JP6703166B2 - 時計部品のぜんまい - Google Patents

Description

本発明は、時計用の様な精密機器に用いられる機械部品に関する。

近年、シリコン基板に、成膜、露光、エッチング等の微細加工を行うＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ−Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）技術を適用して、精密な機械部品を製造する工法が使われている。

一般に、ＭＥＭＳ技術を用いてシリコン基板に加工を施したあとは、耐久性や特性を向上するため、加工したシリコン基板の表面に、金属メッキや樹脂で被膜を形成することが多い。

この際に金属や樹脂の被膜が剥がれない様に、シリコン基板の表面を粗面化する技術が開示されている。（例えば特許文献１）
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。

特開平３−１２０３９４号公報（第１頁、第２図）

しかし、特許文献１に示した従来技術では、光学部品の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たので銅メッキ層とシリコン基板の表面との接触面積は増加するものの、凹凸部の形状がＶ溝形状であるため、アンカー効果が少なく、銅メッキ層とシリコン基板の表面との固着の構造は変わらないので、光学部品に伸縮運動や外部衝撃が加わると銅メッキが剥がれるという課題がある。

このように、機械部品の素材であるシリコン基板の表面に凹凸部を設け、メッキや保護の薄膜を形成する公知の技術は、機械部品自体の伸縮運動や機械部品に加わる外部からの衝撃によって薄膜が剥がれ、その剥がれた個所に応力が集中するため、耐衝撃性の低下や特性の劣化が生じやすい。さらに外部からの衝撃等で剥離した薄膜片が他の機構に侵入し、悪影響を生じるという課題もある。また、開口部や外形形状を形成してからアルカリ溶液に浸漬して粗面化するため、先に形成した開口部の表面も粗面化され、最終形状の寸法精度を制御することが難しいという課題もあった。

本発明の目的は上記課題を解決し、シリコン基板をエッチング等によって加工したのち表面にメッキや保護のための薄膜を形成する方法において、シリコン基板の表面に、メッキや保護のための薄膜を剥がれ難く形成する製造方法を提供することである。

上記課題を解決するため本発明の時計部品のぜんまいは、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、前記ぜんまいにおける断面矩形のぜんまい腕の上面と下面のうちの少なくとも一方の外周部と内周部にそれぞれ配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、シリコン基板の表面に、複数の凹部が形成されているので、メッキや保護のための薄膜を剥がれ難くすることができる。

本発明の第１実施形態における機械部品の構造を示す平面図及び断面図である。 図１に示す機械部品の一部分の平面図及び断面図である。 図２に示す機械部品の一部を拡大した断面図である。 図１に示す機械部品の製造工程を示すフローチャートである。 図１に示す機械部品の製造方法を示す断面図である。 図５に続く機械部品の製造方法を示す断面図である。 図６に続く機械部品の製造方法を示す断面図である。 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。 本発明の第２実施形態における機械部品の一部分の平面図及び断面図である。 本発明の第２実施形態の他の変形例における機械部品の一部分の平面図である。 本発明の第３実施形態における機械部品の一部分の平面図及び断面図及び斜視図である。 本発明の第３実施形態の他の変形例における機械部品の一部分の平面図である。 本発明の第２の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の第２の製造方法を示す断面図である。 本発明の第４実施形態における機械部品の構造を示す斜視図である。

本発明は、機械部品の素材であるシリコン基板の表面に、メッキや保護のための薄膜を形成する際に、シリコン基板の表面に複数の凹部を設け、この凹部の開口部の幅より内部の幅を広く形成し、この凹部に薄膜が入り込みアンカー効果を生じることで、薄膜を剥がれ難く形成するものである。

以下、図１から図８を用いて本発明の機械部品を詳述する。図１は本発明の第１実施形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。

〔第１実施形態〕
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。［ひげぜんまいの構成の説明：図１〜図３］
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１（ａ）において、ひげぜんまい１は、中心部に図示しない機械式腕時計の回転軸体であるてん真と嵌合するための貫通孔３ａを有するひげ玉３と、貫通孔３ａを中心にしてひげ玉３に巻回されるように設計されたコイル形状のぜんまい部２と、ぜんまい部２の巻き終わりと接続しているひげ持４とから構成されている。ぜんまい部２の巻き始めとひげ玉３とは接続部３ｂで接続している。ひげ持４には、ひげぜんまい１を機械式腕時計の筐体に固定するための貫通孔４ａが設けられている。

ひげぜんまい１の材料としては、水晶、シリコン、シリコン酸化物、などを主成分とする単結晶材料から構成することができる。ここで、単結晶材料とは、エッチング工程を経て、外形形成をすることができる材料であり、複数の材料からなっていても構わない。材料をシリコンとすれば、軽いひげぜんまいを構成できて便利である。以後の説明にあっては、ひげぜんまい１の材料を、軽くて加工しやすいという特徴を有するシリコンとする場合を例にして説明する。

ひげぜんまい１を構成する材料がシリコンであるとすると、ひげぜんまい１の製造や加工に際して、シリコン半導体基板の加工工程として知られている深堀りＲＩＥ技術を用いることができ、半導体装置を製造する際と同様な公知の製造技術を用いることができる。

ぜんまい部２は一体で形成されており、ひげ玉３の周囲を巻回されているような形状を有している。図１（ｂ）は、図１（ａ）に示すぜんまい部２のＡ−Ａ‘における断面図である。図１（ｂ）ではぜんまい部２の４つの部分を拡大して示してあり、４つの部分にぜんまい腕２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄの名称を付与して説明する。

図１（ｂ）に示すように、ひげぜんまい１のバネ部の断面は矩形であり、この矩形形状を変えてひげぜんまい１のバネ定数を調整する。図１（ｂ）に示すように、ぜんまい部２は間隔ｋ１の渦巻きを形成しており、ぜんまい腕２０ａ〜２０ｄの各々の形状は、ぜんまいによって異なるが、おおよそ幅ｅは３０〜８０μｍ、高さｈは７０〜３００μｍの範囲である。

図２を用いてひげぜんまい１の細部の構造を説明する。図２（ａ）、（ｂ）は図１に示すぜんまい１の図から、ぜんまい腕２０ａのみを示している。図２（ａ）は、ぜんまい腕２０ａの平面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）の線Ｌｍにおける断面図である。

図２（ａ）から分かるように、ひげぜんまい１の表面にはひげぜんまい１の長寿命と高耐久性を確保するため高分子材を用いた薄膜６で表面が覆われている。また、図２（ａ）の平面図や図２（ｂ）の断面図に示すように各ぜんまい腕２０ａ〜２０ｄの一方の面２Ｐ及び反対側の面２Ｔには複数の凹部７が間隔Ｋ２で形成されており、薄膜６との結合においてアンカー効果を生じ接着が強固になっている。ここでは、上面の面２Ｐと下面の面２Ｔの両方に凹部７を形成したが、効果は減少するが、どちらか一方の面だけに凹部７を形成しても構わない。なお、図１（ａ）ではこの凹部７の図示は省略してあり、図１（ｂ）のぜんまい腕２０ａ〜２０ｄにおいても同様に凹部７が形成してある。

薄膜６はシリコンよりも剛性が低い樹脂であるパラキシリレン系樹脂を用いる。しかし、これに限定されない。例えば無機材料のメッキ膜や蒸着膜であってもよい。ぜんまい腕２０ａ〜２０ｄの表面の凹部７に入り込むように薄膜６を形成することによって、ぜんまい部２のもろさを緩和し耐久性が向上する。

凹部７の配置について図２（ａ）を用いて詳述する。ひげぜんまい１における複数の凹
部７は、図示していないひげぜんまい１の中心を通り互いに角度θの間隔をなす２本の線Ｌｍ、Ｌｎ上に２個ずつ、間隔Ｋ２で設けられている。ぜんまい腕２０ｂ〜２０ｄにおいても同様に複数の凹部が設けられており、角度θは、ぜんまい腕２０ａ、２０ｂでは略４５度、ぜんまい腕２０ｃ、２０ｄでは略３０度としている。凹部７の形状は入口より奥が広いので、図２（ａ）では凹部７の、入口側の外形線を実線、奥側の外形線を破線で図示してある。

凹部７と薄膜６の構造について、図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて更に説明する。図３（ａ）は、図２（ｂ）に示した断面図の凹部７の周辺を拡大した図である。ぜんまい腕２０ａの一方の面２Ｐに形成された凹部７の開口幅ｄは４．５μｍで、内周幅Ｄは５μｍである。すなわち凹部７の入口の直径は、内部の直径より５００ｎｍ狭い。

凹部７の入口の直径は内部の直径より狭いことにより、薄膜６が凹部７の内部に入り込み、入口部分で引っかかる構造となる。つまり、薄膜６とぜんまい腕２０ａの基材であるシリコン基板２００との界面においてアンカー効果が生じ、薄膜６は基材のシリコン基板２００から剥がれ難くなる。薄膜の厚さｔ１は３μｍで、凹部７の深さｔ２は１μｍである。なお、他方の面である面Ｔ２についても同様に凹部と薄膜が形成され、アンカー効果が生じている。

なお図３（ａ）に示す様に、凹部７に薄膜６が入り込むため、凹部７周辺の薄膜６には陥没部Ｘが生じるが、特に必要な場合を除き陥没部Ｘの図示は説明のため省略する。

次に図３（ｂ）を用いてぜんまい腕２０ａの側面の構造を説明する。図３（ｂ）は図２（ｂ）に示したぜんまい腕２０ａの断面図の、側部２ｓ周辺を拡大した図である。図３（ｂ）に示すように、ぜんまい腕２０ａの側部２ｓには薄膜６が厚さｔ１（３μｍ）で形成され、側部２ｓの表面は、深掘りＲＩＥ加工時に形成されるスキャロップ面ｅｓが形成されている。スキャロップ面ｅｓとは波状の凹凸面である。このぜんまい腕２０ａのスキャロップ面ｅｓにより、ぜんまい腕２０ａと薄膜６との接触面積が増大する。接着面積が増すことで、面２Ｐに形成した凹部７の効果ほどではないが、薄膜６のぜんまい腕２０ａｈの接着力が増し、薄膜６は剥がれ難くなる。

［第１実施形態における効果の説明：図３（ａ）］
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２００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。

また、ひげぜんまい１の表面に設けられた複数の凹部７の深さｔ２は、薄膜６の厚さより小さいので、アンカー部である凹部が十分に薄膜材料で埋め尽くされ、アンカー効果が十分に発揮され、剥がれ難さは確実になる。さらに表面の凹形状が目立ちにくく、美観を損ねることもない。

さらに、アルカリ溶液に素材を浸漬して表面を粗面化したのちメッキや保護のための薄膜を形成するという従来の技術では、最終形状の寸法精度を制御することが難しかったが、この課題も解決することが可能である。

［第１の製造方法の説明：図４］
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。

ステップＳＴ１０は、ひげぜんまい１の素材であるシリコン基板に後述する外形形成用マスクより開口部の狭い凹部形成用マスク８を用い、複数の凹部７を形成する複数凹部形成工程であって、ステップＳＴ１の凹部マスク形成工程とステップＳＴ２の凹部エッチング工程とから構成される。ステップＳＴ２０は、凹部形成用マスク８の開口部より広い開口部を備えた外形形成用マスク９を用い、シリコン基板からひげぜんまい１の全体の形状を形成する外形形成工程であって、ステップＳＴ３の外形マスク形成工程とステップＳＴ４の外形エッチング工程とから構成される。ステップＳＴ３０は、全体の形状が形成されたひげぜんまい１の表面に薄膜６を形成する薄膜形成工程である。

［各工程の説明：図５〜図８］
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。

[複数凹部形成工程（ステップＳＴ１０）の説明：図５〜図６（ａ）]
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。

＜凹部マスク形成工程（ステップＳＴ１）＞
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（ｂ）に示すように、塗付したレジストＲを硬化処理後、フォトリソグラフィでパターニングし、露光ののちアルカリ水溶液で不要なパターンを除去して、シリコン基板２００にひげぜんまい１のぜんまい部２に複数の凹部７を形成するための複数の開口部８ｗを備えた凹部形成用マスク８を形成する。以上でステップＳＴ１が完了する。

＜凹部エッチング工程（ステップＳＴ２）＞
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５（ｄ）は、図５（ｃ）の部分図Ｍ５を拡大して示す断面図である。図５（ｄ）に示すように、シリコンの等方性ドライエッチングを行うと、側面方向にもエッチングが進み、またレジスト膜直下のエッチング量は少ないため、シリコン基板２００に内周幅Ｄが開
口幅ｄより大きい凹部７が複数形成される。

なお図示しないが、必要に応じパッシベーション用ガスＧ２によって凹部底面７ｓを保護しながらエッチング用ガスＧ１によって再度凹部内側面７ｎのエッチングを行う。この過程で凹部内側面７ｎがエッチングされ、内周幅Ｄが開口幅ｄよりさらに大きい凹部７が複数形成される。

こののち図６（ａ）に示すように、アルカリ水溶液を用いてレジストＲを除去する。シリコン基板２００の上面２００ｕと下面２００ｂとには１対の凹部７が８か所形成され、ステップＳＴ２が完了する。ステップＳＴ１、ステップＳＴ２が終了し、ステップＳＴ１０が終了する。

[外形形成工程（ステップＳＴ２０）の説明：図６（ｂ）〜図８（ｂ）]
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。

＜外形マスク形成工程（ステップＳＴ３）＞
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６（ｃ）に示すように、シリコン基板２００のぜんまい部２となるぜんまい腕２０ａ〜２０ｄの幅ｅに相当する部分を覆うように、液体レジストＲをフォトリソグラフィでパターニングし、開口部９ｗを備えた外形形成用マスク９を形成する。上述の通りこの外形形成用マスク９は図示しないがひげぜんまい１の全体を形作る形状である。

＜外形エッチング工程（ステップＳＴ４）＞
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７（ｂ）に上述のボッシュプロセスによる外形形状の詳細を示す。図７（ｂ）は、図７（ａ）の部分図Ｍ６を拡大して示す断面図である。図７（ｂ）に示すように、シリコン基板２００の、外形形成用マスク９の開口部９ｗで露出された部分は、図面視で上から下にエッチングされる。ボッシュプロセスでは、側壁２０ｂｓ及び側壁２０ｃｓをパッシベーション用ガスＧ２によって保護しつつ、底面２００ｇをエッチング用ガスＧ１によってエッチングするので、シリコン基板２００は、エッチングによって図７（ｂ）に示すように細長い形状にエッチングされ、最終的には外形線ｃで切断される。

さらに図７（ｂ）に示すように、エッチング用ガスＧ１が底面２００ｇをエッチングする過程では等方性のエッチングが行われるため、側壁２０ｂｓ及び側壁２０ｃｓは、図７（ｂ）の図面視で水平方向にもエッチングされる。２種のガスを切り替える度に水平方向へのエッチングの痕が発生するので、側壁２０ｂｓと側壁２０ｃｓには、ガスの切り替え数と同じ数の波型を有するスキャロップ面ｅｓが形成される。

図８（a）に示すように、最終的に基板２００からぜんまい腕２０ａ〜２０ｄがエッチ
ングにより離断される。

こののち図８（ｂ）に示すように、アルカリ水溶液を用いて外形形成用マスク９を除去する。ステップＳＴ１０によってぜんまい腕２０ａ〜２０ｄには１対の凹部７が８か所形成されている。説明のため、この状態のぜんまい腕２０ａ〜２０ｄを含むぜんまい部２とひげ玉３とひげ持４とからなる要素を、未処理ひげぜんまい１ｐと称する。図８（ｂ）において図示していないが未処理ひげぜんまい１ｐは、シリコン基板２００からエッチングによってぜんまい部２が切り出され、ひげ玉３の貫通穴３ａ及びひげ持４の貫通穴４ａは貫通して形成されている。以上でステップＳＴ４が終了し、ＳＴ２０が終了する。

[薄膜形成工程（ステップＳＴ３０）の説明：図８（ｃ）]
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。

＜ステップＳＴ３０＞
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。

以上の説明において、本発明の製造方法による機械部品として機械式腕時計用のひげぜんまいを例に説明したが、本発明はこれに限るものではなく、小型情報端末などで多用されている各種物理量のセンサーを製造する上で広く利用可能である。

［第２実施形態］
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。

［第２実施形態におけるひげぜんまい１の構造の説明：図９Ａ（ａ）〜図９Ａ（ｂ）］
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（ｂ）に示すように、ぜんまい腕２１ａの一方の面２Ｐa及び他方の面２Ｔａに
は、各々１個の凹部７が形成されている。図示していないが、ぜんまい腕２１ｂ〜２１ｄにおいても同様である。

凹部７の配置について図９Ａ（ａ）を用いて詳述する。ひげぜんまい１における複数の凹部７は、図示していないひげぜんまい１の中心を通り互いにθ１の間隔をなす線Ｌｎ‘と線Ｌｍ’上に１個ずつ互い違いに、言い換えれば１個ずつ千鳥状に設けられている。

図示していないが、ぜんまい腕２１ｂ〜２１ｄにおいても同様である。θ１は、ぜんまい腕２１ａ〜２１ｂでは略３０度で、ぜんまい腕２１ｃ、２１ｄでは略２０度としている。また凹部間の直線状の間隔ｋ２は略１０〜３０μｍである。ひげぜんまい１における他の要素や構造は、第１実施形態におけるひげぜんまい１と同様なので説明は省略する。

［第２実施形態におけるひげぜんまい１の効果の説明：図９Ａ（ａ）、図９Ａ（ｃ）］
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。

また、図９Ａ（ｃ）に示すように、ぜんまい部２ａａの様に凹部７ａの径を大きく設定することも可能になる。凹部７ａの径が大きくできれば、内周幅Ｄａと開口幅ｄの差を大きく設定でき、薄膜６のぜんまい腕２１ａに対するアンカー効果がより大きくなり、ひげぜんまい１の耐久性が更に改善される。

［第２実施形態の他の変形例におけるひげぜんまい１の構造の説明：図９Ｂ（ａ）〜図９Ｂ（ｃ）］
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。

＜第１変形例＞
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。

＜第２変形例＞
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。

＜第３変形例＞
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。

［第３実施形態］
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。

［第３実施形態におけるひげぜんまい１の構造の説明：図１０Ａ（ａ）〜図１０Ａ（ｃ）］
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）及び図１０Ａ（ｂ）に示すように、ひげぜんまい１における複数の凹部７ｂは、ぜんまい腕２２ａの一方の面２Ｐｂ及び他方の面２Ｔｂに、回廊状に形成されている。図１０Ａ（ａ）に示すように、斜線を施して図示した凹部７ｂは、ぜんまい部２ｂの形状に沿って回廊状に形成されている。

また図１０Ａ（ｃ）に示すように、凹部７ｂは、長円状の断面を有する回廊状に形成されている。凹部７ｂの間隔Ｋ２は略１０〜２０μｍである。図示していないが、ぜんまい腕２２ｂ〜２２ｄにおいても同様である。ひげぜんまい１における他の要素や構造は第１実施形態と同様なので説明は省略する。

［第３実施形態におけるひげぜんまい１の効果の説明：図１０Ａ（ａ）］
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。

すなわち第１実施形態におけるひげぜんまい１の凹部７や、第２実施形態におけるひげぜんまい１の凹部７ａは、点状に形成されていたが、本実施形態におけるひげぜんまい１の凹部７ｂは線状に形成されているので、薄膜６とひげぜんまい１とのアンカー効果は長い範囲で生じ、ひげぜんまい１の耐久性をさらに向上させる。

［第３実施形態の他の変形例におけるひげぜんまい１の構造の説明：図１０Ｂ（ａ）〜図１０Ｂ（ｂ）］
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。

＜第１変形例＞
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。

＜第２変形例＞
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。

［第２の製造方法］
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。

［第２の製造方法におけるフローチャートの説明：図１１］
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。

ステップＳＴ１０ａは、ひげぜんまい１の素材であるシリコン基板に、凹部・外形マスクを用いて複数の凹部を形成し同時にひげぜんまい１の外形形状を形成する工程であって、ステップＳＴ１ａの、凹部・外形マスク形成工程と、ステップＳＴ２ａの、複数の凹部と外形形状とを同時にエッチングする凹部・外形エッチング工程とから構成される。ステップＳＴ３０は凹部・外形を形成した未処理ひげぜんまい１ｐに薄膜を形成する薄膜形成工程であり、第１実施形態と同じである。

＜凹部・外形マスク形成工程（ステップＳＴ１ａ）＞
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（ｂ）に示すように、塗付したレジストＲを硬化処理後、フォトリソグラフィでパターニングし、露光ののちアルカリ水溶液で不要なパターンを除去して、シリコン基板２００に、複数の開口部８ｗと複数の開口部９ｗとを備えた凹部・外形形成用マスク８９を形成する。

なお、凹部・外形形成用マスク８９の開口部８ｗは、ひげぜんまい１の素材であるシリコン基板２００に複数の凹部を形成するための開口部であり、開口部９ｗはシリコン基板２００からひげぜんまい１の外形形状を形成するための開口部であって、開口部８ｗは開口部９ｗより狭い開口部を有している。以上でステップＳＴ１ａが完了する。

＜凹部・外形エッチング工程（ステップＳＴ２ａ）＞
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、ＳＦ_６などを用いることができる。

次にシリコン基板２００に形成されたへこみ部分９ｄに、知られているボッシュプロセスを適用し、シリコン基板２００からひげぜんまい１を形作るためのドライエッチングを行う。すなわち、図１２（ｄ）に示す様に、まず凹部・外形形成用マスク８９を形成したシリコン基板２００にパッシベーション用ガスＧ２を所定の時間印加し、シリコン基板２００全体を覆う保護膜を形成する。パッシベーション用ガスＧ２としてはＣ_４Ｆ_８などを用いることができる。

次に図１２（ｄ）に示す様に、シリコン基板２００に異方性エッチング用ガスＧ１を印加して異方性ドライエッチングを行い、シリコン基板２００のへこみ部分９ｄの底部９ｄｂに形成されたパッシベーション層を破壊する。異方性エッチング用ガスＧ１としては、
酸素プラズマやフッ素系ラジカルなどを用いることができる。

次にシリコン基板２００に等方性ドライエッチング用ガスＧ１を印加して等方性ドライエッチングを行う。これによって、既に保護膜を失ったシリコン基板２００のへこみ部分９ｄの底面９ｄｂが集中的にエッチングされ、シリコン基板２００のへこみ部分９ｄは図１２（ｄ）の図面視で下方に集中的にエッチングされる。一方、シリコン基板２００の複数の凹部７は、開口部８ｗが開口部９ｗより狭いため、パッシベーション用ガスＧ２によって所定時間内はエッチングが行われない。

以上のように、パッシベーション用ガスＧ２と異方性ドライエッチング用ガスＧ１と等方性ドライエッチング用ガスＧ１とを、順に所定時間印加することによって、図１２（ｄ）に示した基板２００の外形線ｃに沿って離断される。

なお図１２（ｄ）以降の外形形状の形成については第１の製造方法と同じなので説明は省略する。以上でシリコン基板２００からぜんまい腕２０ａ〜２０ｄがドライエッチングにより離断される。

こののち凹部・外形形成用マスク８９を除去し、未処理ひげぜんまい１ｐを形成する。詳細は第１実施形態と同じなので説明は省略する。以上でステップＳＴ２ａ及びステップＳＴ１０ａが終了する。またこののちステップＳＴ３０において薄膜形成工程により未処理ひげぜんまい１ｐの表面に薄膜６を形成する。詳細は第１の製造方法と同じなので説明は省略する。以上述べたステップＳＴ１０ａ〜ステップＳＴ３０の工程の後、ひげぜんまい１の完成形を得る。

［第２の製造方法の効果の説明：図１１］
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。

［第４実施形態］
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。

なお、図１３（ａ）はガンギ歯車体１１ｐ、図１３（ｂ）はアンクル体３１ｐと知られている腕時計の部品である。図１３（ａ）に示す様に、ガンギ歯車体１１ｐの一方の面１１ｕには複数の凹部７が設けられ、反対側の面１１ｂにも図示していないが複数の凹部７が設けられている。また図１３（ｂ）に示す様に、アンクル体３１ｐの一方の面３１ｕには複数の凹部７が設けられ、反対側の面３１ｂにも図示していないが複数の凹部７が設けられている。なお説明のため、複数の凹部７の形状は実際より大きく、数は実際より少なく図示している。

図１３（ｃ）は、ガンギ歯車体１１ｐ及びアンクル体３１ｐに形成された凹部７の斜視図であって、例として、図１３（ｂ）に示すアンクル体３１ｐの凹部７を拡大して示す。図１３（ｃ）において、凹部７の形状は入口より奥が広いので、凹部７の入口側の外形線を実線、奥側の外形線を破線で図示してある。凹部７の入口側の開口幅ｄは４．５μｍで、奥側の内周幅Ｄは５μｍである。

［第５実施形態における効果の説明：図１３（ｃ）］
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。

以上説明した実施形態は、これに限定されるものではなく、それぞれの実施形態を組み合わせて構成しても構わない。また、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。

１ ひげぜんまい
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 (6)

1. 時計部品のぜんまいであって、
   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、前記ぜんまいにおける断面矩形のぜんまい腕の上面と下面のうちの少なくとも一方の外周部と内周部にそれぞれ配置されている
   ことを特徴とする時計部品のぜんまい。
   
2. 前記外周部の複数の凹部の径は、前記内周部の複数の凹部の径より大きい
   ことを特徴とする請求項１に記載の時計部品のぜんまい。
3. 前記外周部の複数の凹部は、前記内周部の複数の凹部より多数であって、密集して設けられている
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の時計部品のぜんまい。
4. 前記外周部の凹部は、前記内周部の凹部と形状が異なる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の時計部品のぜんまい。
5. 前記外周部の凹部は、前記内周部の凹部より、前記薄膜との結合面積を大きくした形状である
   ことを特徴とする請求項４に記載の時計部品のぜんまい。
6. 前記外周部の凹部は星形であり、前記内周部の凹部は円形である
   ことを特徴とする請求項５に記載の時計部品のぜんまい。
   
   
   

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