JP4928455B2

JP4928455B2 - 時計機構のための駆動装置

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Publication number: JP4928455B2
Application number: JP2007528878A
Authority: JP
Inventors: ミノティ，パトリス; ブルボン，ジル; モアル，パトリスル; ジョゼフ，エリック
Original assignee: Silmach SA
Current assignee: Silmach SA
Priority date: 2004-09-03
Filing date: 2005-09-01
Publication date: 2012-05-09
Anticipated expiration: 2025-09-01
Also published as: JP2008512075A; US7636277B2; EP1797483B9; EP1797483A2; EP1797483B1; FR2874907B1; WO2006024651A3; FR2874907A1; WO2006024651A2; US20080316871A1

Description

本発明は微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）の分野に関するものであり、より詳細にはこの微小システムの時計製造への応用に関するものである。

電気機械腕時計または電気機械時計の運動は、一般的に、一連の歯車装置を回転駆動する段階的エアギャップマイクロモータ（Ｌａｖｅｔモータと呼ばれる）などの電動機によって発生される。これらの腕時計または時計は、針に必要なさまざまな回転速度にローターの運動を適合させることを可能にする複雑な減速機構を必要とする。

時計分野の課題は、運動発生機構を構成する構成要素の構造を単純化することにある。

もう一つの課題は機構に用いられる構成要素の数を減らすことにある。構成要素の数の減少ならびに機構を形成するのに必要な組立作業数の減少は、機構の効率を上げること、時計装置の連続動作能力を向上させること、そして生産コストを削減することを可能にする。

これらの事情を考慮した結果、本発明が解決しようとする課題は、腕時計または時計装置内の減速機構の実現に必要な部品数を制限することにある。

本発明の枠内において、この課題は、ウエハのエッチングによって形成された駆動装置によって解決され、その駆動装置は被動要素と順次噛み合うのに適した駆動要素、および、被動要素を駆動するためにヒステリシス運動によって駆動要素を移動させるのに適した作動要素を含み、駆動要素がウエハの外縁に配置されていることで駆動要素と向かい合って配置された被動要素との噛み合いを可能にすることを特徴とする。

本発明は、Ｌａｖｅｔモータなどの時計製造分野で従来用いられていたモータをウエハのエッチング技術によって形成されるＭＥＭＳ（微小電気機械システム）型の駆動装置と任意の代替微小技術手段（エッチング、微小造型）によって実現される工程に制限のない被動装置とを組み合わせる時計機構に換えることを可能にする。

本発明の枠内で提案されるＭＥＭＳ型の駆動装置は、既存のＬａｖｅｔモータによって発生される起動力より少なくとも一桁上の起動力を発生させることができる。この装置はとりわけ先行技術の時計のムーブメントの第一段階の減速を省いて、それによりその効率を大幅に向上させることができる。

本発明の枠内で、ウエハは駆動装置がエッチングされる基板を意味するものとする。ウエハは一般的に半導体材料の塊の一部において形成される。したがって、同一のウエハから同時に複数個の駆動装置を製造することができる。

ウエハを形成する半導体材料は、例えばシリコンである。

したがって、提案される駆動装置は半導体材料の塊において多数の駆動装置を同時にエッチングすることから成る集合的方法によって得ることができる。

かかる集合的方法は、従来のＬａｖｅｔモータの大量製造組立方法と比較すると駆動装置の生産性を高めることができる。

本発明の駆動装置において、駆動要素はウエハの外縁に配置され、すなわちウエハの周縁にある。

駆動装置を任意の被動装置に組み合わせることでモジュラー式の時計駆動機構を構成することができる。なぜなら、時計機構の機械的性能は被動要素の特徴（直径）に依存するからである。

本発明は先に定義したような駆動装置と、駆動装置によって回転駆動されるのに適した、任意の直径のピニオンまたは歯車輪に類似し得る被動要素とを含む時計機構にも関するものである。

したがって、時計駆動機構の機械的性能（動力トルク、速度）は駆動装置に組み合わされた被動要素の半径に応じて調整される。

第１の実施態様によれば、被動要素は時計歯車装置の入力ピニオンと噛み合い、被動要素と入力ピニオンが完全かつ同軸の連結手段によって同じ軸に組み合わされるように歯車装置は駆動針と一体の複数個の出力車を含む。

この第１の実施態様は、ＭＥＭＳ型の駆動装置によって発生された有効な力があるので、従来のＬａｖｅｔモータならびに先行技術の時計歯車装置の減速第一段階を簡単な時計駆動機構に有利に換えることができる。

先行技術の時計歯車装置全体をなくすことを目的とする第２の実施態様において、単数または複数の被動要素は単数または複数の駆動針と直接に一体である。

この第２の実施態様によれば、時計機構は先行技術の機構と比較して単純化される。針の運動はＭＥＭＳ型の駆動装置によって直接発生されるので、該機構は中間歯車装置を一切必要としない。

この第２の実施態様の推奨実施例によれば、該機構は複数個のＭＥＭＳ型の駆動装置と、それぞれが駆動針と一体の複数個の被動要素を含む。

駆動装置は相互に同一とすることができる。

最後に、本発明は時計駆動機構にも関するものであり、
・ＭＥＭＳ型の駆動装置を含む第１の組立部品と、
・微細加工被動要素を含む第２の組立部品と、
・駆動要素が向かい合って配置された被動要素と噛み合うことを可能にするために、第１および第２の組立部品が固定された地板、
を含み、組立部品はモジュラー式かつ交換可能であることを特徴とする。

ウエハに対するエッチングによって形成された駆動装置および独立の被動要素の組み合わせはモジュラー式の、すなわち「キットになった」機構の製作を可能にする。なぜなら、工程の制限がない時計駆動機構の機械的性能は、組み合わされている被動要素の特徴に応じて直接調整されるからである。この特徴は時計駆動機構の製作の制約に応じて組立部品の選択における柔軟性を可能にする。

その他の特徴と利点は、正確に例示され非制限的であり付属の図面を参照して、さらに下記の説明によって明らかになる。
・図１は、先行技術によるＬａｖｅｔモータ式の水晶時計の機構を概略的に示している。
・図２は、時計歯車装置の入力ピニオンがＬａｖｅｔモータのローターと一体になっている、図１の機構の減速要素を概略的に示している。
・図３は、Ｌａｖｅｔモータと減速第一段階をＭＥＭＳ型の時計駆動機構に換えることから成る、本発明の第１の実施態様による水晶時計の機構を概略的に示している。
・図４Ａおよび図４Ｂは、図３のＭＥＭＳ型の駆動装置を構成する組立部品、ならびに駆動機構の従来の時計歯車装置との機械的噛み合いを概略的に示している（それぞれ平面図とＡ−Ａ切断線による断面図で）。
・図５は、本発明の第１の実施態様による水晶時計の機構における駆動機構と入力車との間の組み合わせを断面図で概略的に示している。
・図６は、本発明の第１の実施態様の変型による水晶時計の機構を概略的に示している。
・図７は、一つのシリコンウエハにおけるモノリシックのエッチング技術によって得られるような、駆動装置の作動要素ならびに駆動要素を概略的に示している。
・図８は、作動基本モジュールのアドレッシング電極の分離を可能にする切り抜きを実施した後の、基板の上に載置された図７の作動要素を概略的に示している。
・図９は、ＳＯＩ基板内にエッチングによって直接得られた駆動装置と駆動要素を概略的に示している。
・図１０は、駆動装置の作動要素の構造ならびに駆動要素を詳細に示している。
・図１１は、割送作動装置の構造ならびに割送要素を詳細に示している。
・図１２は、本発明の第２の実施態様による単純化された水晶時計の機構を概略的に示している。
・図１３は、本発明の第２の実施態様による水晶時計の機構における、駆動装置と駆動針に直接に一体となるそれぞれの出力車との間の組み合わせを断面図で概略的に示している。
・図１４は、本発明の第２の実施態様の変型による水晶時計の機構を概略的に示している。
・図１５は、シリコンウエハに基づいた作動要素の獲得を概略的に示している。
・図１６は、歯車と軸との間の遊び調整手段を有する微細加工された被動要素を概略的に示している。
・図１７は、被動要素をそれが取り付けられている軸に自動的に心出しすることを可能にする遊び調整手段を示している。

図１について、先行技術による機構はローター２とステーター３を包含するＬａｖｅｔモータ１を含む。ローター２は、歯車の形の被動要素１００と噛み合うピニオン９０と一体である。被動要素１００は、被動要素１００と同心の複数個の入力車と一体である。図１には入力車１０２の一つだけが示されている。それぞれの入力車は駆動針と一体の出力車と噛み合っている。入力車１０２によって駆動される出力車１２０と組み合わされる針１２だけが図１に示されている。機構は、電子制御装置４、水晶５、電池７と竜頭８も含まれる。

図１に示した第１の実施態様によれば、唯一のモータ１と唯一の被動要素１００が複数個の出力車を制御し、それぞれの出力車は駆動針に組み合わされている。

図２により詳細に示されているように、ピニオン９０と歯車輪１００との組合せは減速第一段階を形成する。他方で、入力車１０２と出力車１２０との組合せが減速第二段階を形成する。二つの減速段階の組合せがローター２の回転速度を針１２の駆動に適した回転速度への変換を可能にする。減速機構の歯車輪の直径の比がそれぞれの出力車に組み合わされた針の回転速度を調節する。

図３は本発明の第１の実施態様による水晶時計の機構を示している。この第１の実施態様によれば、Ｌａｖｅｔモータとピニオン９０が半導体材料製のウエハ内にエッチングによって形成された駆動装置１０に換えられていることを除いて、時計の機構は図１に示した機構と同一である。駆動装置１０は、被動要素１００と順次噛み合うのに適した駆動要素２５０および歯車によって形成された被動要素１００を駆動するためにヒステリシス運動によって駆動要素２５０を移動させるのに適した作動要素２０とを含む。駆動要素２５０は向かい合って配置された被動要素１００との噛み合いを可能にするためにウエハ１１の縁に配置されている。

図４Ａと図４Ｂにさらに正確に示されているように、第１の実施態様において、減速第一段階は図１の機構に対して省かれている。駆動要素２５０と被動要素１００は直結されているので、駆動機構は駆動針による減速段階を一つしか必要とせず、それぞれの減速段階が被動要素１００の回転運動を針（秒針、分針または時針）の一つの回転運動に変換することを可能にする。

図５は本発明の第１の実施態様による水晶時計の機構における駆動装置１０と被動要素１００との間の組み合わせを断面図で示している。時計の機構は、駆動装置１０と支持体６によって形成されたユニットならびに地板１８とほぼ垂直方向に延長している軸２１が固定された地板１８を含む。支持体６は、一枚の絶縁プレート５６を介して時計機構の地板１８に固定される。軸２１は、軸２１に回転取り付けされた歯形が三角形の入力歯車１００とハブ２２を支えている。駆動装置１０と入力車１００は、静止時、駆動装置１０が給電されていないときに、駆動要素２５０が被動要素１００の２つの歯の間に噛み合う位置に互いに配置される。

作動の際、駆動装置１０が給電されているとき、駆動要素は被動要素１００を回転駆動する。被動要素１００は完全かつ同軸の組み合わせによって一つまたは複数個の入力車に結びつけられている。一つまたは複数個の入力車１０２は、一つまたは複数の出力車１２０と噛み合い、それぞれの出力車は針と一体である。

なおここで、歯車で形成された被動要素１００とハブ２２は従来の加工技術によって、あるいは微細製造技術によって、例えば、モノクリスタルシリコンのモノリシックウエハまたはＳＯＩ型のウエハにおけるデイーププラズマエッチング（ＤｅｅｐＲＩＥ）によって得ることができる。採用した技術は、駆動要素２５０の移動振幅に適合できる歯のピッチを得ることを可能にする技術である。

図６は本発明の第１の実施態様の変型を示している。この変型において、駆動装置１０は、被動要素１００の歯の間に順次挿入されるのに適した割送要素５５０および被動要素１００の歯の間に挿入するために往復交互運動によって割送要素を移動するのに適した割送作動要素５０も含む。

図３から図６でわかるように、駆動要素２５０と割送要素５５０は、ウエハ１１から突出して被動要素に組み合わせることができるようにウエハ１１の外縁に配置されている。

図１２は本発明の第２の実施態様による水晶時計の機構を概略的に示している。この第２の実施態様によれば、一つまたは複数個の駆動装置が一つまたは複数個の被動要素とそれぞれ噛み合っている。図１２に見るごとく、歯車輪は針１２と直接に一体なので、駆動装置１０は歯車輪によって形成された被動要素１００と噛み合う。

図１３は、本発明の第２の実施態様による水晶時計の機構における、駆動装置１０、３０、５０および歯車によって形成された被動要素１００、１０４、１０６の間の組み合わせを示している。

この第２の実施態様において、それぞれの駆動装置１０、３０、５０は図３から図６に図示した第１の実施態様の駆動装置１０と類似している。それぞれの駆動装置１０、３０、５０は、それぞれ符号２５０、２７０、２９０で示した駆動要素およびそれぞれ符号２０、４０、６０で示した作動要素を含む。

駆動装置１０、３０、５０は、モノクリスタルシリコンのモノリシックウエハまたはＳＯＩ型のウエハにおけるディーププラズマエッチング（ＤｅｅｐＲＩＥ）によって得ることができる。それぞれの駆動装置１０、３０、５０は、被動要素１００、１０４、１０６と噛み合い、それぞれの被動要素１００、１０４、１０６は、針１２、１４、１６と一体である。針１２、１４、１６は、それぞれ秒、分、時間を指す針である。それぞれの針１２、１４、１６は、このようにして専用の駆動装置１０、３０、５０によって個別に回転される。

この第２の実施態様は減速機構を一切必要としない。

図１０は、作動要素２０および歯２５０の形の駆動要素２５０を包含する駆動装置１０をさらに詳細に示している。作動要素２０は、主として、被動要素１００に対して第１の方向（放射状方向）に沿って駆動要素２５０を移動させるのに適した第１の作動基本モジュール２０１と被動要素１００に対して第２の方向（接線方向）に沿って駆動要素２５０を移動させるのに適した第２の作動基本モジュール２０２から成る。作動モジュール２０１と２０２は、駆動要素２５０のヒステリシス組合せ運動を発生するために同時に制御されるのに適している。

駆動歯２５０は三角形を有する。駆動歯２５０は頂点を歯車輪に向けて、歯車輪に対して放射状方向に、被動要素１００の近くにまで延びる。このように、駆動歯２５０は入力車１００の歯と噛み合うのに適している。

以下の本文において、「放射状」という表現は被動要素１００に対して放射状方向に延びる一切の要素を意味し、「接線」という表現は歯車輪に対して接線方向に延びる一切の要素を意味し、放射状方向と接線方向は駆動歯がおかれた歯車輪の箇所で考える。

「固定」という表現は、駆動装置の支持体に対して固定の一切の要素を意味し、「可動」という表現は、弾性懸架手段で支持体に対してある高さに維持された一切の要素を意味する。

駆動歯２５０は、放射状可撓性ロッド２１１によって放射状作動モジュール２０１に、接線可撓性ロッド２１２によって接線作動モジュール２０２に接続されている。

放射状作動モジュール２０１と接線作動モジュール２０２は、櫛構造を有する静電モジュール（英語で“ｃｏｍｂｄｒｉｖｅ”という名前で知られている）である。このタイプの構造はインターデジタル櫛の対を含む。

以下に作動要素２０の構造の放射状作動モジュール２０１および接線作動モジュール２０２をさらに正確に説明する。

放射状作動モジュール２０１は、固定部分２２１と放射状ロッド２１１が接続された可動部分２３１で形成されている。

固定部分２２１は、接線方向に沿って平行な固定櫛２２５のユニットが延びる放射状電極２２３を含む。それぞれの櫛２２５は主要ロッドおよびロッドに接続されロッドに対して垂直に延びる平行な一連の突起状物で形成されている。

可動部分２３１は、全体としてＵ字の形状を有し、固定部分２２１の周りに延びる可動枠２３３を含む。可動枠２３３は、弾性懸架を構成する嵌込連結手段２３７、２３９によってそれぞれの端部で基板に接続されている。櫛２３５は、可動枠２３３から全体として放射状方向に延びる。これらの櫛２３５は、主要ロッドとロッドに接続されロッドに対して垂直に延びる平行な一連の突起状物で形成されている。

固定部分２２１の櫛２２５および可動部分２３１の櫛２３５は、互いに平行に配置され互いに入り込んでいる。くわえて、それぞれの可動櫛２３５は、その歯が互いに入り込むように、したがっていわゆる「インターデジタル」櫛の対を形成するように、固定櫛２２５に向かい合って配置されている。

接線作動モジュール２０２は、放射状作動モジュール２０１に垂直に向けられていることを除いて放射状作動モジュール２０１の構造に類似の構造を有する。それは固定部分２２２と接線ロッド２１２が接続されている可動部分２３２から形成される。

固定部分２２２は、放射状方向に沿って平行な固定櫛ユニット２２６が延びる接線電極２２４を含む。

可動部分２３２は、弾性懸架を構成する嵌込連結手段２３８、２４０によってそれぞれの端部で基板に接続された可動枠２３２を含む。櫛２３６は可動枠２３２から全体として接線方向に延びる。

固定部分２２２の櫛２２６および可動部分２３２の櫛２３６は、互いに平行に配置され、互いに入れ込んでいる。くわえて、それぞれの可動櫛２３６は、その歯が互いに入り込むように、したがってインターデジタル櫛の対を形成するように、固定櫛２２６に向かい合って配置されている。

次に、放射状モジュールおよび接線モジュールの作動を説明する。

インターデジタル櫛の入り込まれた歯は、電機子の一方が電極２２２または２２３に接続され、他方の電機子が嵌込連結２３７、２３９、２３８、２４０を介してアースに接続された平坦なコンデンサに属している。

放射状電極２２３に電圧がかかったとき、その電圧により作動モジュール２０１の固定部分２２１と可動部分２３１との間に電位差を生じる。櫛２２５と２３５の歯によって形成されたコンデンサの電機子の間に電場が成立する。この電場が接線方向の静電力を発生させ、それが櫛の歯に平行な方向に沿って固定櫛２２５に対して可動櫛２３５を移動させ、対応する方向に駆動要素２５０を移動させようとする。

櫛の歯の間にはたらく接線方向の静電力は、枠２３３の変形を招き、その結果、被動要素１００に対して放射状方向にロッド２１１の作用によって駆動歯２５０を並進させる。枠２３３は、歯の方向にだけ可動櫛２３５の移動を可能にする。

同様に、電極２２４に電圧がかかったときに同じ現象が発生する。発生した静電力が、枠２３２の変形と、被動要素１００に対して接線方向にロッド２１２の作用によって駆動歯２５０の並進を招く。枠２３２は歯の方向にだけ可動櫛２３６の移動を可能にする。

接線作動モジュール２０２は、可動部分２３２を固定部分２２２から離れたままにしておき、可動櫛２３６が固定櫛２２６に接触するのを防止するために、可動枠の運動幅を制限することを可能にする当止２６０を含む。実際、異なる電位に置かれた固定櫛２２６および可動櫛２３６の接触は必然的に装置における電流短絡を発生するであろう。

一方、放射状作動モジュール２０１の枠の移動に関しては、放射状方向に駆動歯２５０の運動を制限する当止２７０の存在によって制限される。

なお、それぞれのロッドの側面方向可撓性は、もう一つのロッドの作用の下でその変形を可能にする。放射状方向および接線方向の二つの可撓性ロッド２１１と２１２は、二つの作動モジュール２０１と２０２の機械的分離を保証する。なぜなら、ロッドの可撓性が二つの基本自由度にしたがって、すなわち放射状方向および接線方向の二つの並進方向にしたがって独立して駆動歯２５０の移動を可能にするからである。

作動モジュール２０１と２０２の分離は、平行な形状にしたがってそれらを配置することを可能にする。二つの作動モジュール２０１と２０２の平行な形状は、（一連の形状とは反対に）給電コネクタの設置のための電極２２３と２２４への接近可能性を向上させる。

電極２２３と２２４は、歯２５０がヒステリシス運動（Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄ運動）によって移動されるように、例えば互いに４分の１周期の位相の差を有する、位相の異なる交流電圧ＶｒとＶｔによって制御される。駆動歯２５０のヒステリシス運動は駆動相（Ａ−Ｂ移動）とクラッチ切断相（Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ移動）を交番させる。この運動は、駆動歯２５０が被動要素１００の連続する歯と噛み合い、時計回りのステッピング回転運動で被動要素１００を駆動することを可能にする。被動要素１００は、回転駆動されるが、それは減少振幅駆動要素のエクスカーションによって駆動される。

このために、時計機構は有利には、１０ｈｚを越える周波数を有する周期的アドレッシング電圧ＶｒとＶｔをかけるための制御手段を含む。かかる周波数は、見た目には連続しているような針の回転運動を得ることを可能にする。針の駆動周波数は針の連続運動という視覚的幻影を生じる。かかる効果は針のステッピング運動を実時間で追跡することができない網膜残像に結びつけられる。このようにして、水晶腕時計または水晶時計の機構を機械的装置に同化させることができる。

さらに、駆動装置１０は、針の回転速度を変化させることができる。このため、制御手段はアドレッシング信号ＶｒとＶｔの周波数を変化させるのに適している。この特徴は、例えば、時刻合わせあるいは腕時計または時計の調節の場合に、針の位置を迅速に調整することができるので、きわめて有利である。

他方で、駆動装置１０は、被動要素１００を時計回りに、あるいは反時計回りに駆動することができるので可逆性である。このため、制御手段は駆動要素２５０のヒステリシス運動を逆転し、それによって被動要素１００の回転方向を逆転させるためにアドレッシング信号ＶｒとＶｔの間で位相外れを逆転させるのに適している。

最後に、駆動装置１０は、静止時、駆動装置に給電されていないときに、駆動要素２５０が被動要素１００と噛み合うように被動要素１００に対応して配置されている。駆動要素２５０はいかなる信号も電極２２３と２２４にかけられていないときに噛み合い位置（位置Ａ）にある。この特徴は、装置にエネルギー給電されていないときに、歯車輪の割送りが、要素２５０によって保証されることを可能にする。このために、装置はより少ないエネルギー消費量を発生する。

図１１は、図６と図１４の時計機構の実施態様において用いることができる割送作動要素５０を示している。割送作動要素５０は、単一の放射状作動モジュール５０１と歯５５０の形状の駆動要素とから成る。放射状作動モジュール５０１は駆動作動要素２０の放射状作動モジュール２０１と同様である。

放射状作動モジュール５０１は、固定部分５２１と放射状ロッド５１１が接続された可動部分５３１で形成されている。

固定部分５２１は、接線方向に平行な固定櫛５２５のユニットが延びる放射状電極５２３を含む。それぞれの櫛５２５は、主要ロッドと、ロッドに接続されロッドに対して垂直に延びる平行な一連の突起状物で形成されている。

可動部分５３１は、全体としてＵ字の形状を有し、固定部分５２１の周囲に延びる可動枠５３３を含む。可動枠５３３は、弾性懸架を構成する嵌込連結手段５３７、５３９によってそれぞれの端部で基板に接続されている。櫛５３５は可動枠５３３から全体として放射状方向に延びる。これらの櫛５３５は、主要ロッドとロッドに接続されロッドに対して垂直に延びる平行な一連の突起状物で形成されている。

固定部分５２１の櫛５２５と可動部分５３１の櫛５３５は、互いに平行に配置され、互いに入り込まれている。くわえて、それぞれの可動櫛５３５は、その歯が互いに入り込まれて、したがっていわゆる「インターデジタル」櫛の対を形成して、固定櫛５２５に向かい合って配置されている。

駆動歯５５０は、三角形の形状を有する。駆動歯は、頂点を被動要素に向けて、被動要素に対して放射状方向に、被動要素１００の近くに延びる。このように、駆動歯５５０は、被動要素１００の歯と噛み合うのに適している。

作動要素５０は、さらに、可動櫛５３５が固定櫛５２５に接触するのを防止するために、可動部分５３１を固定部分５２１から離れたままにしておくことを可能にする当止５６０を含む。

割送作動要素５０の割送モジュール５０１は駆動作動要素２０の放射状作動基本モジュール２０１および接線作動基本モジュール２０２と同期して制御される。割送作動要素５０は、駆動装置の歯がクラッチ解除されるときに、被動要素１００をその位置に維持する機能を有する。駆動作動要素と割送作動要素の組合せが被動要素１００の位置決めの正確な制御を可能にする。

割送作動要素５０は、被動要素１００に対して放射状交互運動にしたがって歯５５０を移動させるように制御される。歯５５０の運動は、歯２５０の運動と同期される。駆動歯２５０が被動要素１００と噛み合い、それを回転駆動（Ａ−Ｂ移動）するとき、割送歯５５０はクラッチ解除される（位置Ｆ）。駆動歯２５０がクラッチ解除されるとき（Ｂ−Ｃ−Ｄ−Ａ移動）、割送歯５５０は被動要素をその位置に保つために被動要素１００の歯の間に挿入される（位置Ｅ）。

図１５に示したごとく、駆動装置が形成されるウエハ１１はウエハ１８の一部で構成されている。このようにして、多数の駆動基本装置が集合的方法によって同一ウエハにおいて同時にエッチングされる。

図７と図８は、駆動装置を得る第１の技術を概略的に示している。

この第１の技術によれば、作動モジュール２０１と２０２、駆動要素２５０、ならびに場合によっては（図示されていない）割送モジュールと割送要素は、一枚のウエハ１１におけるディーププラズマエッチング（ＤｅｅｐＲＩＥ）によって実現される。ウエハ１１は、例えば、厚みが２００と３００μｍの間に含まれるモノクリスタルシリコンのモノブロックウエハ（ｗａｆｅｒ）である。ウエハは作動装置のさまざまな構成要素を形成するためにその全厚みがエッチングされる。図７に見るごとく、作動装置の構成要素（固定部分２２１、２２２と可動部分２３１、２３２）のユニットは、ウエハにおいて形成された共通連結の背部２７０で接続されている。

エッチング作業後に、作動装置はモノリシックの形状を呈す。ウエハ１１は、支持体６（図８）上に接合され、連結背部２７０は削除される。背部の削除は、固定部分２２１、２２２と可動部分２３１、２３２を互いに電気的に絶縁することを可能にする。支持体６は、作動基本モジュール２０１と２０２の固定部分と可動部分の電気的絶縁と定着機能を保証する。

図９は、作動装置を得る第２の技術を概略的に示している。

この第２の技術によれば、駆動装置１０は、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎＯｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）型ウエハ１１におけるＲＩＥディーププラズマエッチング（ＤｅｅｐＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）によって実現される。かかるウエハ１１は、厚みが３８０μｍ程度のシリコン基板層１５、厚みが約２μｍの二酸化シリコンの犠牲層１６、厚みが５０から１００μｍ程度のシリコン層１７を含む。

作動モジュール２０１と２０２、駆動要素２５０、ならびに場合によっては（図示されていない）割送モジュールと割送要素は、停止層を構成する二酸化シリコン層１６まで、シリコン層１５の厚みにおいてＲＩＥディーププラズマエッチングによって実現される。ついで二酸化シリコン層１６は、湿式エッチングによって区域ごとに溶解される。溶解した区域は、駆動装置の可動部分（可動櫛、ロッド、駆動要素）を開放する。

溶解の後に残る二酸化シリコン層１６の部分は、基板層１５と作動モジュール２０１および２０２との間の連結を実現する。作動モジュールの可動部分２３１と２３２は、基板層１５に対して二酸化シリコンの犠牲層の厚みに等しい高さだけ持ち上げられる。二酸化シリコン層は、作動基本モジュール２０１と２０２の固定部分と可動部分のための電気的絶縁と定着支持の機能を保証する。

得られた駆動装置は、次に絶縁支持体６上に接合することができる。

作動装置を得るための別の技術ももちろん用いることができる。例えば、シリコンウエハのＨＡＲＰＳＳ（ＨｉｇｈＡｓｐｅｃｔＲａｔｉｏｃｏｍｂｉｎｅｄＰｏｌｙａｎｄＳｉｎｇｌｅ−ｃｒｙｓｔａｌＳｉｌｉｃｏｎ）エッチング技術を用いることができる。

時計製造分野で伝統的に用いられているモータ機構と比較して、先に述べた駆動装置には次の利点がある：
・水晶時計または水晶腕時計における減速段階の一部または全体を削除することができる、
・結果として、時計歯車装置の効率を向上させることができる、
・結果として、水晶時計または水晶腕時計の機構のより長い連続動作能力を可能にする、
・時計のムーブメントの機械的構造を単純化できる、
・生産コストの削減も可能にする。

図１６は、基板におけるエッチングによって形成された歯車１００を概略的に示している。被動要素１００は、中心に形成されたボア６００を含み、ボアは周りに被動要素１００が回転取り付けされる軸２１を収納するようになっている。機構には、被動要素１００と軸２１の間の遊び調整手段が包含される。遊び調整手段は、被動要素１００と軸２１の間に配置された複数個の弾性可撓性薄板６０１、６０２、６０３を含む。より詳細には、図１６に示したごとく、薄板６０１、６０２、６０３は、エッチング段階で被動要素１００と一体に形成される。薄板６０１、６０２、６０３は、中心ボア６００のエッチングのときに形成される。それぞれの弾性薄板６０１、６０２、６０３は、被動要素１００から延び、軸２１と接触する。

図１７は、軸２１をボア６００に対して心出ししたときの軸２１に対する被動要素１００のボア６００の位置をより詳細に示している。この図に見るごとく、薄板６０１、６０２、６０３は、ボア６００のエッチングのときに被動要素１００と共に一つの部品へと形成される。このため、被動要素１００に実施されるボアは、円形ではなく、被動要素１００と軸２１の間の遊び調整手段を形成する起伏を形成するように切り抜かれる。

とりわけ、起伏は、可撓性薄板６０１、６０２、６０３を含む。可撓性薄板は、被動要素１００のボア６００と回転軸２１の間に遊びが存在していても、回転軸２１に被動要素１００を維持することを可能にする。さらに、可撓性薄板は、被動要素に対する軸および／またはボアの心外れを補正する。

ボア６００によって形成された起伏は、突出部によって形成された当止６１１、６１２、６１３も含み、それぞれの当止は、薄板６０１、６０２、６０３の一つと被動要素１００の間に配置されている。これらの当止６１１、６１２、６１３は、薄板６０１、６０２、６０３が曲がったときにその運動を制限するためのものである。

起伏は、薄板６０１、６０２、６０３の両側に配置されたもっと大きな突出部によって形成された当止６２１、６２２、６２３、６３１、６３２、６３３も含む。当止６２１、６２２、６２３、６３１、６３２、６３３は、軸２１と被動要素１００の間に配置されている。当止６２１、６２２、６２３、６３１、６３２、６３３は、ボア６００に対する軸２１の心外れを制限するためのものである。このようにして、当止６２１、６２２、６２３、６３１、６３２、６３３は、薄板６０１、６０２、６０３の変形を制限し、軸２１と薄板全体が常に接触することを保証する。

先行技術に係るＬａｖｅｔモータ式の水晶時計の機構を概略的に示した図。先行技術に係る図１の機構の減速要素を概略的に示した図。本発明に係る第１の実施態様による水晶時計の機構を概略的に示した図。本発明に係る図３のＭＥＭＳ型の駆動装置を構成する組立部品ならびに駆動機構の従来の時計歯車装置との機械的噛み合いを概略的に示した平面図。図４ＡのＡ−Ａ切断線による断面図。本発明に係る第１の実施態様による水晶時計の機構における駆動機構と入力車との間の組み合わせを断面図で概略的に示した図。本発明に係る第１の実施態様の変型による水晶時計の機構を概略的に示した図。本発明に係る一つのシリコンウエハにおけるモノリシックのエッチング技術によって得られるような駆動装置の作動要素ならびに駆動要素を概略的に示した図。本発明に係る作動基本モジュールのアドレッシング電極の分離を可能にする切り抜きを実施した後の基板の上に載置された図７の作動要素を概略的に示した図。本発明に係るＳＯＩ基板内にエッチングによって直接得られた駆動装置と駆動要素を概略的に示した図。本発明に係る駆動装置の作動要素の構造ならびに駆動要素を詳細に示した図。本発明に係る割送作動装置の構造ならびに割送要素を詳細に示した図。本発明に係る本発明の第２の実施態様による単純化された水晶時計の機構を概略的に示した図。本発明に係る本発明の第２の実施態様による水晶時計の機構における駆動装置と駆動針に直接に一体となるそれぞれの出力車との間の組み合わせを断面図で概略的に示した図。本発明に係る本発明の第２の実施態様の変型による水晶時計の機構を概略的に示した図。本発明に係るシリコンウエハに基づいた作動要素の獲得を概略的に示した図。本発明に係る歯車と軸との間の遊び調整手段を有する微細加工された被動要素を概略的に示した図。本発明に係る被動要素が取り付けられている軸に自動的に心出しすることを可能にする遊び調整手段を示した図。

符号の説明

１モータ
２ローター
３ステーター
４電子制御装置
６支持体
５水晶
７電池
８竜頭
１０駆動装置
１１ウエハ
１２駆動針
１４駆動針
１５シリコン基板層
１７シリコン層
２０作動要素
２１回転軸
２２ハブ
３０駆動装置
４０作動要素
５０駆動装置
５６絶縁プレート
６０作動要素
９０ピニオン
１００被動要素
１０２入力車
１０４被動要素
１０６被動要素
１２０出力車
２０１作動モジュール
２０２作動モジュール
２１１放射状可撓性ロッド
２１２接線可撓性ロッド
２２１固定部分
２２２固定部分
２２３放射状電極
２２４接線電極
２２５固定櫛
２２６固定櫛
２３１可動部分
２３２可動部分
２３３可動枠
２３５可動櫛
２３６可動櫛
２３７嵌込連結手段
２３８嵌込連結手段
２３９嵌込連結手段
２４０嵌込連結手段
２５０駆動要素
２６０当止
２７０駆動要素
２９０駆動要素
５０１放射状作動モジュール
５１１放射状ロッド
５２１固定部分
５２３放射状電極
５２５固定櫛
５３１可動部分
５３３可動枠
５３５可動櫛
５３７嵌入連結手段
５３９嵌入連結手段
５５０割送要素
５６０当止
６００ボア
６０１弾性可撓性薄板
６０２弾性可撓性薄板
６０３弾性可撓性薄板
６１１当止
６１２当止
６１３当止
６２１当止
６２２当止
６２３当止
６３１当止
６３２当止
６３３当止

Claims

ウエハ（１１）におけるエッチングによって形成された駆動装置（１０、３０、５０）であり、駆動装置（１０、３０、５０）は被動要素（１００、１０４、１０６）と順次噛み合うのに適した駆動要素（２５０、２７０、２９０）および被動要素（１００、１０４、１０６）を駆動するためにヒステリシス運動によって駆動要素（２５０、２７０、２９０）を移動させるのに適した作動要素（２０、４０、６０）を含み、駆動要素（２５０、２７０、２９０）がウエハ（１１）の外縁に配置されていることで駆動要素と向かい合って配置された被動要素との噛み合いを可能にすることを特徴とする駆動装置。
ウエハ（１１）が半導体材料で形成される、請求項１に記載の装置。
半導体材料がシリコンである、請求項２に記載の装置。
モノクリスタルシリコンのモノブロックウエハに対するＲＩＥディープエッチング技術によって得られる、請求項３に記載の装置。
ウエハに対するＲＩＥディープエッチング技術によって得られる、請求項３に記載の装置。
ＨＡＲＰＳＳエッチング技術によって得られる、請求項３に記載の装置。
半導体材料の塊において多数の駆動装置を同時にエッチングすることから成る集合的方法によって得られる、請求項１から６のいずれか一つに記載の装置。
作動要素（２０）が、被動要素（１００）に対して第１の方向に沿って駆動要素（２５０）を移動させるのに適した第１の作動モジュール（２０１）および被動要素（１００）に対して第２の方向で駆動要素（２５０）を移動させるのに適した第２の作動モジュール（２０２）を含み、作動モジュール（２０１、２０２）が駆動要素（２５０）のヒステリシス組合せ運動を発生させるために同時に制御されるのに適している、請求項１から７のいずれか一つに記載の装置。
第１の作動モジュール（２０１）が、被動要素（１００）に対して放射状方向に沿って駆動要素（２５０）を移動させるのに適し、第２の作動モジュール（２０２）が、被動要素（１００）に対して軸方向に沿って駆動要素（２５０）を移動させるのに適している、請求項８に記載の装置。
駆動要素（２５０）が、放射状可撓性ロッド（２１１）によって放射状作動モジュール（２０１）に、接線方向可撓性ロッド（２１２）によって接線方向作動モジュール（２０２）に接続され、可撓性ロッド（２１１、２１２）が作動モジュール（２０１、２０２）のいずれか一方の作用の下で独立して駆動要素（２５０）の移動を可能にする、請求項９に記載の装置。
作動モジュール（２０１、２０２）が、インターデジタル櫛を含む、請求項８から１０のいずれか一つに記載の装置。
それぞれの作動モジュール（２０１、２０２）が少なくとも一つの固定櫛（２２５、２２６）および可動櫛（２３５、２３６）を含み、それぞれの櫛が一連の歯を包含し、固定櫛の歯と可動櫛の歯が互いに入り込むように可動櫛（２３５、２３６）が固定櫛（２２５、２２６）に向かい合って配置され、対応する方向に駆動要素（２５０）を移動させるために、固定櫛と可動櫛との間に電位差をかけたときに、可動櫛（２３５、２３６）が櫛の歯に平行な方向に沿って固定櫛（２２５、２２６）に対して移動されるのに適している、請求項１１に記載の装置。
作動モジュールが、互いに四分の一周期の位相外れを有する周期信号（Ｖｒ、Ｖｔ）によって制御される、請求項８から１２のいずれか一つに記載の装置。
請求項１から１３のいずれか一つに記載の駆動装置および駆動装置によって回転駆動されるのに適した被動要素（１００、１０４、１０６）を含む時計機構。
単一の被動要素（１００）および複数個の出力車（１２０）を含み、駆動装置が被動要素（１００）と噛み合い、被動要素（１００）自体が一つまたは複数個の出力車（１２０）を回転駆動するのに適し、それぞれの出力車（１２０）が駆動針と一体である、請求項１４に記載の機構。
被動要素（１００、１０４、１０６）が一つまたは複数個の出力車（１２０）と噛み合う入力車（１０２）に接続され、被動要素（１００、１０４、１０６）が完全かつ同軸の組み合わせによって入力車（１０２）に接続されている、請求項１５に記載の機構。
駆動針（１２、１４、１６）と直接に一体の被動要素（１００、１０４、１０６）を含み、駆動装置が被動要素（１００、１０４、１０６）と噛み合う、請求項１４に記載の機構。
複数個の駆動装置（２０、４０、６０）および複数個の被動要素（１００、１０４、１０６）を含み、それぞれの駆動装置（２０、４０、６０）が組み合わされた被動要素（１００、１０４、１０６）と噛み合い、それぞれの被動要素（１００、１０４、１０６）が針（１２、１４、１６）と一体である、請求項１７に記載の機構。
駆動装置（２０、４０、６０）が互いに同一である、請求項１８に記載の機構。
被動要素が、モノクリスタルシリコンのモノリシックウエハ、あるいは、ＳＯＩ型ウエハにおけるＲＩＥディーププラズマエッチング技術などの微細製造技術によって得られる、請求項１４から１９のいずれか一つに記載の機構。
１０Ｈｚを超える周波数を有する運動にしたがって駆動要素（２５０）を移動させるための制御手段を含む、請求項１４から２０のいずれか一つに記載の機構。
一つまたは複数個の被動要素（１００、１０４、１０６）が回転取り付けされた軸（２１）および被動要素（１００）と軸（２１）との間に配置された遊び調整弾性手段を含む、請求項１４から２１のいずれか一つに記載の機構。
遊び調整弾性手段が、被動要素（１００）におけるボア（６００）のエッチングのときに被動要素と共に単一の部品で形成され、ボアは軸（２１）を収納するためのものである、請求項２３に記載の機構。
遊び調整手段が、被動要素（１００）と軸（２１）との間に配置された少なくとも一つの弾性薄板（６０１、６０２、６０３）を含む、請求項２２または２３に記載の機構。
遊び調整手段が、薄板（６０１、６０２、６０３）と被動要素（１００）との間に配置された突出部によって形成された少なくとも一つの当止（６１１、６１２、６１３）を含む、請求項２４に記載の機構。
遊び調整手段が、軸（２１）と被動要素（１００）との間に配置された少なくとも一つの当止（６２１、６２２、６２３、６３１、６３２、６３３）を含む、請求項２２から２５のいずれか一つに記載の機構。
組立部品がモジュラー式かつ交換可能であり、
・請求項８から１２のいずれか一つに記載の駆動装置（１０）を包含する第１の組立部品と、
・被動要素（１００、１０４、１０６）を包含する第２の組立部品と、
・駆動要素（２５０、２７０、２９０）と向かい合って配置された被動要素（１００、１０４、１０６）の噛み合いを可能にするために、第１および第２の組立部品が固定された地板（１８）、
を含むことを特徴とする機構。