JP2012500386A

JP2012500386A - 時計のギヤシステム

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Publication number: JP2012500386A
Application number: JP2011522460A
Authority: JP
Inventors: ヴェラルド，マルコ; コーヌス，ティエリー; ティーボー，ジャン−フィリップ; ピータース，ジャン−バーナード; クージン，ピエール
Original assignee: ニヴァロックス−ファーソシエテアノニム
Priority date: 2008-08-15
Filing date: 2009-07-23
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2029-07-23
Also published as: EP2154582A1; TWI486729B; RU2011109457A; RU2498383C2; US9310770B2; EP2326995A1; HK1160233A1; KR20110030692A; EP2326995B1; CN102124415B; WO2010018051A1; CN102124415A; TW201011481A; JP5395174B2; US20110141860A1

Abstract

本発明は、回転アーバ（３）に対して同軸に取り付けられたピニオン（５）および歯車（７）を含むシステムに関連する。本発明によれば、ピニオンと歯車との間に一方に対する他方の相対移動を防止するような固定手段（２１）を、ギヤシステム（１）が含む。
本発明は、ギヤシステム（１）の歯車（７）と最終組立品とを製造する方法にも関連する。
本発明は、時計の分野に関するものである。
【選択図】図７

Description

本発明は、例えば金属シリコンの時計用複合ギヤシステム、より詳しくはせん断応力を防止できる固定手段を含むこの種のシステムに関連する。

せん断応力を防止するため、多角形断面と一致する形状の軸穴を有する部品を回転駆動するように、多角形つまり非円形の断面を有するアーバ（軸部材）を使用することは、時計製作の分野では周知である。しかし、ギヤ列の場合には特に、この構造はアーバの非対称性を招き、これは時計ムーブメントの等時性には不都合であって、その形状の軸穴を採用するにはそのアーバに固定された他のギヤ列を必要とする。

さらに、複合時計部材、つまり歯車・ピニオンタイプのギヤシステムなど２種類の材料を含むものの場合には、結晶シリコン、結晶アルミナ、結晶シリカのように、材料の１つが非常に限定的な可塑性範囲を含む場合には、破損させずに多角形アーバにその部材を装着するのは困難である。

せん断応力を防止しながら円形断面の円筒形アーバに適している固定手段を含むギヤシステムを提案することにより上述の欠点の全部または一部を克服することが、本発明の目的である。

従って、本発明は、ピニオンと歯車との間の固定手段を含み一方に対する他方の相対移動を防止することを特徴とする、回転アーバに対して同軸に取り付けられたピニオンおよび歯車を具備するギヤシステムに関連する。

本発明の他の好都合な特徴によれば、
‐ピニオンの断面と少なくとも部分的に一致する形状を有するとともに、回転時にピニオンと歯車とを固定するために歯車のハブに形成された型押し状部すなわちパターン凹部を、固定手段が含み、
‐ピニオンを部分的に包囲することにより相対移動を阻止するように、ハブの厚さの一部に型押し状部が形成され、
‐アーバが、円形断面を持つ略円筒形であり、
‐アーバおよびピニオンが金属材料から形成され、
‐ピニオンがアーバと一体的であり、
‐歯車がマイクロマシナブル材料から形成され、
‐結晶シリコンと結晶アルミナと結晶シリカとを含む群からマイクロマシナブル材料が選択され、
‐固定手段の固定力を向上させるように、固定手段は、歯車とピニオンとの間に取り付けられた粘着または接着材料をさらに含む。

本発明は、前述の変形例の１つによるギヤシステムを含むことを特徴とする時計にも関連する。

最後に本発明は、マイクロマシナブル材料によりいくつかのレベルで時計部材を製造する方法であって、以下のステップ、すなわち、
ａ）マイクロマシナブル材料で形成された基板を用意するステップと、
ｂ）第１パターンを含むマスクを基材の表面に構成するステップと、
を含み、
以下のステップ、すなわち
ｃ）基板の表面と第１マスクとに第２マスクを構成するステップであって、第２マスクは第１マスクの第１パターンより小さい第２パターンを含むステップと、
ｄ）基板の第１厚さにわたって第２パターンをエッチングするように、異方性エッチングを実施するステップと、
ｅ）第２マスクを除去するステップと、
ｆ）第２パターンに沿ってエッチングを継続し、基板の第２厚さにわたって第１パターンに沿ってエッチングを開始するように、第２異方性エッチングを実施するステップと、
ｇ）第１マスクを除去するステップと、
ｈ）基板から時計部材を外すステップと、
を含むことを特徴とする、方法に関連する。

本発明の他の好都合な特徴によれば、
‐基板の厚さ全体にわたって第２パターンがエッチングされ、
‐第２パターンが、軸穴を含むハブを有する歯車の形状を有し、
‐第１パターンが、歯付きリングの形状を有するとともに、基板の厚さにわたって部分的にエッチングされ、
‐第１マスクが酸化シリコンから形成され、第２マスクが感光性樹脂から形成され、
‐いくつかの部材が同じ基板に製造される。

付属の図面を参照して、非限定的な実例として挙げられた以下の説明から、他の特色および長所が明らかになるだろう。

本発明による時計部材の製造における連続ステップの図である。本発明による時計部材の製造における連続ステップの図である。本発明による時計部材の製造における連続ステップの図である。本発明による時計部材の製造における連続ステップの図である。本発明による時計部材の製造における連続ステップの図である。本発明による時計部材の製造における連続ステップの図である。本発明によるギヤシステムの最終組立における連続ステップの図である。本発明によるギヤシステムの最終組立における連続ステップの図である。本発明によるギヤシステムの最終組立における連続ステップの図である。

図７乃至図９に図示されているように、本発明は、全体として１で示されたギヤシステムに関連する。このシステムは、アーバ３とピニオン５と歯車７とを含む。図７乃至図９に図示された例において、ピニオン５および歯車７は、同じアーバ３に同軸に取り付けられる予定のものである。この種のギヤシステム１は例えば、がんぎ車または伝動歯車セットに利用できる。他の時計部材、または時計製作に関係しない部材に本発明が利用されてもよいことは言うまでもない。

図７乃至図９に図示されているように、アーバ３は円形断面を持つ略円筒形である、つまり、すでに説明したように、従来方法で２つのベアリング（不図示）の間への取り付けるために完全に対称的である。

ピニオン５は円筒形の本体を有し、その内径部はアーバ３の外径にほぼ一致する。ピニオン５は、別の歯付き部材（不図示）と協働するように本体から径方向に延出する翼部９を含む。図７乃至図９に図示された例では、ピニオン５は２０ほどの翼部９を有するが、ギヤシステム１の用途に応じて歯数は増減してもよい。

歯車７は、外縁部１１と、多角形または円筒形の軸穴１５が穿孔されたハブ１３と、ハブと外縁部とを接続する４本のアーム１７とを含む。図７乃至図９に図示されているように、外縁部１１は、別の歯付き部材（不図示）と協働するように外縁部から径方向に延出する外周歯列１９を有する。外縁部１１とハブ１３とを接続するアーム１７の数が用途に応じて増減してもよいことは言うまでもない。

本発明によれば、ピニオン５に対する歯車７の相対移動を防止してせん断応力を低下させるための固定手段２１をハブ１３が含むことが好ましい。本発明によれば、固定手段２１は、ピニオン５を部分的に被覆することによりピニオンの下部と協働するためハブ１３に形成されたパターン凹部２３を主として含む。

図７乃至図９に図示されているように、パターン凹部２３がハブ１３にくり抜かれることが好ましい。またパターン凹部２３は、ピニオン５の下部の断面と少なくとも部分的に一致する形状、つまり翼部９の少なくとも一部とピニオン５の本体とがピニオンの高さの一部にわたって嵌着される歯列を含むリングを含む。ゆえに、ピニオン５の下部がパターン凹部２３へ摺入された時に、ピニオン５と歯車７との間の角度のずれを組立品が制限し、結果的にせん断応力を防止することは明らかである。

図７乃至図９に図示された例では、パターン凹部２３はピニオン５の断面と正確に一致する形状を有する。しかし、パターン凹部２３がピニオン５の翼部９よりも少数の歯を含みながらせん断応力を防止することは明らかである。このパターン凹部は、例えば、ピニオン５が有する翼部９の半分より少ない数の歯を含む歯列で構成されてもよい。

ギヤシステム１は複合タイプである、つまり少なくとも２種類の材料から形成されることが好ましい。ゆえに、部材の１つがマイクロマシナブル材料で、他方が金属材料で形成されることが好ましい。本発明によれば、ミクロン未満の製造精度が得られるように、マイクロマシナブル材料が使用される。この材料は結晶シリコン、結晶アルミナ、結晶シリカを包含する。金属材料で可能な寸法以上の精密さを必要としない時には、他の部材は金属材料で形成されることが好ましい。

本発明によれば、歯車７はマイクロマシナブル材料から形成されることが好ましいのに対して、アーバ３およびピニオン５は例えば鋼や真鍮などの金属材料から製作される。この構成は、非常に精密な短い歯列１９およびパターン凹部２３が得られるので、がんぎ車の類の用途では特に有益である。実際、図７に見られるように、歯車７は、パターン凹部２３のための中間エッチング深さと、残りの部材のための全体エッチングとを有する。

本発明の変形例によれば、固定手段２１はさらに、この装置の固定力を向上させるように、型押し状部２３とピニオン５との間に取り付けられる接着材料を含む。この材料は例えば、はんだまたは接着剤でよい。実際には、接着材料を用いた接続は概して、牽引時には良好に機能するが、せん断時には不充分である。ゆえに、固定手段２１の構造のため、接着材料の牽引時の長所と、パターン凹部２３に部分的に被覆されることによるせん断時の長所とを固定力が備える。

接着材料は例えば、パターン凹部２３の底面とピニオン５の底面との間に設けられるとよい。翼部９の外周部とパターン凹部２３の歯列との間に接着材料が設けても、同じように有効である。この後者の構造は、すでに説明したように、パターン凹部２３の形状がピニオン５の断面と正確には一致していない時には、特に好都合である。

マイクロマシナブル材料を用いていくつかのレベルで部材を製造する方法について、図１乃至図６を参照して以下で説明する。すでに説明したように、マイクロマシナブル材料で形成された部材が歯車７であることが好ましい。図を単純化していくつかのレベルでのエッチングの説明に集中するため、ハブ１３の一部のみが断面で示されている。完全にエッチングされる軸穴１５に加えて、ハブ１３とアーム１７と外縁部１１と歯列１９とを画定するように、他の凹部が穿孔される。

第１ステップでは、図１に図示されているように、好ましくは結晶シリコン、結晶アルミナ、結晶シリカなどのマイクロマシナブル材料の基板３１が用意される。このステップは、基板３１の厚さｅ_T を最終部材、つまり歯車７の厚さに適応させるように、基板３１の機械的および／または化学的なバックラップ段階を含んでもよい。

第２ステップでは、第１保護マスク３３が基板３１の上に構成される。酸化シリコンを成長させてマスクを規定の高さに形成するために、例えば基板３１の表面の選択的酸化によりこのステップが実施できる。図２で分かるように、マスク３３には、基板３１の厚さの一部ｅ₂ までエッチングされるパターン凹部２３のパターン３２が見える。

第３ステップでは、第２ステップで形成されたマスク３３に重なるように第２保護マスク３５が構成される。感光性樹脂のフォトリソグラフィによって、このステップが実施できる。この時、第１段階では、感光性樹脂が基板３１および保護マスク３３に塗布される。次の第２段階では、部分的に不透明なマスクを通した放射を用いて、樹脂が選択的に露光される。最後に、選択的照射を受けた感光性樹脂を現像して、図３に見られるように、保護マスク３５のみを残すこの保護マスク３５には、軸穴１５のパターン３４と、基板３１の厚みにエッチングされる歯車７の他の貫通凹部とが見える。

変形例によれば、酸化シリコンを成長させて既定高さのマスクを形成するため、基板３１の表面の選択的酸化により第２マスク３５を形成してもよい。

第４ステップでは、図４に見られるように、第２保護マスク３５のパターン３４に沿って基板３１に異方性エッチングが実施される。エッチングは乾式でも湿式でもよい。ディープ反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）が使用されることが好ましい。すでに説明したように、エッチングとは、軸穴１５と、歯車７の他の貫通凹部の両方のエッチングを開始できることを意味する。図４に示されているように、エッチングの終了時に、基板３１は厚さｅ_T の一部ｅ₁ にわたってパターン３４に沿ってエッチングされる。

第５ステップでは、第２マスク３５が除去される。これは、第２マスク３５の性質に応じて、構成された樹脂を除去すること、またはパターン３２が露出するまで酸化シリコン層をエッチングすることである。

第６ステップでは、第１保護マスク３３のパターン３２に沿って、第２異方性エッチングが基板３１に実施される。エッチングは乾式でも湿式でもよい。第４ステップと同様にして、第２エッチングでは軸穴１５と歯車７の他の貫通穴のエッチングが継続され、パターン凹部２３のエッチングが開始される。図５に見られるように、第２エッチングの終了時には、パターン３４に沿って全体厚さｅ_T にわたり、パターン３２に沿って厚さの一部ｅ₂ にわたり、基板３１がエッチングされる。

本発明によれば、図３または図４に見られるように、ハブ１３において、第２マスク３５のパターン３４の断面は第１マスク３３のパターン３２の断面よりも小さいことが好ましい。これは、パターン３４のみがエッチングされてから、パターン３４と３２が一緒にエッチングされることを意味する。第７の最終ステップでは、完成した歯車７が基板３１から外される。

基板３１の全体厚さｅ_T とパターン凹部２３の奥行ｅ₂ とに応じて、軸穴１５と、ハブ１１とアーム１７と外縁部１１と歯列１９とを画定する他の凹部とが基板３１の全体厚さにエッチングされるように第４ステップで実施されなければならない最小エッチング深さｅ₁ が導出できることが、時計部材７の製造方法を読めば明らかである。この製造方法によりいくつかの部材７を同じ基板３１に形成でき好都合であることも明らかである。

最終組立方法について、図７乃至図９を参照して以下に説明する。最初に、ピニオン５がアーバ３に固着されなければならない。本発明によれば、組立方法を単純にするためと、ピニオンとアーバ３との間の摺動を制限するために、第１の部材と第２の部材とを一体化して単一の部品を形成することが好ましい。例えば打ち込み、接合、はんだ付けなどの、他の種類の組立も可能である。

第２ステップでは、複合ギヤシステム１を形成するように、すでに説明した製造方法に従って形成された時計部材７、この例では歯車に、ピニオン５とアーバ３の組立品が取り付けられる。第１段階では、図７に図示されているように、アーバ３の下端が歯車７の軸穴１５と対向するように、ピニオン５とアーバ３の組立品が部材７の方へ動かされる。第２段階では、部材７への移動を継続すると、図８に図示されているように、アーバ３が軸穴１５へ押込み嵌め方式で摺入され、最後の第３段階では、歯車７のハブ１３にくり抜かれた型押し状部２３にピニオン５の底面が嵌着する。

すでに説明したように、本発明の変形例によれば、ピニオン５と歯車７とを固定する力を強めるのに接着材料が使用されてもよい。この変形例では、２つの追加段階が加えられてもよい。最終組立方法の第２段階と第３段階の間の中間段階は、パターン凹部２３の底面にこのような材料を塗布することにある。この材料ははんだ、および／またはポリマー接着剤などの接着剤でよい。次に、第３段階の後で最終段階が行われ、例えばはんだを溶融する、および／または接着剤を重合化することで接着材料を活性化させる。

２つの最終段階も考えられる。最初のものは、パターン凹部２３の歯列とピニオン５の翼部９との間に接着材料を塗布することにある。この材料は、はんだ、および／またはポリマー接着剤などの接着剤でもよい。第２の最終段階では、例えば、はんだを溶融する、および／または接着剤を重合化することで接着材料を活性化させる。この実施形態は、上述したようにパターン凹部２３の形状がピニオン５の断面と正確に一致しない時に好都合である。

図９に図示されているように、時計に組み込まれ、マイクロマシナブル材料で形成される歯車７を含み、歯列１９を持つ外縁部１１を有し、固定手段２１によりアーバ３とピニオン５の組立品にハブ１３が好都合な形で結合される、歯車ピニオンタイプの複合ギヤシステム１がこうして得られる。

本発明は図示された例に限定されず、当該技術の当業者には明らかである様々な変形例および変更例が可能であることは言うまでもない。すなわち、パターン凹部２３はハブ１３から少なくとも部分的に突出してもよい。実際、こうするとアーバ３とハブ１３との間の接触ゾーンが広くなり、アーバ３に対する歯車７の案内を向上させる。この接触ゾーンは歯車７の全高と一致していてもよく、この時にパターン凹部２３は、少なくとも部分的にくぼんでいるのでなく、歯車７のハブ１３から全体が突出している。

１…ギヤシステム、３…アーバ、５…ピニオン、７…歯車、９…翼部、１１…外縁部、１３…ハブ、１５…軸穴、１７…アーム、１９…外周歯列、２１…固定手段、２３…パターン凹部、３１…基板、３２，３４…パターン、３３…マスク、３５…第２保護マスク。

Claims

回転アーバ（３）に対して同軸に取り付けられるピニオン（５）および歯車（７）と、一方に対する他方の相対移動を防止するような前記ピニオンと前記歯車との間の固定手段（２１）とを含むギヤシステム（１）において、前記ピニオンの断面と少なくとも部分的に一致する形状を有するとともに、回転時に前記ピニオンと歯車とを固定するように前記歯車のハブ（１３）上に形成されたパターン凹部（２３）を前記固定手段（２１）が含むことを特徴とするギヤシステム。
前記ピニオン（５）を部分的に包囲することにより相対移動を阻止するように、前記ハブの厚さの一部（ｅ₂ ）に前記パターン凹部（２３）が形成されることを特徴とする、請求項１に記載のシステム。
前記アーバ（３）が、円形断面を持つ略円筒形であることを特徴とする、請求項1または２に記載のシステム。
前記アーバ（３）と前記ピニオン（５）とが金属材料から形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載のシステム。
前記ピニオン（５）が前記アーバ（３）と一体的であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載のシステム。
前記歯車（７）がマイクロマシナブル材料から形成されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載のシステム。
結晶シリコンと結晶アルミナと結晶シリカとを含む群から前記マイクロマシナブル材料が選択されることを特徴とする、請求項６に記載のシステム。
前記固定手段（２１）がさらに、前記固定手段の固定力を向上させるように前記歯車（７）と前記ピニオン（５）との間に取り付けられる接着材料を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載のシステム。
請求項１〜８のいずれかに記載のギヤシステム（１）を含むことを特徴とする時計。
マイクロマシナブル材料によりギヤシステムの部材（７）をいくつかのレベルで製造する方法にし、以下のステップ、すなわち、
ａ）マイクロマシナブル材料で形成される基板（３１）を用意するステップと、
ｂ）第１パターン（３２）を含むマスク（３３）を前記基板の表面に構成するステップと、
を含み、
以下のステップ、すなわち、
ｃ）前記基板の前記表面と前記第１マスク（３３）とに第２マスク（３５）を構成するステップにして、第２マスクが前記第１マスクの前記第１パターン（３２）より小さい第２パターンを含むステップと、
ｄ）前記基板（３１）の第１厚さ（ｅ₁ ）にわたって前記第２パターンをエッチングするように、異方性エッチングを実施するステップと、
ｅ）前記第２マスク（３５）を除去するステップと、
ｆ）前記第２パターン（３４）に沿って前記エッチングを継続して、前記基板（３１）の第２厚さ（ｅ₂ ）にわたって前記第１パターン（３２）に沿ってエッチングを開始するように、第２異方性エッチングを実施するステップと、
ｇ）前記第１マスク（３３）を除去するステップと、
ｈ）前記基板（３１）から前記時計部材（７）を外すステップと、
を含むことを特徴とする方法。
前記基板（３１）の前記全体厚さ（ｅ_T ）にわたって前記第２パターン（３４）がエッチングされることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
軸穴（１５）を含むハブ（１３）を有する歯車（７）の形状を前記第２パターン（３４）が有することを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
歯付きリング（２３）の形状を有する前記第１パターン（３２）が基板（３１）の厚さ（ｅ₂ ）にわたって部分的にエッチングされることを特徴とする、請求項１０〜１２のいずれかに記載の方法。
前記第１マスク（３３）が酸化シリコンで形成されて前記第２マスク（３５）が感光性樹脂で形成されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれかに記載の方法。
前記第１マスク（３３）および第２マスク（３５）が酸化シリコンで形成されることを特徴とする、請求項１０〜１３のいずれかに記載の方法。
同じ基板（３１）にいくつかの部材（７）が構成されることを特徴とする、請求項１０〜１５のいずれかに記載の方法。