクと、光リソグラフと、化学エッチングの手段により、複数のコレットの内輪郭と外輪郭に対応する中空構造体を形成する。

第２ステップとして、電気メッキにより金属または金属合金で中空構造体を充填する。これは特許文献７に開示されている。あるいは、ナノ粒子を圧着するあるいは焼き入れをする。これは、米国特許出願２００１／００３８８０３号に開示されている。

最後のステップとして、前記犠牲層を除去することにより、コレットあるいはコレットとバランス・スプリングの組立体を取り出す。

本発明は、大量生産に適し、製品単価を低減できる利点がある。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。

本発明のコレットの第１実施例を表す図。 設計通りの取り付けを行うために図１のコレットの溶接（結合）点の変動量を角度α_３との関数として表したグラフ。 本発明のコレットの第２実施例を表す図。 図３のコレットの溶接（結合）点の変動量を角度α_３との関数として表したグラフ。

符号の説明

１，３，５ 接触点
２ バランス用部材
４ 作用点
６，８ 端部
９ バランス・スプリング
１０ バンド
１１ 内輪郭
１２ 外輪郭
１４ アーム
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ 凹部
１６，１８ ループ

Claims (8)

1. ひげゼンマイ（９）を搭載するコレットにおいて、
   前記コレットは、バンド（１０）により形成され、
   前記バンド（１０）の内輪郭（１１）は、コレットをテンプ部材（２）に組み込む凹部（１１ａ、１１ｂ、１１ｃ）を規定し、
   前記バンド（１０）の外輪郭（１２）は、コレットとひげゼンマイ（９）との間の作用点（４）を含み、この作用点（４）は、テンプ部材（２）の中心０からの距離Ｒが、外輪郭（１２）の他のいずれの点（６，８，１３，１５）のそれよりも大きく、
   前記内輪郭（１１）は、テンプ部材（２）との個々の複数の接触点（１，３，５）を有し、
   少なくとも１個の接触点（１）は、テンプ部材（２）と作用点（４）と整合しており、
   前記接触点間の開き角度αは同一ではなく、
   テンプ部材（２）と作用点（４）と整合していない前記接触点（３，５）の反対側にある前記バンド（１０）の一部は、他の部分よりもより大きな幅Ｉ_６，Ｉ_８のループ（１６，１８）を形成する
   ことを特徴とするコレット。
2. 前記コレットは、テンプ部材（２）の中心０と、コレットとひげゼンマイ（９）との間の作用点（４）とを通る軸ＸＸ’に沿って対称性を有する
   ことを特徴とする請求項１記載のコレット。
3. 接触点（１，３）間の開き角度α_１，接触点（３，５）間の開き角度α_３，接触点（１，５）間の開き角度α_５は、α_１＝α_５＞９０°となる関係を有する
   ことを特徴とする請求項２記載のコレット。
4. 開き角度α_３＞１００°である
   ことを特徴とする請求項３記載のコレット。
5. 前記内輪郭（１１）は、楕円形状をしており、
   前記外輪郭（１２）は、コレットとひげゼンマイ（９）との間の作用点（４）を有するアーム（１４）により延びた丸い角を具備した長方形状を有する
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載のコレット。
6. 前記ひげゼンマイ（９）は、前記バンド（１０）のアーム（１４）と一体構成である
   ことを特徴とする請求項１−５のいずれかに記載のコレット。
7. 請求項１−６のいずれかに記載のコレットを一括して製造する方法において、
   （ａ） 犠牲層が予めコーティングされた基板上に、所望の厚さのコレットを有するように、ポジ型あるいはネガ型のフォトレジスト層を拡散するステップと、
   （ｂ） マスクと、光リソグラフと、化学エッチングの手段により、複数のコレットの内輪郭と外輪郭に対応する中空構造体を形成するステップと、
   （ｃ） 電気メッキにより金属または金属合金で中空構造体を充填するステップと、
   （ｄ） 前記犠牲層を除去することにより、複数のコレットを取り出すステップと
   を有する
   ことを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載のコレットを一括して製造する方法。
8. 前記（ｂ）ステップにおいて、バランス・スプリング（９）の輪郭が形成される
   ことを特徴とする請求項７記載の方法。

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