DE102014102081A1

DE102014102081A1 - Mikromechanisches Bauteil und Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils

Info

Publication number: DE102014102081A1
Application number: DE102014102081.2A
Authority: DE
Inventors: Konrad Damasko
Original assignee: Damasko GmbH
Current assignee: Damasko GmbH
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-20
Also published as: WO2015125081A1

Abstract

Es ist ein mikromechanisches Bauteil (1) aus einem nichtmetallischen Glaswerkstoff und ein Verfahren zu dessen Herstellung offenbart. Das mikromechanische Bauteil (1) hat mehrere Kontaktflächen (3), die mit einer Gegenkontaktfläche (4) eines weiteren mikromechanischen Bauteils (5) zusammenwirken, ausgebildet. Jede Kontaktfläche (3) des mikromechanischen Bauteils (1) hat mehrere erste Erhöhungen (11) und erste Vertiefungen (21) ausgebildet. Die ersten Erhöhungen (11) und ersten Vertiefungen (21) der Kontaktfläche (3) selbst haben mehrere zweite Erhöhungen (12) und zweite Vertiefungen (22) ausgebildet, wobei die Anzahl und Größe der zweiten Vertiefungen (22) und der ersten Erhöhungen (11) derart gewählt ist, dass eine Summe aus tragenden Flächen (10) der zweiten Erhöhungen (12) kleiner ist, als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche (30).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil aus einem nicht metallischen Glaswerkstoff. Das mikromechanische Bauteil ist dabei derart ausgebildet, dass es mehrere Kontaktflächen aufweist, die mit einer Gegenfläche eines weiteren mikromechanischen Bauteils zusammenwirken.
Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils aus einem nicht metallischen Glaswerkstoff.
Hintergrund der Erfindung
Ein mechanisches Uhrwerk weist als zentrale Bestandteile ein Federhaus mit Zugfeder, Räderwerk, Hemmung und Schwingsystem (Unruh) auf. Dabei stellt das Federhaus mit Zugfeder den Antrieb des Uhrwerks zur Verfügung. Die Kraftübertragung erfolgt beginnend beim Federhaus über das Räderwerk zum Ankerrad, das einen Bestandteil der Hemmung darstellt. Das Räderwerk treibt die Zeiger der Uhr an und übersetzt die in der Zugfeder gespeicherte Federkraft in Drehbewegungen verschiedener Geschwindigkeiten, wodurch Sekunden, Minuten, Stunden usw. angezeigt werden.
Aufgabe der Hemmung ist es, das Schwingungsorgan, die Unruh, jedes Mal mit einer winzigen Energiemenge zu versorgen, wenn sie den „toten Punkt“ passiert. Als „toten Punkt“ bezeichnet man die Position der Unruh, bei der sie sich nominell in der Ruhelage befindet. Die Amplitude der Unruh beträgt dann 0° (Nulldurchgang). Die Unruh schwingt gleichmäßig beidseits des toten Punktes mit einer bestimmten Amplitude und gibt bei jedem Nulldurchgang einen Zahn des Hemmungsrades frei. Das erlaubt dem Räderwerk und den Zeigern sich in kleinen Sprüngen mit einer regelmäßigen Frequenz zu drehen, die von der Unruh gesteuert wird. Zwischen den kurzen Augenblicken, in denen die Hemmung das Räderwerk freigibt, ruht dieses, während die Unruh jedoch ständig in Bewegung bleibt, bis die in der Zugfeder gespeicherte Energie abgegeben ist. Nur während des kurzen Augenblicks, während der sogenannten Hebung, wird über die Hemmung eine winzige Energiemenge an die Unruh zurückgeführt. Die resultierenden ruckartigen Bewegungen des Räderwerks sind z. B. am Vorrücken des Sekundenzeigers zu beobachten. Für die möglichst gleichmäßige Abgabe der Energie wurden bereits Dutzende von verschiedenen Hemmungen vorgeschlagen.
Heute sind praktisch alle mechanischen Uhren mit dem gleichen Typ ausgerüstet, nämlich der „Schweizer Ankerhemmung“.
Bei der „Schweizer Ankerhemmung“ umfassen die beiden Arme des Ankers je einen Ankerstein („Palette“), der meist aus Rubin, Saphir oder Granat besteht. Die Ankersteine sind in die beiden Arme des Ankers entweder eingesetzt oder werden aus einem Stück zusammen mit dem Anker gefertigt. Die Anker greifen abwechselnd in je einen Zahn des Ankerrads ein und halten es so fest. Jedes Mal, wenn die Unruh den toten Punkt in der einen oder der anderen Richtung passiert, greift sie über den sog. Hebelschein (Ellipse) in die Ankergabel ein. Dadurch gibt der Anker über die jeweilige Palette je einen Zahn des Ankerrads frei, das damit kurz vorrückt und einen winzigen Energiebruchteil über dem Anker an den Hebelstein und damit an die Unruh zurückführt. Abgesehen von dem kurzen Augenblick, in dem das Ankerrad über die Ankergabel mit der Unruh verbunden ist, schwingt diese als Oszillationsorgan völlig frei und unabhängig von ihrem Antriebsmechanismus. Das ist eine grundlegende Bedingung für den regelmäßigen Gang der Uhr. Die wenigen Hemmungstypen, die diesen Vorteil besitzen, werden als „freie Hemmung“ bezeichnet. Die Ankerhemmung ist also eine freie Hemmung. Solche Hemmungskonstruktionen sind erst gegen Mitte des 18. Jahrhunderts entwickelt worden. Bei der Kraftübertragung zwischen den Zähnen des Ankerrades und den Paletten des Ankers bewegen sich diese beiden Teile unter Druck gegeneinander. Zu Beginn der Bewegung liegt die Palette an einer Kontaktfläche eines Ankerradzahns, der sog. Ruhefläche, an. Bei der Bewegung der Palette gegen das Ankerrad tritt eine Reibungskraft auf. Um zwei Körper, die mit parallelen ebenen Flächen aneinander liegen und bei denen die beiden Körper durch eine Kraft gegeneinander gedrückt sind, relativ zueinander zu bewegen, muss eine Kraft in Bewegungsrichtung angelegt werden. Zunächst ist die Haftreibung der beiden Körper zu überwinden. Wenn die Kraft über die Überwindung der Haftreibung ausreicht, beginnen sich die Körper gegeneinander zu bewegen. Zur Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Bewegung reicht dann eine geringere Kraft aus. Um die Bewegung Aufrecht zu erhalten, ist die Gleitreibung zu überwinden. Bei einer Ankerhemmung werden die Reib- und Normalkraft im Wesentlichen durch das Drehmoment des Ankerradantriebs übertragen. Dieses Drehmoment wird letztendlich von der Zugfeder erzeugt und über das Räderwerk und den Ankerradtrieb übertragen.
Liegt eine hohe Reibung vor, verkleinert dies den Energiebetrag, der an die Unruh weitergegeben wird. Dadurch sind die Ganggenauigkeit und die verfügbare Gangreserve kleiner als bei einem Zeitmesser mit geringer Reibung. Zusätzlich führt die erwähnte Reibung in der Regel zu einem Materialabtrag, also Verschleiß, an den Kontaktflächen zwischen der Palette und den Zähnen bzw. der Kontaktfläche des Ankerrads. Hierdurch kann die Genauigkeit weiter reduziert werden und die betreffenden Teile müssen von Zeit zu Zeit ersetzt werden. Zur Verschleiß- und Reibungsminimierung werden bei konventionellen Hemmungen mit einem Ankerrad aus Stahl und Rubinpaletten obligatorisch Öle eingesetzt. Jedoch haben diese Schmierstoffe die Eigenschaft, durch Beschleunigungs- und Zentrifugalkräfte, wie diese z. B. am Anker und am Ankerrad auftreten, von den Kontaktflächen beider Bauteile abzuwandern. Um dies zu verhindern versucht man, die Kontaktfläche mit einer reibungsminimierenden Beschichtung zu versehen. Die Beschichtung soll also das Abwandern der Schmierstoffe verhindern, was jedoch nur bedingt gelingt. Dies erfordert wiederum, dass das Uhrwerk in regelmäßigen Zeitabständen gewartet werden muss, da die Schmierstoffe erneut und/oder die Hemmung und das Räderwerk gereinigt werden müssen.
Die europäische Patentanmeldung EP 2 107 434 A1 offenbart ein mikromechanisches Bauteil, insbesondere im Räderwerk eines mechanischen Zeitmessers. Das mikromechanische Bauteil steht dabei derart in Berührung mit mindestens einem zweiten Bauteil, so dass beim Betrieb des Zeitmessers eine Relativbewegung zwischen den Kontaktflächen des ersten mikromechanischen Bauteils und des zweiten mikromechanischen Bauteils eintritt. Zumindest das erste mikromechanische Bauteil ist aus einem harten und dimensionsstabilen Nichtmetall so gefertigt, dass die mindestens eine Kontaktfläche zwischen dem ersten mikromechanischen Bauteil und dem zweiten mikromechanischen Bauteil eine Längendimension von höchstens 200 µm senkrecht zur Richtung der genannten Relativbewegung aufweist. Ferner erstreckt sich die genannte Kontaktfläche in Richtung dieser Relativbewegung. Insbesondere kann es sich beim erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteil um ein in einer Ankerhemmung eingebautes Bauteil handeln. Die Kontaktflächen, die der Reibung unterliegen, sind zumindest als Kante ausgeführt und mit einer Beschichtung versehen. Die als Kante ausgeführte Kontaktfläche kann bis zu einer punktförmigen Dimension verkleinert werden.
Die europäische Patentanmeldung EP 2 236 455 A1 zeigt ein mikromechanisches Bauteil mit reduziertem Verschleiß. Das mikromechanische Bauteil steht dabei in Kontakt mit einem Reibpartner. Mindestens diejenige Oberfläche des mikromechanischen Bauteils, die mit dem Reibpartner in Kontakt steht, ist mit einer Abschlussschicht versehen, die überwiegend aus einem SP² hybridisierten Kohlenstoff besteht. Gemäß zwei unterschiedlichen Ausführungsformen kann die Abschlussschicht mit einer Dicke aufgebracht werden, die kleiner ist als die Rauhtiefe. Ebenfalls ist es möglich, die Schichtdicke der Abschlussschicht größer als die Rauhtiefe auszubilden. In Abhängigkeit von der Schichtdicke ergibt sich dann ein anderes Verhalten der Abschlussschicht beim Einlaufen.
Das europäische Patent EP 1 504 200 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements. Auf einer Oberfläche eines Substrats ist eine Diamantschicht mit einem mittleren maximalen Rauwert Rz vorgesehen. Die Diamantschicht weist reproduzierbare Ausnehmungen zur Aufnahme von Abrieb auf. Die Ausnehmungen werden mit einer vorgegebenen Tiefe in der Oberfläche des Substrats durch Aufbringen einer Diamantschicht mittels eines CVD-Verfahrens hergestellt. Der sich ergebende mittlere maximale Rauwert Rz der Diamantschicht ist kleiner als die Tiefe der Ausnehmungen. Die Ausnehmungen können mechanisch, durch Ätzen oder mittels Laser hergestellt werden. Die sich ergebenden linearen Strukturen verlaufen schräg oder quer zu einer Gleitrichtung und werden entsprechend so ausgebildet. Die linearen Strukturen haben eine Breite zwischen 0,5 µm und 10 mm. Dabei wird ein Anteil von 1% bis 95% der Oberfläche der Diamantschicht durch die Ausnehmungen gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reibung zwischen einem mikromechanischen Bauteil und einem weiteren Bauteil deutlich zu verringern, wobei gleichzeitig die Abnutzung dieser beiden Bauteile auf einem tolerablem Maß gehalten werden muss. Schließlich soll die Fertigung der mikromechanischen Bauteile kostengünstig, reproduzierbar und fertigungstechnisch einfach zu lösen sein.
Diese Aufgabe wird durch ein mikromechanisches Bauteil aus nicht metallischem Glaswerkstoff gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem zumindest ein mikromechanisches Bauteil, das mit einem anderen Bauteil in Kontakt steht, derart hergestellt werden kann, dass dessen Reibung vermindert ist und wobei gleichzeitig die Abnutzung dieser beiden mikromechanischen Bauteile in einem tolerablem Maß gehalten werden kann. Hinzu kommt, dass die Fertigung des mindestens einen Bauteils kostengünstig, reproduzierbar und fertigungstechnisch einfach gelöst werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils aus einem nicht metallischen Glaswerkstoff gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 13 umfasst.
Gemäß der Erfindung wird das mikromechanische Bauteil aus einem nichtmetallischen Glaswerkstoff gefertigt. Das mikromechanische Bauteil weist mehrere Kontaktflächen auf, die mit einer Gegenkontaktfläche eines weiteren mikromechanischen Bauteils zusammenwirken. Dabei ist jede Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils derart ausgebildet, dass sie mehrere erste Erhöhungen und erste Vertiefungen aufweisen. Dabei tragen die ersten Erhöhungen und ersten Vertiefungen einer jeden Kontaktfläche selbst mehrere zweite Erhöhungen und zweite Vertiefungen. Die Anzahl und die Größe der zweiten Vertiefungen und ersten Erhöhungen sind dabei derart gewählt, dass eine Summe aus tragenden Flächen der zweiten Erhöhungen kleiner ist, als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche.
Dabei ist es Ziel, die Reibung zwischen den einzelnen mikromechanischen Bauteilen so gering wie möglich zu machen. Wendet man dieses Prinzip insbesondere auf ein mikromechanisches Bauteil an, welches Teil der Ankerhemmung ist, erreicht man hierdurch eine Verlängerung der Lebensdauer und der Wartungsintervalle eines Zeitmessers.
Dabei ist es von Vorteil, wenn das Verhältnis der zweiten Erhöhungen zu einer Summe aus den ersten Vertiefungen und den zweiten Vertiefungen einen Anteil an der tragenden Fläche von maximal 80% und mindestens 2% beträgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform beträgt der Anteil der tragenden Fläche maximal 50% und mindestens 2%. Dieser Anteil an der tragenden Fläche errechnet sich aus dem Verhältnis der zweiten Erhöhungen zu einer Summe aus den ersten Vertiefungen und den zweiten Vertiefungen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt ein Anteil der tragenden Fläche maximal 30% und mindestens 2%.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung haben die ersten Vertiefungen und die ersten Erhöhungen auf der Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils eine wellenförmige Struktur ausgebildet. Eine weitere Möglichkeit der Struktur an der Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils ist, dass die Erhöhungen und die ersten Vertiefungen zusammen eine trapezförmige Struktur ausbilden. Die ersten Vertiefungen einer jeden Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils sind zur Aufnahme eines Schmierstoffs ausgebildet. Der Schmierstoff kann in flüssiger, pastöser oder fester Form vorliegen. Ein weiterer Vorteil der Vertiefungen ist, dass die Vertiefungen zusätzlich zum Schmierstoff auch einen Abrieb aufnehmen können, der beim Einlaufen der mikromechanischen Bauteile auftritt und somit die resultierenden tragenden Flächen ausbildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Kanal ausgebildet sein, der von mindestens einer der Kontaktflächen des mikromechanischen Bauteils ausgeht und sich in das Material des mikromechanischen Bauteils hinein erstreckt. Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung des Kanals des mikromechanischen Bauteils ist, dass das mikromechanische Bauteil aus einem ersten plattenförmigen Teil und einem zweiten plattenförmigen Teil besteht, die miteinander verbunden sind. Dabei wird vor dem Verbinden des ersten plattenförmigen Bauteils und des zweiten plattenförmigen Bauteils der Kanal im ersten plattenförmigen Bauteil oder zweiten plattenförmigen Bauteil ausgebildet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das mikromechanische Bauteil, das aus einem nichtmetallischen Glaswerkstoff hergestellt worden ist, zusätzlich noch mit einer Beschichtung versehen sein. Die mechanischen Eigenschaften, wie auch der Verschleiß der Kontaktflächen zwischen den mikromechanischen Bauteilen, hängen im Wesentlichen von dem Anteil der tragenden Fläche ab. Eine Rauhtiefenangabe liefert keine Angaben über den Anteil der tragenden Fläche an der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche. Eine Oberfläche bzw. Kontaktfläche mit geringer Rauhtiefe kann einen geringeren Anteil der tragenden Fläche ausbilden, als eine Kontaktfläche mit großer Rauhtiefe. Es muss daher im Einzelfall geprüft werden, wie hoch die Druckkräfte zwischen den einzelnen mikromechanischen Bauteilen sind, die auf die Summe der tragenden Flächen einwirken und ob dann die Summe der tragenden Flächen vorteilhafter Weise verringert werden kann. Eine Reduzierung der Summe der tragenden Fläche führt zu einer Reduzierung der Gesamtreibung und schafft erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise Raum für Schmierstoff und Abrieb, der aus dem Zusammenwirken der beiden mikromechanischen Bauteile entsteht.
Bei der Anwendung der gegenwärtigen Erfindung bei Zeitmessern ist die Kontaktfläche zwischen den einzelnen Zähnen des Ankerrads und der Hemmung vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass ein Anteil der Summe der tragenden Flächen maximal 80% beträgt. Somit wird die Flächenanhangskraft einer geschlossenen Fläche umgangen. Gemäß der oben beschriebenen weiteren Ausführungsform können bei der Ankerhemmung die Ankerpaletten oder die Zähne des Ankerrads bzw. deren Gleitfläche (Kontaktfläche) z. B. mit einem zentrischen Kanal versehen sein, der zur Aufnahme eines Schmierstoffs dient. Erfindungsgemäß muss jedoch genau auf das Verhältnis von verbleibender möglicher effektiver Kontaktfläche und auf den auf diese Fläche einwirkenden Flächendruck geachtet werden. Bei optimaler Auslegung der Verhältnisse, wie z. B. Anteil der tragenden Fläche, Druckbelastung des Flächentraganteils und die Rauhtiefe der Tragflächen mit Schmierstoff und/oder geeigneter Beschichtung, kann sich bereits ein Wert des Gleitreibungskoeffizienten von unter 0,1 einstellen.
Erfindungsgemäß wird zunächst die Größe der effektiv möglichen Kontaktfläche zwischen der Palette und einem Zahn des Ankerrads bereits durch die Einbringung der ersten Vertiefungen bzw. des Kanals in die Kontaktfläche stark verringert. Hinzu kommt, dass die ersten Vertiefungen und auch der Kanal mit einem Schmierstoff aufgefüllt sein können.
Bei der Verkleinerung der Kontaktfläche bzw. der Summe der tragenden Flächen verändert sich bei konstantem Drehmoment des Antriebs des Ankerrads die Zahnkraft nicht. Jedoch steigt der Druck auf die tragenden Flächen zwischen den beiden zusammenwirkenden mikromechanischen Bauteilen (Zahn des Ankerrads und Hemmung) stark an, so dass damit die Gefahr einer erhöhten Abnutzung der sich kontaktierenden Flächen des Ankerrads und der Hemmung besteht. Um diesem voraussehbaren Effekt zuvorzukommen, sieht die gegenwärtige Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform vor, dass der Anteil der tragenden Fläche an der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche maximal 80% beträgt. Hinzu kommt, dass die Kontaktflächen zwischen den Zähnen des Ankerrads und der Ankerhemmung aus einem extrem harten Material ausgebildet sind, wie dies beispielsweise mit einem photosensitivem Glas der Firma Schott möglich ist. Dieses photosensitive Glas wird unter dem Namen Foturan^® vertrieben, welches sich bedingt durch seine Photoempfindlichkeit hervorragend strukturieren lässt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zusätzlich zu den ersten Vertiefungen ebenfalls ein Kanal (Fluidkanal) ausgearbeitet werden, der sich in einen Arm des Ankerrads hinein erstreckt. Dieser Kanal vergrößert somit auch das Schmiermittelreservoir. Das Ankerrad besteht dabei aus einem ersten plattenförmigen Teil und einem zweiten plattenförmigen Teil. Die Ausarbeitung des Kanals wird dabei in mindestens einem der beiden plattenförmigen Teile mit einem photolithographischem Strukturierungsprozess ausgeführt. Diese photolithographischen Strukturierungsprozesse sind in der Silizium-Verarbeitung als MEMS-Prozesse bekannt. Denkbar bei der Ausarbeitung bzw. Strukturierung sind ebenfalls Verfahren, die mit Mikrostrahlen oder mit Laser arbeiten. Ebenfalls ist auch eine mechanische Bearbeitung denkbar. Nachdem der Kanal in einem der beiden plattenförmigen Bauteile des Ankerrads ausgebildet worden ist, werden die beiden Teile gereinigt und miteinander verbunden. Die beiden plattenförmigen Teile können dabei aus dem gleichen oder auch aus einem anderen, nicht metallischen Glaswerkstoff bestehen. Die Verbindung der beiden Teile kann z. B. durch ein thermisches Diffusionsfügeverfahren, einem sog. Bonden oder Waferbonden durchgeführt werden.
Für Bauteile, die geringeren Belastungen unterliegen, kann bereits eine Strukturierung der effektiv möglichen maximalen Kontaktflächen auf der ersten oder der zweiten Platte genügen, ohne die explizite Ausarbeitung einer Vertiefung in Form eines Mikro- oder Fluidkanals vorzunehmen. In einer solchen Ausführungsform kann der Anteil der tragenden Fläche weiter reduziert werden. Eine Reduzierung auf einen Anteil an der tragenden Fläche von 30% bis 10% ist denkbar, jedoch muss er mindestens 2% an der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche betragen, um evtl. mehr Raum für den einzubringenden Schmierstoff, wie z. B. in Form von Festschmierstoff, zu erhalten. Es ist folglich klar ersichtlich, dass das Maß der tragenden Fläche in direktem Zusammenhang mit den ersten Vertiefungen, den zweiten Vertiefungen und ggf. dem Kanal steht. Die Mindesttiefe der zweiten Vertiefungen errechnet sich nach der Formel 0,02 × √Fläche . Somit kann das Verhältnis der ersten Vertiefungen und der zweiten Vertiefungen pro maximal möglicher Kontaktfläche je nach vorliegendem Flächendruck eingestellt werden. Je nach gewählter Materialpaarung und Art des Schmierstoffs kann der Anteil der Summe der tragenden Flächen der zweiten Erhöhungen an der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche mindestens 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, ..., aber mindestens 2% betragen. Auch hinsichtlich der Tiefe der ersten Vertiefungen und der zweiten Vertiefungen hat sich herausgestellt, dass bei einem hohen Anteil der tragenden Fläche (von z. B. 80%) die Tiefe der ersten Vertiefungen und der zweiten Vertiefungen größer dimensioniert sein sollten, da es bei der Inbetriebnahme der beiden mikromechanischen Bauteile zu einem Erstabrieb und in gewisser Weise je nach Härte und Beschaffenheit zu einem sog. Einlaufen der Flächen der beiden mikromechanischen Bauteile kommt. Es ist bei der gegenwärtigen Erfindung von Vorteil, dass sich der Abrieb in den ersten Vertiefungen der Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils sammelt. Für den Fall, dass die Vertiefungen zu klein sind, bzw. der Anteil der tragenden Fläche zu hoch, wird dieser Abrieb unkontrolliert in der Umgebung des Bauteils verteilt. Bei richtig gewähltem Verhältnis des Anteils der tragenden Fläche, bzw. bei einem richtigen Auslegen der ersten Vertiefungen kann der in den Vertiefungen, bzw. im Kanal eingebrachte Schmierstoff den Erstabrieb in den ersten Vertiefungen binden. Dies geschieht besonders bevorzugt bei der Verwendung eines Festschmierstoffs.
Ebenso lässt sich durch das Aufbringen weiterer Beschichtungen die Reibung zwischen den mikromechanischen Bauteilen nochmals senken und die Bruchfestigkeit des Grundsubstrats, aus denen die mikromechanischen Bauteile hergestellt werden, nochmals erhöhen. Dies führt nochmals zu einer Verringerung des Anteils der tragenden Fläche an der maximalen möglichen effektiven Kontaktfläche des jeweiligen mikromechanischen Bauteils. Solche Beschichtungen sind z. B. durchs Sputtern, Bedampfen, Galvanik, usw. möglich. Bevorzugt wird bei der Verwendung der mikromechanischen Bauteile in einem Zeitmesser ein CVD- und ein PVD-Verfahren verwendet, mit denen z. B. Silizium-Nitrit, Silizium-Carbid, Kohlenstoff in Form von Diamant, oder DLC, oder Graphen, usw. aufgebracht werden. Nach dem Beschichten zeichnen sich die Vertiefungen und Erhöhungen in der Schichtoberfläche weitgehend gleich ab. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils aus einem nicht metallischen Glaswerkstoff dadurch aus, dass zunächst mehrere Kontaktflächen derart ausgebildet werden, dass bei jeder Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils mehrere erste Erhöhungen und erste Vertiefungen ausgebildet werden. Ebenso werden mehrere zweite Erhöhungen und zweite Vertiefungen auf der Außenfläche der ersten Erhöhungen und der ersten Vertiefungen einer jeden Kontaktfläche ausgebildet. Vor der ersten Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils erfolgt das Abtragen von Spitzen der zweiten Erhöhungen. Dieses Abtragen erfolgt durch das Zusammenwirken des mikromechanischen Bauteils mit einer Gegenkontaktfläche eines weiteren mikromechanischen Bauteils. Durch das Abtragen der Spitzen wird eine tragende Fläche der zweiten Erhöhungen derart ausgebildet, dass diese kleiner ist, als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche der ersten Erhöhungen.
Die ersten Erhöhungen und die ersten Vertiefungen können dabei derart ausgebildet werden, dass sie eine wellenförmige Struktur besitzen. Eine weitere Möglichkeit besteht bei der Ausbildung der ersten Erhöhungen und der ersten Vertiefungen darin, dass diese zusammen eine trapezförmige Struktur ausbilden.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Reibung zwischen dem mikromechanischen Bauteil und dem weiteren mikromechanischen Bauteil dahingehend reduziert werden, dass in dem Material des mikromechanischen Bauteils ein Kanal eingearbeitet wird. Der Kanal geht dabei von mindestens einer Kontaktfläche aus und erstreckt sich in das Material des mikromechanischen Bauteils hinein. Bei der Ausarbeitung des Kanals werden Prozesse angewendet, die bei der Strukturierung von Halbleitern bzw. Silizium hinlänglich bekannt sind. Für den Fall, dass das mikromechanische Bauteil einen Kanal aufweisen soll, ist das mikromechanische Bauteil aus einer ersten Platte und einer zweiten Platte aufgebaut. Bei der Herstellung des Kanals wird dieser in einer ersten Platte eingearbeitet. Nach der Reinigung der ersten Platte wird eine zweite Platte aus dem gleichen oder einem anderen Glaswerkstoff plan aufgebracht. Dieses Aufbringen kann z. B. mittels eines thermischen Diffusionsfügeverfahren, einem sog. Bonden oder Wafer-Bonden erfolgen. In einem nächsten Schritt wird auf die beiden verbundenen Platten eine Maske aufgebracht, so dass in einem zweiten Schritt mittels eines Lithographieverfahrens die entsprechenden mikromechanischen Bauteile strukturiert werden können. Die Maske bildet die äußere Form des fertigen mikromechanischen Bauteils ab. Es ist selbstverständlich, dass die Maske und demzufolge auch das Bauteil so positioniert sind, dass bei dem im vorigen Schritt ausgearbeiteten Mikrostrukturen (Kanal) eine genau definierte Position im fertigen Bauteil erhalten wird. In einem nachfolgenden Schritt werden die Bauteile durch geeignete Mikroausarbeitungsverfahren, wie diese z. B. in der Halbleiterindustrie hinreichend bekannt sind, ausgearbeitet. Die fertige Außenkontur der Bauteile kann bei Bedarf noch einer weiteren Nachbehandlung, z. B. durch ein Polierverfahren, wie z. B. Mittels KAH-Ätzen, unterzogen werden. Nachdem das mikromechanische Bauteil entsprechend ausgearbeitet worden ist, kann vor dem Einbau z. B. des mikromechanischen Bauteils in einen Zeitmesser, dieses noch mit einem Schmierstoff versehen werden, der weiterhin für eine Verminderung der Reibung zwischen den beiden mikromechanischen Bauteilen sorgt. Der Schmierstoff sammelt sich dabei in den ersten Vertiefungen, bzw. im Kanal des mikromechanischen Bauteils. Als Schmierstoffe werden bevorzugt pastöse Schmierstoffe, wie z. B. MoS2 verwendet, die besonders für das Einbringen des Schmierstoffs in die ersten Vertiefungen oder dem Kanal geeignet sind. Die pastösen Schmierstoffe neigen bei Beschleunigungsoder Zentrifugalkräften nicht so leicht zum Abwandern. Gemäß der Erfindung wird ferner ein Gleitreibungskoeffizient von unter 0,15 angestrebt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Gleitreibzahl von der Rauheit der jeweiligen Oberfläche abhängt, in der die tragende Fläche ausgebildet ist.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen:
1 eine schematische Draufsicht auf eine Hemmung, die das Zusammenwirken des Ankers mit dem Ankerrad zeigt;
2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils, das ein Ankerrad ist;
3 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Radzahn des mikromechanischen Bauteils mit einer angedeuteten theoretischen Kontaktfläche;
4 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Radzahn des mikromechanischen Bauteils;
5 eine perspektivische und vergrößerte Ansicht des in 2 mit K gekennzeichneten Bereichs des mikromechanischen Bauteils;
6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils;
7 eine weitere Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, welches aus zwei verbundenen Platten besteht;
8 eine perspektivische und vergrößerte Ansicht des in 7 mit K gekennzeichneten Bereichs des mikromechanischen Bauteils;
9 eine Draufsicht auf den Radzahn gemäß der Ausführungsform aus 7;
10 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils;
11 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils mit einer Einhüllenden;
12 eine schematische Schnittansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils;
13 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche aus 12 eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils mit einer Einhüllenden;
14 eine schematische Schnittansicht des Zusammenwirkens von der Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils und der Gegenkontaktfläche eines weiteren mikromechanischen Bauteils;
15 eine schematische Schnittansicht der tragenden Flächen, die an den ersten Erhöhungen ausgebildet sind;
16 eine schematische Schnittansicht der tragenden Flächen, die an den ersten Erhöhungen der Ausführungsform der Kontaktfläche aus 12 ausgebildet sind; und
17 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Obwohl sich die nachfolgende Beschreibung auf ein Ankerrad als mikromechanisches Bauteil bezieht, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die erfindungsgemäß ausgestalteten Kontaktflächen zwischen einem mikromechanischen Bauteil und einem weiteren mikromechanischen Bauteil, die gemäß der Erfindung ausgestaltet sind, für jegliche Anwendungen verwendet werden können, bei denen das mikromechanische Bauteil und das weitere mikromechanische Bauteil in Reibkontakt treten.
1 zeigt eine Draufsicht auf eine Hemmung mit einer Unruh 50, einem Anker 52 und einem Ankerrad 54, welche hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Anker 52 weist eine Eingangspalette 56 und eine Ausgangspalette 58 auf, die abwechselnd an je einem Ankerzahn 60 zur Anlage kommen. Das Ankerrad 54 wird von der (nicht dargestellten) Aufzugsfeder über das (ebenfalls nicht dargestellte) Räderwerk im Drehsinn D vorgespannt. Die Ruheflächen der Ankerpaletten 56, 58 zeigen nicht auf das Zentrum des Ankerrads 54, sondern stehen in einem Winkel Z zu diesem. Dadurch wird der Anker 52 sicher vom Ankerrad 54 an einen der Begrenzungsstifte 62 gedrückt.
Wäre dies nicht der Fall, würde das Ankerhorn in der Ankergabel bei jeder Erschütterung an der Sicherheitsrolle 64 der Unruh 50 streifen. Das Ankerrad 54 und die Eingangspalette 56 sowie die Ausgangspalette 58 des Ankers 52 wirken in der vorstehend beschriebenen Art und Weise zusammen, damit ein kleiner Energiebetrag auf die Unruh 50 beim Nulldurchgang übertragen wird.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils 1, das als Ankerrad ausgebildet ist. Das mikromechanische Bauteil 1 wird mittels eines photolithographischem Strukturierungsprozesses aus einem photosensitiven Glas hergestellt. Das photosensitive Glas kann z. B. ein Glas der Firma Schott sein, das unter dem Namen Foturan^® vertrieben wird. Mittels des photolithographischen Strukturierungsprozesses werden in einer Platte aus dem photosensitiven Glas eine Vielzahl von mikromechanischen Bauteilen 1 strukturiert. Nach dem Abschluss des Strukturierungsprozesses, werden die einzelnen mikromechanischen Bauteile 1 vereinzelt und können ggf. in einen Zeitmesser eingebaut werden. Das mikromechanische Bauteil weist mehrere Radzähne 2 auf.
3 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf einen Radzahn 2 des mikromechanischen Bauteils 1. Wie aus der Darstellung der 2 zu entnehmen ist, besitzt das mikromechanische Bauteil 1 eine Vielzahl von Radzähnen 2. Jeder der Radzähne 2 hat eine Kontaktfläche 3 ausgebildet.
Bei der in 4 gezeigten Darstellung des Radzahns 2 des mikromechanischen Bauteils 1 ist die Ausgestaltung der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche 30 gezeigt. Die maximal mögliche effektive Kontaktfläche 30 besitzt mehrere erste Vertiefungen 21 und mehrere erste Erhöhungen 11.
5 zeigt eine perspektivische und vergrößerte Ansicht des in 2 mit K gekennzeichneten Bereichs des mikromechanischen Bauteils 1. Die maximal möglich effektive Kontaktfläche 30 des Radzahns 2 besteht dabei aus einer Vielzahl von ersten Vertiefungen 21 und ersten Erhöhungen 11. Die Kontaktfläche 3 des Radzahns 2 besitzt eine Länge L und eine Höhe H. Entlang der Länge L des Radzahns 2 sind die ersten Erhöhungen 11 und die ersten Vertiefungen 21 in einer trapezförmigen Abfolge angeordnet.
6 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktfläche 3 eines Radzahns 2, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die ersten Erhöhungen 11 sind über die Kontaktfläche 3 statistisch verteilt. Zwischen den ersten Erhöhungen 11 sind die ersten Vertiefungen 21 ausgebildet, bzw. die ersten Erhöhungen 11 sind durch die ersten Vertiefungen 21 voneinander getrennt. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die in 5 und in 6 gezeigten Ausführungsformen der Anordnungen der ersten Erhöhungen 11 und der ersten Vertiefungen 21 nicht als Beschränkung der Erfindungen aufgefasst werden können. Die Anordnung der ersten Erhöhungen 11 und der ersten Vertiefungen 21 kann beliebige Formen und Verteilungen annehmen.
7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils 1. Das mikromechanische Bauteil 1 besteht aus einem ersten plattenförmigen Teil 101 und einem zweiten plattenförmigen Teil 102. Der erste plattenförmige Teil 101 ist mit dem zweiten plattenförmigen Teil 102 permanent verbunden. Bei der Herstellung des mikromechanischen Bauteils 1 werden zwei Platten des strukturierbaren photosensitiven und nicht metallischen Glases miteinander verbunden und dann mit einer Maske versehen, damit aus den beiden verbundenen Platten letztendlich die mikromechanischen Bauteile 1 strukturiert und somit hergestellt werden können. Der erste plattenförmige Teil 101 und der zweite plattenförmige Teil 102 werden dabei derart miteinander verbunden, dass die Kanäle 6 (siehe 8) im strukturierten Radzahn 2 angeordnet sind.
8 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in 7 mit K gekennzeichneten Bereichs. Wie bereits in der Beschreibung zu 7 erwähnt, besteht das mikromechanische Bauteil 1 aus einem ersten plattenförmigen Teil 101 und einem zweiten plattenförmigen Teil 102. Wie aus der Beschreibung zu 8 nun zu erkennen ist, setzt sich dieser Zusammenhang auch bis in den Radzahn 2 des mikromechanischen Bauteils 1 durch. Hier ist jedoch in einem der beiden plattenförmigen Teile 101, 102 ein Kanal 6 ausgebildet, der sich von der Kontaktfläche 3 bis in das Material 7 des mikromechanischen Bauteils 1, bzw. dessen Radzahns 2 hinein erstreckt. Für die Herstellung der in 7 beschriebenen Ausführungsform werden zunächst in einer Platte (nicht dargestellt) des photostrukturierbaren nichtmetallischen Glases die Positionen der Kanäle 6 der einzelnen mikromechanischen Bauteile 1 strukturiert. Nach einer Reinigung dieses Teils wird eine zweite Platte mit der ersten Platte verbunden. Dieses Verbinden kann durch herkömmliche, in der Halbleitertechnologie bekannte, Techniken geschehen. Anschließend wird auf die beiden verbundenen Platten eine Maske in genauer Registratur aufgebracht, damit die einzelnen mikromechanischen Bauteile 1 aus den verbundenen Platten hergestellt, bzw. freigesetzt werden können. Die Maske wird derart genau aufgebracht, dass die zuvor strukturierten Kanäle 6 auch dann in den Radzähnen 2 der vereinzelten mikromechanischen Bauteile 1 vorhanden und zugänglich sind.
9 zeigt eine Draufsicht auf den Radzahn 2, gemäß der in 7 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Von der Kontaktfläche 3 ausgehend, erstreckt sich der ausgebildete Kanal 6 in das Material 7 des Radzahns 2 hinein. Von der Kontaktfläche 3 sind weiterhin, den Kanal 6 umgebend, die ersten Erhöhungen 11 und die ersten Vertiefungen 21 ausgebildet.
10 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche 3 eines Radzahns 2 des mikromechanischen Bauteils 1. Die Außenfläche des Radzahns 2 bzw. die Kontaktfläche 3 des Radzahns 2 ist aus einer Vielzahl von ersten Erhöhungen 11 und ersten Vertiefungen 21 ausgebildet. Die ersten Erhöhungen 11 und die ersten Vertiefungen 21 tragen selbst eine Vielzahl von zweiten Erhöhungen 12 und zweiten Vertiefungen 22.
Bei der in 11 gezeigten Schnittansicht des Teils der Kontaktfläche 3 eines Radzahns 2 des mikromechanischen Bauteils 1 ist eine Einhüllende 16 eingezeichnet. Anhand der Einhüllenden 16 erkennt man, dass bei der hier dargestellten Ausführungsform die ersten Erhöhungen 11 und die ersten Vertiefungen 21 trapezförmig ausgebildet sind. Die ersten Erhöhungen 11 und die ersten Vertiefungen 21 selbst tragen eine Vielzahl von zweiten Erhöhungen 12 und zweiten Vertiefungen 22. Die ersten Vertiefungen 21 haben eine Tiefe T ausgebildet.
Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform sind die ersten Erhöhungen 11 und die zweiten Vertiefungen 22 wellenförmig angeordnet. Analog zu der in 10 gezeigten Ausführungsform besitzen die ersten Erhöhungen 11 und die ersten Vertiefungen 21 ebenfalls zweite Erhöhungen 12 und zweite Vertiefungen 22.
Bei der in 13 gezeigten Darstellung ist die Einhüllende 16 gezeigt, so dass die wellenförmige Anordnung der ersten Erhöhungen 11 und der ersten Vertiefungen 21 besser zu erkennen ist.
14 zeigt eine schematische Schnittansicht des Zusammenwirkens der Kontaktfläche 3 des mikromechanischen Bauteils 1 und einer Gegenkontaktfläche 4 eines weiteren mikromechanischen Bauteils 5. In den ersten Vertiefungen 21 des mikromechanischen Bauteils 1 ist ein Schmierstoff 14 eingebracht. Bei dem Zusammenwirken des mikromechanischen Bauteils 1 und des weiteren mikromechanischen Bauteils 5 werden die Spitzen 18 der ersten Erhöhungen 11 abgetragen. Diese Spitzen 18 sammeln sich in dem Schmierstoff 14, der in den ersten Vertiefungen 21 vorgesehen ist. Dieses Abtragen, bzw. Einlaufen des Zusammenwirkens des mikromechanischen Bauteils 1 und des weiteren mikromechanischen Bauteils 5 kann auch bereits vor dem Einbau der beiden mikromechanischen Bauteile 1, 5 in den Zeitmesser erfolgen.
Bei den in 15 und 16 gezeigten Darstellungen sind die tragenden Flächen 10 gezeigt, die sich durch das Zusammenwirken des mikromechanischen Bauteils 1 mit dem weiteren mikromechanischen Bauteil 5 an den ersten Erhöhungen 11 ausbilden. Wie bereits in der Beschreibung zu 14 erwähnt, werden durch das Zusammenwirken des mikromechanischen Bauteils 1 mit dem weiteren mikromechanischen Bauteil 5 die Spitzen 18 der zweiten Erhöhungen 12 abgetragen. Durch dieses Abtragen bilden sich die tragenden Flächen 10 aus, die letztendlich mit der Gegenkontaktfläche 4 des weiteren mikromechanischen Bauteils 5 zusammenwirken. An jeder ersten Erhöhung 11 der Kontaktfläche 3 werden eine Vielzahl von tragenden Flächen 10 ausgebildet. Hierbei werden an der Kontaktfläche 3 des mikromechanischen Bauteils 1 die ersten Erhöhungen 11 und die ersten Vertiefungen 21, sowie die zweiten Erhöhungen 12 und die zweiten Vertiefungen 22 derart hinsichtlich Zahl und Größe ausgebildet, dass eine Summe aus den ausgebildeten tragenden Flächen 10 der zweiten Erhöhungen 12 kleiner ist, als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche 30. Dabei ist die maximal mögliche effektive Kontaktfläche 30 die Fläche des Radzahns 2, bei der in 5 gezeigten Ausführungsform. Falls der Radzahn 2 einen Kanal 6 ausgebildet hat, ist die effektiv mögliche Kontaktfläche 30 um die Fläche des Kanals 6 vermindert.
17 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche 3 eines Radzahns 2 des mikromechanischen Bauteils 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Hier sind die zweiten Erhöhungen 12, sowie die zweiten Vertiefungen 22 der ersten Erhöhungen 11, bzw. ersten Vertiefungen 21 mit einer Beschichtung 8 überzogen. Die Beschichtung 8 kann eine größere Härte aufweisen, als das Material des Radzahns 2 bzw. des mikromechanischen Bauteils 1. Durch die größere Härte der Beschichtung 8 ist es ferner möglich, die Tragzahl, welche sich aus der Summe der einzelnen tragenden Flächen 10 ergibt, zu reduzieren, was letztendlich zu einer geringeren Reibung führt.
Bezugszeichenliste

1: mikromechanisches Bauteil
2: Radzahn
3: Kontaktfläche
4: Gegenkontaktfläche
5: weiteres mikromechanisches Bauteil
6: Kanal
7: Material
8: Beschichtung
10: tragende Fläche
11: erste Erhöhungen
12: zweite Erhöhungen
14: Schmierstoff
16: Einhüllende
18: Spitzen
21: erste Vertiefungen
22: zweite Vertiefungen
30: effektive Kontaktfläche
50: Unruh
52: Anker
54: Ankerrad
56: Eingangspalette
58: Ausgangspalette
60: Ankerzahn
62: Begrenzungsstift
64: Sicherheitsrolle
101: erster plattenförmiger Teil
102: zweiter plattenförmiger Teil
D: Drehsinn
P: mittlerer Durchmesser Poren
H: Höhe
L: Länge
T: Tiefe
Z: Winkel

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

EP 2107434 A1 [0008]
EP 2236455 A1 [0009]
EP 1504200 B1 [0010]

Claims

Mikromechanisches Bauteil (1), aus einem nichtmetallischen Glaswerkstoff, mit mehreren Kontaktflächen (3), die mit einer Gegenkontaktfläche (4) eines weiteren mikromechanischen Bauteils (5) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontaktfläche (3) des mikromechanischen Bauteils (1) mehrere erste Erhöhungen (11) und ersten Vertiefungen (21) ausgebildet hat und dass die ersten Erhöhungen (11) und ersten Vertiefungen (21) der Kontaktfläche (3) selbst mehrere zweite Erhöhungen (12) und zweite Vertiefungen (22) ausgebildet haben, wobei die Anzahl und Größe der zweiten Vertiefungen (22) und der ersten Erhöhungen (11) derart gewählt ist, dass eine Summe aus tragenden Flächen (10) der zweiten Erhöhungen (12) kleiner ist als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche (30).
Mikromechanisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis der zweiten Erhöhungen (12) zu einer Summe aus den ersten Vertiefungen (21) und den zweiten Vertiefungen (22) einen Anteil der tragenden Fläche (10) bildet, der maximal 80% und mindestens 2% beträgt.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis der zweiten Erhöhungen (12) zu einer Summe aus den ersten Vertiefungen (21) und den zweiten Vertiefungen (22) einen Anteil der tragenden Fläche (10) bildet, der maximal 50% und mindestens 2% beträgt.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, wobei ein Verhältnis der zweiten Erhöhungen (12) zu einer Summe aus den ersten Vertiefungen (21) und den zweiten Vertiefungen (22) einen Anteil der tragenden Fläche (10) bildet, der maximal 30% und mindestens 2% beträgt.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach den vorangehenden Ansprüchen, wobei die ersten Erhöhungen (11) und die ersten Vertiefungen (21) zusammen eine wellenförmige Struktur aufweisen.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach den Ansprüchen 1 bis 4, wobei die ersten Erhöhungen (11) und die ersten Vertiefungen (21) zusammen eine trapezförmige Struktur aufweisen.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach Anspruch 1, wobei die ersten Vertiefungen (21) zur Aufnahme zumindest eines Schmierstoffs (14) vorgesehen sind.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach Anspruch 7, wobei der Schmierstoff (14) in flüssiger, pastöser oder fester Form vorliegt.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach den vorangehenden Ansprüchen, wobei ein Kanal (6) vorgesehen ist, der sich ausgehend von mindestens einer Kontaktfläche (3) in ein Material (7) des mikromechanischen Bauteils (1) hinein erstreckt.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach Anspruch 9, wobei das mikromechanisches Bauteil (1) aus einem miteinander verbundenen ersten plattenförmigen Teil (101) und zweiten plattenförmigen Teil (102) besteht und in einem der beiden Teile (101, 102) der Kanal (6) ausgebildet ist.
Mikromechanisches Bauteil (1) nach den vorangehenden Ansprüchen, wobei das das mikromechanisches Bauteil (1) eine Beschichtung trägt.
Mechanischer Zeitmesser mit Hemmung, der mindestens ein mechanisches Bauteil nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche enthält.
Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils (1), aus einem nichtmetallischem Glaswerkstoff, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Ausbildern mehrerer Kontaktflächen (3), so dass bei jeder Kontaktfläche (3) des mikromechanischen Bauteils (1) mehrere erste Erhöhungen (11) und erste Vertiefungen (21) ausgebildet werden; – Ausbilden mehrerer zweiter Erhöhungen (12) und zweiter Vertiefungen (22) auf einer Außenfläche der ersten Erhöhungen (11) und der ersten Vertiefungen (21) einer jeden Kontaktfläche (3); und – Abtragen von Spitzen (18) der zweiten Erhöhungen (12) durch Zusammenwirken mit einer Gegenkontaktfläche (4) eines weiteren mikromechanischen Bauteils (5), so dass eine tragende Fläche (10) der zweiten Erhöhungen (12) derart ausgebildet wird, dass diese kleiner ist, als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche (30) des mikromechanischen Bauteils (1).
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die ersten Erhöhungen (11) und die ersten Vertiefungen (21) derart ausgebildet werden, dass zusammen eine wellenförmige Struktur entsteht.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die ersten Erhöhungen (11) und die ersten Vertiefungen (21) derart ausgebildet werden, dass zusammen eine trapezförmige Struktur entsteht.
Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 15, wobei ein Kanal (6) in ein Material (7) des mikromechanischen Bauteils (1) eingearbeitet wird, der sich ausgehend von mindestens einer Kontaktfläche (3) in das Material des mikromechanischen Bauteils (1) hinein erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei in einem ersten plattenförmigen Teil (101) oder einem zweiten plattenförmigen Teil (102) der Kanal (6) ausgebildet wird und die beiden plattenförmigen Teile (101, 102) permanent miteinander verbunden werden, um das mikromechanische Bauteil (1) auszubilden und wobei der Kanal (6) mehrseitig geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Ausarbeiten des Kanals (6) mit einem mechanischen, chemischen oder thermischen Abtragungsprozess durchgeführt wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 18, wobei das mikromechanische Bauteil (1) mit einem PVD- oder CVD-Verfahren beschichtet wird.
Verfahren nach den Ansprüchen 13 bis 18, wobei das mikromechanische Bauteil (1) durch Sputtern, Bedampfen, oder galvanisch beschichtet wird.
Verfahren nach Ansprüchen 20 oder 21, wobei als Beschichtung (8) Siliziumnitrid, Bornitrid, Siliziumcarbid, Kohlenstoff als Diamant, DLC oder Graphen aufgebracht wird.
Verfahren nach Ansprüchen 13 bis 21, wobei in die ersten Vertiefungen (21) ein Schmiertstoff (14) eingebracht wird.