JPH06117470A - Spiral spring and electric indicating instrument - Google Patents
Spiral spring and electric indicating instrumentInfo
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- JPH06117470A JPH06117470A JP26836892A JP26836892A JPH06117470A JP H06117470 A JPH06117470 A JP H06117470A JP 26836892 A JP26836892 A JP 26836892A JP 26836892 A JP26836892 A JP 26836892A JP H06117470 A JPH06117470 A JP H06117470A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、一定なバネ定数が得ら
れる渦巻きバネと、この渦巻きバネを指針の制動用に用
いた指示電気計器に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a spiral spring capable of obtaining a constant spring constant, and an indicating electric meter using the spiral spring for braking a pointer.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図６は、指示電気計器（所謂メータ）の
一般的な構成例を示す図であり、可動鉄片形計器の例を
示している。同図において、１は固定コイルであり、円
筒形のボビン２に巻付けられている。該固定コイル１の
外周は磁気遮蔽部材３で磁気遮蔽されている。ボビン２
の内周には円筒形に固定鉄片４が設けられている。５は
回転軸であり、固定鉄片４で形成される円筒部分の中心
に位置するように配置され、両端が図示しない軸受で回
転可能に支持される。該回転軸５の固定鉄片４と対向す
る部分には可動鉄片６が所定の間隙を保つようにして取
付けられ、固定鉄片４から突き出した部分には指針７が
固定されている。該指針７の固定位置よりも端部側には
制動用バネとして機能する渦巻きバネ８の一端が固着さ
れている。該渦巻きバネ８の他端は、図示しないケース
に固着されている。2. Description of the Related Art FIG. 6 is a diagram showing an example of a general structure of an indicating electric meter (so-called meter), showing an example of a movable iron piece type meter. In the figure, 1 is a fixed coil, which is wound around a cylindrical bobbin 2. The outer circumference of the fixed coil 1 is magnetically shielded by a magnetic shield member 3. Bobbin 2
A fixed iron piece 4 is provided in a cylindrical shape on the inner circumference of the. Reference numeral 5 denotes a rotating shaft, which is arranged so as to be located at the center of a cylindrical portion formed by the fixed iron piece 4, and both ends thereof are rotatably supported by bearings (not shown). A movable iron piece 6 is attached to a portion of the rotating shaft 5 facing the fixed iron piece 4 with a predetermined gap therebetween, and a pointer 7 is fixed to a portion protruding from the fixed iron piece 4. One end of a spiral spring 8 that functions as a braking spring is fixed to the end side of the fixed position of the pointer 7. The other end of the spiral spring 8 is fixed to a case (not shown).
【０００３】このような構成において、指針７の回転角
度は、固定コイル１に流す電流の磁気エネルギーによっ
て発生する駆動トルクと、渦巻きバネ８による制動トル
クとのバランスにより決定される。従って、同一仕様の
メータが複数個ある場合、各メータの渦巻きバネ８によ
る制動トルクにバラツキがあると、各メータの固定コイ
ル１に流す電流を等しくしても各メータの指針７の回転
角度（フレ角度）は異なり、指示誤差が生じることにな
る。In such a structure, the rotation angle of the pointer 7 is determined by the balance between the driving torque generated by the magnetic energy of the current flowing through the fixed coil 1 and the braking torque by the spiral spring 8. Therefore, when there are a plurality of meters having the same specifications, if the braking torque due to the spiral spring 8 of each meter varies, the rotation angle of the pointer 7 of each meter ( The deflection angle) is different, and a pointing error will occur.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】ところで、渦巻きバネ
８の制動トルクは渦巻きバネ８のバネ定数によって決ま
るものであり、バネ定数ｋは、 ｋ＝Ｅｂｔ3 ／１２Ｌ で表される。ここで、Ｅは材料のヤング率である。ヤン
グ率は、材料の混合条件、圧延条件、熱処理条件等で大
きく左右される。また、ヤング率を高精度で測定する方
法はなく、現状ではヤング率が一定の材料を入手するこ
とは、極めて困難である。上式のようにヤング率Ｅが異
なるとバネ定数ｋの値も違ってくる。従って、渦巻きバ
ネ８の寸法をいくら精密に加工しても、ヤング率が異な
ると、所望のバネ定数を実現することはできなくなる。By the way, the braking torque of the spiral spring 8 is determined by the spring constant of the spiral spring 8, and the spring constant k is represented by k = Ebt 3 / 12L. Here, E is the Young's modulus of the material. The Young's modulus greatly depends on the material mixing conditions, rolling conditions, heat treatment conditions, and the like. Further, there is no method for measuring the Young's modulus with high accuracy, and it is extremely difficult to obtain a material having a constant Young's modulus at present. If the Young's modulus E is different as in the above equation, the value of the spring constant k is also different. Therefore, no matter how precise the dimensions of the spiral spring 8 are machined, if the Young's modulus is different, the desired spring constant cannot be realized.
【０００５】従来から、渦巻きバネ８の材料としてリン
青銅、銀銅等の合金が用いられているが、現状の渦巻き
バネ８のバネ定数には、５％程度のバラツキがあり、こ
れがメータの測定精度向上の障害になっている。Conventionally, alloys such as phosphor bronze and silver copper have been used as the material of the spiral spring 8, but the current spring constant of the spiral spring 8 has a variation of about 5%, which is measured by a meter. It is an obstacle to accuracy improvement.
【０００６】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであり、その第１の目的は、バネ定数の
バラツキのない渦巻きバネを提供することであり、第２
の目的は、制動手段として用いる渦巻きバネのバネ定数
のバラツキを改善して高精度の指示電気計器を提供する
ことにある。The present invention has been made in view of such conventional problems, and a first object thereof is to provide a spiral spring having no variation in spring constant, and a second one.
The purpose of is to provide a highly accurate indicating electric meter by improving the variation of the spring constant of the spiral spring used as the braking means.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、単結
晶材料の特定の結晶面に対して平行な２つの面で切り出
された平板から露光手段あるいは電子ビーム描画手段を
用いて渦巻き状に切り出されたことを特徴とする渦巻き
バネである。According to a first aspect of the present invention, a spiral shape is formed by using an exposing means or an electron beam drawing means from a flat plate cut out by two planes parallel to a specific crystal plane of a single crystal material. A spiral spring characterized by being cut into pieces.
【０００８】請求項２の発明は、回転軸に取付けられた
指針の回転を制動する手段として、単結晶材料の特定の
結晶面に対して平行な２つの面で切り出された平板から
露光手段あるいは電子ビーム描画手段を用いて渦巻き状
に切り出された渦巻きバネを用いたことを特徴とする指
示電気計器である。According to a second aspect of the present invention, as a means for braking the rotation of the pointer attached to the rotary shaft, the exposure means or the flat plate cut out by two planes parallel to a specific crystal plane of the single crystal material is used. It is a pointing electric instrument characterized by using a spiral spring cut out in a spiral shape by using an electron beam drawing means.
【０００９】[0009]
【作用】第１の発明の渦巻きバネは、特定の結晶面に対
して平行な２つの面で切り出された単結晶材料を用いて
いるので、この渦巻きバネを構成する材料の原子配列の
構造は一定である。従って、常に一定のヤング率を得る
ことができる。また、この平板から渦巻き状に切り出す
に当たり、露光手段あるいは電子ビーム描画手段を用い
ているので、形状的に極めて精密に渦巻きバネを製作で
きる。従って、バネの長さＬも正確に作り出すことがで
き、バラツキの少ないバネ定数の渦巻きバネを実現でき
る。Since the spiral spring of the first invention uses a single crystal material cut out by two planes parallel to a specific crystal plane, the structure of the atomic arrangement of the material constituting this spiral spring is It is constant. Therefore, a constant Young's modulus can always be obtained. Further, since the exposing means or the electron beam drawing means is used for cutting the flat plate into a spiral shape, the spiral spring can be manufactured extremely precisely in terms of shape. Therefore, the length L of the spring can be accurately created, and a spiral spring having a spring constant with little variation can be realized.
【００１０】第２の発明の指示電気計器は、使用する渦
巻きバネのバネ定数にバラツキがないので、常に一定な
制動トルクを得ることができる。即ち、高精度な指示電
気計器を実現できる。In the indicating electric meter of the second invention, since the spring constant of the spiral spring used does not vary, it is possible to always obtain a constant braking torque. That is, a highly accurate indicating electric meter can be realized.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。まず、図４と図５を参照して単結晶材料の結晶方
向と、ヤング率の関係を説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. First, the relationship between the crystallographic direction of the single crystal material and the Young's modulus will be described with reference to FIGS. 4 and 5.
【００１２】図４（１）は、シリコン結晶の単位格子を
直交座標ｘ，ｙ，ｚにとった場合の１１０結晶面（斜線
部）を示す図である。図４（２）は、この１１０結晶面
でのシリコン原子の配列を黒丸で示した図である。FIG. 4 (1) is a view showing a 110 crystal plane (hatched portion) when the unit cell of the silicon crystal is taken as the orthogonal coordinates x, y, z. FIG. 4B is a diagram in which the arrangement of silicon atoms on the 110 crystal plane is shown by black circles.
【００１３】図５（１）は、シリコン結晶の単位格子を
直交座標ｘ，ｙ，ｚにとった場合の１１１結晶面（斜線
部）を示す図である。図５（２）は、この１１１結晶面
でのシリコン原子の配列を黒丸で示した図である。FIG. 5 (1) is a view showing a 111 crystal plane (hatched portion) when the unit cell of the silicon crystal is taken as the Cartesian coordinates x, y, z. FIG. 5B is a diagram in which the arrangement of silicon atoms on the 111 crystal plane is shown by black circles.
【００１４】このように、或る特定の結晶面（例えば、
１１０結晶面）に対して平行な２つの面で切り出された
単結晶の平板では、常に原子の配列は、同じである。従
って、原子配列の構造が一定であるので、このような平
板から作り出されたバネのヤング率も一定である。Thus, a certain crystal plane (for example,
In a single crystal flat plate cut out in two planes parallel to the (110 crystal plane), the arrangement of atoms is always the same. Therefore, since the structure of the atomic arrangement is constant, the Young's modulus of the spring created from such a flat plate is also constant.
【００１５】次に、図１を参照して、本発明に係る渦巻
きバネの製造工程を説明する。本発明に係る渦巻きバネ
は図１の（１）から（７）の工程を経て得られるので、
以下この工程を説明する。Next, the manufacturing process of the spiral spring according to the present invention will be described with reference to FIG. Since the spiral spring according to the present invention is obtained through the steps (1) to (7) of FIG. 1,
This step will be described below.
【００１６】図１（１）の工程では、上述したように単
結晶シリコンを一定の厚さで、特定の結晶方位に合わせ
て切り出し、シリコンウェハー１０を得る。例えば、こ
のシリコンウェハーは、厚さは、数１０μｍ〜１００μ
ｍであり、結晶方位は、例えば、１１０結晶面に合わせ
て切り出されたものである。In the step shown in FIG. 1A, as described above, the single crystal silicon is cut out with a constant thickness according to a specific crystal orientation to obtain a silicon wafer 10. For example, this silicon wafer has a thickness of several 10 μm to 100 μm.
m, and the crystal orientation is, for example, cut out in accordance with the 110 crystal plane.
【００１７】図１（２）の工程では、図１（１）の工程
で得たシリコンウェハー１０の表面にフォトレジスト１
１を塗布する。次に図１（３）の工程において、フォト
レジスト１１の表面に渦巻きバネのパターンのフォトマ
スク１２を塗布する。In the step of FIG. 1B, the photoresist 1 is formed on the surface of the silicon wafer 10 obtained in the step of FIG.
Apply 1. Next, in the step of FIG. 1C, a photomask 12 having a spiral spring pattern is applied to the surface of the photoresist 11.
【００１８】次に図１（４）の工程において、光やＸ線
等で露光し、フォトレジスト１１を感光させる。次に図
１（５）の工程において、感光した部分のフォトレジス
ト１１を現像して除去する。Next, in the step of FIG. 1 (4), the photoresist 11 is exposed to light or X-rays. Next, in the step of FIG. 1 (5), the photoresist 11 in the exposed portion is developed and removed.
【００１９】次に図１（６）の工程において、フォトレ
ジスト１１が除去された部分のシリコンをエッチングで
除去し、シリコンウェハー１０から渦巻きバネを切り出
す。最後の図１（７）の工程において、残っているフォ
トフォトレジスト１１を剥離除去する。これにより、渦
巻きバネが完成する。Next, in the step of FIG. 1 (6), the silicon in the portion where the photoresist 11 is removed is removed by etching, and the spiral spring is cut out from the silicon wafer 10. In the final step of FIG. 1 (7), the remaining photoresist 11 is peeled and removed. This completes the spiral spring.
【００２０】なお、上述では光やＸ線を用いて不要な部
分を露光する例で説明したが、必要な部分を露光し、こ
の露光した部分を残すようにしてもよい。つまり、本発
明では、光やＸ線で不要な領域（後で除去する領域）
と、必要な部分（渦巻きバネとして残す領域）を区分け
している。光やＸ線を用いて不要な部分（または必要な
部分）を露光する手段（このような装置は公知であるゆ
え図示せず）を本明細書では、露光手段と呼ぶ。In the above description, an example in which an unnecessary portion is exposed by using light or X-rays has been described, but a necessary portion may be exposed and the exposed portion may be left. That is, in the present invention, an unnecessary area (area to be removed later) by light or X-rays
And, the necessary part (the area to be left as a spiral spring) is divided. A means for exposing an unnecessary portion (or a required portion) using light or X-ray (not shown because such an apparatus is known) is referred to as an exposing means in the present specification.
【００２１】なお、図１（３）及び（４）の工程でフォ
トマスク１２を使用せず、電子ビーム描画装置を用い、
電子ビームで渦巻きバネのパターンを直接描画してもよ
い。このようにして製造される渦巻きバネは、単結晶の
シリコンウェハー１０から結晶方位を合わせて切り出さ
れているので、ヤング率は一定になる。即ち、単結晶シ
リコンの１１０の結晶方位のヤング率は、１．３６×１
０4 Kg／mm2 になり、１１１の結晶方位のヤング率は、
１．８×１０4 Kg／mm2 になる。りん青銅のヤング率
は、１．２×１０4 Kg／mm2 であり、シリコンを用いて
も金属と同等の性能が得られる。It should be noted that the photomask 12 is not used in the steps of FIGS.
The spiral spring pattern may be directly drawn with an electron beam. Since the spiral spring manufactured in this manner is cut out from the single crystal silicon wafer 10 with the crystal orientations aligned, the Young's modulus becomes constant. That is, the Young's modulus of 110 crystal orientation of single crystal silicon is 1.36 × 1.
The Young's modulus of the crystal orientation of 111 becomes 0 4 Kg / mm 2 .
It becomes 1.8 × 10 4 Kg / mm 2 . The Young's modulus of phosphor bronze is 1.2 × 10 4 Kg / mm 2 , and even if silicon is used, the same performance as metal can be obtained.
【００２２】なお、単結晶材料は、シリコンに限るもの
ではなく、他の単結晶材料であってもよい。次に図２と
図３を参照して、図１で説明した渦巻きバネを用いた、
指示電気計器を説明する。The single crystal material is not limited to silicon and may be another single crystal material. Next, referring to FIGS. 2 and 3, using the spiral spring described in FIG.
The indicating electric meter will be described.
【００２３】図３は、図１のような製造工程を経て製作
された指示電気計器用の渦巻きバネの平面図である。こ
の図３の渦巻きバネ１０は、巻き始めと巻き終わりに係
止部（ａ）、（ｂ）が設けられている。本発明の渦巻き
バネは、単結晶材料の平板から切り出して作り出すた
め、２つの係止部（図３ではピン穴）を含めて同一平面
上に形成される構造である。このような形状の渦巻きバ
ネ１０のバネの長さＬは、露光手段や電子ビーム描画手
段を用いて作り出し、且つバネ本体と、係止部（ａ）、
（ｂ）が一体的に形成されるので、そのバネ部の長さＬ
は、極めて正確に作り出すことができる。FIG. 3 is a plan view of a spiral spring for an indicating electric meter manufactured through the manufacturing process as shown in FIG. The spiral spring 10 of FIG. 3 is provided with locking portions (a) and (b) at the start and end of winding. Since the spiral spring of the present invention is produced by cutting out from a flat plate of a single crystal material, it has a structure including two locking portions (pin holes in FIG. 3) formed on the same plane. The length L of the spring of the spiral spring 10 having such a shape is created by using the exposing means and the electron beam drawing means, and the spring body, the locking portion (a),
Since (b) is integrally formed, the length L of the spring part is
Can be created very accurately.
【００２４】このような図３の渦巻きバネ１０は、図２
の如く、指示電気計器に組み込まれる。即ち、渦巻きバ
ネ１０の一方の係止部（ａ）は、位置が固定された取付
部材９の一端に固着される。また、他方の係止部（ｂ）
は、指針の一端に固着される。図３の指示電気計器にお
ける上記渦巻きバネ１０及びその係止構造を除いた構成
は図６と全く同一であり、その説明は省略する。Such a spiral spring 10 of FIG. 3 is shown in FIG.
As described above, it is incorporated into the indicating electric meter. That is, one locking portion (a) of the spiral spring 10 is fixed to one end of the mounting member 9 whose position is fixed. Also, the other locking portion (b)
Is fixed to one end of the pointer. The structure of the indicating electric meter of FIG. 3 excluding the spiral spring 10 and the locking structure thereof is exactly the same as that of FIG. 6, and the description thereof will be omitted.
【００２５】[0025]
【発明の効果】従来の渦巻きバネは、その構成材料とし
て合金（例えばりん青銅）を用いていたので、そのヤン
グ率は、材料の混合条件、圧延条件、熱処理条件等で大
きく左右されていた。Since a conventional spiral spring uses an alloy (for example, phosphor bronze) as its constituent material, its Young's modulus is largely influenced by the material mixing conditions, rolling conditions, heat treatment conditions and the like.
【００２６】一方、第１の発明では、合金ではなく、単
結晶材料を用いている。しかも、特定の結晶面に対して
平行な２つの面で切り出された単結晶材料を用いている
ので、この渦巻きバネを構成する材料の原子配列の構造
は一定である。従って、常に一定のヤング率を得ること
ができる。また、この平板から渦巻き状に切り出すに当
たり、露光手段あるいは電子ビーム描画手段を用いてい
るので、形状的に極めて精密に渦巻きバネを製作でき
る。従って、バネの長さＬも正確に作り出すことがで
き、バラツキの少ないバネ定数の渦巻きバネを実現でき
る。On the other hand, in the first invention, a single crystal material is used instead of an alloy. Moreover, since the single crystal material cut out by the two planes parallel to the specific crystal plane is used, the atomic arrangement structure of the material forming the spiral spring is constant. Therefore, a constant Young's modulus can always be obtained. Further, since the exposing means or the electron beam drawing means is used for cutting the flat plate into a spiral shape, the spiral spring can be manufactured extremely precisely in terms of shape. Therefore, the length L of the spring can be accurately created, and a spiral spring having a spring constant with little variation can be realized.
【００２７】第２の発明によれば、使用する渦巻きバネ
のバネ定数にバラツキがないので、常に一定な制動トル
クを得ることができる。即ち、高精度な指示電気計器を
実現できる。According to the second invention, since there is no variation in the spring constant of the spiral spring used, it is possible to always obtain a constant braking torque. That is, a highly accurate indicating electric meter can be realized.
【図１】本発明に係る渦巻きバネの製造工程を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a manufacturing process of a spiral spring according to the present invention.
【図２】本発明に係る指示電気計器の構成例を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing a configuration example of an indicating electric meter according to the present invention.
【図３】本発明に係る渦巻きバネの具体的構成例を示す
図である。FIG. 3 is a diagram showing a specific configuration example of a spiral spring according to the present invention.
【図４】単結晶材料の結晶方向とヤング率の関係を説明
する図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between a crystal direction of a single crystal material and Young's modulus.
【図５】単結晶材料の結晶方向とヤング率の関係を説明
する図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a relationship between a crystal direction of a single crystal material and Young's modulus.
【図６】従来の指示電気計器の構成例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a conventional indicating electric meter.
１ 固定コイル ２ ボビン ３ 遮蔽部材 ４ 固定鉄片 ５ 回転軸 ７ 指針 ９ 取付部材 １０ 渦巻きバネ ａ，ｂ 係止部 1 fixed coil 2 bobbin 3 shield member 4 fixed iron piece 5 rotating shaft 7 pointer 9 mounting member 10 spiral spring a, b locking part
Claims (2)
な２つの面で切り出された平板から露光手段あるいは電
子ビーム描画手段を用いて渦巻き状に切り出された渦巻
きバネ。1. A spiral spring which is spirally cut out from a flat plate cut out from two planes parallel to a specific crystal plane of a single crystal material by using an exposing means or an electron beam drawing means.
御する手段として、単結晶材料の特定の結晶面に対して
平行な２つの面で切り出された平板から露光手段あるい
は電子ビーム描画手段を用いて渦巻き状に切り出された
渦巻きバネを用いたことを特徴とする指示電気計器。2. An exposure means or an electron beam drawing means from a flat plate cut out from two planes parallel to a specific crystal plane of a single crystal material as means for controlling the rotation of a pointer attached to a rotary shaft. An indicating electric meter characterized in that a spiral spring cut out in a spiral shape is used.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26836892A JPH06117470A (en) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | Spiral spring and electric indicating instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26836892A JPH06117470A (en) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | Spiral spring and electric indicating instrument |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06117470A true JPH06117470A (en) | 1994-04-26 |
Family
ID=17457540
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26836892A Pending JPH06117470A (en) | 1992-10-07 | 1992-10-07 | Spiral spring and electric indicating instrument |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06117470A (en) |
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