JP2020095027A - ヒゲゼンマイおよびヒゲゼンマイの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】外巻きとヒゲ棒との間の接触領域における耐摩耗性を改善させ、また、湿度に耐性があると同時に帯電防止特性も有しているようなヒゲゼンマイを提供する。【解決手段】一定の慣性を有する計時器のテンプに取り付けるように意図したヒゲゼンマイ１であって、ヒゲゼンマイ１は、上面１０ａを下面１０ｂに接続する側面１０ｃを有するコア１０の形態であり、前記ヒゲゼンマイ１は、外巻きの一部分で一方の前記側面１０ｃに、１つ以上の層で形成されたコーティングを含み、前記コーティングは、−第１の導電層１２がセラミック製の第２の外側層１３でコーティングされている２つの層、または−導電性セラミック製のいわゆる「複合」層１３を含むことを特徴とする。【選択図】図１Ｂ
Description
本発明は、機械式腕時計の調節部材に取り付けるように意図したヒゲゼンマイに関する。本発明は、前記ヒゲゼンマイの製造方法にも関する。
酸化シリコン層を含む温度補償したシリコンヒゲゼンマイにコーティングを堆積させる方法を開示している文献がいくつかある。このコーティングの第１の目的は、静電荷を放出するため、かつ巻きが互いに付着する、あるいは受け、棒材および地板などのムーブメントの要素に付着するのを避けるために、ヒゲゼンマイに導電性層を備えることである。このコーティングの第２の目的は、有害な水分の作用からヒゲゼンマイを保護することである。これらの目的を達成するため、欧州特許第１８３７７２１号（特許文献１）は、シリコンコアおよび厚い二酸化シリコン層を含むヒゲゼンマイを開示しており、この二酸化シリコン層の上に厚みが５０ｎｍ未満の金属が堆積される。
これらの方法は、慣性を調整できるテンプが備わっているムーブメントで使用するヒゲゼンマイの製造にうまく適用されている。有効長さが一定のヒゲゼンマイは、一般にはヒゲ持ちに接着され、ヒゲゼンマイの表面のコーティングは、いかなる接触および／または摩擦にもさらされない。シリコンヒゲゼンマイが一般的になり、環状テンプに慣性の調整機能がないより簡易なムーブメントに対して使用が広まっている。ヒゲゼンマイをテンプと結合させ、その後、緩急針組立体を介してヒゲゼンマイの有効長さを調整することによって振動子の周波数を調整する。ヒゲゼンマイは、一般に２つのヒゲ棒の間を案内され、テンプが振動するたびに一方のヒゲ棒と当接した後にもう一方のヒゲ棒に当接する。ヒゲゼンマイの表面とヒゲ棒との接触および動きは、導電性かつ耐湿性の層を早期摩耗させるおそれがある。
前述の欠点を克服するため、本発明の目的は、外巻きとヒゲ棒との間の接触領域における耐摩耗性を改善させたヒゲゼンマイを提供することである。
湿度に耐性があると同時に帯電防止特性も有しているこのようなヒゲゼンマイを提供することも本発明の目的である。
この目的のため、本発明は、一定の慣性を有する計時器のテンプに取り付けるように意図したヒゲゼンマイであって、ヒゲゼンマイは、上面を下面に接続する側面を有するコアの形態であり、前記ヒゲゼンマイは、ヒゲゼンマイの外巻きの少なくとも一部分かつ前記外巻き部分の少なくとも一方の側面に、１つ以上の層で形成されたコーティングを含み、前記コーティングは、
−帯電防止機能および水分バリア機能を有する第１の導電性層が、耐摩耗性機能を有するセラミック製の第２の外側層でコーティングされている２つの層
または
−帯電防止機能、水分バリア機能および耐摩耗性機能を兼ね備えた導電性セラミック製のいわゆる「複合」層
を含むことを特徴とする、ヒゲゼンマイに関する。
−帯電防止機能および水分バリア機能を有する第１の導電性層が、耐摩耗性機能を有するセラミック製の第２の外側層でコーティングされている２つの層
または
−帯電防止機能、水分バリア機能および耐摩耗性機能を兼ね備えた導電性セラミック製のいわゆる「複合」層
を含むことを特徴とする、ヒゲゼンマイに関する。
そのため、ヒゲゼンマイは、少なくともヒゲ棒と接触する領域にあるヒゲゼンマイの外巻きにセラミック層を含み、このセラミック層は、接触領域における下地材料の耐久性を確保し、それによってヒゲゼンマイの耐摩耗性を概ね改善する。
一変形例によれば、下地材料は、第１の導電性層を構成する材料であり、この導電性層をヒゲゼンマイのコアに直接堆積させるか、温度補償層などの媒介層に堆積させる。
耐摩耗性のセラミック層も導電性である別の変形例によれば、下地材料は、ヒゲゼンマイのコアの材料または媒介となる温度補償層の材料である。
ヒゲゼンマイの製造方法は、使用中にヒゲ棒と接触するように意図したヒゲゼンマイの少なくとも一方の側面に前記セラミック層を堆積させることからなる。この層の厚みは、５〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍである。この層は、１０〜６０°、さらに好ましくは３０〜４０°の円弧部上の外巻きの一部分にわたって広がっていることが好ましい。
本発明の特定の実施形態によれば、ヒゲゼンマイは、以下の特徴の１つまたは以下の特徴を適切に組み合わせたものも有する。
−前記第２の外側層は、炭化物系、窒化物系、ホウ化物系または酸化物系のセラミックで作製される。
−前記第２の外側層は、炭化シリコン系のセラミックで作製される。
−複合層は、ドープされた可能性のある酸化物系のセラミック、またはホウ化物系のセラミックで作製される。
−複合層は、フッ化物をドープした二酸化スズ、インジウムおよび酸化スズ、アルミニウムでドープした可能性のある酸化亜鉛、またはホウ化チタンで作製される。
−第１の層は、金属層である。
−第１の層は、金、白金、ロジウム、パラジウム、タンタル、クロムおよびバナジウムの中から選択した金属で作製される。
−各々の側面は、前記外巻き部分に、第１の層および第２の外側層または複合層を有する。
−各々の側面は、前記外巻き部分に、第１の層の下または複合層の下に温度補償層を有する。
−前記第２の外側層は、炭化物系、窒化物系、ホウ化物系または酸化物系のセラミックで作製される。
−前記第２の外側層は、炭化シリコン系のセラミックで作製される。
−複合層は、ドープされた可能性のある酸化物系のセラミック、またはホウ化物系のセラミックで作製される。
−複合層は、フッ化物をドープした二酸化スズ、インジウムおよび酸化スズ、アルミニウムでドープした可能性のある酸化亜鉛、またはホウ化チタンで作製される。
−第１の層は、金属層である。
−第１の層は、金、白金、ロジウム、パラジウム、タンタル、クロムおよびバナジウムの中から選択した金属で作製される。
−各々の側面は、前記外巻き部分に、第１の層および第２の外側層または複合層を有する。
−各々の側面は、前記外巻き部分に、第１の層の下または複合層の下に温度補償層を有する。
本発明は、一定の慣性を有する計時器のテンプに取り付けるように意図したヒゲゼンマイであって、前記ヒゲゼンマイは、上面を下面に接続する側面を有するシリコンコアの形態であり、前記ヒゲゼンマイは、ヒゲゼンマイの外巻きの一部分で、少なくとも一方の側面が酸化シリコンを除くセラミック層でコーティングされ、前記層は、シリコンコアに直接堆積され、厚みが５〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍであり、前記ヒゲゼンマイは、前記部分とは別に、側面、下面または上面の全部または一部に、コアの熱弾性係数の変動を温度で補償するために、金属層でコーティングされた酸化シリコン層を含む、ヒゲゼンマイにも関する。
本発明のその他の特徴および利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例として挙げた以下の好適な実施形態の説明文から明らかになるであろう。
本発明は、ヒゲゼンマイ、さらに詳細には、一定の慣性を有するテンプに取り付けるように意図したヒゲゼンマイに関する。公知の方法では、図１Ａに示したように、ヒゲゼンマイ１は、内端部２を有し、この内端部でヒゲゼンマイは、テンプ８の軸４に取り付けられたヒゲ玉３に装着される。特にヒゲゼンマイがシリコン、石英またはセラミック製である場合、ヒゲ玉は、ヒゲゼンマイと一体部品として作製される。ヒゲゼンマイ１は、外巻き５を含み、外巻きの端は、ヒゲゼンマイのヒゲ持ち７に装着された端部６である。ヒゲ持ちは、ムーブメントの地板に固定されたテンプのコック（図示せず）と一体である。ヒゲ持ちに装着する点の前で、外巻きはヒゲ棒９どうしの間を通る。「接触領域」と呼ぶこの特定の領域では、ヒゲゼンマイの２つの側面はそれぞれ、テンプが振動するたびに、一方のピンと当接した後にもう一方のピンと当接する。テンプとヒゲゼンマイとの組立体のいくつかの構成では、いずれか一方の側面のみがいずれか１つのピンに当接することも可能である。したがって、本発明によれば、少なくともこの接触領域にあるヒゲゼンマイの側面は、ヒゲゼンマイとピンとが接触する過程で下地材料を摩耗から保護する硬質セラミック材料層でコーティングされる。
セラミック層は、例えばＳｉＣなどの炭化物で作製されることが好ましい。セラミック層は、例えばＳｉ3Ｎ4などの窒化物、例えばＺｒＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＴｉＯ2などの酸化物、またはＴｉＢ2などのホウ化物で作製されてもよい。この層の厚みは、５〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍである。
好適な変形例によれば、下地材料は、帯電防止機能を有し水分バリアとして作用する層を構成する材料である。この層は、金属であり、金、白金、ロジウム、パラジウム、タンタル、クロム、バナジウムなどの錆びない非磁性金属で形成されることが好ましい。通常、この層の厚みは１００ｎｍ以下である。
別の変形例によれば、耐摩耗性セラミック層は、導電性でもあり耐湿性でもある。この場合、帯電防止機能を有し水分バリアとして作用する前述の層は、もはや必要ではない。この変形例では、導電性セラミック層は、フッ化物をドープした酸化スズであるＳｎＯ2：Ｆなどの酸化物、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、アルミニウムでドープされていることがある酸化亜鉛であるＺｎＯ（ＺｎＯ：Ａｌ）などで作製され得る。導電性であるＴｉＢ2などのホウ化物であってもよい。
帯電防止機能および水分バリア機能を有するこの層は、前述の金属層であろうと前述の導電性セラミック層であろうと、それ自体が温度補償層と呼ぶ層をコーティングし、この温度補償層は、コアの熱弾性係数の変動を温度で補償する機能を有することが好ましい。例えば、この温度補償層は酸化シリコン（ＳｉＯ2）で形成される。その厚みは、ヒゲゼンマイの熱挙動に対する導電性かつ耐摩耗性層の作用を考慮するように適応される。
そのため、好適な変形例として図１Ｂに詳細に示したヒゲゼンマイ１は、シリコン、石英または、一般的にはセラミック製のコア１０を有する。このコアは通常、上面１０ａが２つの側面１０ｃを介して下面１０ｂに接続している四辺形の形状である。このコア１０は、全体または一部が温度補償層１１でコーティングされていることが好ましい。よってシリコンコアの場合、１つ以上のコアの面は、ＳｉＯ2で形成された層１１でコーティングされる。よってコアは、１つ以上の面が、帯電防止機能および水分バリア機能を有する金属層１２でコーティングされる。次に、コア１０の少なくとも一方または両方の側面１０ｃは、層１１および１２で予備コーティングされ、使用過程で一方または両方のヒゲ棒との接触が起こる領域で、硬質セラミック層１３でコーティングされる。本発明は、接触領域を超えて広がる硬質層を排除するものではない。そのため、硬質層は、外巻きの端部近傍で外巻き５の少なくとも一部分にわたって広がっている。有利には、この部分は、１０〜６０°、好ましくは３０〜４０°の円弧部αに広がっている（図１Ａ）。前記部分は、テンプとヒゲゼンマイとの組立体の中でヒゲ棒がどのような配置であっても、接触領域内にあるように意図した側面が確実に硬質層でコーティングされるように十分に円弧部に広がっている。
ヒゲゼンマイは、例として記載した以下の連続工程を含むシリコン製ヒゲゼンマイの製造方法によって作製される。シリコンコアを含むヒゲゼンマイは、シリコン製ウエハから得ることができる（ウエハプロセス）。公知の方法で、例えば、所望のヒゲゼンマイの輪郭に適切なマスクを使用して湿式化学エッチング、プラズマ乾式エッチングまたは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を実施することが可能である。二酸化シリコンの温度補償層は、１つ以上のコア面を熱酸化することによって得られる。次に、耐摩耗性セラミック層が導電性でない場合は、１つ以上のコア面に金属層が堆積される。導電層は、スパッタリング、物理蒸着、イオン注入または電解堆積などの様々な公知のプロセスによって堆積される。最後に、本発明によるセラミック層は、ＰＶＤ、ＣＶＤ（化学蒸着）、ＡＬＤ（原子層堆積）等によって、外巻き部分の側面に堆積される。本発明は、同じくこの部分の上面および下面に堆積されているセラミック層を排除するものではないことに注意されたい。
さらに、本発明は、接触領域にあるシリコンコアの一方または両方の側面に直接堆積されている導電性または非導電性のセラミック層を排除するものではない。よって前記コアは、接触層にはＳｉＯ2の温度補償層も金属層もないが、この領域外ではコアの全体または一部にわたってこれらの層を備えている。よって硬質層は、窒化物系、炭化物系または酸化物系のセラミック層だが、接触領域でシリコンコアを摩耗から保護するように意図した場合は酸化物系のＳｉＯ2を除く。
（１）ヒゲゼンマイ
（２）内端部
（３）ヒゲ玉
（４）軸
（５）外巻き
（６）外端部
（７）ヒゲゼンマイのヒゲ持ち
（８）テンプ
（９）ヒゲ棒
（１０）コア
ａ 上面
ｂ 下面
ｃ 側面
（１１）温度補償層とも呼ぶ下地層
（１２）金属層とも呼ぶ第１の層
（１３）セラミック層または複合層とも呼ぶ第２の層
（２）内端部
（３）ヒゲ玉
（４）軸
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（１０）コア
ａ 上面
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（１１）温度補償層とも呼ぶ下地層
（１２）金属層とも呼ぶ第１の層
（１３）セラミック層または複合層とも呼ぶ第２の層
Claims (18)
- 一定の慣性を有する計時器のテンプに取り付けるように意図したヒゲゼンマイ（１）であって、前記ヒゲゼンマイ（１）は、上面（１０ａ）を下面（１０ｂ）に接続する側面（１０ｃ）を有するコア（１０）の形態であり、前記ヒゲゼンマイ（１）は、外巻き（５）の一部分で一方の前記側面（１０ｃ）に、１つ以上の層で形成されたコーティングを含み、前記コーティングは、
−第１の導電層（１２）がセラミック製の第２の外側層（１３）でコーティングされている２つの層、
または
−導電性セラミック製のいわゆる「複合」層（１３）
を含むことを特徴とする、ヒゲゼンマイ（１）。 - 前記第２の外側層（１３）は、炭化物系、窒化物系、ホウ化物系または酸化物系のセラミックで作製されることを特徴とする、請求項１に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記第２の外側層（１３）は、炭化シリコン系のセラミックで作製されることを特徴とする、請求項２に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記複合層（１３）は、ドープされた可能性のある酸化物系のセラミック、またはホウ化物系のセラミックで作製されることを特徴とする、請求項１に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記複合層（１３）は、フッ化物をドープした二酸化スズ、インジウムおよび酸化スズ、アルミニウムでドープした可能性のある酸化亜鉛、またはホウ化チタンで作製されることを特徴とする、請求項４に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記部分は、１０〜６０°、好ましくは３０〜４０°の円弧部上の前記外巻き（５）にわたって広がっていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記第２の外側層（１３）または前記複合層（１３）の厚みは、５〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記コーティングは、前記第１の層（１２）の下または前記複合層（１３）の下に層（１１）をさらに含み、前記下地層（１１）は、前記コア（１０）の熱弾性係数の変動を温度で補償することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記コア（１０）はシリコンで作製され、前記下地層（１１）は二酸化シリコンで作製されることを特徴とする、請求項８に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記第１の層（１２）は金属層であることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 前記第１の層（１２）は、金、白金、ロジウム、パラジウム、タンタル、クロムおよびバナジウムの中から選択した金属で作製されることを特徴とする、請求項１０に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 各々の前記側面（１０ｃ）は、前記外巻き（５）の前記部分に、前記第１の層（１２）および前記第２の外側層（１３）または前記複合層（１３）を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 各々の前記側面（１０ｃ）は、前記外巻き（５）の前記部分に、前記第１の層（１２）の下または前記複合層（１３）の下に前記層（１１）を含むことを特徴とする、請求項１２に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 一定の慣性を有する計時器のテンプに取り付けるように意図したヒゲゼンマイ（１）であって、前記ヒゲゼンマイ（１）は、上面（１０ａ）を下面（１０ｂ）に接続する側面（１０ｃ）を有するシリコンコア（１０）の形態であり、前記ヒゲゼンマイ（１）は、前記ヒゲゼンマイの外巻き（５）の一部分で、少なくとも一方の前記側面（１０ｃ）が酸化シリコンを除くセラミック層（１３）でコーティングされ、前記層（１３）は、前記シリコンコア（１０）に直接堆積され、厚みが５〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍであり、前記ヒゲゼンマイ（１）は、前記部分とは別に、前記側面、前記下面または前記上面の全部または一部に、前記コアの熱弾性係数の変動を温度で補償するために、金属層（１２）でコーティングされた酸化シリコン層を含む、ヒゲゼンマイ（１）。
- 前記外巻き（５）の前記部分で少なくとも一方の前記側面（１０ｃ）をコーティングしている前記層（１３）は、窒化物系、炭化物系、ホウ化物系または酸化物系のセラミックであることを特徴とする請求項１４に記載のヒゲゼンマイ（１）。
- 一定の慣性を有するテンプと、２つのヒゲ棒（９）を備えている緩急針組立体とを備えている計時器であって、前記計時器は、前記２つのヒゲ棒（９）に面して配置された前記部分を有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ（１）を含むことを特徴とする、計時器。
- 一定の慣性を有する計時器のテンプに取り付けるように意図したヒゲゼンマイ（１）の製造方法であって、前記方法は、
ａ）上面（１０ｂ）を下面（１０ａ）に接続する側面（１０ｃ）を有するコア（１０）を有するヒゲゼンマイ（１）を提供する工程と、
ｂ）前記ヒゲゼンマイ（１）の外巻き（５）の少なくとも一部分で前記コア（１０）の少なくとも一方の前記側面（１０ｃ）に、第１の導電性層（１２）または導電性セラミック（１３）で作製されたいわゆる「複合」層（１３）を堆積させる工程と、
ｃ）前記工程ｂ）が、前記第１の層（１２）を堆積することからなる場合、前記第１の層（１２）に第２のセラミック層（１３）を堆積させる工程と
を含む、方法。 - 前記工程ｂ）は、前記コア（１０）の熱弾性係数の変動を温度で補償するために前記第１の層（１２）の下または前記複合層（１３）の下に層（１１）を堆積させることからなる工程の後であることを特徴とする、請求項１７に記載の製造方法。
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