JP2016138834A - 構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の構造体及びその製造方法は、煩雑で生産性が悪いという問題があった。【解決手段】シリコンを主成分とするひげぜんまい１０におけるてん真（図示せず）と嵌合する貫通穴１５と、貫通穴１５の縁部に形成されるシリコンの（１１１）面が露出する第１の面（斜面）１３とを備えことで、貫通穴１５にてん真を嵌合しやすくなり、生産性を向上させることができる。また、嵌合穴１５に、てん真を嵌合した際に第１の面（斜面）１３の部分を嵌合穴１５とてん真とを接着するための接着剤溜まりとして利用することができるため接着面積が増加する。これにより、接着強度が増大しひげぜんまい１０とてん真との固定力を向上させることができる。【選択図】図１

Description

本発明は他の部材と当接又は嵌合する部分を有するシリコンを主成分とする構造体及びその製造方法に関する。

近年、シリコンの異方性エッチングや等方性エッチングにおける各エッチング技術の研究が進められている。例えば、深掘りＲＩＥ（Ｄ−ＲＩＥ：Ｄｅｅｐ−Ｒｅａｃｔｉｖｅ
Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）技術である。この深掘りＲＩＥ技術は、異方性エッチングの中でも特にアスペクト比が高いエッチングが可能なことから、これらの技術を用いてシリコンを主成分とする構造体の製造が試みられている。近年は、時計用部品に適用した例も開示されている。

従来、時計部品の製造では、例えば、てんぷを構成するてん輪やひげぜんまいのような部品をてん真と呼ばれる軸に押し込む圧入によって、部品を軸に取り付け固定することが知られている。

しかし、従来の圧入による部品の固定方法は、部品の材質が互いに金属材料である場合には適するが、一方がシリコン製の部品の場合は、シリコン製の部品が破損する危険性があるので、圧入によって部品同士を固定することが不可能であるという問題があった。

そこで、これらを防止するため、シリコン製の部品を破損することなく、他の部品に固定する技術が提案されている。一例をあげると、シリコン製のひげぜんまいに、てん真を取り付ける際に、シリコン製のひげぜんまいを破損することなく、固定する技術である（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に開示されているシリコン製のひげぜんまいの従来技術について説明する。

従来技術のシリコン製のひげぜんまいは、渦巻き状の形状をなす渦巻きばねであり、単結晶シリコンからなる板材をドライエッチングすることにより製造される。このシリコン製のひげぜんまいの中心付近に、てん真を嵌合するための軸穴を有するひげ玉が設けられており、この軸穴の一部に貫通しない凹部が形成されている。

前述のシリコン製のひげぜんまいに、てん真を取り付ける場合は、ひげ玉の軸穴に、金属製のてん真を所定の位置まで嵌合して、レーザ源による高エネルギー放射を使用して、軸を局部的に溶解する、またははんだを溶解して、軸穴に設けた凹部に溶融金属を充填して、その後、冷却することによりシリコン製のひげぜんまいと、てん真とを固定する。

これにより、シリコン製のひげぜんまいに、てん真を取り付ける際に、シリコン製のひげぜんまいを破損することなく、固定することができるようにしたものである。

特許第５２６１４５９号公報（第４−６頁、第１−４図）

しかし、特許文献１に示した従来技術は、ひげぜんまいの軸穴には、てん真を嵌合する
ための案内部が設けられておらず、軸穴に、てん真を嵌合する際にてん真が傾いて嵌め込まれることがあった。てん真が少しでも傾くと嵌合が難しいばかりか、ひげぜんまいの伸縮運動時に偏心が発生することがある。このため、生産性が悪いという問題があった。

さらに、ひげぜんまいに、てん真を接合する部分にある接着剤等が入り込む部分は、軸穴の一部に設ける凹部である。この凹部は一方向に削り取られたような形状であると共に、サイズも小さい。このため、接着剤等を多く充填することができず、固定力が不充分となるおそれがあった。

以上、説明したように、特許文献１に示した従来技術を、他の部材と当接又は嵌合する部分を有するシリコンを主成分とする構造体として用いることは難しい。

本発明の目的は、上記課題を解決するものである。構造体と他の部材との嵌合を容易にし、生産性を向上させることができる。また、構造体に他の部材を嵌合した際に接着強度を増大させることもできる。

上記課題を解決するため、本発明の構造体は、下記記載の構成を採用する。

他の部材と当接又は嵌合する部分を有するシリコンを主成分とする構造体であって、構造体は、第１の平面とこれに対向する第２の平面とを有し、第１の平面は、シリコンの（１００）面であり、他の部材と当接又は嵌合する部分は、第１の平面から第２の平面に向かって、シリコンの（１１１）面が露出する第１の面と、第１の面の途中から角度を変えて第２の平面方向に向かう第２の面とを備えることを特徴とする。

これにより、第１の面が構造体に他の部材を嵌合するときの案内部となり、構造体に他の部材が嵌合しやすくなり、生産性を向上させることができる。また、第１の面を構造体と他の部材とを接着するための接着剤溜まりとして利用することができるという効果も奏することができる。

また、第１の面は、第１の平面から所定の角度で傾斜する斜面であるとしてもよい。

また、第１の面は、シリコンの結晶方位面に沿った面であるとしてもよい。

また、他の部材と当接又は嵌合する部分は、第１の面から第２の面に向かって凹む穴部又は貫通する貫通穴であるとしてもよい。

第１の面が斜面であるため、構造体と他の部材がより嵌合しやすくなるという効果を奏することができる。さらに斜面の部分は、穴部または貫通穴の全周に亘って形成されているため、接着面積が増加し接着強度が増大し、構造体と他の部材との固定力が確実になるという効果を奏することができる。

また、シリコンの結晶方位面に沿った面は、エッチングで簡単に作成できる。

さらに、上述のような構成にすれば、この構造体は、貫通穴を設けて軸を通す部材やガイド部材などに応用できる。

また、第２の平面は、シリコンの（１００）面であり、第２の平面に、第２の平面から第１の平面に向かかって、シリコンの（１１１）面が露出する第３の面をさらに有するとしてもよい。

これにより、一方の斜面（第１の面）の部分を構造体と他の部材とを接着するための接着剤溜まりとし、他方の斜面（第３の面）の部分を穴部または貫通穴に他の部材を嵌合する際の案内部として利用することができる。このため、穴部または貫通穴に他の部材を嵌合した後に、一方の斜面（第１の面）の部分に接着剤を充填することができ、接着作業が安定し、生産性が向上するとともに穴部または貫通穴と他の部材との固定が確実となるという効果を奏することができる。

上記課題を解決するため、本発明の構造体の製造方法は、下記記載の構成を採用する。

他の部材と当接又は嵌合する部分を有するシリコンを主成分とする構造体の製造方法において、シリコンの（１００）面である第１の平面とこれに対向する第２の平面とを有するシリコンを主成分とする基板の第１の平面の所定部分にマスクを形成するマスク形成工程と、マスクにより露出している第１の平面にシリコンの（１１１）面が露出する第１の面を形成する第１の面形成工程と、第１の面の途中から角度を変えて第２の平面方向に向かう第２の面を形成する第２の面形成工程とを有することを特徴とする。

これにより、他の部材を嵌合するときに第１の面が案内部となる構造体を容易に製造できる。また、他の部材と当接又は嵌合する第２の面とを備えたシリコンを主成分とする構造体を形成し、構造体と他の部材との嵌合を容易にし、生産性を向上させることができる。

また、第１の面形成工程は、マスクを設ける基板を所定のエッチング液に浸漬してなるウエットエッチングで形成するとしてもよい。

これにより、所定のエッチング液に浸漬するだけで、シリコンの（１１１）面が露出する第１の面を容易に形成できる。

また、第２の面形成工程は、マスクを設ける基板を所定のガス雰囲気に曝してなる反応性イオンエッチングで形成するとしてもよい。

これにより、所定のガスを用い、そのガス雰囲気を用いた反応性イオンエッチングを行うことで、シリコンの（１１１）面が露出する第１の面の途中から角度を変えて第２の平面方向に向かう第２の面を容易に形成できる。

また、第１の面形成工程と第２の面形成工程とは、同一の加工装置を用い、加工装置からに基板を排出することなく連続して加工を行うとしてもよい。

例えば、イオンの進行方向を変えることができる反応性イオンエッチング装置を用いることで、同一の加工装置で第１の面形成工程と第２の面形成工程とを連続して行うことができる。

また、加工装置は、電子サイクロトロン共鳴により発生したプラズマを用いるエッチング装置であり、基板に印加する高周波電圧を変えることで、第１の面形成工程では基板に対して等方性エッチングを行い、第２の面形成工程では基板に対して異方性エッチングを行うとしてもよい。

これにより、他の部材と当接又は嵌合する穴部と、穴部の縁部に形成されるシリコンの（１１１）面が露出する面とを備えたシリコンを主成分とする構造体をより効率よく製造することができるという効果を奏することができる。

本発明によれば、シリコンの（１００）面から所定の角度で傾斜するシリコンの（１１１）面が露出する第１の面と、この面から角度を変えてなる第２の面と、を有することで、他の部材と嵌合しやすく、互いを強固に固定できる構造体とすることができる。

本発明の第１の実施形態における構造体としてのひげぜんまいを示す図で、図１（ａ）は、ひげぜんまいの平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ´断面図である。 発明の第１の実施形態におけるひげゼンマイにてん真を固定する方法を示す概略断面図である。 本発明の第２の実施形態における構造体としてのひげぜんまいを示す部分概略断面図である。 本発明の第２の実施形態におけるひげぜんまいにてん真を固定する方法を示す概略断面図である。 本発明の第３の実施形態における構造体としてのがんぎ歯車を示す図で、図１（ａ）は、がんぎ歯車の平面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＢ−Ｂ´断面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）における領域Ｗの部分拡大斜視図である。 本発明の第４の実施形態における構造体としての軸受け部材を示し、図１（ａ）は、軸受け部材の斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＣ−Ｃ´断面図である。 本発明の第５の実施形態における構造体としての軸受け部材を示し、図７（ａ）は、断面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）における領域Ｘの部分拡大図である。 本発明の第４、第５の実施形態の変形例を示す断面図である。 構造体としてひげぜんまいを例にして説明する、本発明の第６の実施形態における第１の製造方法を示す概略断面図である。 構造体として軸受け部材を例にして説明する、本発明の第６の実施形態における第２の製造方法を示す概略断面図である。 第６の実施形態における第２の製造方法で用いる装置を説明する概略図である。

本実施形態の構造体は、他の部材と当接又は嵌合する部分を有するシリコンを主成分とする構造体であって、第１の平面とこれに対向する第２の平面とを有し、これらの平面は、シリコンの（１００）面である。

他の部材と当接又は嵌合する部分は、第１の平面から第２の平面に向かって、シリコンの（１１１）面が露出する第１の面と、第１の面の途中から角度を変えて第２の平面方向に向かう第２の面とを備えている。

第１の面は、第１の平面から所定の角度で傾斜する斜面であり、構造体が他の部材と当接又は嵌合する場合は、この斜面が他の部材を案内する案内面とすることができる。また、他の部材との接着剤溜りとすることもできる。第２の面により第１の平面から第２の平面に向かう凹みや貫通穴を構成することができ、この部分と他の部材とを嵌合することができる。

このような構成であるから、凹みや貫通穴に他の部材を嵌合しやすくなり、生産性も向上させることができる。

次に、構造体の実施形態を説明する。説明にあっては、発明に不要な部分を省略した模式図を元にした図面を用いて説明する。また各構成要素には符号を付与しているが、同一の構成には同一の番号を付与している。
［第１の実施形態の説明：図１〜図２］
以下、図１、図２を用いて、構造体の第１の実施形態を詳述する。

第１の実施形態における構造体については、時計用のぜんまいとして用いられる、てんぷを構成するひげぜんまいを例にして説明する。まず、図１及び図２を用いてひげぜんまいの構成と、これをてん真に固定させる例とを説明する。

図１は、ひげぜんまいを示す平面図及び断面図である。図２は、ひげぜんまいにてん真を固定する方法を説明するための概略断面図である。
［第１の実施形態の構成説明：図１、図２］
まず、図１を用いて第１の実施形態のひげぜんまいの構成について説明する。

図１（ａ）は、ひげぜんまいを示す平面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ´断面を示す部分拡大断面図である。

図１（ａ）に示すように、ひげぜんまい１０は、渦巻き状のぜんまい部１１と、ぜんまい部１１の中心近傍において、ぜんまい部１１の一方端と一体に形成されているひげ玉１２と、ひげ玉１２の周囲を巻回するぜんまい部１１の他方端に一体に形成されるひげ持１９を備えている。

図１（ｂ）に示すように、ひげぜんまい１０は、単結晶シリコンの板材をエッチング加工することにより形成される渦巻きばねであり、第１の平面１７と、これに対向する第２の平面１８とを有し、第１の平面１７及び第２の平面１８は、いずれもシリコンの（１００）面である。

ひげ玉１２の中心には、ひげぜんまい１０の回転軸となるてん真（図示せず）と勘合する四角形形状の貫通穴１５が設けられている。この貫通穴１５の、第１の平面１７における開口部の各辺のそれぞれに面取状の傾斜面である第１の面１３が設けられ、この第１の面１３により貫通穴１５の開口部の周囲に傾斜部２３が形成されている。

この傾斜部２３と貫通穴１５とは、図１（ａ）に示すように、平面的に見たとき、互いの中心が同一となるように形成されている。なお、ひげぜんまい１０にてん真を嵌合して固定する方法については後述する。

第１の面１３は、第１の平面１７から第２の平面１８に向かってシリコンの（１１１）面が露出している面であり、図１に示すように傾斜面を構成する。第２の面１６は、第１の面１３の途中から角度を変えて第２の平面１８の方向に向かう面であり、図１に示すように貫通穴１５の内壁の縦端面を構成する。

第１の面１３は、第１の平面１７から所定の角度で傾斜している。例えば、７０度である。この角度は自由に決めることができるが、他の部材、この場合は、てん真を嵌め込み易くすることが重要である。

ひげぜんまい１０やてん真の形状やサイズは、このひげぜんまい１０を搭載する時計のサイズや仕様などにより決まるから、第１の平面１７に対する第１の面１３の角度も、それに合わせて自由に決めることができる。

また、第１の面１３をシリコンの結晶方位面に沿った面とすることもできる。つまり、第１の面１３の傾斜面すべてが、シリコンの（１１１）面が露出しているのである。このときの第１の平面１７と第１の面１３との角度は、５４．７４度である。

このような第１の面１３の形成方法についての詳細は後述するが、第１の平面１７から所定の角度で傾斜する第１の面１３は、深掘りＲＩＥ技術を応用した公知のドライエッチング手法により形成することができる。

例えば、ひげぜんまい１０の母材となる単結晶シリコンの板材における第１の平面１７に、第１の面１３を形成したい部分を開口したマスクを施し、そして、第１の平面１７から深掘りＲＩＥ技術によるドライエッチングを行う。このときのガスは、エッチング用のガスであるＳＦ₆（六フッ化硫黄）とデポ用のガスであるＣ₄Ｆ₈（八フッ化シクロブタン）との混合ガス（ＳＦ６＋Ｃ４Ｆ８）である。

一般に深掘りＲＩＥ技術では、エッチング中にデポ用ガスの流量を少なくする、さらに酸素（Ｏ₂）ガスを加えるなどの公知の技術を用いることで、エッチングする物体に対してその深さ方向に傾斜を付けられることが知られている。この技術を用いれば、第１の平面１７から所定の角度（この場合は、例えば７０度）で第１の面１３を形成できる。

また、第１の面１３と第１の平面１７との角度を、例えば５４．７４度にしたいときは、エッチング液にＫＯＨ（水酸化カリウム）を用いたウエットエッチングを行えばよい。

良く知られるように、ＫＯＨによるウエットエッチングは結晶異方性エッチングの性質を有し、シリコンの（１１１）面は（１１０）面に比べて１００倍程度エッチング速度が遅い（エッチングされ難い）。このため、結果として結晶面に沿った正確な角度である５４．７４度を有する斜面が形成できるのである。
［ひげぜんまいとてん真との固定方法についての説明：図２］
次に、図２を用いて、ひげぜんまいにてん真を固定する方法について説明する。

図２は、ひげぜんまいに、てん真を固定する方法を説明する部分拡大断面図で、図２（ａ）は、ひげぜんまいにてん真を固定する前の状態を示す断面図であり、図２（ｂ）は、ひげぜんまいにてん真を固定した後の状態を示す断面図である。なお、この図２においては、ひげぜんまい１０は図１と図面における上下が逆になっている。

図２において、符号２６は接着剤、符号２８はてん真、符号２９はてん真のフランジ部分となる段部である。図２（ａ）に示すように、てん真２８から段部２９が突出する根元となる部分の周囲に接着剤２６を塗布した状態で、てん真２８をひげぜんまい１０のひげ玉１２の貫通穴１５の第１の面１３側から挿入する。このとき、第１の面１３がてん真２８の挿入時の案内部として作用するため、仮にてん真２８の中心と貫通穴１５の中心とが多少ずれていても、てん真２８が貫通穴１５へ挿入し易くなる。これにより、挿入時においてひげぜんまいは破損なくてん真に嵌め込むことができる。

なお、第１の面１３がウエットエッチングで形成されたシリコンの（１１１）面であれば、その表面は非常に平滑であるので、てん真２８が引っかかることなくスムーズに貫通穴１５に誘導され、より挿入しやすくなる。

そして、図２（ｂ）に示すように、ひげぜんまい１０をてん真の段部２９に当接させることで挿入は止まり、段部２９とひげ玉１２とが接する。その後、接着剤を硬化させることで、ひげぜんまい１０とてん真２８とは固定される。このとき、ひげぜんまい１０の第１の面１３とてん真２８及び段部２９とによって形成される空間が接着剤溜まりとして作
用する。

なお、接着剤２６は、温度硬化型、時間で硬化する時間硬化型、又は空気を遮断することで硬化する嫌気性接着剤など、公知の接着剤を用いることができる。

以上のように、本実施形態によれば、ひげぜんまい１０の第１の面１３が、てん真２８の挿入時の案内部として作用するため、てん真２８が貫通穴１５へ挿入し易くなる。さらに、第１の面１３は、貫通穴１５の全周に亘って形成されているため、接着面積が増加し接着強度が増大し、ひげぜんまい１０とてん真２８との固定力を確実にすることができる。
［第２の実施形態の説明：図３、図４］
次に、図３、図４を用いて構造体の第２の実施形態として時計用のひげぜんまいについて説明する。

図３は、第２の実施形態のひげぜんまいのひげ玉を示す部分拡大断面図であって、図１（ｂ）と同じ方向から見た図である。図４は、ひげぜんまいに、てん真を固定した状態を示す断面図である。

図３、図４において、符号１４は第３の面、符号２０はひげぜんまいである。第２の実施形態のひげぜんまい２０は、シリコンの（１００）面である第２の平面１８に、第２の平面１８から第１の平面１７に向かかって、シリコンの（１１１）面が露出する第３の面１４を設けた点が特徴であり、その他は前述の第１の実施形態と同様である。

図３に示すように、第２の実施形態のひげぜんまい２０は、貫通穴１５における第１の平面１７側に設けた第１の面１３に加えて、貫通穴１５の第２の平面１８側の開口部の各辺のそれぞれに面取状の斜面である第３の面１４を有している。

第３の面１４により、貫通穴１５の第２の平面１８側の開口部の周囲に形成される傾斜部と貫通穴１５とは、平面的に見たとき、互いの中心が同一となるように形成されている。なお、その他の点は、第１の実施形態と同様であり、説明を省略する。

次に、ひげぜんまい２０に、てん真２８を固定する方法について図４を用いて説明する。

図４は、図３に示すひげぜんまい２０に、てん真２８を固定した状態を示す断面図である。

図４に示すように、てん真２８をひげぜんまい２０のひげ玉１２の貫通穴１５の第２の面１４側からに挿入する。このとき、第２の面（斜面）１４がてん真２８の挿入時の案内部として作用するため、てん真２８が貫通穴１５へ挿入し易くなる。これにより、挿入時におけるひげぜんまい２０の破損を防止することができる。

ひげぜんまい２０をてん真の段部２９に当接させることで挿入は止まり、段部２９とひげ玉１２とが接する。その後、ひげぜんまい２０の第１の面１３と、てん真２８との隙間に接着剤２６を塗布する。その後、接着剤を硬化させ、ひげぜんまい２０のひげ玉１２に、てん真２８を固定する。このとき、ひげぜんまいの第１の面１３とてん真２８とによって形成される隙間が接着剤溜まりとして作用する。

これにより、一方の斜面である第１の面１３をひげぜんまい２０とてん真２８とを接着するための接着剤溜まりとし、他方の斜面である第３の面１４を貫通穴１５にてん真２８
を嵌合する際の案内部として利用することができる。このため、貫通穴１５にてん真２８を嵌合した後に、一方の斜面である第１の面１３に接着剤を充填することができ、接着作業が安定し、生産性が向上するとともに貫通穴１５とてん真２８との固定をより確実なものとすることができる。

なお、この例にあっては、接着剤２６は、上述の接着剤の例である嫌気性接着剤に変え、紫外線硬化型の接着剤を用いるとよい。ひげぜんまい２０をてん真２８に嵌合した後、充填した接着剤２６に所定の波長の紫外線を発生する紫外線ランプ等を用いて硬化させるのである。
［第３の実施形態の構成説明：図５］
次に、図５を用いて構造体の第３の実施形態を説明する。第３の実施形態における構造体については、時計に用いられる、がんぎ歯車を例にして説明する。

図５（ａ）は、がんぎ歯車を示す平面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）におけるＢ−Ｂ´断面を示す断面図、図５（ｃ）は、図５（ａ）の領域Ｗを示す部分拡大斜視図である。

図５に示すように、がんぎ歯車３０は、回転軸となるがんぎかな（図示せず）と嵌合する貫通穴３５が設けられた基部３２と、基部３２を周回するように配置された多数のがんぎ歯３１とを有し、各がんぎ歯３１は、停止面３１ａ及び衝撃面３１ｂを備え、各がんぎ歯３１の先端部には油溜まり面（斜面）３９が設けられている。

さらに、基部３２に設ける四角形形状の貫通穴３５における第１の平面３７側の開口部の各辺のそれぞれには、面取状の斜面である第１の面３３が設けられ、貫通穴３５における第２の平面３８側の開口部の各辺のそれぞれに面取状の斜面である第３の面３４が設けられている。この第１の面３３によって貫通穴３５の開口部の周囲に形成される一方の傾斜部と、第３の面３４によって形成される他方の傾斜部と、貫通穴３５とは、平面的に見たとき、互いの中心が同一となるように形成されている。

また、がんぎ歯車３０は、単結晶シリコンの板材をエッチング加工することにより形成され、第１の平面３７と、これに対向する第２の平面３８とは、いずれもシリコンの（１００）面である。

第１の面３３は、第１の平面３７から第２の平面３８に向かって、所定の角度で傾斜する斜面であり、シリコンの（１１１）面が露出する、シリコンの結晶方位面に沿って形成される面である。第２の面３６は、第１の面３３の途中から角度を変えて第２の平面３８方向に向かう面であり、貫通穴３５の内壁の縦端面を構成する。

第３の面３４は、第２の平面３８から第１の平面３７に向かって、所定の角度で傾斜する斜面であり、シリコンの（１１１）面が露出する、シリコンの結晶方位面に沿って形成される面である。

さらに、各がんぎ歯３１の先端部には第１の平面３７から第２の平面３８に向かって油溜り面３９が設けてある。この油溜り面３９は、所定の角度で傾斜する斜面である。このようにがんぎ歯車は、その刃先に斜面を設けることで、そこが油溜りとなり摺動性などが向上することが知られている。

なお、がんぎ歯車３０に、がんぎかな（図示せず）を嵌合して固定する方法については、第２実施形態において、図４に基づいて説明したひげぜんまい２０にてん真２８を固定する方法と同様であるため説明を省略する。

本実施形態によれば、第２の実施形態と同様に、一方の斜面である第１の面３３を、がんぎ歯車３０と、がんぎかな（図示せず）とを接着するための接着剤溜まりとし、他方の斜面である第３の面３４を貫通穴３５に、がんぎかなを嵌合する際の案内部として利用することができる。このため、貫通穴３５に、がんぎかな（図示せず）を嵌合した後に、一方の斜面である第１の面３３に接着剤を充填することができ、接着作業が安定し、生産性が向上するとともに貫通穴３５とがんぎかなとの固定をより確実なものとすることができる。
［第４の実施形態の構成説明：図６］
次に、図６を用いて構造体の第４の実施形態を詳述する。第４の実施形態における構造体については、軸受部材を例にして説明する。

図６（ａ）は、軸受部材を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）におけるＣ−Ｃ´断面を示す断面図である。

図５に示すように、軸受部材４０は、軸受本体４２に、他の部材としての軸（図示せず）を勘合するための四角形形状の貫通穴４５が設けられており、この貫通穴４５の軸受本体４２の第１の平面４７の開口部の各辺のそれぞれに面取状の斜面である第１の面４３が設けられ、貫通穴３５の開口部の周囲に傾斜部を構成している。この傾斜部と貫通穴４５とは、平面的に見たとき、互いの中心が同一となるように形成されている。

軸受部材４０は、単結晶シリコンの板材をエッチング加工することにより形成され、第１の平面４７と、これに対向する第２の平面４８とを有し、第１の平面４７及び第２の平面４８は、いずれもシリコンの（１００）面である。

第１の面４３は、第１の平面４７から第２の平面４８に向かって、所定の角度で傾斜する斜面であり、シリコンの（１１１）面が露出する、シリコンの結晶方位面に沿って形成される面である。第２の面４６は、第１の面４３の途中から角度を変えて第２の平面４８方向に向かう面であり、貫通穴４５の内壁の縦端面を構成する。

なお、軸受部材４０に、軸（図示せず）を嵌合して固定する方法については、第１実施形態において、図２に基づいて説明したひげぜんまい１０にてん真２８を固定する方法と同様であるため説明を省略する。

以上のように、本実施形態によれば、軸受部材４０の貫通穴４５に、軸（図示せず）を嵌合した後に、第１の面４３に接着剤を充填することができ、接着作業が安定し、生産性が向上するとともに貫通穴４５と軸との固定をより確実なものとすることができる。
［第５の実施形態の構成説明：図７］
次に、図７を用いて第５の実施形態の構造体について説明する。第５の実施形態における構造体については、軸受部材を例にして説明する。

図７（ａ）は、軸受部材を示す断面図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）における領域Ｘを模式的に示す部分拡大図である。

図７に示す第５の実施形態の軸受部材５０は、第１の面５３が、前述の第４の実施形態と異なり、その斜面が凹形状に湾曲している。その他は同様である。

図７（ａ）に示すように、軸受部材５０は、シリコンの（１００）面である第１の平面４７に、第１の平面４７から第２の平面４８に向かって、僅かに凹形状に湾曲して傾斜する第１の面５３が形成されている。符号５１はシリコンの（１１１）面を表す仮想線であ
って、第１の面５３の一部の領域５３ａにおいて、湾曲する第１の面５３の表面とこの仮想線５１とが一致している。すなわち、この領域５３ａにおいて、シリコンの（１１１）面が露出している。

図７に示す軸受部材５０のように、第１の面を湾曲させることで、より多くの接着剤をこの部分に充填できるようになる。その結果、軸（図示せず）を嵌合した後に、より強固に双方を接着できる。

なお、このような湾曲した面の形成方法については、後述する。
［第４、第５の実施形態の変形例の説明：図８］
次に、図８を用いて第４、第５の実施形態の構造体の変形例について説明する。この変形例は、貫通していない穴部を有する例であり、軸受部材を例にして説明する。

図８（ａ）は、図６に示す第４の実施形態の変形例であって、図８（ｂ）は、図７に示す第５の実施形態の変形例である。したがって、軸受部材６０ａは軸受部材４０に、軸受部材６０ｂは軸受部材５０に、それぞれ対応する。

図８に示すように、穴部５５は第２の平面４８まで貫通しておらず、底部５５ａ、５５ｂを有する凹形状である。このような形状を有する軸受部材６０ａ、６０ｂは、例えば、図示しない軸を固定する軸受けや、他の構造体を固定するためのピンなどを上下から押さえる部材にも適用できる。
［構造体の製造方法の説明］
次に、第６の実施形態として、構造体の製造方法を説明する。第１の製造方法は、図３及び図４に示す第２の実施形態のひげぜんまい２０を例にして、図９を用いて説明する。そして第２の製造方法は、図７に示す第５の実施形態における軸受部材５０を例にして、図１０及び図１１を用いて説明する。
［第１の製造方法の説明：図９］
図９は、ひげぜんまいの製造工程を示す概略断面図であって、第１の面と第２の面とを形成する部分を拡大した図である。

図９（ａ）は、ひげぜんまい２０を形成するための母材となる単結晶シリコンの基板７１に第１、第２のマスクを形成する、マスク形成工程を説明する図である。この基板７１は、図面視上方となる第１の平面７２と図面視で下方となる第２の平面７３とが、シリコンの（１００）面となっている。

図９（ａ）に示すように、第１の平面７２に所定部分を覆う第１のマスク８１を形成する。この第１のマスク８１は、前述の図３及び図４に示す、ひげぜんまい２０の平面形状を反映したパターン形状となっている。また、第２の平面７３に、その全面を覆う第２のマスク８２を形成する。第１のマスク８１及び第２のマスク８２は、例えば、シリコン酸化膜である。

図９（ｂ）は、前述の第１のマスク８１及び第２のマスク８２の上に、第３のマスク８３と第４のマスク８４とをそれぞれ形成する工程を説明する図である。この第３のマスク８３及び第４のマスク８４は、例えば、フォトレジストである。

この第３のマスク８３の開口部のうちの一部の開口部８３ａの内径ｂは、第１マスク８１の開口部８１ａの内径ａに比較して大きい値に設定されている。この部分は、加工が進んだ後に、ひげぜんまい２０のひげ玉１２の貫通穴１５及び第１の面１３に対応する部分である。その他の開口部８９の大きさは、第１、第３のマスクに共通の内径ｃである。また、第２のマスク８２の表面上にも第４のマスク８４を形成するが、この第４のマスク８
４のマスクパターンは、第３のマスク８３のマスクパターンと同じである。

図９（ｃ）は、マスクにより露出している基板７１の第１の平面７２をドライエッチングする工程を示す図である。

図示するように、第１のマスク８１をエッチングマスクとして、基板７１を第１の平面７２側から異方性エッチング（ドライエッチング）する。これにより、開口部８１ａ及び開口部８９の形成領域の単結晶シリコンを除去して、ひげぜんまい２０の形状を形成する。

なお、ドライエッチングの方法は特に制限されないが、エッチングガスの直進性が高く、微細なパターニングが可能であることから、反応ガスをプラズマによりイオン化、ラジカル化してエッチングを施す反応性イオンエッチングのうち、深掘りＲＩＥ、誘導結合方式の反応性イオンエッチングであるＩＣＰ−ＲＩＥ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ−ＲＩＥ）などを用いるとよい。また、エッチングガスとしては、エッチング用のＳＦ₆（六フッ化硫黄）とデポ用のＣ₄Ｆ₈（八フッ化シクロブタン）との混合ガス（ＳＦ６＋Ｃ４Ｆ８）を用いるとよい。

図９（ｄ）は、第１、第２のマスクの一部を除去する工程を示す図である。

前述の図９（ｃ）における第１マスク８１、第２のマスク８２の一部を除去することにより、図９（ｄ）に示すように、第３のマスク８３の開口部８３ａと同じ内径ｂの開口部８５ａを有する第５のマスク８５を形成する。この第５のマスク８５は、第１のマスク８１を加工してなるが、便宜上符号８５を付与している。

また、第４のマスク８４の開口部８４ａと同じ内径ｂの開口部８６ａを有する第６のマスク８６を形成する。この第６のマスク８６は、第２のマスク８２を加工してなるが、便宜上符号８６を付与している。これにより、第１の平面１７、第２の平面１８の一部が露出される。

図９（ｅ）は、第５のマスク８５、第６のマスク８６により露出している第１の平面１７、第２の平面１８をウエットエッチングする工程を示す図である。第５のマスク８５をエッチングマスクとして、結晶異方性エッチングであるウエットエッチングを行う。このときのエッチング液は、例えば、ＫＯＨである。

そうすると、シリコンの（１１１）面が露出すると共に、第１の平面１７側から結晶面に沿った正確な角度である５４．７４度の傾斜を有する第１の面１３が形成され、同様に、シリコンの（１１１）面が露出すると共に、第２の平面１８側から５４．７４度の傾斜を有する第３の面１４が形成される。

シリコンのウエットエッチングは結晶異方性エッチングであり、シリコンの（１１１）面はそれ以外の結晶面に比べてエッチング速度が非常に遅いために、上述のような傾斜を有する第１の面１３、第３の面１４が形成される。その一方で、基板７１に開口した貫通穴１５はシリコンの（１１１）面ではないので、エッチングは進み、その内径が広がる。貫通穴１５は、図４に示すてん真２８が嵌合する部分であるから、その内径はてん真２８の径と一致する。つまり、図９（ｂ）に示す第１マスク８１の開口部８１ａの内径ａは、予めエッチングにより貫通穴１５の内径が広がることに鑑みてその値を決めるのである。

この第１の面１３は、第１の平面１７から所定の角度で傾斜する斜面であり、シリコンの結晶方位面に沿った斜面である。また、第２の面１６は、貫通穴１５の内面である。し
たがって、本工程の終了時点で、第１の平面１７にシリコンの（１１１）面が露出する第１の面１３と、第１の面１３の途中から角度を変えて第２の平面１８方向に向かう第２の面１６が形成される。なお、第３の面１４についても同様である。

最後に、第３、第４、第５、第６のマスクを除去して、図９（ｆ）に示すように第２の実施形態におけるひげぜんまい２０が完成する。

以上のように、第１の製造方法は、異方性エッチングであるドライエッチングと結晶異方性エッチングであるウエットエッチングとを用いることで、構造体としてのひげぜんまい２０の第１の面１３及び第３の面１４をシリコンの結晶方位面に沿った面として形成し、これらの面の途中から角度が変わる第２の面１６を容易に形成できる。

なお、この第１の製造方法は、構造体として、図３及び図４に示すひげぜんまい２０を例として説明したが、これに限定されるものではなく、その他の構造体、例えば、がんぎ歯車、軸受部材、ノズル等、多くの構造体にも適応することができる。
［第２の製造方法の説明：図１０、図１１］
次に、図１０、図１１を用いて第２の製造方法について説明する。

本実施形態における構造体の製造方法は、第１の面（第３の面を有する場合はこの第３の面）と第２の面との加工を同一の加工装置で用い、加工装置からシリコン単結晶の基板を排出することなく連続して加工するものである。

図１０は、構造体としての、軸受部材５０の製造工程を示す概略断面図で、図１１は、本実施形態でドライエッチング加工に用いるＥＣＲ装置（電子サイクロトロン共鳴装置）を説明する概略図である。
［ＥＣＲ装置及び制御の説明：図１１］
まず初めに、図１１を用いて、ＥＣＲ装置及び本発明におけるＥＣＲ装置の制御について説明する。

ＥＣＲ装置は、電子サイクロトロン共鳴イオン源を利用したイオンビームエッチング装置であって、マイクロ波プラズマエッチング装置の一種である。直線的なイオンの流れ（イオンビーム）を形成し、アスペクト比が高いエッチングができる装置として広く知られている。

図１１に示すように、このＥＣＲ装置１００を用いてエッチング加工を行う場合は、まず、ガラスチャンバー１０２内を所定の真空度にする。そこにエッチングガス１０６（ＳＦ₆、ＣＬ₂、ＨＢｒなど）を導入し、マイクロ波発生源１０４からマイクロ波（２．４５ＧＨｚ程度）を照射して、基台（ＲＦ用電極）１０１に載置した試料（エッチングされる物体）１０８上面の空間にプラズマ１０７を発生させる。

このプラズマ１０７の発生空間には、ソレノイドコイル１０３による磁場が形成しており、この磁場とマイクロ波による電場との相互作用により電子が螺旋を描きドリフト運動をおこなう（サイクロトロン共鳴）。

次に、高周波（ＲＦ）発生源１０５を作動させ、試料１０８を所定の電圧でバイアスする。これにより、イオン１０９が試料１０８方向に引っ張られ（直線的に移動し）、異方性エッチングが行われる。

次に、このようなＥＣＲ装置を用いて、図７に示す第５の実施形態における軸受部材５０を例にして、その形状を加工する手法について説明する。

上述のように、第１の面と第２の面との加工を、ＥＣＲ装置からに基板を排出することなく連続して行うには、イオンビームの制御を行うのである。

すなわち、プラズマ１０７を発生させるとき（又は発生させた直後）、高周波（ＲＦ）発生源１０５を停止する。このようにすれば、試料（構造体）１０８はバイアスされなくなり、イオン１０９は試料１０８方向に引っ張られなくなる。つまり、イオンビームは直進性を失う。これにより通常のドライエッチング装置を用いた等方性エッチングとすることができる。

このような環境で等方性エッチングを実施し、第１の面を形成した後、高周波（ＲＦ）発生源１０５を稼働させて試料（構造体）１０８をバイアスすれば、イオンビームは試料１０８に直線的に照射され、第２の面が形成できるのである。

このように、ＥＣＲ装置を用いて、イオンビームの直進性を変えることで、第１の面と第２の面との加工を、ＥＣＲ装置からに基板を排出することなく連続して行うことができる。
［第２の製造方法の具体的な説明：図１０、図１１］
次に、上述したＥＣＲ装置を用いた製造方法を、図１０及び図１１を用いて詳述する。

なお、図１０（ａ）から図１０（ｄ）は、図７と同一の方向から見た断面図ではあるが、エッチングの様子を説明しやすいように端面の様子を表した断面図としている。

図１０（ａ）は、マスクを形成した単結晶シリコンの基板９１をＥＣＲ装置の基台（ＲＦ用電極）上に載置した様子を表す図である。

図１０（ａ）は、マスク形成工程及びその後に基板を装置に載置する様子を説明する図である。

まず、シリコンの（１００）面である第１の平面９７とこれに対向するシリコンの（１００）面である第２の平面９８とを有する単結晶シリコンの基板９１を用意する。この基板９１の第１の平面９７に、所定部分を覆うマスク９２を形成する。マスク９２は、前述の図７に示した、軸受部材５０平面形状を反映したパターンであって、マスク９２の開口部９３の大きさは、後の軸受け部材の貫通穴４５の内径に相当する。次に、この基板９１をＥＣＲ装置の基台（ＲＦ用電極）１０１上に載置する。

図１０（ｂ）は、第１ステップのエッチング工程を示す図である。

第１ステップのエッチング工程においては、高周波（ＲＦ）発生源１０５を停止した状態で、エッチング加工を行う。

基板９１が載置されているガラスチャンバー１０２内にプラズマ１０７を発生させる。高周波（ＲＦ）発生源１０５が停止しているため、図１０（ｂ）に示すように、基板９１はバイアスされてはおらず、イオン１０９は、ばらばらな動きをし、基板９１には様々な方向からイオン１０９が衝突する。これにより、等方性エッチングが行われる。

この第１ステップのエッチング工程は、マスク９２をエッチングマスクとして、基板９１を第１の平面９７側から等方性エッチングすることにより、マスク９２により規定されている開口部９３におけるシリコンを除去して、第１の平面９７に、第１の平面９７から第２の平面９８に向かって、第１の面５３が形成される。この第１の面５３は、等方性エ
ッチングであるから第１の平面９７から僅かに凹形状に湾曲して傾斜する斜面となる。

第１の面５３は、その一部の領域５３ａ（図７を参照）において、シリコンの（１１１）面が露出している。また、等方性エッチングであるから、マスク９２の下部にもエッチングが進み、第１の面５３の開口部の形状ｆは、マスク９２開口部９３の形状ｅより大きく形成される。

図１０（ｃ）は、第２ステップのエッチング工程を示す図である。

第２ステップのエッチング工程においては、高周波（ＲＦ）発生源１０５を作動させ、基板９１を所定の電圧でバイアスする。これにより、図１０（ｃ）に示すように、イオン１０９は基板９１の方向に直線的に移動し、異方性エッチングが行われる。

この第２ステップのエッチング工程は、図１０（ｃ）に示すように、マスク９２をエッチングマスクとして、基板９１を第１の平面４７側から異方性エッチングすることにより貫通穴４５（図７を参照）の形成領域におけるシリコンを除去して、第１の面５３の途中から角度を変えて第２の平面４８方向に向かう第２の面４６を形成する。

最後に、マスク９２を除去して、図１０（ｄ）に示すように第５の実施形態における軸受部材５０が完成する。

以上のように、第２の製造方法によれば、同一の加工装置を用い、加工装置からに基板を排出することなく等方性と異方性との２つのエッチングを連続して行い、第１の面と第２の面とを加工することができる。

これにより、真空度を保ったまま同一の装置で連続して加工ができるから製造時間の短縮となるばかりか、加工装置から排出し搬送する工程が省略できるので、排出や搬送中に意図せず発生するごみの付着や落下や衝突と行った搬送中のトラブルを排除することができる。

なお、本実施形態においては、構造体として、軸受部材を例として説明したが、これに限定されるものではなく、その他の構造体、例えば、機械式時計の輪列受（機械式時計の主要な輪列群を位置決めし支持する板状部材）等にも適応することができる。

以上、本発明の構造体及びその製造方法について説明した。もちろん、説明したそれぞれの実施形態は、例示した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば任意に変更することができることはいうまでもない。

例えば、なお、各実施形態において、穴部、貫通穴、第１の面、第３の面の平面形状を四角形形状とした例で説明したが、これに限定されるものではなく、例えば円形形状としても良い。

本発明の構造体は、他の部材との嵌合を容易にし、互いを強固に固定できる。また、生産性を向上させることができるので、時計などの小型精密機器に好適である。

１０ ひげぜんまい
１１ ぜんまい部
１２ ひげ玉
１３ ひげぜんまいの第１の面
１４ ひげぜんまいの第３の面
１５ ひげぜんまいの貫通穴
１６ ひげぜんまいの第２の面（貫通穴の内面）
１７ ひげぜんまいの第１の平面
１８ ひげぜんまいの第２の平面
１９ ひげ持
２３ 第１の面の傾斜部
２４ 第３の面の傾斜部

Claims (10)

1. 他の部材と当接又は嵌合する部分を有するシリコンを主成分とする構造体であって、
   前記構造体は、第１の平面とこれに対向する第２の平面とを有し、
   前記第１の平面は、シリコンの（１００）面であり、
   前記部分は、前記第１の平面から前記第２の平面に向かって、シリコンの（１１１）面が露出する第１の面と、該第１の面の途中から角度を変えて前記第２の平面方向に向かう第２の面と、を備える
   ことを特徴とする構造体。
2. 前記第１の面は、前記第１の平面から所定の角度で傾斜する斜面である
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
3. 前記第１の面は、シリコンの結晶方位面に沿った面である
   ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
4. 前記部分は、前記第１の面から第２の面に向かって凹む穴部又は貫通する貫通穴である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の構造体。
5. 前記第２の平面は、シリコンの（１００）面であり、
   前記第２の平面に、前記第２の平面から前記第１の平面に向かかって、シリコンの（１１１）面が露出する第３の面をさらに有する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１つに記載の構造体。
6. 他の部材と当接又は嵌合する部分を有するシリコンを主成分とする構造体の製造方法において、
   シリコンの（１００）面である第１の平面とこれに対向する第２の平面とを有するシリコンを主成分とする基板の、前記第１の平面の所定部分にマスクを形成するマスク形成工程と、
   前記マスクにより露出している前記第１の平面に、シリコンの（１１１）面が露出する第１の面を形成する第１の面形成工程と、
   前記第１の面の途中から角度を変えて前記第２の平面方向に向かう第２の面を形成する第２の面形成工程と、
   を有することを特徴とする構造体の製造方法。
7. 前記第１の面形成工程は、前記マスクを設ける前記基板を所定のエッチング液に浸漬してなるウエットエッチングで形成する
   ことを特徴とする請求項６に記載の構造体の製造方法。
8. 前記第２の面形成工程は、前記マスクを設ける前記基板を所定のガス雰囲気に曝してなる反応性イオンエッチングで形成する
   ことを特徴とする請求項６に記載の構造体の製造方法。
9. 前記第１の面形成工程と前記第２の面形成工程とは、同一の加工装置を用い、該加工装置からに前記基板を排出することなく連続して加工を行う
   ことを特徴とする請求項６に記載の構造体の製造方法。
10. 前記加工装置は、電子サイクロトロン共鳴により発生したプラズマを用いるエッチング装置であり、前記基板に印加する高周波電圧を変えることで、前記第１の面形成工程では前記基板に対して等方性エッチングを行い、前記第２の面形成工程では前記基板に対して
    異方性エッチングを行う
    ことを特徴とする請求項９に記載の構造体の製造方法。

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