JP2018087736A - 機械部品、時計、機械部品の製造方法、及び時計の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡便な工程により、シリコンを含む基材からなる回転部材の破損を防ぎつつ、回転部材と軸部材とが強固に固定された機械部品、その機械部品を用いた時計、機械部品の製造方法、および、時計の製造方法を提供する。【解決手段】機械部品としてのがんぎ車３５は、軸部材１０２と、軸部材１０２を保持する保持部１１５と、複数の歯部１１４を有するリム部１１１とを有する回転部材としてのがんぎ歯車部１０１とを備え、保持部１１５は、軸部材１０２を挿通させる貫通孔内に張り出すように形成された複数の張出部１１２を有し、保持部１１５とリム部１１１との間に、隣り合う張出部１１２の間から延在する弾性部１１３を有することを特徴とする。【選択図】図５

Description

本発明は、軸部材と回転部材とを含む機械部品、その機械部品を用いた時計、機械部品の製造方法、及び、時計の製造方法に関する。

機械式時計には、歯車等に代表される数多くの機械部品が搭載されている。歯車等の機械部品は、外周に複数の歯部が形成された回転部材の中心に設けられた貫通孔（保持部）に、軸部材が挿入され固定（保持）されてなる。従来、機械部品は金属材料を機械加工することにより形成されているが、近時では、時計用の機械部品の材料として、シリコンを含む基材が用いられるようなっている。シリコン製の機械部品は、金属製のものに比べて軽いことから、慣性力を小さくした部品の材料として好適であり、エネルギーの伝達効率の向上が見込まれる。また、シリコンは、フォトリソグラフィーやエッチング技術を用いて形成する形状の自由度が高く、加工精度を向上できるという利点もある。

例えば特許文献１に、シリコンを含む基材からなる回転部材の貫通孔に軸部材を挿通して固定するために、貫通孔の内壁面（内周面）に金属膜（応力緩和層）を形成する技術が開示されている。

特許第５８９２１８１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の機械部品の製造方法では、回転部材の貫通孔の内壁面に金属膜を形成するための工程が必要であるため、工程が複雑になってしまい、製造コストが増大する虞があるという問題がある。
また、回転部材の貫通孔の内壁面に金属膜を形成するなどの補強措置をしない場合には、回転部材の貫通孔（保持部）に軸部材を挿入するときに加わる応力によって、回転部材が貫通孔周辺から破損してしまう虞があるが、特許文献１には、軸部材を挿入する際に回転部材に加わる応力を緩和する措置等について、何ら言及されていない。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］ 本適用例にかかる機械部品は、軸部材と、前記軸部材を保持する保持部と、複数の歯部を有するリム部とを有する回転部材とを備え、前記保持部は、前記軸部材を挿通させる貫通孔内に張り出すように形成された複数の張出部を有し、前記保持部と前記リム部との間に、隣り合う前記張出部の間から延在する弾性部を有することを特徴とする。

この構成によれば、保持部の軸部材を挿通させる貫通孔内に張り出すように形成された複数の張出部により軸部材を保持したときに保持部に加わる応力が、隣り合う張出部の間からリム部に延在する弾性部により緩和され、張出部が破損するなどのダメージを抑えることができるとともに、弾性部の弾性によって、保持部の張出部で軸部材を保持する保持力が得られる。
したがって、回転部材の保持部の破損等を抑えながら、適切な保持力で軸部材が回転部材に保持された機械部品を提供することができる。

［適用例２］ 本適用例にかかる機械部品は、軸部材と、複数の歯部を有するリム部を有する回転部材と、を備え、前記回転部材は、前記リム部から延在し、前記軸部材を保持する複数の弾性部を有することを特徴とする。

この構成によれば、リム部材延在する複数の弾性部を有する保持構造により軸部材を保持したときに、回転部材の保持部分に加わる応力が、弾性部の弾性により緩和されるので、回転部材の保持部分が破損するなどのダメージを抑えることができるとともに、弾性部の弾性によって、軸部材を保持する保持力が得られる。
したがって、回転部材の保持部分の破損等を抑えながら、適切な保持力で軸部材が回転部材に保持された機械部品を提供することができる。

［適用例３］ 上記適用例にかかる機械部品において、前記弾性部は、前記回転部材と同一の材料から形成されていることを特徴とする。

この構成によれば、１つの基材を加工することにより、効率的に回転部材を形成することができるので、上述した効果を奏する機械部品を低コストで提供することができる。

［適用例４］ 上記適用例にかかる機械部品において、前記同一の材料は、シリコンを含む材料であることを特徴とする。

シリコンを含む材料をフォトリソグラフィー及びエッチングを用いて加工することにより形成される機械部品は、金属製の機械部品に比べて軽いとともに、形状の自由度が高く、加工精度が高いという利点を有する。

［適用例５］ 上記適用例にかかる機械部品において、前記弾性部は、円弧状に形成されていることを特徴とする。

本適用例によれば、弾性部が円弧状に形成されているために変形しやすいので、軸部材を保持したときに、保持部に加わる応力を弾性部が変形することによって緩和することができる。

［適用例６］ 上記適用例にかかる機械部品において、前記弾性部は、屈曲部を有することを特徴とする。

本適用例によれば、弾性部が有する屈曲部により、屈曲部とリム部との間の弾性部（すなわち、屈曲部から先の弾性部）が変形するので、軸部材を保持したときに、保持部に加わる応力を弾性部で緩和することができる。

［適用例７］ 上記適用例にかかる機械部品において、前記回転部材は、表面に酸化膜が形成されていることを特徴とする。

シリコンを含む材料からなる回転部材の表面に形成されるシリコン酸化膜により、回転部材に軸部材が固定されてなる機械部品の機械的強度を向上させることができる。
また、シリコンを含む材料からなる回転部材の保持部に軸部材を挿通させた回転部材の表面にシリコン酸化膜を形成されることにより、保持部の貫通孔の内壁（張出部の軸部材と接触する側の面）に形成されるシリコン酸化膜により、回転部材の保持部と軸部材との隙間の一部が埋まることによって、回転部材に軸部材が強固に固定された機械部品を提供することができる。
また、酸化処理により形成されるシリコン酸化膜は、保持部の貫通孔内（張出部の軸部材と接触する側の面）において、軸部材との隙間の大小に拘わらず略均一な厚みで形成されるので、保持部の中心と軸部材の軸の中心とを合致させた状態で回転部材に軸部材を固定することができる。

［適用例８］ 本適用例にかかる時計は、香箱車、番車、がんぎ車、アンクル及びてんぷのいずれかに、上記適用例に記載の機械部品を用いて組み立てられたムーブメントを備えることを特徴とする。

本適用例によれば、上記適用例のいずれかに記載の機械部品を用いて組み立てられたムーブメントを備えているので、回転部材の保持部の中心と軸部材の軸の中心とを合致させた状態で、回転部材と軸部材とが強固に固定されているとともに、金属製の機械部品に比べて軽く、慣性力を小さく抑えた機械部品により、エネルギーの伝達効率の高く動作の精度が高いムーブメントを構成することができる。
したがって、信頼性及び耐久性に優れた精度の高い時計を提供することができる。

［適用例９］ 本適用例にかかる機械部品の製造方法は、軸部材を準備する工程と、シリコンを含む基材をエッチングして、前記軸部材を挿通させる貫通孔に張り出すように配置された複数の張出部を有する保持部と、複数の歯部を有するリム部と、前記保持部と前記リム部との間に、隣り合う前記張出部の間から延在する弾性部と、を有する回転部材を形成する工程と、前記回転部材の前記保持部に前記軸部材を挿通させて位置決めする工程と、を含むことを特徴とする。

シリコンを含む材料をフォトリソグラフィー及びエッチングを用いて加工することにより形成される機械部品は、金属製の機械部品に比べて軽いとともに、形状の自由度が高く、加工精度が高いという利点を有する。
本適用例によれば、保持部の軸部材を挿通させる貫通孔内に張り出すように形成される複数の張出部により軸部材を保持したときに、保持部に加わる応力が、隣り合う張出部の間からリム部の間に延在する弾性部の弾性によって緩和され、張出部が破損するなどのダメージを抑えることができるとともに、弾性部の弾性により保持部の張出部によって軸部材を保持する保持力が得られる回転部材を形成することができる。
したがって、回転部材の保持部の破損等を抑えながら、適切な保持力で軸部材が回転部材に保持された機械部品を製造することができる。

［適用例１０］ 本適用例にかかる機械部品の製造方法は、軸部材を準備する工程と、シリコンを含む基材をエッチングして、複数の歯部を有するリム部と、前記リム部から延在し、前記軸部材を保持する複数の弾性部と、を有する回転部材を形成する工程と、前記回転部材の保持部に前記軸部材を挿通させて位置決めする工程と、を含むことを特徴とする。

この製造方法によれば、リム部から延在する複数の弾性部により構成される保持部により軸部材を保持したときに、回転部材の保持部に加わる応力が弾性部の弾性により緩和され、回転部材の保持部分が破損するなどのダメージを抑えることができるとともに、弾性部の弾性により軸部材を保持する保持力が得られる回転部材を形成することができる。
したがって、回転部材の保持部分の破損等を抑えながら、適切な保持力で軸部材が回転部材に保持された機械部品を提供することができる。

［適用例１１］ 上記適用例にかかる機械部品の製造方法において、前記位置決めする工程の後で、酸化処理を行う工程を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、シリコンを含む基材からなる回転部材の保持部に軸部材を挿通させて位置決めした後で、回転部材の表面の酸化処理を行う工程を含むので、保持部の貫通孔の内壁（張出部の軸部材と接触する側の面）に形成されるシリコン酸化膜により、保持部と軸部材との隙間が埋まることによって、回転部材に軸部材が強固に固定された機械部品を提供することができる。
また、酸化処理により形成されるシリコン酸化膜は、保持部の貫通孔内（張出部の軸部材と接触する側の面）において、軸部材との隙間の大小に拘わらず略均一な厚みで形成されるので、保持部の中心と軸部材の軸の中心とを合致させた状態で回転部材に軸部材を固定することができる。
また、シリコンを含む基材からなる回転部材の表面に形成されるシリコン酸化膜により、回転部材に軸部材が固定されてなる機械部品の機械的強度を向上させることができる。

［適用例１２］ 上記適用例にかかる機械部品の製造方法において、前記酸化処理を行う工程は、熱酸化処理を行うことを特徴とする。

本適用例の熱酸化処理によれば、十分な厚さの緻密なシリコン酸化膜を比較的短時間に形成することができるので、回転部材に軸部材が強固に固定され、機械的強度が高い機械部品を効率よく製造することができる。

［適用例１３］ 上記適用例にかかる機械部品の製造方法において、前記熱酸化処理は、水蒸気酸化法によることを特徴とする。

本適用例によれば、水蒸気酸化法は、例えばドライ酸化法に比してシリコン酸化膜の成長速度が速いので、より効率よくシリコン酸化膜を形成して、回転部材に軸部材を固定することができる。

［適用例１４］ 上記適用例にかかる機械部品の製造方法において、前記軸部材は、タンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）からなることを特徴とする。

本適用例によれば、タンタルやタングステンは、軸部材として十分な剛性を有しているとともに、１０００℃以上の高温で行う熱酸化処理などの酸化処理の温度に対する耐熱性を十分に有しており、そのうえ加工性が高い材料であるので、軸部材の材料として好適に用いることができる。

［適用例１５］ 上記適用例にかかる機械部品の製造方法において、前記軸部材は、シリコンを含む材料からなることを特徴とする。

本適用例によれば、酸化処理を行う工程により、回転部材の表面とともに、軸部材の表面にもシリコン酸化膜が形成されるので、より短時間で、より強く、回転部材の貫通孔に軸部材を強固に固定することができる。

［適用例１６］ 本適用例にかかる時計の製造方法は、香箱車、番車、がんぎ車、アンクル及びてんぷのいずれかに、上記適用例に記載の機械部品の製造方法により製造された機械部品を用いてムーブメントを組み立てる組立工程を含むことを特徴とする。

本適用例によれば、上記適用例のいずれかに記載の機械部品の製造方法により製造された機械部品を用いてムーブメントを組み立てる工程を含むので、回転部材の保持部の中心と軸部材の軸の中心とを合致させた状態で、回転部材と軸部材とが強固に固定されているとともに、金属製の機械部品に比べて軽く、慣性力を小さく抑えた機械部品により、エネルギーの伝達効率の高く動作の精度が高いムーブメントを構成することができる。
したがって、信頼性及び耐久性に優れた精度の高い時計を製造することができる。

実施形態１に係る時計のムーブメント表側の平面図。 ムーブメントの脱進機構の平面図。 脱進機構の斜視図。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。 回転部材としてのがんぎ歯車部の平面図。 機械部品としてのがんぎ車の製造方法を示すフローチャート。 歯車部形成工程を説明するための説明図であって、図４における歯車部に相当する断面図。 歯車部形成工程を説明するための説明図であって、図４における歯車部に相当する断面図。 歯車部形成工程を説明するための説明図であって、図４における歯車部に相当する断面図。 歯車部形成工程を説明するための説明図であって、図４における歯車部に相当する断面図。 実施形態２に係る機械部品としてのがんぎ車を示す平面図。 変形例１のがんぎ車を示す平面図。 変形例２のがんぎ車を示す平面図。 変形例３のがんぎ車を示す平面図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、本発明の機械部品の一例として、機械式時計のムーブメントにおける時計部品を構成する歯車の１つであるがんぎ車を例に挙げて説明する。また、以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材について実際とは異なる尺度で示している場合がある。

（実施形態１）
［機械式時計］
はじめに、機械式時計１について説明する。図１は、本実施形態に係る時計としての機械式時計のムーブメント表側の平面図である。
図１に示すように、本実施形態の機械式時計１は、ムーブメント１０と、このムーブメント１０を収納する図示しないケーシングと、により構成されている。

ムーブメント１０は、基板を構成する地板１１を有している。この地板１１の裏側には図示しない文字板が配されている。なお、ムーブメント１０の表側に組み込まれる輪列を表輪列と称し、ムーブメント１０の裏側に組み込まれる輪列を裏輪列と称する。
地板１１には、巻真案内穴１１ａが形成されており、ここに巻真１２が回転自在に組み込まれている。この巻真１２は、おしどり１３、かんぬき１４、かんぬきばね１５及び裏押さえ１６を有する切換装置により、軸方向の位置が決められている。また、巻真１２の案内軸部には、きち車１７が回転自在に設けられている。

このような構成のもと、巻真１２が、回転軸方向に沿ってムーブメント１０の内側に一番近い方の第１の巻真位置（０段目）にある状態で巻真１２を回転させると、図示しないつづみ車の回転を介してきち車１７が回転する。そして、このきち車１７が回転することにより、これと噛合う丸穴車２０が回転する。そして、この丸穴車２０が回転することにより、これと噛合う角穴車２１が回転する。さらに、この角穴車２１が回転することにより、香箱車２２に収容された図示しないぜんまい（動力源）を巻き上げる。

ムーブメント１０の表輪列は、上述した香箱車（機械部品）２２の他に、所謂番車と呼ばれる二番車（機械部品）２５、三番車（機械部品）２６及び四番車（機械部品）２７により構成されており、香箱車２２の回転力を伝達する機能を果している。また、ムーブメント１０の表側には、表輪列の回転を制御するための脱進機構３０及び調速機構３１が配置されている。

二番車２５は、香箱車２２に噛合う歯車とされている。三番車２６は、二番車２５に噛合う歯車とされている。四番車２７は、三番車２６に噛合う歯車とされている。
脱進機構３０は、上述した表輪列の回転を制御する機構であって、四番車２７と噛み合うがんぎ車（機械部品）３５と、このがんぎ車３５を脱進させて規則正しく回転させるアンクル（機械部品）３６と、を備えている。
調速機構３１は、上述した脱進機構３０を調速する機構であって、てんぷ（機械部品）４０を具備している。

＜脱進機構＞
次に、上述したムーブメント１０の脱進機構３０について、より詳細に説明する。図２は脱進機構３０の平面図であり、図３は脱進機構３０の斜視図、図４は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
図２〜図４に示すように、脱進機構３０のがんぎ車３５は、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１と、がんぎ歯車部１０１に同軸（軸線Ｏ１）上に固定された軸部材（回転軸）１０２と、を備えている。以下の説明では、がんぎ歯車部１０１及び軸部材１０２の軸線Ｏ１に沿う方向を単に軸方向、軸線Ｏ１に直交する方向を径方向といい、軸線Ｏ１回りに周回する方向を周方向という。

図５は、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の平面図である。
図２〜図５に示すように、がんぎ歯車部１０１は、単結晶シリコン等、結晶方位を有する材料、または金属等の材料からなり、一方の面としての表面１０１ａ、及び、一方の面と反対側の他方の面としての裏面１０１ｂが平坦面とされるとともに、全面に亘って均一な厚みとされた板状のものである。具体的に、がんぎ歯車部１０１は、周囲のリム部１１１と、中央の保持部１１５と、これらリム部１１１及び保持部１１５を連結するスポーク状の複数の弾性部１１３と、を有している。
リム部１１１の外周面には、特殊な鉤型状に形成された複数の歯部１１４が径方向の外側に向けて突設されている。これら複数の歯部１１４の先端に、後述するアンクル３６の爪石１４４ａ，１４４ｂが接触するようになっている。

図３〜図５に示すように、保持部１１５は、軸部材１０２を挿通させる貫通孔内に張り出すように形成された複数の張出部１１２を有している。本実施形態の保持部１１５は３つの張出部１１２を有し、これらの張出部１１２により軸部材１０２が保持されるようになっている。

各弾性部１１３は、保持部１１５において隣り合う張出部１１２の間から、リム部１１１の内周縁に向かって２つに枝分かれした円弧状の形状で放射状に延在し、リム部１１１及び保持部１１５を連結している。

軸部材１０２は、軸方向両端部に位置するほぞ部１２１ａ，１２１ｂと、上述した四番車２７の歯車部に噛合されるがんぎかな部１２２と、を有している。
ほぞ部１２１ａ，１２１ｂのうち、軸方向一端側に位置する一端ほぞ部１２１ａは、図示しない輪列受に回転可能に支持され、軸方向他端側に位置する他端ほぞ部１２１ｂは、上述した地板１１に回転可能に支持されている。

がんぎかな部１２２は、軸部材１０２において、一端ほぞ部１２１ａ寄りに形成されている。そして、がんぎかな部１２２が四番車２７（図１参照）に噛合されることで、四番車２７の回転力が軸部材１０２に伝達され、がんぎ車３５が回転するようになっている。

圧入軸部１２３は、上述した各ほぞ部１２１ａ，１２１ｂよりも大径に形成されるとともに、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５において複数の張出部１１２が配置された貫通孔内に、裏面１０１ｂ側から挿通されている。この場合、圧入軸部１２３は、その一部ががんぎ歯車部１０１から軸方向他端側に向けて突出した状態で、保持部１１５内に配置されている。

また、軸部材１０２のうち、がんぎかな部１２２と圧入軸部１２３との間には、径方向の外側に向けて突出するフランジ部１２４が形成されている。フランジ部１２４は、保持部１１５の貫通孔内に張り出す３つの張出部１１２の裏面１０１ｂ側の頂部を通る外接円の開口よりも大径とされ、その軸方向他端側に位置する端面が張出部１１２の裏面１０１ｂに当接している。ここで、保持部１１５の貫通孔内に張り出す３つの張出部１１２の頂部を通る外接円の直径は、軸部材１０２の圧入軸部１２３を軸線Ｏ１と直交する方向に切った断面の直径よりも小さく設計される。

このように構成されたがんぎ車３５は、複数の歯部１１４がアンクル３６に噛合するようになっている（図２参照）。アンクル３６は、３つのアンクルビーム１４３によってＴ字状に形成されたアンクル体１４２ｄと、アンクル真１４２ｆと、を備えたもので、軸であるアンクル真１４２ｆによってアンクル体１４２ｄが回動可能に構成されている。なお、アンクル真１４２ｆは、その両端が上述した地板１１及び図示しないアンクル受に対してそれぞれ回動可能に支持されている。

３つのアンクルビーム１４３のうち２つのアンクルビーム１４３の先端には、爪石１４４ａ，１４４ｂが設けられ、残り１つのアンクルビーム１４３の先端には、アンクルハコ１４５が取り付けられている。爪石１４４ａ，１４４ｂは、四角柱状に形成されたルビーであり、接着剤等によりアンクルビーム１４３に接着固定されている。

このように構成されたアンクル３６は、アンクル真１４２ｆを中心に回動した際に、爪石１４４ａ或いは爪石１４４ｂが、がんぎ車３５の歯部１１４の先端に接触するようになっている。また、この際、アンクルハコ１４５が取り付けられたアンクルビーム１４３が、図示しないドテピンに接触するようになっており、これによってアンクル３６は、同方向にそれ以上回動しないようになっている。その結果、がんぎ車３５の回転も一時的に停止するようになっている。

［がんぎ車の製造方法］
次に、上述した機械部品としてのがんぎ車３５の製造方法について説明する。
図６は、機械部品としてのがんぎ車３５の製造方法を示すフローチャートであり、図７Ａ〜図７Ｄは、がんぎ車３５の作成工程を説明するための説明図であって、図４における回転部材としての歯車部１０１に相当する断面図である。

図６において、本実施形態のがんぎ車３５の製造方法は、回転部材としての歯車部（がんぎ歯車部）１０１を形成する工程と、軸部材１０２を準備する工程と、これらの工程を経て準備した歯車部１０１と軸部材１０２とを組み立てる工程とを含む。
歯車部１０１の形成工程では、まず、シリコンを含む基材（ウェハー）２００を準備する（ステップＳ１）。

次いで、図７Ａに示すように、例えばスピンコート法やスプレーコート法等により、基材２００の表面２００ａに、フォトレジスト２１１を塗布し（図６のステップＳ２）、基材２００の裏面２００ｂに裏面マスク材２２１を配置する（図６のステップＳ３）。フォトレジスト２１１は、ネガ型、及びポジ型のいずれの材料も採用することができる。また、裏面マスク材２２１は、後述する基材２００をエッチングする工程で基材２００をエッチングするときに、基材２００の裏面２００ｂをエッチングから保護できるマスク性能を有して、且つ、エッチングする工程の後で、確実に除去できる性質の樹脂材料を選択して適用する。
基材２００に塗布したフォトレジスト２１１及び裏面マスク材２２１の各々は所定の温度によるキュアを行うが、フォトレジスト２１１のキュア条件と裏面マスク材２２１のキュア条件との差が大きい場合等には、フォトレジスト２１１と裏面マスク材２２１とで別々にキュアを行い、フォトレジスト２１１のキュア条件と裏面マスク材２２１のキュア条件とが同じか近似であれば、キュア工程を同時に行うことにより工程の効率化を図ることができる。
なお、フォトレジスト２１１の塗布工程と裏面マスク材２２１の塗布工程とは、各樹脂材料のキュア条件を考慮した工程順の設定などの便宜上、順番を逆にして行う構成としてもよい。

次に、図７Ｂに示すように、フォトレジスト２１１に対してフォトリソグラフィー技術により、露光をした後（図６のステップＳ４）、現像を行うことにより（図６のステップＳ５）、がんぎ歯車部１０１の平面視外形に対応するマスク（エッチングマスク）となるフォトレジストパターン２１２を形成する。

次に、図７Ｃに示すように、上述のフォトレジストパターン２１２をマスクとして基材２００にエッチングを施すことで、保持部１１５の貫通孔に張り出す張出部１１２、弾性部１１３、リム部１１１、および、がんぎ歯車部１０１の外形を形成する（図６のステップＳ６）。具体的には、ディープ・リアクティブ・イオンエッチング（ＤＲＩＥ＝Deep Reactive Ion Etching）を行い、基材２００を厚さ方向に貫通するようにエッチングすることで、がんぎ歯車部１０１の外形形状を得ることができる。ここで、フォトレジストパターン２１２の開口２１２ａにより形成される保持部１１５の貫通孔等の貫通部分の内壁（張出部１１２の軸部材１０２を保持する側の面）は、基材２００の裏面２００ｂに形成された裏面マスク材２２１で保護されているために、裏面２００ｂからエッチングされることなく、貫通部の内面形状が変化することはない。

次いで、図７Ｄに示すように、フォトレジスト２１１によるフォトレジストパターン２１２、及び、裏面マスク材２２１を除去する除去工程を行うことにより（図６のステップＳ７）、上述したがんぎ歯車部１０１が得られ、がんぎ歯車部１０１の形成工程は終了する。なお、樹脂除去は、フォトレジストパターン２１２（フォトレジスト２１１）及び裏面マスク材２２１を溶解・剥離可能な発煙硝酸や有機溶剤等でのウェットエッチング、あるいは、酸素プラズマアッシング等により行うことができる。

がんぎ歯車部１０１の形成工程とは別に、軸部材１０２を準備する工程により、切削加工や研削加工などの機械加工をすることなどにより別途形成された軸部材１０２を準備する（図６のステップＳ１１）。軸部材１０２は、軸体として十分な剛性を有しているとともに、後述する酸化処理を行う工程において、１０００℃以上の高温で行う熱酸化処理などの酸化処理の温度に対する十分な耐熱性を有する材料であるタンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）からなることが好ましい。タンタルやタングステンは、上述した剛性や耐熱性に優れた材料であることに加えて、切削加工や研削加工などの加工性も高い材料であるため、軸部材１０２の材料として特に好適である。

次に、図６において、上述した形成工程により形成された回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の保持部１１５の複数の張出部１１２が張り出した貫通孔部に、上記の準備工程で準備した軸部材１０２を挿通させて位置決めする工程を行う（ステップＳ２１）。
上述したように、保持部１１５の貫通孔内に張り出す３つの張出部１１２の頂部を通る外接円の直径は、軸部材１０２の圧入軸部１２３を軸線Ｏ１と直交する方向に切った断面の直径よりも小さく設計されている（図３、図４を参照）。このため、保持部１１５の複数の張出部１１２が張り出した貫通孔部に軸部材１０２を挿通させると、保持部１１５において、軸部材１０２に接触する複数の張出部１１２が外側に押し広げられるように応力が加わる。本実施形態のがんぎ歯車部１０１は、保持部１１５の複数の張出部１１２とリム部１１１との間に、隣り合う張出部１１２の間からリム部１１１に延在する弾性部１１３を有しているので、張出部１１２に加わる応力が弾性部の弾性により緩和されるとともに、弾性部１１３の弾性により軸部材１０２を保持する保持力が得られる。したがって、保持部１１５に軸部材１０２を挿通させた際に張出部１１２に加わる応力によって、がんぎ歯車部１０１が破損するなどのダメージを抑えながら、がんぎ歯車部１０１に適切な保持力で軸部材１０２を保持して位置決めすることができる。

上述したように、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に軸部材１０２を挿通させて位置決めした後で、次に、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の表面に二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）からなるシリコン酸化膜を形成する酸化処理を行う（ステップＳ２２）。酸化処理は、例えば１０００℃以上の高温で行う熱酸化処理を行うことが好ましい。熱酸化処理によれば、所定の厚さの緻密なシリコン酸化膜を比較的短時間に形成することができる。本実施形態では、水蒸気酸化法による熱酸化処理を行う。水蒸気酸化法は、熱酸化処理におけるドライ酸化法に比べてシリコン酸化膜の成長が速いので、より効率よく所望の厚みのシリコン酸化膜を形成することができる。

シリコンを含む材料からなるがんぎ歯車部１０１の表面に形成されるシリコン酸化膜により、がんぎ歯車部１０１の機械的強度が向上するとともに、以下に述べる作用によって、機械部品としてのがんぎ車３５における、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１と軸部材１０２との嵌合強度を向上させることができる。即ち、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に、軸部材１０２を挿通させて位置決めした後で酸化処理を施すことにより、がんぎ歯車部１０１の表面に形成されるシリコン酸化膜は、保持部１１５の張出部１１２と軸部材１０２との接触部周辺において、張出部１１２と軸部材１０２との隙間を埋めるように形成される。これにより、保持部１１５に軸部材１０２の圧入軸部１２３が嵌合され、がんぎ歯車部１０１に軸部材１０２が強固に固定された機械部品としてがんぎ車３５を提供することができる。
また、切削加工や研削加工などの機械加工により形成された軸部材１０２は、表面に微小なキズなどの凹凸を有しているので、これらの凹凸にがんぎ歯車部１０１のシリコン酸化膜が入り込むことにより、所謂アンカー効果が働いて、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に軸部材１０２がより強固に固定される効果が得られる。

以上述べた酸化処理工程までの工程を経ることによって、機械部品としてのがんぎ車３５の一連の製造方法は終了する。

以上に述べた、本実施形態のがんぎ車３５（機械部品）の製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、シリコンを含む基材２００からなる回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の保持部１１５に、軸部材１０２を挿通させて位置決めした後で、がんぎ歯車部１０１の表面にシリコン酸化膜を形成する酸化処理を行うので、保持部１１５の張出部１１２に形成されるシリコン酸化膜により張出部１１２と軸部材１０２との隙間が埋まることによって、がんぎ歯車部１０１に軸部材１０２が強固に勘合・固定された機械部品としてのがんぎ車３５を提供することができる。

また、上記実施形態では、シリコンを含む材料からなる基材２００を、標準的なフォトリソグラフィー技術及びエッチングを用いて加工することにより、比較的簡便な工程で、精密な機械部品であるがんぎ車３５を低コストにて製造することができる。
また、シリコンを含む基材２００を本実施形態の製造方法により加工して形成されるがんぎ歯車部１０１などの精密な機械部品の少なくとも一部分は、金属製の機械部品に比べて軽いとともに、形状の自由度が高く、高精度な外形形状の形成ができるという利点を有する。
さらに、比較的脆く欠けなどが起こりやすいシリコンを含む基材２００からなるがんぎ歯車部１０１は、酸化処理（水蒸気酸化法などの熱酸化処理）を行う工程で形成されるシリコン酸化膜により、機械的な強度が顕著に向上するという効果が得られる。

また、上記実施形態の機械部品の製造方法は、標準的なフォトリソグラフィーや酸化処理などの、比較的簡易な工程により構成されるので、高い歩留りにて、低コストで機械部品としてのがんぎ車３５が得られる製造方法を提供することができる。

（実施形態２）
図８は、実施形態２に係る機械部品としてのがんぎ車３５Ａを示す平面図である。なお、実施形態１と同じ構成については、同一符号を付して重複する説明は省略する。また、図８では、本実施形態のがんぎ車３５Ａにおいて特徴的な回転部材としてのがんぎ歯車部１０１Ａの構成を説明する便宜上、軸部材１０２は、がんぎ歯車部１０１Ａとの嵌合部分のみを破線で示している。

図８に示す本実施形態のがんぎ車３５Ａのがんぎ歯車部１０１Ａは、その周縁側に位置し複数の歯部１１４を有するリム部１１１と、そのリム部１１１からがんぎ歯車部１０１Ａの中央の保持部１１５Ａ側へ延在し、軸部材１０２を保持する複数のスポーク状の弾性部１１３Ａと、を有している。本実施形態では、５つの弾性部１１３Ａを有している。

リム部１１１から中央の保持部１１５Ａ側に延在する弾性部１１３Ａは、保持部１１５Ａ側に屈曲部１０３を有し、その屈曲部１０３の先端側に軸部材１０２を保持する保持端部１１２ａを有している。本実施形態では、屈曲部１０３は略直角に屈曲しており、屈曲部１０３から保持端部１１２ａ側は、屈曲部１０３からリム部１１１側よりも幅が狭くなっている。また、保持部１１５Ａにおいて軸部材１０２を保持する複数の保持端部１１２ａの各頂部を通る外接円の直径は、軸部材１０２の直径よりも小さく設計されている。
なお、本実施形態のがんぎ歯車部１０１Ａに軸部材１０２が固定されてなるがんぎ車３５Ａは、上記実施形態１のがんぎ車３５の製造方法と同じ製造工程により製造することができる。

実施形態２のがんぎ歯車部１０１Ａ（がんぎ車３５Ａ）の構成によれば、リム部１１１から延在する複数の弾性部１１３Ａを有する保持構造により軸部材１０２を保持したときに、がんぎ歯車部１０１Ａの保持部１１５Ａ（複数の保持端部１１２ａ）に加わる応力が弾性部１１３Ａの弾性により緩和される。特に、本実施形態の弾性部１１３Ａは、保持部１１５Ａ側に屈曲部１０３を有しているので、弾性部１１３Ａが屈曲部１０３とリム部１１１との間の弾性部（すなわち、屈曲部から先の弾性部）が変形するため、軸部材１０２を保持したときに保持部１１５Ａに加わる応力を弾性部１１３Ａが屈曲部１０３で変形することによって緩和することができる。
したがって、がんぎ歯車部１０１Ａの保持部１１５Ａに軸部材１０２を挿通させて保持した際の応力によって、保持部１１５Ａが破損するなどのダメージを抑えながら、適切な保持力でがんぎ歯車部１０１Ａに軸部材１０２が保持された機械部品としてのがんぎ車３５Ａを提供することができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、上述した実施形態に種々の変更や改良などを加えることが可能である。以下に、上記実施形態のがんぎ車３５（機械部品）の変形例について述べる。

（変形例１）
図９は、変形例１のがんぎ車３５Ｂを示す平面図である。なお、図９では、上記実施形態と同じ構成については、同一符号を付して重複する説明は省略するとともに、軸部材１０２は、がんぎ歯車部１０１Ｂとの嵌合部分のみを破線にて示している。

図９において、変形例１にかかるがんぎ車３５Ｂのがんぎ歯車部１０１Ｂは、その周縁側に位置するリム部１１１と、そのリム部１１１から中央の保持部１１５Ｂへ延在する複数のスポーク状の弾性部１１３とを有している。
また、軸部材１０２を保持する保持部１１５Ｂは、上記実施形態１のがんぎ歯車部１０１の保持部１１５（図５参照）と同じ複数の張出部１１２が設けられた構成を有している。そして、各弾性部１１３は、保持部１１５Ｂにおいて隣り合う張出部１１２の間から、リム部１１１の内周縁に向かって円弧状の形状で放射状に延在し、リム部１１１及び保持部１１５Ｂを連結している。ここで、本変形例のがんぎ歯車部１０１Ｂにおける弾性部１１３は、上記実施形態１の保持部１１５において隣り合う張出部１１２の間からリム部１１１に向かって２つに枝分かれして延びる円弧状の２つの弾性部１１３（図５参照）のうち１つの弾性部１１３を有する構成になっている。

本変形例のがんぎ歯車部１０１Ｂ（がんぎ車３５Ｂ）の構成によれば、リム部１１１と保持部１１５Ｂとを連結する円弧形状の複数の弾性部１１３を有する保持構造により軸部材１０２を保持したときに、がんぎ歯車部１０１Ｂの保持部１１５Ｂに加わる応力が弾性部１１３により緩和される。ここで、本変形例の弾性部１１３は、上記実施形態１の円弧状の弾性部１１３が半分の数だけ配置された構成となっているので、弾性部１１３がさらに変形しやすいため、軸部材１０２を保持したときに保持部１１５Ｂに加わる応力をより緩和しやすいという効果が得られる。

（変形例２）
図１０は、変形例２のがんぎ車３５Ｃを示す平面図である。なお、図１０では、上記実施形態と同じ構成については、同一符号を付して重複する説明は省略するとともに、軸部材１０２Ｃは、がんぎ歯車部１０１Ｃとの嵌合部分のみを破線で示している。

図１０において、変形例２にかかるがんぎ車３５Ｃのがんぎ歯車部１０１Ｃは、その周縁側に位置するリム部１１１と、そのリム部１１１からがんぎ歯車部１０１Ｃの中央の保持部１１５Ｃ側へ延在し、軸部材１０２Ｃを保持する複数の円弧状の弾性部１１３Ｃと、を有している。本変形例の弾性部１１３Ｃは、リム部１１１の６ヵ所から中央に円弧状に延び、リム部１１１において隣り合う弾性部１１３Ｃが中央で連結されて、３つの円形状の弾性部１１３Ｃの組み合わせが形成されている。がんぎ歯車部１０１Ｃの中央には、これら３つの円形状の弾性部１１３Ｃの組み合わせにより軸部材１０２Ｃを保持する３箇所の保持部分１１２Ｃからなる保持部１１５Ｃが構成される。この保持部１１５Ｃにおいて、軸部材１０２Ｃを保持する３箇所の保持部分１１２Ｃの各頂部を通る外接円の直径は、軸部材１０２Ｃの直径よりも小さく設計されている。

本変形例のがんぎ歯車部１０１Ｃ（がんぎ車３５Ｃ）の構成によれば、リム部１１１から延在して中央部で連結された複数の円形状（円弧形状）の弾性部１１３Ｃを有する保持構造により軸部材１０２Ｃを保持したときに、がんぎ歯車部１０１Ｃの保持部１１５Ｃ（保持部分１１２Ｃ）に加わる応力を円弧状の弾性部１１３Ｃにより緩和して、保持部１１５Ｃの破損などのダメージを抑えつつ、弾性部１１３Ｃの弾性により軸部材１０２Ｃを保持部１１５Ｃで保持することができる。

（変形例３）
図１１は、変形例３のがんぎ車３５Ｄを示す平面図である。なお、図１１では、上記実施形態と同じ構成については、同一符号を付して重複する説明は省略するとともに、軸部材１０２は、がんぎ歯車部１０１Ｄとの嵌合部分のみを破線で示している。

図１１において、変形例３にかかるがんぎ車３５Ｄのがんぎ歯車部１０１Ｄは、その周縁側に位置するリム部１１１と、そのリム部１１１からがんぎ歯車部１０１Ｄの中央の保持部１１５Ｄ側へ延在し、軸部材１０２を保持する複数の円弧状の弾性部１１３Ｄと、を有している。本変形例弾性部１１３Ｄは、変形例２のリム部１１１において隣り合う弾性部１１３Ｃが中央で連結されて円形状の弾性部１１３Ｃの組み合わせが複数形成される構成（図１０参照）とは異なり、リム部１１１において隣り合う弾性部１１３Ｄａと弾性部Ｄｂとが、中央の保持部１１５Ｄ側へ向かって同じ方向の円弧を描いて延び、中央で連結された弾性部１１３Ｄａ，１１３Ｄｂの組み合わせを複数有する構成になっている。本変形例では、その弾性部１１３Ｄａおよび弾性部１１３Ｄｂの組み合わせからなる弾性部１１３Ｄを５つ有し、各弾性部１１３Ｄの弾性部Ｄａおよび弾性部Ｄｂの組み合わせの連結部分が、軸部材１０２を保持する５箇所の保持部分１１２Ｄとなって、がんぎ歯車部１０１Ｄにおける保持部１１５Ｄを構成している。この保持部１１５Ｄにおいて軸部材１０２を保持する５箇所の保持部分１１２Ｄの各頂部を通る外接円の直径は、軸部材１０２の直径よりも小さく設計されている。

本変形例のがんぎ歯車部１０１Ｄ（がんぎ車３５Ｄ）の構成によれば、リム部１１１から延在して中央部で連結された複数の円弧形状の弾性部１１３Ｄａおよび弾性部１１３Ｄｂの組み合わせからなる弾性部１１３Ｄを有する保持構造により軸部材１０２を保持したときに、がんぎ歯車部１０１Ｄの保持部１１５Ｄに加わる応力を弾性部１１３Ｄの弾性により緩和して、保持部１１５Ｄの破損などのダメージを抑えながら、軸部材１０２を適切な保持力で保持することが可能になっている。

（変形例４）
上記実施形態では、軸部材１０２の材料として、タンタルまたはタングステンが好ましいことを説明したが、これに限らない。軸部材１０２の材料として、シリコンを含む材料を用いる構成としてもよい。

このような構成によれば、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に軸部材１０２を挿通させて位置決めした後で、酸化処理する工程により、回転部材であるがんぎ歯車部１０１の保持部１１５の内壁面（張出部１１２の軸部材１０２と接触する側の面）を含む表面（表面２００ａおよび裏面２００ｂ）とともに、軸部材１０２の表面にもシリコン酸化膜が形成されるので、より短時間で、より強く、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の保持部１１５に軸部材１０２を強固に固定することができる。

（変形例５）
上記実施形態では、軸部材１０２の材料として、タンタルまたはタングステンが好ましいことを説明したが、これに限らない。軸部材１０２の材料として、炭素鋼を含む材料を用いる構成としてもよい。また、予め、がんぎ車３５，３５Ａ〜３５Ｄの表面にシリコン酸化膜を形成しておき、しかる後に軸部材１０２を挿通してもよい。さらに、がんぎ車３５，３５Ａ〜３５Ｄの表面にシリコン酸化膜を形成しない場合や、がんぎ車３５，３５Ａ〜３５Ｄを金属等から形成した場合においても、酸化膜の有無にかかわらず上述の弾性部により軸部材１０２を適切な保持力によって保持することが可能である。

［機械式時計の製造方法］
次に、本発明の機械式時計の製造方法について説明する。
本発明の機械式時計の製造方法は、図１〜図５のいずれかに示す香箱車２２、番車（二番車２５、三番車２６、四番車２７）、がんぎ車３５、アンクル３６及びてんぷ４０のいずれかに、上記実施形態および変形例のがんぎ歯車部１０１を代表例として説明した機械部品のいずれかの製造方法により製造された機械部品を用いて、ムーブメント１０を組み立てる組立工程を含むことを特徴とするものである。

このような機械式時計の製造方法によれば、上記実施形態および変形例に記載の機械部品の製造方法により製造された機械部品を用いてムーブメント１０を組み立てる工程を含むので、金属製の機械部品に比べて軽く、慣性力を小さく抑えた機械部品により、エネルギーの伝達効率の高いムーブメント１０を構成することができる。
また、上記実施形態のがんぎ車３５におけるがんぎ歯車部１０１の保持部１１５と軸部材１０２のような、機械部品における回転部材の貫通孔の中心と、軸部材の軸の中心とが合致した機械部品を用いているので、時計用ムーブメントの精度の向上に寄与できる。
したがって、信頼性及び耐久性に優れた精度の高い機械式時計を提供することができる。

以上、発明者によってなされた本発明の実施の形態について具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施形態では、機械部品としてのがんぎ車３５の製造方法として、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の保持部１１５に、軸部材１０２を挿通させて位置決めする工程の後で、がんぎ歯車部１０１の表面にシリコン酸化膜を形成する酸化処理を行う構成を説明したが、これに限らない。酸化処理を行わない状態のがんぎ歯車部１０１の機械的強度が必要十分に確保され、且つ、位置決めする工程において、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に保持された軸部材１０２の保持力が必要十分に確保できていれば、酸化処理を行わない構成としてもよい。

また、上記実施形態および変形例では、機械部品としてのがんぎ車３５の軸部材１０２の材料は、タンタル（Ｔａ）やタングステン（Ｗ）、あるいはシリコンからなることが好ましいことを述べたが、これらに限らず、後工程の酸化処理を行う工程における水蒸気酸化法などの熱酸化処理の温度に対する耐熱性を有している材料や、他の材料を用いてもよい。

１…機械式時計、１０…ムーブメント、１１…地板、１１ａ…巻真案内穴、１２…巻真、１７…きち車、２０…丸穴車、２１…角穴車、２２…香箱車、２５…二番車、２６…三番車、２７…四番車、３０…脱進機構、３１…調速機構、３５，３５Ａ〜３５Ｄ…機械部品としてのがんぎ車、３６…アンクル、４０…てんぷ、１０１，１０１Ａ〜１０１Ｄ…回転部材としてのがんぎ歯車部（歯車部）、１０２…軸部材、１０３…屈曲部、１１１…リム部、１１２…張出部、１１２ａ…保持端部、１１２Ｃ，１１２Ｄ…保持部分、１１３，１１３Ａ，１１３Ｃ，１１３Ｄ（１１３Ｄａ，１１３Ｄｂ）…弾性部、１１４…歯部、１１５，１１５Ａ〜１１５Ｄ…保持部、１２１ａ…一端ほぞ部、１２１ｂ…他端ほぞ部、１２２…がんぎかな部、１２３…圧入軸部、１２４…フランジ部、１４２ｄ…アンクル体、１４２ｆ…アンクル真、１４３…アンクルビーム、１４４ａ，１４４ｂ…爪石、１４５…アンクルハコ、２００…基材、２００ａ…表面、２００ｂ…裏面。

Claims (16)

1. 軸部材と、
   前記軸部材を保持する保持部と、複数の歯部を有するリム部とを有する回転部材とを備え、
   前記保持部は、前記軸部材を挿通させる貫通孔内に張り出すように形成された複数の張出部を有し、
   前記保持部と前記リム部との間に、隣り合う前記張出部の間から延在する弾性部を有することを特徴とする機械部品。
2. 軸部材と、
   複数の歯部を有するリム部を有する回転部材と、を備え、
   前記回転部材は、前記リム部から延在し、前記軸部材を保持する複数の弾性部を有することを特徴とする機械部品。
3. 前記弾性部は、前記回転部材と同一の材料から形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機械部品。
4. 前記同一の材料は、シリコンを含む材料であることを特徴とする請求項３に記載の機械部品。
5. 前記弾性部は、円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の機械部品。
6. 前記弾性部は、屈曲部を有することを特徴とする請求項２〜請求項４のいずれか一項に記載の機械部品。
7. 前記回転部材は、表面に酸化膜が形成されていることを特徴とする請求項４〜請求項６のいずれか一項に記載の機械部品。
8. 香箱車、番車、がんぎ車、アンクル及びてんぷのいずれかに、請求項１〜７のいずれか一項に記載の機械部品を用いて組み立てられたムーブメントを備えることを特徴とする時計。
9. 軸部材を準備する工程と、
   シリコンを含む基材をエッチングして、前記軸部材を挿通させる貫通孔に張り出すように配置された複数の張出部を有する保持部と、複数の歯部を有するリム部と、前記保持部と前記リム部との間に、隣り合う前記張出部の間から延在する弾性部と、を有する回転部材を形成する工程と、
   前記回転部材の前記保持部に前記軸部材を挿通させて位置決めする工程と、
   を含むことを特徴とする機械部品の製造方法。
10. 軸部材を準備する工程と、
    シリコンを含む基材をエッチングして、複数の歯部を有するリム部と、前記リム部から延在し、前記軸部材を保持する複数の弾性部と、を有する回転部材を形成する工程と、
    前記回転部材の保持部に前記軸部材を挿通させて位置決めする工程と、
    を含むことを特徴とする機械部品の製造方法。
11. 前記位置決めする工程の後で、酸化処理を行う工程を含むことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の機械部品の製造方法。
12. 前記酸化処理を行う工程は、熱酸化処理を行うことを特徴とする請求項１１に記載の機械部品の製造方法。
13. 前記熱酸化処理は、水蒸気酸化法によることを特徴とする請求項１２に記載の機械部品の製造方法。
14. 前記軸部材は、タンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）からなることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の機械部品の製造方法。
15. 前記軸部材は、シリコンを含む材料からなることを特徴とする請求項１１〜請求項１４のいずれか一項に記載の機械部品の製造方法。
16. 香箱車、番車、がんぎ車、アンクル及びてんぷのいずれかに、請求項９〜請求項１５のいずれか一項に記載の機械部品の製造方法により製造された機械部品を用いてムーブメントを組み立てる組立工程を含むことを特徴とする時計の製造方法。

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