JP6532805B2 - 機械部品 - Google Patents
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Description
特許文献1に記載された半導体基板のメッキの前処理方法は、シリコン基板に銅メッキ層による反射防止膜を形成するため、シリコン基板をあらかじめアルカリ溶液に浸漬し、シリコン基板の表面を粗面化するとともに凹凸部を形成し、銅メッキ層とシリコン基板の表面との密着性を高めている。
単結晶材料で構成され、表面には、開口幅が内周幅より小さい凹部を複数備え、
該凹部に入り込むように、前記表面に薄膜が形成されており、
前記凹部は、上面又は下面の前記表面に配置され、
側部の前記表面には、波状の凹凸が形成されていることを特徴とする。
態における機械部品の構造を示す平面図及び断面図、図2は図1に示す機械部品の一部分の平面図及び断面図、図3は図2に示す機械部品の一部を拡大して示す断面図、図4は図1に示す機械部品の製造工程を示すフローチャート、図5は図1に示す機械部品の製造方法を示す断面図、図6は図5に続く機械部品の製造方法を示す断面図、図7は図6に続く機械部品の製造方法を示す断面図、図8は図7に続く機械部品の製造方法及び完成した機械部品を示す断面図である。
図1〜図3を用いて本発明の第1実施形態における機械部品の構造について説明する。以下、本発明の実施形態における機械部品として機械式腕時計用の部品である「ひげぜんまい」を例に説明するが、本発明はこれに限らず、他の機械部品に広く適用可能である。
図1を用いて本実施形態を詳述する。図1(a)は、本発明の第1実施形態におけるひげぜんまい1の平面図であって、ひげぜんまい1を図示しない機械式腕時計の回転軸体の軸方向から平面視したときの様子を示している。説明のため、ひげぜんまい1は4巻きのみを示している。
図3(a)を用いて第1実施形態における効果を説明する。図3(a)に示すように、本発明のひげぜんまい1の製造方法によれば、ひげぜんまい1の素材のシリコン基板20
0に複数の凹部7を設け、複数の凹部7の開口幅dは凹部の内周幅Dより小さくし、ひげ
シリコン基板200及び複数の凹部の内部に薄膜6が入り込むように形成したので、薄膜6とシリコン基板200との間でアンカー効果を生じる。このアンカー効果によって、ひげぜんまい1の収縮や外部からの衝撃等に対して薄膜6はひげぜんまい1から剥がれ難くなり、従来生じていた薄膜の破片による悪影響や、薄膜6の特性の劣化を防ぎ、ひげぜんまい1としての耐久性が向上する。また薄膜6の下地としての中間膜やカップリング剤を不要とすることが可能となる。
図4を用いて本発明の機械部品の製造方法を説明する。図4は本発明の機械部品であるひげぜんまい1の製造工程を示すフローチャートである。図4に示すように、ひげぜんまい1の製造方法はステップST10〜ステップST30で構成される。
以下、図5〜図8を用いてステップST10〜ステップST30の詳細を説明する。図5〜図6(a)はステップST10に関し、図6(b)〜図8(b)はステップST20に関し、図8(c)はステップST30に関する。
図5〜図6(a)はひげぜんまい1の複数凹部形成工程(ステップST10)を説明する断面図である。なお説明のため、図5〜図6(a)に示す断面図は、図1(a)に示すひげぜんまい1の、A−A‘断面に対応する部分を図示しており、他の部分についても同様である。
図5(a)に示すように、少なくともひげぜんまい1が取り出せる大きさの面積と厚みとを有するシリコン基板200の上面200u及び下面200bにレジストRを塗付する。シリコン基板200は、ひげぜんまい1が多数個取り出せる大きさが好ましい。またレジストRはフォトリソグラフィで多用される樹脂系の液体レジストを用い、1μmの厚みでシリコン基板200に塗付する。ここでは、上面200uと下面200bにレジストを形成したが、一方の面だけに凹部7を形成する場合には、一方の面だけにレジストを塗布すればよい。
次に図5(c)に示すように、複数の開口部8wを有する凹部形成用マスク8を形成したシリコン基板200に、エッチング用ガスG1を所定の時間印加し、凹部形成用マスク8の複数の開口部8wに沿って、シリコン基板200を平面視で下方向に等方性ドライエッチングを行う。すると図5(c)に示すように、基板200の、凹部形成用マスク8の複数の開口部8wの個所がエッチングされ、複数の凹部7が形成される。
図6(b)〜図8(b)は外形形成工程(ステップST20)を説明する断面図である。なお説明のため、図6(b)〜図8(b)に示す断面図は、図1(a)に示すひげぜんまい1の、A−A‘断面に沿った部分のみを図示している。
まず図6(b)に示すように、1対の凹部7が8か所形成されたシリコン基板200の上面200u及び下面200bに、樹脂系の液体レジストRを1μmの厚みで塗付する。液体レジストRの凹部7周辺の液体レジストRには、凹部7に液体レジストRが入り込むため、陥没部Xが生じる。
次に図7(a)に示すように、ボッシュプロセスとして知られた方法を用いてシリコン基板200をエッチングする。詳細には外形形成用マスク9を形成したシリコン基板200にエッチング用ガスG1とパッシベーション用ガスG2とを交互に各々所定の時間印加し、シリコン基板200を図7(a)に示す外形線cに沿ってエッチングする。
図8(c)は薄膜形成工程(ステップST30)を説明する断面図である。ステップST30では、未処理ひげぜんまい1pに、薄膜6を形成する。
図示していないが、未処理ひげぜんまい1pを純水等で洗浄し不純物を除去する。次に図8(c)に示すように、気相蒸着重合法の薄膜形成プロセスによって、未処理ひげぜんまい1pに、パラキシリレン系樹脂膜からなる樹脂層である薄膜6を形成する。詳細には未処理ひげぜんまい1pの全表面を含め未処理ひげぜんまい1pに形成された複数の凹部7に入り込むように薄膜形成プロセスによって薄膜6を形成する。本実施形態では薄膜6の厚さは3μmである。以上でステップST30が終了する。なお図8(c)に示すひげぜんまい1には、説明のため薄膜6の陥没部Xは図示していない。以上述べたステップST10〜ステップST30の工程の後、ひげぜんまい1の完成形を得る。
図9A及び図9Bを用いて本発明の第2実施形態におけるひげぜんまい1の構造について説明する。第2実施形態におけるひげぜんまい1は、ぜんまい部2aに形成した複数の凹部7の配置又は形状を、第1実施形態におけるぜんまい1の位置又は形状を変更したものである。
以下、図9A(a)及び図9A(b)を用いてひげぜんまい1の構造を詳述する。図9A(a)は、ひげぜんまい1のぜんまい腕21aの平面図であり、図9A(b)は、図9A(a)の線Lm’に沿った断面図である。
図9A(a)及び図9A(c)を用いて第2実施形態におけるひげぜんまい1の効果を説明する。図9A(a)に示すように、ひげぜんまい1の複数の凹部7は、図9A(b)に示すぜんまい腕21aの一方の面2Pa及び他方の面2Taに、互い違いに設けられているので、アンカー効果を与える凹部の位置が分散され、より薄膜6が剥がれ難くなる。
図9B(a)〜図9B(c)を用いて第2実施形態の他の変形例におけるひげぜんまい1の構造を説明する。図9B(a)〜図9B(c)は第2実施形態の第1変形例〜第3変形例におけるひげぜんまい1の複数の凹部7の構造を示す平面図である。
図9B(a)は、第2実施形態の第1変形例である。図9B(a)に示す様に、ぜんまい部2a1において、ぜんまい腕21a1の外周部の複数の凹部7Lの径は、内周部の複数の凹部7の径より大きい。この理由は、ぜんまい駆動時に薄膜6に加わる応力など、薄膜6を剥離させる力は、ぜんまい腕21a1の外周部の方が内周部より大きいので、薄膜6とぜんまい腕21a1の外周部とに、より大きなアンカー効果を生じさせるためである。
図9B(b)は、第2実施形態の第2変形例である。図9B(b)に示す様に、ぜんまい部2a2において、ぜんまい腕21a2の外周部の複数の凹部7は、内周部の複数の凹部7より多数であって密集して設けられている。この理由は第2実施形態の第1変形例と同様に、薄膜6とぜんまい腕21a1の外周部とに、より大きなアンカー効果を生じさせるためである。
図9B(c)は、第2実施形態の第3変形例である。図9B(c)に示す様に、ぜんまい部2a3において、ぜんまい腕21a3の外周部の複数の凹部7Fは、例として星形の形状を有している、この理由は第2実施形態の第2変形例と同様に、薄膜6とぜんまい腕21a1の外周部との結合面積を拡大し、より大きなアンカー効果を生じさせるためである。なお複数の凹部7Fの形状は星形以外でも可能であって、一般的にはより複雑な形状であれば、さらにアンカー効果を高めることが可能になる。
図10A及び図10Bを用いて本発明の第3実施形態におけるひげぜんまい1の構造について説明する。第3実施形態におけるひげぜんまい1は、ぜんまい部22aに形成した複数の凹部の形状を先の実施形態から変更したものである。
以下、図10A(a)〜図10A(c)を用いてひげぜんまい1の構造を詳述する。図10A(a)は、ひげぜんまい1のぜんまい腕22aの平面図であり、図10A(b)は図10A(a)のB−B‘断面図である。また、図10A(c)は、図10A(a)のB−B‘断面を模式的に示した斜視図である。なお説明のため、図10A(a)及び図10A(c)には薄膜6を図示していない。以下、図10A(a)〜図10A(c)を用いて複数の凹部7bの形状について説明する。
図10A(a)を用いて第3実施形態におけるひげぜんまい1の効果を説明する。図10A(a)に示すように、ひげぜんまい1における複数の凹部7bは、線状の回廊形状に形成されている。
図10B(a)及び図10B(b)を用いて第3実施形態の他の変形例におけるひげぜんまい1の構造を説明する。図10B(a)及び図10B(b)は、第3実施形態の第1変形例及び第2変形例におけるひげぜんまい1の複数の凹部7b1、7b2の構造を示す平面図である。
図10B(a)は、第3実施形態の第1変形例である。図10B(a)に示す様に、ぜんまい部2b1において、ぜんまい腕22a1の外周部の回廊状の凹部7b1の幅w2は、内周部の回廊状の凹部7bの幅w1より広い。この理由は、ぜんまい駆動時に薄膜6に加わる応力などの薄膜6を剥離させる力は、ぜんまい腕22a1の外周部の方が内周部より大きいので、薄膜6とぜんまい腕22a1の外周部とに、より大きなアンカー効果を生じさせるためである。
図10B(b)は、第3実施形態の第2変形例である。図10B(b)に示す様に、ぜんまい部2b2において、ぜんまい腕22a2の外周部の回廊状の凹部7b2は、内周部の回廊状の凹部7bより幅が狭く、かつ2本平行して設けられている。この理由は、ぜんまい腕22a2の外周部において、薄膜6とぜんまい腕21a1とのアンカー効果を拡大するためである。なお外周部の回廊状の凹部7b2は、3本あるいはそれ以上でも良い。
図11〜図12を用いて本発明にかかる第2の製造方法について説明する。以下、ひげぜんまいを例に第2の製造方法を説明するが、第2の製造方法の特徴は、複数凹部形成工程と外形形状形成工程とを同時に行うものである。図11は、製造工程のフローチャート、図12は、の製造工程を説明する断面図である。
以下、図11を用いて製造工程を示すフローチャートを詳述する。図11に示すように、ひげぜんまい1の製造方法はステップST10aとステップST30とで構成される。
次に図12を用いてステップST1aの製造工程を説明する。まず図12(a)に示すように、シリコン基板200の上面200u及び下面200bに、レジストRを1μmの厚みで塗付する。シリコン基板200の大きさやレジストRについては第1実施形態と同じなので説明は省略する。
次に図12(c)に示すように、凹部・外形形成用マスク89を形成したシリコン基板200に、等方性ドライエッチング用ガスG1を所定の時間印加し、凹部・外形形成用マ
スク89の複数の開口部8w及び複数の開口部9wに等方性ドライエッチングを行う。すると図12(c)に示すように、シリコン基板200の凹部・外形形成用マスク89の複数の開口部8wと複数の開口部9wが等方性ドライエッチングされ、複数の開口部8wに複数の凹部7が形成されるとともに、複数の開口部9wに複数のへこみ部分9dが形成される。なお等方性ドライエッチング用ガスG1としては、SF6などを用いることができる。
図11及び図12を用いて本製造方法における効果を説明する。図11に示すように、ひげぜんまい1における製造工程のステップ数は、第1の製造方法におけるひげぜんまい1における製造工程のステップ数より2ステップ少なく、工程が短縮され生産効率が向上する。また図12に示すように凹部形成と外形形成のエッチングを同時に行うので、シリコン基板200に与える化学的かつ機械的ストレスが減り、ひげぜんまい1の特性の安定化につながる。
図13を用いて本発明の第4実施形態における機械部品の構造を説明する。図13はシリコン基板を用い、本発明の機械部品の製造方法を腕時計の他の部品に適用した例を示す斜視図であって、機械部品の表面に薄膜6を形成する前の状態を示している。
図13(c)に示す様に、ガンギ歯車体11p及びアンクル体31pに形成された凹部7の開口幅dは内周幅Dより500nm狭いので凹部7に薄膜6が入り込み、薄膜6とガンギ歯車体11p及びアンクル体31pとの結合においてアンカー効果を生じ、ガンギ歯車体11p及びアンクル体31pの耐久性や信頼性が向上する。
11p (未処理の)ガンギ歯車体
11u、31u 一方の面
11b、31b 反対側の面
31p (未処理の)アンクル体
1p 未処理ひげぜんまい
2、2a、2a、2a1、2a2、2a3、2b、2b1、2b2 ぜんまい部
2s ぜんまい腕側部
20a、20b、20c、20d、21a、21a1〜21a3、22a1〜22a2
ぜんまい腕
20bs、20cs 側壁
2P 一方の面
2T 他方の面
2b 平面
3 ひげ玉
3b ひげ玉固定部
3a、4a 貫通孔
3b 接続部
4 ひげ持
6 薄膜
7、7b、7b1、7b2、7L、7F 凹部
7s 凹部底面
7n 凹部内側面
8 凹部形成用マスク
8w マスク1開口部
9 外形形成用マスク
89 凹部・外形形成用マスク
9w マスク2開口部
9d へこみ部分
200 シリコン基板
200u 上面
200b 下面
200g 底面
R レジスト
c 外形線
t1 薄膜厚さ
t2 凹部深さ
t3 凹部切込み幅
d 開口幅
D 凹部の内周幅
e ぜんまい腕幅
h ぜんまい高さ
k1 ぜんまい部間隔
k2 凹部間隔
θ、θ1 凹部間角度
es スキャロップ面
G1 エッチング用ガス(SF6)
G2 パッシべーション用ガス(C4F8)
M5、M6 部分図
Z 回廊
X 陥没部
w1、w2 回廊の幅
100 光学部品
101A シリコン基板表面
Claims (4)
- 単結晶材料で構成され、表面には、開口幅が内周幅より小さい凹部を複数備え、
該凹部に入り込むように、前記表面に薄膜が形成されており、
前記凹部は、上面又は下面の前記表面に配置され、
側部の前記表面には、波状の凹凸が形成されている
ことを特徴とする機械部品。 - 単結晶材料で構成され、表面には、開口幅が内周幅より小さい凹部を複数備え、
該凹部に入り込むように、前記表面に薄膜が形成されている機械部品であって、
前記機械部品は、時計部品のぜんまいであり、
複数の前記凹部は、前記ぜんまいの中心を通る線上に設けられている
ことを特徴とする機械部品。 - 単結晶材料で構成され、表面には、開口幅が内周幅より小さい凹部を複数備え、
該凹部に入り込むように、前記表面に薄膜が形成されている機械部品であって、
前記機械部品は、時計部品のぜんまいであり、
複数の前記凹部は、千鳥状に配置されている
ことを特徴とする機械部品。 - 単結晶材料で構成され、表面には、開口幅が内周幅より小さい凹部を複数備え、
該凹部に入り込むように、前記表面に薄膜が形成されている機械部品であって、
前記機械部品は、時計部品のぜんまいであり、
複数の前記凹部は、長円状の断面を有し、回廊状に形成されている
ことを特徴とする機械部品。
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