(57)【要約】  本発明は、天真に嵌入されるようにした単一または二重ヒゲゼンマイ／スリットなしヒゲ玉一体型アセンブリにおいて、ヒゲ玉（１）が互いに対向する位置にある２つの天真受け部分であって、一方は天真支持面（２または３）のうちの少なくとも第１の支持面とヒゲゼンマイの締着点（１０、１１）とを備え、もう一方は天真支持面（４、５または１４）のうちの少なくとも第２の支持面を備える天真受け部分からなり、その２つの天真受け部分が、受け部分よりも剛性が低く、それによって天真の嵌入時に弾性変形できる２つの連結部分によって互いに連結されていることに独自性を有する一体型アセンブリに関する。別の態様によれば、本発明は、少なくとも２つの段を備えるヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリ、およびそのアセンブリの製造方法にも関係する。
2014528572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
天真を受けるようにした中ぐり部（１０１）と、前記中ぐり部の中心軸（１０７）に対して垂直な面（１０４）によって分けられた少なくとも１つの第１の部分（１０２）および１つの第２の部分（１０３）と、前記第１の部分に単独で位置するヒゲ玉のヒゲゼンマイ締着要素（１０５）と、基本的に、さらには前記第２の部分に単独で位置するヒゲ玉の天真連結要素（１０６）とを備えるヒゲ玉（１００）。
【請求項２】
前記締着要素または締着点が、前記ヒゲ玉（１０７）の中心から、前記第２の部分が内接する円筒の直径（Ｄ２）の半分未満の距離（Ｄ１）のところ、特に前記第２の部分が内接する前記円筒の直径（Ｄ２）の半分と、前記ヒゲ玉の中心開口部の内接円の直径（ｄｍａｘ）の半分との平均以下の距離（Ｄ１）のところにある、請求項１に記載のヒゲ玉。
【請求項３】
前記第２の部分が、前記中ぐり部の前記中心軸に沿って前記ヒゲゼンマイの厚さ（Ｅ）の１倍超、さらには前記ヒゲゼンマイの厚さ（Ｅ）の３倍超の長さにわたって延びる、請求項１または２に記載のヒゲ玉。
【請求項４】
天真に対してその支持を行うようにした第１の受け部分、特に変形しない第１の受け部分と、
前記天真に対してその支持を行うようにした第２の受け部分、特に変形しない第２の受け部分と、
前記第１の受け部分と前記第２の受け部分とをつなぐようにした第１の連結部分、特に変形可能な第１の連結部分と、
前記第１の受け部分と前記第２の受け部分とをつなぐようにした第２の連結部分、特に変形可能な第２の連結部分と、
前記天真を連続的に包含することができる要素であって、前記受け部分および前記連結部分を備える要素と
を備えるヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項５】
前記連結部分が前記ヒゲ玉の外側輪郭の全長の５０％以上、さらには５０％から９０％、さらには６０％から８０％を占める、請求項４に記載の一体型アセンブリ。
【請求項６】
前記連結部分のそれぞれが、前記ヒゲ玉の中心から測定した角度領域で９０°以上、さらには９０°から１６０°の間、さらには１１０°から１４５°の間を占める、請求項４または５に記載の一体型アセンブリ。
【請求項７】
前記アセンブリが前記天真に取り付けられた後、前記連結部分のそれぞれが、前記天真の半径の少なくとも０．５倍分、さらには前記天真の半径の少なくとも０．９倍分前記天真から離れた部位を有する、請求項４から６のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項８】
前記一体型アセンブリが前記天真に取り付けられた後、前記連結部分のそれぞれが主としてたわみ応力を受ける、請求項４から７のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項９】
前記受け部分が、前記ヒゲ玉の中心に対して互いに、特に互いに１８０°をなして、対向する、請求項４から８のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１０】
前記ヒゲゼンマイの帯材が１つの受け部分に直接締着または連結され、特に二重ヒゲを備えるアセンブリの場合は、それぞれの帯材が異なる受け部分に締着される、請求項４から９のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１１】
前記天真を受けるようにした前記ヒゲ玉の中心開口部が非円形である、請求項４から１０のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１２】
前記ヒゲ玉（１）の前記中心開口部の輪郭が、同一受け部分に少なくとも１つの天真支持面（２、３；４、５）を備える、請求項４から１１のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１３】
前記ヒゲ玉（１）の前記中心開口部の輪郭が、同一受け部分に少なくとも１対の天真支持面（２、３；４、５）を備え、その１対の支持点における前記支持面（２、３）に対する各接線がそれぞれの間に９０度超１７０度未満の角度（α）を形成する、請求項４から１２のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１４】
前記ヒゲ玉（１）の前記中心開口部の輪郭が２対の支持面（２、３；４、５）を備える、請求項４から１３のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１５】
前記支持面（２、３；４、５）が、アーム（６、７；８、９）、または前記受け部分の本体から延びる延長部の上に少なくとも部分的に位置する、請求項４から１４のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１６】
支持面が平坦である、または、前記ヒゲ玉の中心開口部の内接円の直径（ｄｍａｘ）の０．５１倍超の半径の負の曲率もしくは正の曲率を有する、請求項１３から１５のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１７】
２つの前記受け部分が、前記ヒゲ玉の前記中心軸に対して互いに１８０°に配置される、請求項４から１６のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１８】
前記諸連結部分が同一の幾何学形状を有しており、および／または前記諸受け部分が同一の幾何学形状を有している、請求項４から１７のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項１９】
前記ヒゲゼンマイが、第１の受け部分とつないだ前記ヒゲ玉（１）への前記締着点（１０）を有する第１の帯材と、第２の受け部分とつないだ前記ヒゲ玉（１）への前記締着点（１１）を有する第２の帯材とを備える二重ヒゲゼンマイである、請求項４から１８のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項２０】
前記ヒゲ玉の幾何学形状が２回反射対称性を有する、請求項４から１９のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項２１】
前記ヒゲ玉の幾何学形状が２回回転対称性を有する、請求項４から２０のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項２２】
それ自体はシリコン製であり、場合により酸化ケイ素の外部層および／または内部層を伴う、請求項４から２１のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項２３】
前記単一または二重ヒゲの前記締着点が前記ヒゲ玉の輪郭よりも前記ヒゲ玉の前記中心開口部に近接している、請求項４から２２のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項２４】
前記アセンブリが脆性材料、または弾性変形領域を持たない材料で製作される、請求項４から２３のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項２５】
請求項１から３のいずれか一項に記載のヒゲ玉を備える、請求項４から２４のいずれか一項に記載の一体型アセンブリ。
【請求項２６】
前記天真に対する前記ヒゲ玉の支持面がある部分とは異なる部分に前記ヒゲゼンマイを製作する、請求項２５に記載の一体型アセンブリを製造する方法。
【請求項２７】
３ミクロン超の厚さのＳｉＯ２層を有するＳＯＩウエハーを出発材料として使用する、請求項２６に記載の製造方法。
【請求項２８】
前記ヒゲ玉の前記天真に対する連結要素（１０６）がある部分とは異なる部分に前記ヒゲ玉のヒゲゼンマイに対する締着要素（１０５）を製作する、請求項１から３のいずれか一項に記載のヒゲ玉の製造方法。
【請求項２９】
３ミクロン超の厚さのＳｉＯ２層を有するＳＯＩウエハーを出発材料として使用する、請求項２８に記載の製造方法。
【請求項３０】
塑性変形領域を持たない材料で製作されたヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリであって、
前記ヒゲ玉（１）の輪郭が閉じており、
天真を受けるようにした前記ヒゲ玉（１）の中心開口部が非円形であり、
前記ヒゲ玉の前記中心開口部の輪郭が少なくとも２つの天真支持面（２、３；４、５；１４）を備えている一体型アセンブリにおいて、
前記ヒゲ玉（１）が、互いに対向する位置にある２つの天真受け部分であって、一方が前記天真支持面（２または３）のうちの少なくとも第１の支持面と前記ヒゲゼンマイの締着点（１０、１１）とを備え、もう一方が前記天真支持面（４、５または１４）のうちの少なくとも第２の支持面を備える天真受け部分によって形成されており、
その２つの天真受け部分が、前記受け部分よりも剛性が低く、それによって前記天真の嵌入時に弾性変形できる２つの連結部によって互いに連結されていることを特徴とするヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３１】
前記２つの連結部分の平均幅が前記受け部分の平均幅未満である、請求項３０に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３２】
２つの前記連結部分が、前記受け部分の最大幅未満である最小幅および／または前記受け部分の中間距離における幅を有する、請求項３０に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３３】
前記ヒゲ玉（１）の前記中心開口部の輪郭が、同一受け部分に少なくとも１対の天真支持面（２、３；４、５）を備え、その１対の前記支持面（２、３；４、５）がそれぞれの間に９０度超１７０度未満の角度（α）を形成する、請求項３０から３２のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３４】
前記ヒゲ玉（１）の前記中心開口部の輪郭が２対の支持面（２、３；４、５）を備える、請求項３３に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３５】
前記支持面（２、３；４、５）が少なくとも部分的にアーム（６、７；８、９）上に位置する、請求項３０から３４のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３６】
前記連結部分が同一の幾何学形状を有する、請求項３０から３５のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３７】
前記ヒゲゼンマイが、第１の受け部分とつないだ前記ヒゲ玉（１）への前記締着点を有する第１の帯材（１０）と、第２の受け部分とつないだ前記ヒゲ玉（１）への前記締着点を有する第２の帯材（１１）とを備える二重ヒゲゼンマイである、請求項３０から３６のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３８】
前記ヒゲ玉の幾何学形状が２回反射対称性を有する、請求項３０から３７のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項３９】
前記ヒゲ玉の幾何学形状が２回回転対称性を持つ、請求項３０から３８のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項４０】
シリコン製であり、場合により酸化ケイ素の外部層および／または段を伴う、請求項３０から３９のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリ。
【請求項４１】
２つの階層からなり、前記ヒゲゼンマイが前記天真支持面（２、３；４、５；１４）がある階層とは異なる階層に位置する、請求項３０から４０のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉（１）一体型アセンブリ。
【請求項４２】
少なくとも２つの階層を備え、前記ヒゲゼンマイが前記ヒゲ玉の前記天真支持面がある階層とは異なる階層に位置するヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリ。
【請求項４３】
前記単一または二重ヒゲの前記締着点が前記ヒゲ玉の輪郭よりも前記ヒゲ玉の前記中心開口部に近接している、請求項４１または４２に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリ。
【請求項４４】
請求項４１から４３のいずれか一項に記載のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの製造方法において、前記ヒゲ玉の前記天真支持面がある階層とは異なる階層に前記ヒゲゼンマイを製作する製造方法。
【請求項４５】
３ミクロン超の厚さのＳｉＯ２層を有するＳＯＩウエハーを出発材料として使用する、請求項４４に記載の製造方法。
【請求項４６】
請求項４から２５または３０から４５のいずれか一項に記載の一体型アセンブリと円形断面の天真とを備える振動体。
【請求項４７】
請求項４から２５または３０から４５のいずれか一項に記載の一体型アセンブリを備え、または請求項４６に記載の振動体を備え、または請求項１から３のいずれか一項に記載のヒゲ玉を備える時計ムーブメントまたは時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はヒゲ玉に関する。本発明は、天真に嵌入されるようにした一体型アセンブリ、特に本発明によるヒゲ玉を備える、単一または二重ヒゲゼンマイ／スリットなしヒゲ玉一体型アセンブリにも関する。別の態様によれば、本発明は、少なくとも２つの段を備えるヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリ、およびかかるアセンブリの製造方法にも関係する。
【背景技術】
【０００２】
時計の高精度ムーブメントにおけるヒゲゼンマイの利用で決定的に重要なポイントの１つとなるのは、天真およびテンプ受けに対するヒゲの締着部（嵌合部）の信頼性である。特に、天真に対するヒゲの締着は一般に、もともと、天真に嵌入されるようにしたスリット付き小型円筒であって、ヒゲゼンマイそのものの内端を受けるように側面に穴を明けた小型円筒であったヒゲ玉によって行われる。シリコン、石英およびダイヤモンドに対するＤＲＩＥ法やＮｉおよびＮｉＰに対するＵＶ−Ｌｉｇａ法のような微小製造技術の進歩は、使用する形態や幾何学形状で可能性を広げている。
【０００３】
シリコンは、時計のヒゲを製作する材料としてきわめて有利な材料であり、一方、微小製造技術は、ヒゲ玉をヒゲと一体構造をなすように一体的に製造することを可能にする。潜在的な問題は、シリコンが塑性変形領域を持たないことである。そのため、応力が材料の最大許容応力および／または弾性限界を超えると、ヒゲ玉はすぐに破損する可能性がある。そのため、振動体の動作時に天真にヒゲゼンマイが保持されるようにする（最低締付けトルク）一方で、ヒゲ玉を直径にばらつきのある天真と組み立てることができて、しかも、天真の直径が所与の許容差の範囲内に収まっている限りは、それによって破損したり、塑性変形を来したりすることがないように確実にヒゲ玉の寸法を定めなければならない。
【０００４】
そのため、幾つもの文献がヒゲ玉の幾何学形状について記している。
【０００５】
特許文献１は、その図４で、第３欄の３４行目に関連して、曲線アームからなる弾性ゾーンを備えるヒゲ玉を提案している。この文献では、ヒゲを固定すべき場所が示されていない。
【０００６】
特許文献２および特許文献３は、三角形の開口部を有するヒゲ玉を提案している。ヒゲの固定は、三角形の頂点の１つに位置する結合点（両文献の図において符号３で示されているもの）で行われる。ヒゲ玉は、変形によって天真を受け入れる可撓性アームが外形剛性化構造に取り付けられたものよって形成されている。
【０００７】
特許文献４は、その図１０Ｄで、円形の開口部を有するヒゲ玉を備えるテンプ共振体／ヒゲのヒゲを示している。この場合、テンプの固定は、丸みのあるアームによって行う。
【０００８】
さらに、特許文献５では、ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉アセンブリが教示されており、ヒゲ玉は天真を受ける４つの円形支持部分を具備する中ぐり部を備えている。支持部分は、ヒゲ玉の中ぐり部に施された長手方向溝によって画定されている。
【０００９】
これらの文献に記された幾何学形状では、ムーブメントに組み立てられる（シリコン、ダイヤモンド、石英製などの）ヒゲの多くは従来どおりのヒゲ玉を備えていて、そのヒゲ玉が天真に嵌入および／または接着される形が採られており、完全な満足を得ることはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】欧州特許出願公開第１８２６６３４号
【特許文献２】欧州特許出願公開第１５１３０２９号
【特許文献３】欧州特許出願公開第２００３５２３号
【特許文献４】欧州特許出願公開第１６５５６４２号
【特許文献５】国際出願公開公報第２０１１０２６２７５号
【特許文献６】国際出願公開公報第２０１１０２６７２５号
【特許文献７】欧州特許出願公開第２１５１７２２Ａ１号
【特許文献８】欧州特許出願公開第１８３５３３９号
【特許文献９】欧州特許出願公開第２１０４００７号
【特許文献１０】欧州特許出願公開第１４２２４３６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、完全な満足が与えられるヒゲ玉の新しい幾何学形状、すなわち、天真に対してできるだけ大きな締付けトルクが得られるようにする一方で、材料に生じる応力をできるだけ小さくできる幾何学形状を提案することを目的とする。さらに、このヒゲ玉は、ヒゲの時間測定特性を損なうことになる偏心を生じないように、可能な限りバランスの取れたものでなければならない。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
かかる目的は、単一または二重ヒゲゼンマイ／スリットなしヒゲ玉一体型アセンブリであって、
ヒゲ玉の輪郭が閉じており、
天真を受けるようにしたヒゲ玉の中心開口部が非円形で、
ヒゲ玉の中心開口部の輪郭が少なくとも２つの天真支持面を備えている一体型アセンブリにおいて、
ヒゲ玉が、互いに（特に１８０°で）対向する位置にある少なくとも２つの天真受け部分であって、一方が天真支持面のうちの少なくとも第１の支持面とヒゲゼンマイの締着点または嵌合点とを備え、もう一方が天真支持面のうちの少なくとも第２の支持面を備える天真受け部分によって形成され、
その２つの天真受け部分が、それぞれの受け部分よりも剛性が低く、それによって天真の嵌入時に弾性変形できる２つの連結部分によって互いに連結されていることを特徴とする一体型アセンブリによって達成される。
【００１３】
それらの特徴には特に、ヒゲの締着点が、天真の嵌入後に天真との接触（支持）点に対して著しく移動するのを防ぐことができるという効果がある。その結果、ヒゲの位置決めおよびその嵌合点を正確に規定することができる。
【００１４】
別の態様によれば、本発明は、単一または二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリに関し、ヒゲ玉はスリット付きでも、なしでもよい。このアセンブリは、少なくとも２つの階層（または段もしくは部分）を備えている点が独特であり、ヒゲゼンマイは、ヒゲ玉の天真支持面がある階層とは異なる階層に位置する。この特徴は、ヒゲ面内でヒゲ玉の外形寸法を大きくすることなしに、天真に対するヒゲ玉の保持トルクを最大限最適化できるという点で、特に有利である。本発明の別の態様によれば、この特徴は、ヒゲ玉の周縁による制限を受けることなく、ヒゲゼンマイの締着点を天真に近づけることを可能にする。
【００１５】
本発明はさらに、ヒゲゼンマイ／スリット付きまたはなしヒゲ玉一体型アセンブリの製造方法において、ヒゲ玉の天真支持面がある階層とは異なる階層にヒゲを製作する方法にも関する。
【００１６】
本発明によるヒゲ玉は請求項１によって定義される。
【００１７】
ヒゲ玉の様々な実施形態は請求項２および３によって定義される。
【００１８】
本発明による一体型アセンブリは請求項４によって定義される。
【００１９】
アセンブリの様々な実施形態は請求項５から２５によって定義される。
【００２０】
アセンブリの製造方法は請求項２６によって定義される。
【００２１】
アセンブリの製造方法の実施形態は請求項２７によって定義される。
【００２２】
ヒゲ玉の製造方法は請求項２８によって定義される。
【００２３】
ヒゲ玉の製造方法の実施形態は請求項２９によって定義される。
【００２４】
本発明による一体型アセンブリは請求項３０によって定義される。
【００２５】
アセンブリの様々な実施形態は請求項３１から４５によって定義される。
【００２６】
本発明による振動体は請求項４６によって定義される。
【００２７】
本発明による時計ムーブメントまたは時計は請求項４７によって定義される。
【００２８】
ここからは、本発明のその他の特徴および利点について、添付の図面を参照しながら行う以下の説明の中で詳細に記していく。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】従来技術である特許文献２および特許文献３によるヒゲ玉の図である。
【図２】従来技術である特許文献４の図１０Ｄによるヒゲ玉の図である。
【図３】従来技術の特許文献６によるヒゲ玉の図である。
【図４】本発明による二重ヒゲゼンマイ／閉輪郭ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図５】本発明によるその他の二重ヒゲゼンマイ／閉輪郭ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図６】本発明によるその他の二重ヒゲゼンマイ／閉輪郭ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図７】本発明によるその他の二重ヒゲゼンマイ／閉輪郭ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図８】本発明の第２の態様による二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの取得方法の主なステップの図である。
【図９】本発明の第２の態様による二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図１０】本発明の第２の態様による二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図１１】本発明の第２の態様による二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図１２】本発明の第２の態様によるその他の二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図１３】本発明の第２の態様によるその他の二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図１４】天真の直径に応じた図１２、１３および３のアセンブリのヒゲ玉の把持トルクＭの変化を示したグラフである。
【図１５】天真の直径に応じた図１２、１３および３のアセンブリのヒゲ玉の応力ｓの変化を示したグラフである。
【図１６】天真を開口部に嵌入させた後の図１２のアセンブリのヒゲ玉における応力を示した図である（黒は、ごくわずかな弾性変形で、応力が最大応力の半分未満である場合、灰色は、著しい弾性変形で、応力が最大応力の半分超である場合を示す）。
【図１７】天真を開口部に嵌入させた後の１３のアセンブリのヒゲ玉における応力を示した図である（黒は、ごくわずかな弾性変形で、応力が最大応力の半分未満である場合、灰色は、著しい弾性変形で、応力が最大応力の半分超である場合を示す）。
【図１８】図１２のヒゲ玉について剛性ゾーン（黒）とたわみゾーン（灰色）を示した図である。
【図１９】本発明の第２の態様の有利な変形形態による二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体構造アセンブリにおいて、二重ヒゲの帯材の締着点が中心開口部に近接している一体型アセンブリの図である。
【図２０】本発明の第２の態様の有利な変形形態によるヒゲ玉の断面図である。
【図２１】嵌合点の位置を図示した本発明の第１の態様による二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【図２２】嵌合点の位置を図示した本発明の第２の態様による二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１に、前掲の特許文献２および特許文献３で提案されているヒゲ玉を示す。
【００３１】
図２に、前掲の特許文献４の図１０Ｄに記載されているヒゲ玉を示す。
【００３２】
図３には、特許文献６で提案されているヒゲ玉を示す。
【００３３】
本発明は、単一ヒゲのアセンブリにも、二重ヒゲのアセンブリにも適用される。しかし、本発明がより適しているのは二重ヒゲのアセンブリの方である。
【００３４】
「二重ヒゲ」とは、ここでは、特許文献７に記載されているように、１８０度ずらして同じ方向に巻かれた２つの帯材を備えるヒゲをいうものとする。それら帯材のそれぞれの内端はヒゲ玉と一体をなし、それぞれの締着点はヒゲ玉の周りの対向する辺に対称形に配置される。
【００３５】
ヒゲとは別の材料からなるヒゲ玉と組み立てられるヒゲの場合には、ヒゲの「締着点」または「嵌合点」は一般にはっきりと定義される。ヒゲとヒゲ玉がたとえばシリコンウエハーや「シリコン・オン・インシュレータ」から微小製造法などによって製作される一体製造によるヒゲ玉／ヒゲの一体型アセンブリの場合、嵌合点は、中立軸沿いの局所的剛性がヒゲの帯材の剛性の１０倍の値に達する点として定義することができる。帯材の厚さが変わるヒゲの場合は、帯材沿いの局所的剛性の最低値を考える。局所的剛性は、所与の長さ、たとえば１μｍの部分について帯材のたわみ時またはヒゲの動作時に測定した曲げ剛性に相当する。対応する嵌合点１０、１１を図２１および２２のヒゲ玉／ヒゲアセンブリの上に例として図示する。図２１（図１２のヒゲ玉の幾何学形状に対応）の場合、嵌合点はヒゲ玉の外側輪郭または外周３２の延長線上にあることがわかる。図２２（図１９のヒゲ玉の幾何学形状に対応）の場合、嵌合点は天真の直近に位置しており、その位置は、ヒゲを含まないヒゲ玉レベルの輪郭３３よりもヒゲ玉の中心開口部に近いことがわかる。
【００３６】
本発明によるヒゲ玉は、振動体の動作時にヒゲを天真に保持すると同時に、直径にある程度のばらつきが見られる天真に対して組み立てることができるように（一定の許容差の範囲内に収まる天真の直径に対して嵌入時に破損や塑性変形を生じないように）寸法が定められる。これらのヒゲ玉は通常、少なくとも２つ、好ましくは４つの天真支持面を有する。
【００３７】
本発明によれば、天真の嵌入時に連結部分が弾性変形、特にたわみ変形するときの連結部分の正確な形状はさほど重要なものではない。ヒゲ玉の通常の使用条件のもとでは、受け部分は剛体または変形しない部分であり、連結部分は変形可能な部分であり、特にたわみ変形が可能な、すなわち可撓性を有する部分である。連結部分の可撓性は、連結部分が受け部分よりも薄く作られていることに由来する。変形可能な部分は、変形しない部分よりも断面の面積が小さい。この薄形化は、本発明によれば、変形可能な部分の幅が受け部分よりも薄いものを想定して行う。ここで「幅」とは、ヒゲ玉の面で測定した厚さ、すなわち、ヒゲ玉の輪郭とその中心開口部の輪郭との距離をいうものとする（たとえば、図１２および１３における最小幅ｅもしくはｅ’、または剛性の両受け部分の中間における幅ｂもしくはｂ’）。
【００３８】
受け部分と連結部分の間の結合部は、一般に支持面のほぼ基部に位置する（下記、および例として図１８、または膨出部分１４の片側に毎回その位置を定めることができる図５を参照のこと）。好ましくは、連結部分の長さが最大化されるように、すなわち連結部分が占める角領域が最大化されるようにする。
【００３９】
図４は、本発明による二重ヒゲゼンマイ／スリットなしヒゲ玉一体型アセンブリの例の中心部分を示したものである。
【００４０】
図４から見て取れるように、ヒゲ玉１、特に受け部分１７、１８は、弾性でないほぼ平坦なアーム６、７および８、９であって、二重ヒゲの帯材１２、１３の締着点１０、１１の近傍に２つずつ配置されたアーム６、７および８、９の上に位置する２対の支持点２、３および４、５を備える。同じ対のそれぞれの非弾性アームは、ヒゲ玉の中心開口部に突き出て、それぞれの間に好ましくは１７０度未満、より好ましくは９０度超にして１７０度未満、ここでは約１２０度である角度αを形成する。それぞれのアーム６、７、８または９は自由端を有する。
【００４１】
対の剛性アームのＶ字形状は、単一の支持点の場合よりも天真をしっかりと支える効果がある。実際、重要なことは、ヒゲ玉と天真との嵌合ができるだけ強固となるようにして、ヒゲ玉と天真の間の接点が、ムーブメントの動作時、すなわちヒゲゼンマイ／ヒゲ玉アセンブリが天真に嵌入され、または組み立てられた後のテンプ−ヒゲの振動時に、ヒゲによって生じるトルクの作用で移動しないようにすることである。互いに（特に互いに１８０°で）対向する２つの受け部分であって、それぞれが１対の支持面を有する受け部分を備える幾何学形状は、可撓性連結部分によって保持された万力のように働くことができる。連結部分は、その弾性変形により、それぞれの受け部分を互いに引き寄せ、それぞれが天真に押し当てられるようにする弾性戻し作用を及ぼす。それでも、平坦、凸状、または天真に見込まれる半径よりも大きな曲率半径の凹状である接触面などの単一の支持点を用いることも企図することができる（ただし、Ｖ字形状より好ましくない）。
【００４２】
図４では、アーム６、７、８および９と、それぞれに対応する支持面２、３、４および５は平坦であり、すなわち、それらの中心開口部２６側の曲率半径は無限大である。支持面はまた、凸状、すなわちそれらの中心開口部２６側の曲率半径が負であることも、または凹状、すなわちそれらの中心開口部２６側の曲率半径が正であることもできる。
【００４３】
ただし、この最後の場合は、その正の曲率半径は、中心開口部の輪郭の内側に（ヒゲ玉が変形していないとき、特にヒゲ玉が天真に取り付けられていないときに）描くことができる最大円（以下の説明では「内接円」とも呼ぶ）の直径ｄｍａｘの０．５１倍超である。好ましくは、この正の曲率半径は直径ｄｍａｘの０．６２倍超であり、そうすることによって支持点と天真の間には接点が１つだけ定義されるようにすることができる。曲率半径が内接円の直径ｄｍａｘの０．７５倍超、さらには１倍超の曲率半径も適合する。円形断面を有する天真の場合、天真の直径はｄｍａｘよりもわずかに大きく、たとえば、１．０１から１．０２ｄｍａｘの許容差の範囲内である。
【００４４】
ヒゲ玉／天真の接点からヒゲの締着点までの間に可撓性部分が一切ないようにして、嵌合点または締着点から支持面までの距離ができるだけ変化しないように、特に嵌入によって大きく変化することがないようにすることが重要である。
【００４５】
ヒゲ玉１は２回回転対称性を有しており、角度αの二等分線からなる対称軸と、それに対して垂直をなし、アームの交点から等距離にある対称軸の２つの反射対称軸を有する。このヒゲ玉は、以下に詳述する図１８に見ることができるように、２つの可撓性連結部分によってつながれた２つの剛性天真受け部分を備えると考えることができる。剛性部分１７および１８（図１８の黒い部分）は、アーム６、７および８、９がそこから延びる部分でもあり、二重ヒゲの帯材１２および１３がそこから延びる部分でもある。可撓性部分１５および１６（図１８の灰色の部分）は、剛性部分を対称形につないで中心開口部を有するヒゲ玉１を形成する連結部分である。この可撓性部分は剛性部分よりも薄く、その弾性、すなわち可撓性は、最低保持トルクを確保しながら、天真への嵌入時にヒゲ玉１の変形を果たすことを可能にする。さらに、非円形の中心開口部は、可撓性部分を偏心させ、その長さを最大化させることができる。
【００４６】
図４のヒゲ玉の幾何学形状の対称性は、偏心を生じないようにバランスを取ることを狙ったものである。ヒゲ玉の非円形の中心開口部は、４つの支持面２、３、４および５によってほぼ画定される天真受け中心空洞部２６と、概ねアーム６、８および７、９と弾性部分１５および１６との間に対称形に形成される２つの周囲空洞部２７、２８とを備えるものとして定義することができる。空洞部２７および２８は角度αの二等分線に関して互いに対称形である。
【００４７】
そのため、その幾何学形状は支持点を、図４の場合であれば４つ、正確に定義することができる。アーム６からアーム９は、天真に対するヒゲ玉の支持点を、可撓性の弾性部分の長さを最大化しつつも、正確に定義することができる。その一方で、それらのアーム６からアーム９はたわまず、または無視できる程度にしかたわまず、弾性アームとみなすことはできない。
【００４８】
このことは、図１６および１７に取り上げたコンピュータシミュレーションによって確認することができ、図１６および１７は、呼び径０．５０３ｍｍの天真を図１２および１３に示した幾何学形状の異なる２つのヒゲ玉に嵌入させた後に存在する応力レベルを示したものである（それらのヒゲ玉について様々な天真径の場合の保持トルクと最大応力を示した図１４および１５を参照することもできる）。図１６および１７では、弾性変形しない、またはほとんどしない部分であって、剛性であるとみなすことができる部分は黒で示されている（天真の嵌入によって達する最大応力の半分未満、すなわち、図１６および１７の場合で約５００ＭＰａの応力レベル）。同じ図中で、弾性的に変形する部分であって、可撓性であるとみなすことができる部分は灰色に表示されている（最大応力の半分超の応力レベル）。これらのコンピュータシミュレーションは、可撓性部分１５、１６とは異なり、支持面を有するアーム６からアーム９が弾性変形しないことを示している。そのため、支持点からヒゲの締着点までの距離は常に一定であり、完璧に規定される。
【００４９】
そのため、ヒゲ玉は、図１８で黒で表した２つの剛性天真受け部分１７、１８が、図１８で灰色で表した２つの可撓性の、すなわち弾性の連結部分１５、１６によって相互につながれたものによって形成される。このような構成の利点は、材料の最大許容応力を明らかに下回る応力レベルで、天真に対して十分な保持トルクを確保しつつ、可撓性連結部分の長さを最大化できることにある。シミュレーションでは、本発明によるヒゲ玉は、閉輪郭内にある可撓性アームの場合よりも（同じ外形寸法としたとき）高い把持トルク（Ｍ）を天真に対して得ることができることが示されている。小変形理論を可撓性梁の場合に適用すると、保持トルクＭは可撓性部分の長さＬに依存し、ＭはＬ３に比例することを示すことができる。可撓性部分が長ければ長いほど、把持トルクは大きくなる。本発明によるヒゲ玉の利点は、可撓性部分の長さを最大化できるところにある。図１８の例では、可撓性部分が輪郭の全長の約７０％を占めている。好ましくは、可撓性部分は輪郭の全長の５０％以上を占め、特に５０％から９０％、より好ましくは６０％から８０％を占める。あるいは、ヒゲ玉の中心（中心開口部に内接する円の中心に相当）から測定した角領域であって、それぞれ剛性受け部分と可撓性連結部分とが占める角領域は約５４°と約１２６°である。好ましくは、ヒゲ玉の中心から測定した角領域であって、可撓性連結部分が占める角領域は５０°以上、特に９０°から１６０°の間、より好ましくは１１０°から１４５°の間である。この角領域は、たとえば、２つの受け部分の間にあって、材料内の応力が天真嵌入後の到達最大応力の５０％超であるゾーンが存在する最も小さい連続角領域として定義される。
【００５０】
本発明の別の実施例を図５に示す。この図では、ヒゲ玉が備えるのは１対の非弾性アーム２、３のみである。それらのアームによって形成されるＶ字に対向して、非円形の中心開口部の反対側にあるのは、第３の天真支持面の役割を果たすための膨出部分１４である。この場合の幾何学形状は、角度αの二等分線に関する反射対称性を有する（ただし、ヒゲの帯材の締着点を考慮しない場合）のみである。膨出部分１４の形状および寸法は、ヒゲ玉を最大限バランスさせるように選ばれる。あるいは、第３の支持面は、平坦であっても、さらには、内接径ｄｍａｘの０．５１倍超、好ましくは０．６２倍、０．７５倍または１倍超の曲率半径の凹状であってもよい。
【００５１】
本発明によるヒゲ玉は、二重ヒゲを天真に固定するものとして特に適している。実際、現在の技術で知られるヒゲ玉の大半は、締着点に対して対称形に変形しない。図１に示したようなヒゲ玉では、図示されている単一ヒゲの帯材と同じ点、すなわち剛性化構造によって形成される三角形の頂点に帯材の一方が固定されることになる。第２の帯材は、第１の帯材に対して１８０°の位置、すなわち三角形の一辺の中央に締着点を持たなければならない。そのため、ヒゲの中心および／または外側締着部に対する嵌入後の締着点の移動は２つの締着点について等価とはならず、そのために時間測定性能が低下しかねない。さらに、第２の帯材の嵌合点は、ヒゲの拡張および収縮時に変形しがちであり、そのため、それによっても時間測定性能が損なわれかねない。
【００５２】
本発明の第２の態様
別の態様によれば、本発明は、少なくとも２つの階層または段または部分を有するヒゲ玉に関する。その場合、ヒゲの締着点または碇着点（二重ヒゲの場合は複数の締着点）は、支持面の大部分、さらにはそのすべてがある階層とは異なる階層に位置する。これは特にヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリに適用される。
【００５３】
発明者らは、ヒゲと垂直な面内にヒゲ玉を引き伸ばすことにより、ヒゲ玉の寸法を最小化しながら、ヒゲ玉の耐トルク性能を最大化できることを発見した。そうすることで、弾性応力を可撓性部分に沿って可能な限りバランスさせるように振り分けながら、ヒゲ玉を介して天真にヒゲを締着する機能（第１の階層、ヒゲの面内）と、天真への保持機能、特に天真に対するヒゲ玉の保持機能（第１および第２の階層、好ましくは第２の階層のみで、ヒゲの面の外）とを切り離すことができる。
【００５４】
図４に示したものに相当する２階層構造のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリを、その前面および後面の斜視図で図９および１０に示す。
【００５５】
これらの図で見て取ることができるように、両側面は完全に重なり合うわけではなく、第１の層と第２の層の間には数ミクロンのずれがある。
【００５６】
図１１は、時計のムーブメントとつなぐための固定要素に二重ヒゲの帯材の両外端が固定された、図９および１０によるヒゲゼンマイアセンブリの全体像を示したものである。
【００５７】
かかる２階層構造のヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリが、その他のタイプのヒゲ玉、特にスリット付きヒゲ玉や、その他のタイプのヒゲ、特に単一ヒゲにも適用可能であることは明らかである。
【００５８】
製造方法
ヒゲ玉またはヒゲ／ヒゲ玉アセンブリは、特許文献４の対象となっているもののような周知の方法によって製造することができる。本発明の第２の態様によるヒゲ玉またはヒゲゼンマイ／ヒゲ玉アセンブリは、特許文献８または特許文献９の対象となっているもののような周知の方法によって製造することができる。
【００５９】
２階層、２段または２部分構造のヒゲ玉またはヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリの製造方法の基本ステップを図８に示す。
【００６０】
使用する出発基板は、「ＳＯＩ」（「シリコン・オン・インシュレータ」）型のウエハー（英語で「ｗａｆｅｒ」）で、酸化ケイ素ＳｉＯ２の薄層によって隔てられた２つの単結晶Ｓｉ部分によって構成される（図８ａ参照。単結晶Ｓｉは白で、ＳｉＯ２は斜線で網掛けして示してある）。最初の洗浄後、ウエハーを酸化して、反応性イオン深彫りエッチング（「ディープ・リアクティブ・イオン・エッチング」、英語略号で「ＤＲＩＥ」）のためのマスクの役割を果たすＳｉＯ２層を基板の両面に形成する（図８ｂ）。続いて、第１の面に対してフォトリソグラフィを実施して感光性樹脂で第１のパターンを画定し（図８ｃ。樹脂は縦線の網掛けで示してある）、そのパターンをドライエッチングにより下の酸化物層に複製する（図８ｄ）。洗浄後（図８ｅ）、同じステップを第２の面に対して第２のパターンで繰り返す。すなわち、フォトリソグラフィによって感光性樹脂で第２のパターンが画定され（図８ｆ）、そのパターンがドライエッチングによって下の酸化物層に複製される（図８ｇ）。続いて、ＤＲＩＥによる深彫りエッチングのステップを第２の面に対して実施し、第２のＳｉ層にパターンをエッチングする（図８ｈ）。次いで、第１の層に対して深彫りエッチングＤＲＩＥを実施する（図８ｉ）。ＳｉＯ２の露出した部分（外側層および中心層）はＢＨＦ（バッファードＨＦ。すなわちＨＦと、浸食速度を安定させる緩衝剤の役割を果たすＮＨ４Ｆとの混合物）による浸食で最終的に溶解させる（図８ｊ）。
【００６１】
上に記した工程には様々な追加ステップを設けることができる。たとえば（以下に限定されない）、
ＰＶＤ、ＣＶＤまたはＡＬＤのタイプの技法を用いるなどして行う表面全体またはその一部への機能層（酸化物、窒化物、炭素主体の層）の堆積、
特許文献１０によるテンプ振動体／ヒゲの熱補償用ＳｉＯ２酸化物層の堆積、
ＬｉＧＡタイプの電鋳法による金属または合金による一部構造、たとえばアーム６、７、８および９の製作、が挙げられる。
【００６２】
本発明の第２の態様の有利な変形形態
本発明の第２の態様の有利な変形形態によれば、ヒゲ玉は少なくとも２つの階層を有しており、ヒゲの締着点または嵌合点（または、二重ヒゲの場合は複数の締着点）は、支持面がある階層とは異なる階層に、ヒゲ玉の中心からその輪郭または外周までの距離よりも短いヒゲ玉の中心からの距離で位置する。
【００６３】
図２０に示すように、ヒゲ玉１００は、天真を受けるようにした中ぐり部１０１と、少なくとも第１の部分１０２および第２の部分１０３とを備える。第１の部分と第２の部分とは、中ぐり部の中心軸１０７と垂直をなす面１０４によって分けられており、その中心軸はヒゲ玉の中心も表す。ヒゲ玉のヒゲゼンマイ締着要素１０５は、第１の部分のみに位置する。支持面などによって形成される１または複数のヒゲ玉の天真連結要素１０６は、基本的に第２の部分に、好ましくは第２の部分のみに位置する。「ヒゲ玉の天真連結要素は基本的に第２の部分に位置する」とは、天真に対するヒゲ玉の連結応力の半分超は第２の部分のレベルにかかることを意味する。中ぐり部１０１は天真を受けるようにした中心開口部を形成する。
【００６４】
好ましくは、かかるヒゲ玉またはかかるヒゲ玉を含むヒゲ玉／ヒゲの一体型アセンブリを製作するためにＳＯＩウエハーを使用し、第１の部分および第２の部分はシリコン製であり、酸化ケイ素層によって互いに分けられている。実際、Ｓｉの２つの層を分けるＳｉＯ２の内部層が厚い、さらには非常に厚い（たとえば、通常の２から３ミクロンに対して、好ましくは５ミクロン超、さらには１０ミクロン超）ＳＯＩウエハーを使用すると、２階層構造の二重ヒゲ／ヒゲ玉一体型アセンブリを表した図である図１９に示すように、巻きを重ね合わせた可撓性のヒゲ玉を製作することができる。可撓性ヒゲ玉は、あらゆる点において図４のヒゲ玉と似通ったものである。ただし、ヒゲの締着点は、図２１のように輪郭上に位置するのではなく、図２２の例のように、ヒゲ玉の中心開口部に、したがって天真にできるだけ近い位置に来る。そのため、ヒゲの帯材は部分的に、図１９の例では１８０°弱（ヒゲの帯材の半回転弱の巻きに相当）にわたって、ヒゲ玉と重なり合う。２階層式の製造方法はこの種の構造の製作を可能にするが、これは、ＳｉＯ２の溶解浸食（図８）では、浸食時間が十分であれば、帯材をヒゲ玉と一体化させている酸化物も浸食し、それによって帯材を解き放すことができるためである。
【００６５】
そのため、ヒゲ玉へのヒゲの締着要素または嵌合点１０、１１は、第２の部分が内接する円筒の直径Ｄ２の半分未満である中ぐり部１０７の中心軸からの距離Ｄ１、特に、直径Ｄ２の半分と内接円ｄｍａｘの直径の半分の平均以下の距離Ｄ１に位置する。図２２のヒゲ／ヒゲ玉アセンブリの場合がそれに当たり、その場合のＤ１は０．３３０ｍｍ、Ｄ２は１．１８０ｍｍであり、直径Ｄ２の半分と内接円ｄｍａｘの直径の半分の平均は（１．１８０ｍｍ／２＋０．４９５ｍｍ／２）／２＝０．４１８７５ｍｍである。これは、嵌合点１０、１１を、図２１の場合の中心軸から２７５ミクロンの距離に対して、図２２の場合は８５ミクロンの距離に置くことに相当する。別法では、嵌合点はヒゲ玉の輪郭３３よりもさらに中心開口部に近い。
【００６６】
上述したようなヒゲ玉は、特にヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリに含めることができる。
【００６７】
天真の締着点を近づけることにより、時間測定特性を大幅に改善することができる。さらに、この種のアプローチは二重ヒゲだけに限られるものではなく、単一ヒゲに対しても完璧に適合するものであり、さらに、閉輪郭のヒゲ玉だけに限られるものではなく、スリット付きヒゲ玉にも適している。こうして、どのようなヒゲ玉とヒゲの組み合わせでも得ることができ、ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉アセンブリの時間測定特性はそれによって目に見えて改善する。
【００６８】
シミュレーション
図９および１０に示すような２つの二重ヒゲゼンマイ／２部分式スリットなしヒゲ玉一体型アセンブリに対して有限要素法によるシミュレーションを行った。
【００６９】
これら２つの似通ったアセンブリＡおよびＢを図１２および１３に示す。両者の寸法は多くの点で似通ったものである。すなわち、外形寸法は長軸（両図の寸法ｄ）沿いには１．１７ｍｍ、距離ｃは０．５５０ｍｍ、開口部中央の内接径は０．４９５ｍｍ、角度αは１２０°に等しく、可撓性連結部分の頂部レベルの外側輪郭の曲率半径は０．５３８ｍｍである。可撓性連結部分の厚さだけが顕著に異なる。すなわち、連結部分の頂部レベル（つまり連結部分の中間、両受け部分から等距離）における幅をｂとし、連結部分の最小幅をｅとすると、図１２のヒゲ玉の場合、ｂ＝０．０８５ｍｍ、ｅ＝０．０５０ｍｍであり、図１３のヒゲ玉の場合、ｂ’＝０．０７０ｍｍ、ｅ’＝０．０５０ｍｍである。剛性受け部分の最大幅ａも異なる。すなわち、図１２のヒゲ玉ではａ＝０．２２４ｍｍであり、図１３のヒゲ玉ではａ’＝０．２００ｍｍであるが、二重ヒゲの締着点同士の間隔は同じである。
【００７０】
ヒゲ（第１の部分）の層の高さは１５０ミクロンで、支持面（第２の部分）がある階層の層の高さは５００ミクロンである。
【００７１】
天真は、許容される直径が０．５から０．５０６ｍｍの間であり、呼び径の値で０．５０３ｍｍである。
【００７２】
図１４のグラフは、図１２、１３および３のヒゲ／ヒゲ玉アセンブリのそれぞれについて、天真の直径に応じたヒゲ玉の保持トルクＭのシミュレーション結果の変化を示したものである。最低保持トルクは図１４に破線で示されている。
【００７３】
どのアセンブリの場合も、たとえ許容最小値に満たない小さな直径であっても、保持トルクは必須とされる最低トルクを上回っていることがわかる。
【００７４】
図１５のグラフは、図１２、１３および３のヒゲ／ヒゲ玉アセンブリのそれぞれについて、天真の直径に応じたヒゲ玉の応力ｓの変化を示したものである。当該材料に関する許容最大応力（安全係数を見込んだ弾性限度）は破線で示されている。
【００７５】
本発明におけるそれぞれのアセンブリに関しては、最大応力は許容最大値を十分に下回っていることがわかる。図１３のヒゲ玉の利点は、図１２のヒゲ玉と比べて、可撓性が高く、応力レベルが低く、天真の直径によるトルク勾配が小さいところにある。必然的に把持トルクは低い。
【００７６】
反対に、従来技術によるアセンブリでは、応力は最大許容値を急激に超える。そのため、この種のヒゲ玉は、嵌入による組立てには適していないことがわかる。実際、このような輪郭の幾何学形状では、天真の嵌入後、優れた保持と、破損しない範囲でのヒゲ玉の変形とを同時に果たすことはできない。さらに、許容差の下限で応力が許容最大応力を下回るように、内接径は許容差の下限をわずかに０．２ミクロン下回るのみであり、そのため、極端に精度の高い製造許容差が要求される。
【００７７】
同じ振る舞いは、特許文献４の図１０Ｄに示されたような従来技術のその他のヒゲ玉についても予想される。天真の直径に伴う応力の増加は図３のヒゲ玉の場合ほどには大きくないが、それでも、許容差の上限に達する前に許容最大応力を大きく超えてしまう。
【００７８】
この例は、閉輪郭を持ち、剛性の受け部分が可撓性の連結部分によってつながれたヒゲ玉の利点を物語るものである。この剛性の違いは小変形梁理論の第一次近似によって推定することができる。すなわち、ある梁について、幅ｅ、厚さｈおよび長さＬの要素の剛性ｋはｅ３×ｈ／Ｌ３に比例する。幅ｅは部分の長さに沿って一定であるものと近似すると、受け部分の剛性ｋｒと連結部分の剛性ｋｆの比はしたがって、厚さを同じとした場合、ｋｒ／ｋｆ＝（ｅｒ３×ｈｒ×Ｌｆ３）／（ｅｆ３×ｈｆ×Ｌｒ３）＝（ｅｒ３×Ｌｆ３）／（ｅｆ３×Ｌｒ３）となる。そのため、連結部分の平均厚さを受け部分よりも小さくするとともに、その同じ連結部分の長さを最大化することで、連結部分の剛性をかなり顕著に低下させることができる。ｋｒ／ｋｆ比は、好ましくは１０超、より好ましくは５０超、さらに好ましくは１００超となるようにする。
【００７９】
剛性は幅の３乗に依存することから、連結部分の方が受け部分よりも剛性が低くなるようにするためには、剛性受け部分と可撓性連結部分とで幅に差があることが好ましい。
【００８０】
低めの剛性を得るには様々な可能性がある。すなわち、連結部分の平均幅は受け部分の平均幅より小さくできることが好ましく、受け部分の平均幅の２分の１未満であることがなお好ましい。
【００８１】
代替的または累加的に、２つの連結部分は、受け部分の最大幅に満たない最小幅および／または受け部分の中間距離における幅を有する。
【００８２】
その場合、連結部分の最小幅ｅは、ａを受け部分の最大幅であるものとして、好ましくは０．５×ａ未満であり、より好ましくは０．３×ａ以下である。
【００８３】
代替的または累加的に、受け部分の中間距離に当たる連結部分の中間における幅は、好ましくは０．７×ａ未満であり、より好ましくは０．５×ａ以下である。
【００８４】
また、連結部分を受け部分よりも薄くするなど、受け部分と連結部分の厚さを変化させることができるが、厚さよりも幅を変化させることによって剛性を変化させる方が望ましい。
【００８５】
当然のことながら、当業者であれば、十分な耐トルク性能を確保する一方で、許容最大応力を遙かに下回る応力を維持して弾性変形領域を外れないように心がけながら、ヒゲの厚さや利用できる外形寸法に応じてケースバイケースでヒゲ玉の寸法を適合化することができよう。
【００８６】
少なくとも２つの階層を有するヒゲ／ヒゲ玉一体型アセンブリのメリットについては次のように説明することができる。単一層のみのヒゲ／ヒゲ玉アセンブリの場合、その高さはヒゲの寸法によって、特に所要トルクと外形寸法（直径）によって決まる。ヒゲ玉の高さ、したがって支持面を有するアームおよび可撓性部分の高さは、必然的にヒゲの高さによって固定され、自由に調整することはできない。高さ１５０ミクロンの単層アセンブリの場合、把持は５００ミクロンではなく、１５０ミクロンで行われるため、把持トルクの値は、ヒゲの高さが同じ（１５０ミクロン）多層アセンブリと比較して５００／１５０の比で小さなものとなる。そのため、それらの把持トルク値は、許容差の最低値（０．５ミクロン）に近い天真径の場合、要求される最低値（図１４の破線）を下回ってしまう。
【００８７】
支持部分をヒゲを含む階層によっても持たせることを企図することも可能であり、そうすることで、上記の例では把持トルク値を単一階層のアセンブリと比較して６５０／１５０の比に高めることができるはずである。しかし、製造方法における許容差からして、２つの階層にわたって連続面を製作するのはきわめてデリケートな作業である。そのため、ヒゲの締着機能と天真へのヒゲ玉の連結機能とは異なる２つの階層に分離し、ヒゲゼンマイへのヒゲ玉の１または複数の締着要素を有する階層には支持部分を設けないことが好ましい。
【００８８】
したがって、単層または単段のヒゲ玉の保持トルクの増大手段の１つは、応力を高めることなく、可撓性部分によってもたらされるトルクを増大させることにあり、それにはヒゲ玉の直径をより大きなものとする必要がある。そのためには、ヒゲの帯材の締着点を天真から離さなければならなくなり、時間測定特性はそれによって低下する。
【００８９】
上記のことから、酸化ケイ素層によって分けられた２つのシリコン段など、少なくとも２つの階層を有するヒゲ／ヒゲ玉一体型アセンブリでは、その外形寸法を最適化しながら、すなわちヒゲ玉の直径の拡大を回避しながら、把持トルクを最大化する可能性がもたらされることがわかる。そのため、第２の部分１０３が中ぐり部１０７の中心軸に沿ってヒゲゼンマイの厚さＥの１倍超、さらにはヒゲゼンマイの厚さＥの３倍超の長さにわたって延びるヒゲ玉は、特にヒゲ／ヒゲ玉一体型アセンブリを形成するのに特に適している。
【００９０】
図６および７は、本発明によるヒゲ／ヒゲ玉一体型アセンブリの変形形態を示したものである。
【００９１】
図６では、弾性部分がその中央部３０で周囲空洞の中に向かって膨らんでいることがわかる。
【００９２】
図７の２段式ヒゲ／ヒゲ玉一体型アセンブリは、対称形でない可撓性部分を有している。
【００９３】
単一または二重ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉アセンブリのヒゲの熱補償は周知の手段によって行う。たとえば、ベース材料のヤング率の第１温度係数を補償する材料層をヒゲの表面に使用することができる。Ｓｉ製のヒゲの場合、その層の材料として適当なのはＳｉＯ２である。
【００９４】
好ましくは、各変形形態および実施形態において、一体型アセンブリが天真に取り付けられた後、それぞれの連結部分が主としてたわみ応力を受ける。
【００９５】
「主としてたわみ応力を受ける」とは、各連結部分において、連結部分が延びる方向にほぼ沿った向きをなす中立軸であって、引張応力を受けるゾーンと圧縮応力を受けるゾーンとを分ける中立軸を特定できることをいう。
【００９６】
好ましくは、各変形形態および実施形態において、アセンブリが天真に取り付けられた後、それぞれの連結部分は、天真の半径の少なくとも０．５倍だけ、さらには天真の半径の少なくとも０．９倍だけ天真から離れた部位を有する。
【００９７】
好ましくは、各変形形態および実施形態において、受け部分および連結部分は、天真を連続的に包含する、すなわち、トポロジー的に切れ目なく天真を包含することができる要素を形成する。そして、それらの部分は、スリット付きヒゲ玉とは違って、閉じたヒゲ玉を形成する。
【００９８】
本明細書において、「変形しない部分」または「剛性部分」とは、動作時もしくは一体型アセンブリの天真への取付け時に変形しない、もしくはほとんど変形しない部分、または動作時もしくは一体型アセンブリの取付け時に変形することが求められていない、および／もしくは変形することで機能を果たすものでない部分をいう。
【００９９】
本明細書において、「変形可能な部分」とは、動作時もしくは一体型アセンブリの天真への取付け時に弾性的に変形する部分、または動作時もしくは一体型アセンブリの取付け時に弾性変形することが求められている、および／もしくは弾性変形することで機能を果たす部分をいう。
【０１００】
本発明の一態様によれば、ヒゲゼンマイ／ヒゲ玉一体型アセンブリは、
天真に対してその支持を行うようにした第１の受け部分と、
天真に対してその支持を行うようにした第２の受け部分と、
第１の受け部分と第２の受け部分をつなぐようにした第１の連結部分と、
第１の受け部分と第２の受け部分をつなぐようにした第２の連結部分と
を備える。
【０１０１】
これら各々の部分は好ましくは１つのヒゲ玉に含まれる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図２１】
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【図２２】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【国際調査報告】
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