JP6133767B2 - ひげぜんまい及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、時計用ひげぜんまい及びその製造方法に関する。

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輪が規則正しく往復回転運動を行う。

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ぷを振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。

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。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。

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５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、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。

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、を有し、第１の材料を主成分とするひげぜんまいであって、ぜんまい部の一平面に溝部を有し、溝部に、第１の材料よりも粘靭性の高い第２の材料を主成分とする充填剤を設けることを特徴とする。

溝部に粘靱性の高い充填剤を設けることで、ひげぜんまい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。

また、第１の材料は、シリコンであると良い。

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。

また、第２の材料は、樹脂であると良い。

このようにすれば、樹脂は比較的柔らかいため、衝撃を吸収しやすくなる。

また、充填剤は、ぜんまい部の一平面よりも突出していると良い。

このような構成にすれば、ひげぜんまいが他部材と衝突したとしても、突出した充填剤がぜんまい部よりも先に当たるため、ぜんまい部にかかる衝撃を和らげ、ひげぜんまいの破損を防止できる。

また、溝部は少なくとも２つ設け、互いの充填剤の量を異ならせても良い。

このようにすれば、仮にぜんまい部のバランスを変えたいときなど、充填剤の量を変えるだけでよくなるので便利である。

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にまで貫通しているようにしても良い。

溝部の構造を貫通構造としてもよいので、そこに設ける充填剤の量の自由度も増すことができるため、ぜんまい部の硬さなどを自由に選ぶことができて便利である。

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、以下の製造方法を採用する。

第１の材料を主成分とするひげぜんまいのぜんまい部の一平面に溝部を有し、その溝部に、第１の材料よりも粘靱性の高い第２の材料を主成分とする充填剤を設けるひげぜんまいの製造方法であり、第１の材料を主成分とする基板の所定の部分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、溝部に第２の材料の充填剤を形成する工程と、を有することを特徴とする。

このような製造方法によれば、溝部に充填剤を設けるひげぜんまいを簡単に製造することができる。

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。

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、溝部に充填剤を設け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る。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第３の製造方法を説明する断面図である。 本発明の第２の実施形態であるひげぜんまいの第４の製造方法を説明する断面図である。

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、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の材料の充填剤を設ける。

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、粘靱性の高い充填剤を設けることにより、ぜんまい部はもろさが緩和され、強靭にすることができる。

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と図３と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、第２の実施形態として図４〜図７を用いて、製造方法を説明する。

［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の巻き始めとひげ玉３とは接続部３ｂで接続している。

ひげぜんまい１は、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。

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。

以後の説明にあっては、第１の材料を、軽く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。

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の外周部分である。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２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの名称を付与することにする。

図１（ｂ）に示すように、ぜんまい部２の一平面２ａには、溝部７ａ〜７ｄが設けてあり、その溝部には第２の材料を主成分とする充填剤６ａ〜６ｄが設けてある。

図１（ｂ）に示す例では、４つのぜんまい腕２０ａ〜２０ｄに、それぞれ溝部７ａ〜７ｄが１つずつ設けてあり、それぞれの溝部には充填剤６ａ〜６ｄ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７ａ〜７ｄ及び充填剤６ａ〜６ｄも１つの構造体である。

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、このぜんまい腕の一平面２ａに設ける溝部を複数としてもよい。例えば、図示はしないが、１つのぜんまい腕に設ける溝部を複数に分断し、それぞれの溝部に充填剤を設けても良いのである。

また、その分断された溝部は、ぜんまい腕の一平面２ａから見たときに、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。

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。第１の材料をシリコンとすれば、第２の材料は樹脂とすることができる。例えば、エポキシ樹脂とすることができる。

近年、エポキシ樹脂はさまざまな改良がなされており、柔軟鎖を持つポリマー（ゴム、エラストマー）を添加することで、内部応力を低下させて靭性を向上させるものもあり、シリコンに対して粘靱性を有するようにすることができる。

ひげぜんまいの製造方法は後述するが、充填剤６ａ〜６ｄは、例えば、溝部７ａ〜７ｄに充填する時点では粘度が低くなっており、充填後には適宜硬化処理を施して適度の硬さに硬化させることができる、紫外線硬化型又は熱硬化型の樹脂を用いることができる。

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、幅は６０μｍ、高さは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、溝部に充填剤を充填することによって、ぜんまい部はもろさが緩和され、強靭にすることができる。

図１（ｂ）に示す例では、溝部７ａ〜７ｄを同じ幅と深さとで表現しているが、それぞれを異ならせるようにしてもよい。また、充填する充填剤６ａ〜６ｄも、それぞれの材料や溝部に充填する量を異ならせるようにしても構わない。

そのような構成は、例えば、ひげ玉３からひげ持４に至って、漸次溝部の幅や深さを変えるような形状にしてもよいのである。また、同じく漸次充填剤の量を減っていくようにしたり（無論、漸次増やしたり）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）を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）、図２（ｂ）は、ぜんまい腕に２つの溝部を設ける例である。図２（ｃ）は、ぜんまい腕を貫通する溝部を設ける例である。

図２（ａ）に示すように、ぜんまい部のぜんまい腕２１ａにはその一平面２ａに溝部１７ａを設けてある。この一平面と対向する他の平面２ｂには溝部１７ｂを設けてある。これらの溝部には、それぞれ充填剤１６ａ、１６ｂが充填されている。

溝部１７ａ、１７ｂは互いにその幅や深さを異ならせてもよく、これらに充填する充填剤１６ａ、１６ｂも、互いに同じ材料で構成してもよいが、異ならせてもよい。もちろん、充填する量を変えてもよい。

図２（ｂ）に示す例は、ひげぜんまい１を複合基板で構成した例である。
ひげぜんまいは、第１の材料を主成分としており、この例では前述の通りシリコンである。例えば、ひげぜんまいを断面で見たときに、その高さ方向にシリコンとシリコン酸化膜とを積層した複合基板とし、このシリコンを主成分とする複合基板を基にしてひげぜんまいを構成することもある。

図２（ｂ）に示すように、そのようなシリコンを主成分とする複合基板は、シリコン２１ａ１にシリコン酸化膜２１ａ２をＣＶＤ等の公知の成膜技術を用いれば簡単に形成できる。

このような複合基板を用いてひげぜんまいを構成したとき、シリコン２１ａ１に溝部１７ａを設け、その中に充填剤１６ａを設ける。そして、シリコン酸化膜２１ａ２に溝部１７ｂを設け、その中に充填剤１６ｂを設けるのである。

そのような複合基板を用いたとき、シリコン２１ａ１とシリコン酸化膜２１ａ２との比重の違いから、ひげぜんまいとしての重量バランスが偏ってしまう場合がある。

そのような場合であっても、例えば、シリコン２１ａ１側に設ける溝部１７ａとシリコン酸化膜２１ａ２側に設ける溝部１７ｂとでその幅や深さを異ならせたり、充填剤１６ａ、１６ｂの種類や量を異ならせ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。

なお、図２（ｂ）にあっては、このようなシリコンとシリコン酸化膜とを積層した複合基板からひげぜんまいを加工して形成するため、他の図との整合を図るため、便宜上、シリコン２１ａ１の一平面に符号２ａを、シリコン酸化膜２１ａ２の一平面に符号２ｂをそれぞれ付与している。

また、図２（ｃ）に示すように、ぜんまい腕を貫通するように溝部を設けてもよい。すなわち、ぜんまい部のぜんまい腕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には充填剤２６ａが充填されている。

このような構成にすれば、溝部２７ａに設ける充填剤２６ａの量も自由に設定でき、ぜんまい部２の硬さなどを自由に選ぶことができて便利である。

［ぜんまい部の形状の説明２：図３］
ぜんまい部の溝部に充填する充填剤については、すでに説明したように適宜その量などを変更できるが、その形状について図３を用いて詳述する。

図３（ａ）に示す例は、ぜんまい腕２３ａに設ける溝部３７ａには充填剤３６ａが充填されているが、溝部３７ａを完全に埋めるようにはなっていない構成である。つまりぜんまい腕２３ａの一平面２ａより下がって充填されている。
このような構成であっても、充填剤は粘靱性があるため、ひげぜんまいを保護することができる。

図３（ｂ）、図３（ｃ）に示す例は、ぜんまい腕２４ａの一平面２ａよりも溝部３７ａに設ける充填剤４６ａ、５６ａが突出するように充填されている構成である。

このような構成にすると、例えば、衝撃を受けてひげぜんまいがぜんまい腕２４ａの一平面２ａの方向に動き、図示しない他の部材と接したときでも、ぜんまい腕２４ａよりも先に突出した充填剤４６ａ、５６ａが他の部材と当接するので、ひげぜんまいを保護することができる。つまり、粘靱性の高い充填剤がクッションとなり、ひげぜんまいに衝撃を伝達しにくくすることで、破壊から保護するのである。

図３（ｄ）、図３（ｅ）に示す例は、ぜんまい腕２５ａに設ける溝部３７ａよりも充填剤６６ａ、７６ａが突出するように充填されていると共に、ぜんまい腕２５ａの一平面２ａを覆うようにし、充填剤の頭頂部を平坦にした構成である。なお、図３（ｅ）に示す構成は、例えば、図３（ｃ）に示す構成から、その充填剤の頭頂部を平坦に削るなどすれば容易に形成できる。

このような構成にすると、すでに説明した図３（ｂ）、図３（ｃ）の例と同様に、衝撃を受けてひげぜんまいが他の部材と接したときでも、ぜんまい腕２５ａよりも先に突出した充填剤６６ａ、７６ａが他の部材と当接して保護することができる。さらに、そのときひげぜんまいが伸縮運動をしていたとしても、ぜんまい腕の一平面２ａにおいて頭頂部が平坦な充填剤６６ａ、７６ａにより、他の部材との当接後にその平坦部分ですべりを生じさせ、衝突した力を受け流すことができる。このため、さらにひげぜんまいを保護することができる。

なお、図３（ｄ）と図３（ｅ）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を鑑みて、自由に選択することができる。

次に、第２の実施形態としてひげぜんまいの製造方法について、工程図を用いて説明する。第１の製造方法は、主に図４、図５を用いて説明する。第２の製造方法は、主に図６を用いて説明する。第３の製造方法は、主に図７を用いて説明する。第４の製造方法は、主に図８を用いて説明する。

なお、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充填剤を設けた溝部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、第１の材料はシリコン、第２の材料は靭性を向上させたエポキシ樹脂の例で説明する。

［第１の製造方法の説明：図４、図５、図３］
図４（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。

次に、図４（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の溝部７ａ〜７ｄを形成するために、この溝部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。

そして、処理時間を管理しながら混合ガス（ＳＦ_６＋Ｃ_４Ｆ_８）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、所定の幅と深さの溝部７ａ〜７ｄが形成される。

その後に、マスク８のみを除去することで、図４（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。

次に、図５（ａ）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。

その後に、混合ガス（ＳＦ_６＋Ｃ_４Ｆ_８）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、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。

その後に、マスク９のみを除去することで、図５（ｂ）に示すようにひげぜんまい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。

次に、溝部７ａ〜７ｄに充填剤６ａ〜６ｄを充填する方法について説明する。
初めにひげぜんまい１をＸ方向やＹ方向に可動できる可動台に置くなどする。その後に、図５（ｃ）に示すように、充填剤６ａ〜６ｄとなる、例えば液状の樹脂６が満たされたディスペンサー１０を用いて、可動台を所定の方向に可動させるなどして溝部７ａ〜７ｄに適量の樹脂６を順次充填する。

ディペンサー１０がＸ方向やＹ方向に可動できる機構を有する場合は、ひげぜんまい１を稼働しない基台等に乗せて樹脂を充填させることもできる。

その後、図５（ｄ）に示すように、樹脂６を硬化させて、欲する粘靱性の充填剤６ａ〜６ｄを形成する。樹脂６の硬化にあっては、用いる樹脂６によりその手法が異なるが、例えば、熱硬化型の樹脂６を用いる場合は、規定の温度と熱印加時間とにより熱硬化させればよく、紫外線硬化型の樹脂６を用いる場合は、規定の波長の紫外線と照射時間とにより硬化させればよい。

以上説明した第１の製造方法は、ぜんまい部２のぜんまい腕を基板２００から切り出した後、つまり基板２００よりひげぜんまい１をエッチングにより独立させた後に樹脂６を充填する手法である。
この第１の製造方法によれば、ぜんまい部の溝部に所望の量だけ充填剤を充填できるというメリットがある。したがって、この製造方法を用いれば、図３（ａ）〜図３（ｅ）に示すような形状に充填剤を設けることも簡単にできる。なお、図３（ｄ）、図３（ｅ）に示す形状にあっては、ぜんまい部の表面に充填剤を形成し硬化させた後に、充填剤の頭頂部を平坦に削るなどすればよい。

また、この第１の製造方法によれば、樹脂の充填をひげぜんまいと非接触で行えるから、充填作業にかかる製造工程中に、ひげぜんまいの表面が他の物体と接触することにより生じる表面の汚染が発生しないという利点もある。

［第２の製造方法の説明：図５、図６］
次に、第２の製造方法を説明する。この製造方法は、複数の溝部に同時に充填剤を充填
するものである。複数の溝部に同量の充填剤を充填できるというメリットもある。生産性を向上したい場合に適している製造方法である。なお、基板２００に溝部７ａ〜７ｄを設けるまでの製造方法は、図４を用いてすでに説明した例と同様であるから、その説明は省略する。

この製造方法は、溝部に毛細管現象を用いて充填剤を充填させる点が特徴的部分である。
図６（ａ）に示すように、溝部７ａ〜７ｄを形成した基板２００を、図４（ｃ）に示す向きと上下を反転させた状態で樹脂６を浸み込ませた布製のシート１１の上に載置する。すると、樹脂６は毛細管現象によって溝部７ａ〜７ｄに充填される。

その後、基板２００をシート１１より剥がし、樹脂６を前述のような手法で硬化処置を施す。これにより溝部７ａ〜７ｄには充填剤６ａ〜６ｄが充填されるが、後にぜんまい腕２０ａ〜２０ｄの一平面２ａとなる部分にも樹脂が付着している場合がある。その付着した樹脂を除去する必要があるときは、図６（ｂ）に示すように、基板２００の表面を研磨手段１３で研磨する。

研磨手段１３は、所定の表面粗さを有する所定形状の鑢などを用いることができる。また、基板２００の表面の研磨にあっては、研磨手段１３による研磨に限定はしない。例えば、公知のＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：化学機械研磨）法を用いてもよい。

次に、図６（ｃ）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１４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１４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１４は、例えば、シリコン酸化膜であり、基板２００の表面より２μｍの膜厚となるように形成する。

その後に、混合ガス（ＳＦ_６＋Ｃ_４Ｆ_８）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、基板２００からぜんまい腕２０ａ〜２０ｄを離断する。その後に、マスク１４を例えば、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除去する。

以上の製造工程によって、図５（ｄ）と同等の、ぜんまい腕に設けた溝部に充填剤が充填された構成を得ることができる。

この第２の製造方法によれば、マスク１４の除去に際してひげぜんまいの表面が洗浄されるという利点もあり、万が一、それまでの製造工程でひげぜんまいの表面が汚染されていたとしても、何ら問題はない。

［第３の製造方法の説明：図５、図７］
次に、第３の製造方法を説明する。この製造方法は、第２の製造方法と同様に、複数の溝部に同時に同量の充填剤を充填できるというメリットがある。なお、基板２００に溝部７ａ〜７ｄを設けるまでの製造方法は、図４を用いてすでに説明した例と同様であるから、その説明は省略する。

この製造方法は、樹脂６を入れた槽に基板２００を浸漬させることで充填剤を充填させる点が特徴的部分である。
図７（ａ）に示すように、溝部７ａ〜７ｄを形成した基板２００を、樹脂６を入れた図
示しない槽に浸漬させ、取り出す。そうすると、樹脂６が基板２００の表面全体に付着する。もちろん、溝部７ａ〜７ｄにも充填される。

図７（ａ）に示す例では、基板２００の全面に一様に樹脂６が付着しているように記載しているが、重要なことは樹脂６を溝部７ａ〜７ｄに充填するということであるから、他の部分に樹脂６が均一に付着していなくても構わない。

ところで、樹脂６が入った図示しない槽から基板２００を取り出すとき、図７に示すような図中の上下方向に引き上げれば、基板２００の側面は垂直面となるから、その面に付着する樹脂６を少なく（薄く）することもできる。

その後、樹脂６を前述のような手法で硬化処置を施す。これにより溝部７ａ〜７ｄには充填剤６ａ〜６ｄが形成される。なお、ぜんまい腕２０ａ〜２０ｄの表面及び裏面に（基板２００の側面にも）付着している樹脂６もまた硬化される。

その後、基板２００に付着した余剰な樹脂を除去する。例えば、図７（ｂ）に示すように、基板２００の表面を研磨手段１３で研磨する。図７（ｂ）に示す例は、２つの研磨手段１３を用いて研磨する手法を図示しているが、１つの研磨手段１３を用いてもよいことは無論である。また、ＣＭＰ法を用いて、表面と裏面とのそれぞれを研磨してもよい。

次に、図７（ｃ）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１４を知られているフォトリソグラフィ技術で形成する。その後、混合ガスを用いて、基板２００を深堀りＲＩＥ技術でドライエッチングする。
このときのマスク１４は、シリコン酸化膜で、基板２００の表面より２μｍの膜厚となるように形成する。深堀りＲＩＥ技術に用いるガスも、混合ガス（ＳＦ_６＋Ｃ_４Ｆ_８）を用いる。

深堀りＲＩＥ技術によるドライエッチングにより、基板２００よりひげぜんまい１は切り離されるので、図７（ｃ）に示すように基板２００の側面に樹脂６が硬化した状態で存在していても、何ら問題はない。

また、この製造方法によれば、ひげ玉３の貫通孔３ａの内部にも樹脂６が入り込むが、回転軸体であるてん真の径は溝部よりも大きいため貫通孔３ａの径も大きく、その内部がすべて樹脂６で埋められることはないため、多少の樹脂６が貫通孔３ａの内壁に残っていても、問題はない。

貫通孔３ａの内壁に残る樹脂６を少なくすることもできる。例えば、上述のごとく樹脂６が入った槽からの基板２００の引き上げる際の向きを工夫し、貫通孔３ａの内壁が垂直面となるように引き上げれば、貫通孔３ａの内壁に付着する樹脂６を少なくすることができる。そのような薄く残った樹脂６は、てん真を貫通孔３ａに挿入する際に剥がれ落ちる。

また、貫通孔３ａの内壁に意図的に樹脂６を残留させてもよい。例えば、粘度の高い樹脂を用いる。そうすれば、てん真とひげ玉３との間に樹脂６が介在することになる。その樹脂が粘靱性が高ければ、クッション材とすることができる。ひげ玉３にてん真を挿入するときに粘靱性の高い樹脂６が力を緩和し、ひげ玉３の破壊を防止することもできる。

もちろん、貫通孔３ａの内壁に樹脂６を付着させないようにすることもできる。例えば、樹脂６を紫外線硬化型の樹脂とし、硬化の際に貫通孔３ａの部分のみを遮光すれば硬化
が起こらず、樹脂６を簡単に除去できる。

以上の製造工程によって、図５（ｄ）と同等の、ぜんまい腕に設けた溝部に充填剤が充填された構成を得ることができる。

この第３の製造方法も、マスク１４の除去に際してひげぜんまいの表面が洗浄されるという利点がある。

［第４の製造方法の説明：図８］
次に、第４の製造方法を説明する。この製造方法は、第２及び第３の製造方法と同様に、複数の溝部に同時に同量の充填剤を充填できるというメリットがある。なお、基板２００に溝部７ａ〜７ｄを設け、基板２００の全面に樹脂６を形成するまでの製造方法は、図４及び図７（ａ）を用いてすでに説明した例と同様であるから、その説明は省略する。

この製造方法は、フォトレジストをマスクにして深堀りＲＩＥ技術を行う点が特徴的部分である。
図８（ａ）に示すように、すでに説明した製造方法を用いて、溝部７ａ〜７ｄを形成した基板２００の全面に樹脂６を形成する。このとき、後の製造工程によりひげぜんまい１の一平面２ａとなる面２ａ´の上部の樹脂６の膜厚が「ｔ」となるようにする。「ｔ」は、例えば１μｍである。その後、樹脂６を前述のような手法で硬化処置を施す。

次に、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）を覆うようにフォトレジストマスク１６を知られているフォトリソグラフィ技術で形成する。このとき、その膜厚が「２ｔ」となるようにする。つまり、樹脂６の膜厚「ｔ」の２倍である。例えば、２μｍである。フォトレジストマスク１６は、半導体装置を製造する際に用いる公知のフォトレジストを用いることができる。

次に、図８（ｂ）に示すように、フォトレジストマスク１６をマスクにして、混合ガス（Ｏ_２＋ＣＦ_４）を用いて、基板２００の表面（一平面２ａ´のある面）の樹脂６のみ除去する。

この混合ガスによる樹脂６のエッチングにより、フォトレジストマスク１６の表面もエッチングされ、膜減りを起こす。図８（ｂ）においては膜減りしたフォトレジストマスクは１６ａという番号を付与している。そして、そのとき残った膜厚は「ｔ」であり、樹脂６と同じ膜厚であり、例えば、１μｍである。

後述する製造工程により、基板２００よりひげぜんまい１を深堀りＲＩＥ技術により切り離すのであるが、その際に、基板２００の裏面に樹脂６が存在するとこの樹脂６がエッチングされず、正常に切り離しができない。そこで図８（ｃ）に示すように、基板２００の裏面を研磨手段１３で研磨して樹脂６を除去する。この基板２００の裏面の樹脂の除去は、ＣＭＰ技術を用いてもよい。

次に、樹脂６（充填剤６ａ〜６ｄ）とフォトレジストマスク１６ａとをマスクとして、深堀りＲＩＥ技術で基板２００をドライエッチングする。深堀りＲＩＥ技術に用いるガスは、すでに説明したものと同じ混合ガス（ＳＦ_６＋Ｃ_４Ｆ_８）を用いる。

深堀りＲＩＥ技術によるドライエッチングにより、フォトレジストマスク１６ａは無くなり、基板２００よりひげぜんまい１は切り離されるので、図８（ｄ）に示すような形状になる。この形状は、図３（ｄ）に示す形状と同じである。

その後、図１に示すような溝部のみに充填剤が埋め込まれた形状にするには、公知のドライエッチング技術を用いてひげぜんまい１の表面（一平面２ａ）をドライエッチングすればよい。その際は、Ｏ_２（酸素）プラズマを用いた異方性のドライエッチングを用いれば、ひげぜんまい１の一平面２ａにある充填剤を図中上下方向に垂直に除去するため、溝部のみ充填剤を残すことができる。

以上説明した第４の製造方法は、基板２００に対して深堀りＲＩＥ技術によるドライエッチングでのひげぜんまい１の切り離しに際して、そのエッチングガスである混合ガス（ＳＦ_６＋Ｃ_４Ｆ_８）に対して、樹脂系のフォトレジストであるフォトレジストマスク１６及び樹脂６が耐性を保つような膜厚「ｔ」を有するようにする点が重要である。

つまり、シリコンを主成分とする基板２００の深堀りＲＩＥ技術によるドライエッチングに対して選択性の高い樹脂系の膜をマスクとして用い、そのマスクの膜厚「ｔ」を、シリコンを主成分とする基板２００が貫通エッチングされるまで耐える膜厚とすることが重要である。

このようなことから、基板２００の厚さや使用する混合ガスの種類によって、この膜厚「ｔ」は自由に選択することができる。

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時計のひげぜんまいに好適である。

１ ひげぜんまい
２、１２、２２ ぜんまい部
２ａ 一平面
２ｂ 平面
３ ひげ玉
３ａ 貫通孔
３ｂ 接続部
４ ひげ持
６ 樹脂
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 充填剤
７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ 溝部
８、９、１４ マスク
１０ ディスペンサー
１１ シート
１３ 研磨手段
１６ フォトレジストマスク
２００ シリコンの基板

Claims (7)

1. 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、を有し、第１の材料を主成分とするひげぜんまいであって、
   前記ぜんまい部の一平面に溝部を有し、
   前記溝部に、前記第１の材料よりも粘靭性の高い第２の材料を主成分とする充填剤を設ける
   ことを特徴とするひげぜんまい。
2. 前記第１の材料は、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。
3. 前記第２の材料は、樹脂である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のひげぜんまい。
4. 前記充填剤は、前記ぜんまい部の前記一平面よりも突出している
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載のひげぜんまい。
5. 前記溝部は、少なくとも２つ設け、
   互いの前記充填剤の量を異ならせる
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載のひげぜんまい。
6. 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５のいずれか１つに記載のひげぜんまい。
7. 第１の材料を主成分とするひげぜんまいのぜんまい部の一平面に溝部を有し、前記溝部に、前記第１の材料よりも粘靱性の高い第２の材料を主成分とする充填剤を設けるひげぜんまいの製造方法であり、
   前記第１の材料を主成分とする基板の所定の部分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、
   前記溝部に前記第２の材料の充填剤を形成する工程と、
   を有することを特徴とするひげぜんまいの製造方法。
   

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