JP6933744B2

JP6933744B2 - 面トポロジーを有する特に計時器用の部品及びその製造方法

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Publication number: JP6933744B2
Application number: JP2020050691A
Authority: JP
Inventors: マルコ・ヴェラルド; クリスチャン・シャルボン
Original assignee: ニヴァロックス−ファーソシエテアノニム
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2021-09-08
Anticipated expiration: 2040-03-23
Also published as: US20200371477A1; KR20200135723A; KR102340692B1; EP3742237A1; CN111983912A; US11586145B2; JP2020190545A

Description

本発明は、使用時に他の部品と摩擦接触するように意図されているマイクロメカニカル部品、特に、計時器の分野で用いられるマイクロメカニカル部品、に関する。本発明は、さらに、このような部品を製造する方法に関する。

摩擦性能を改善したり面を導電性にしたり耐摩耗性にしたりすることを意図してマイクロメカニカル部品を機能層で被覆することが知られている。導電層の場合、最も単純な手法は、通常ＰＶＤを用いて、金属層を堆積させることによって被覆する。この堆積物は、一般的には比較的軟らかく、摩擦領域、例えば、エスケープ車の歯とパレット石の間、又はレバーノッチとインパルスピンの間の接触領域、において摩耗する。この導電層が摩擦領域から完全になくなると、導電層が不連続的になって役に立たなくなってしまうという課題がある。

本発明の目的は、摩擦することが意図されている領域内にて構造化されているような部品を提案することによって、上述の課題を解決し、使用時に、摩耗にもかかわらず、部品の摩擦領域と残りの部分の間の連続した導電層を維持することを可能にすることである。

このために、当該部品は、機能面とも呼ばれる前記領域において、導電層で被覆される一連のトラフによって形成される構造を有する。導電層で被覆されるトラフ又は凹部は、機能面を包囲する２つの側面の間に形成され、部品における導電層で被覆される様々な面とつながっている層を形成する。摩耗しているときに、導電層は、トラフの底部に残り、これによって、層の完全性と連続性を維持する。

好ましくは、当該構造は、当該部品を加工するステップにて、スキャロップ状（ホタテ貝形状）にされ作られる。製造方法として、ＤＲＩＥ（深掘り反応性イオンエッチング：deep reactive ion etching）法が用いられる。このプロセスは、当該部品のエッチングされた縁部上にスキャロップ又はリップルを形成させる。このスキャロップは、このプロセスに特有の欠陥であり、従来技術においては当業者が除去することを望むものである。このために、一般的には、ＤＲＩＥプロセスの後に、スキャロップ状の輪郭を平滑化するように意図された酸化及び還元のステップを行う。対照的に、本発明によれば、この酸化及び還元のステップを行わず、部品の縁部にスキャロップ状の輪郭を維持する。したがって、本発明に係る製造方法は、単一のステップで、当該部品を加工／エッチングし、面にテクスチャを形成することを可能にする。次に、当該部品のすべての面上に導電層を堆積させる。この種々の面上の被覆は、導電層が当該部品のすべての面上において一体的であり又は連続している場合にのみ、部分的であることができ、これによって、部品全体にわたって導電性の特性が確実になる。

図面を参照しながら例（これに限定されない）として与えられる好ましい実施形態についての以下の説明を読むことで、本発明の他の特徴及び利点を理解することができるであろう。

図１Ａ及び１Ｂはそれぞれ、他の部品と接触するように意図されている面上に、本発明に係るスキャロップ状のテクスチャを有する部品、この場合はパレット石、の断面図と斜視図を概略的に示している。図１Ａに示している製造される状態では、他の部品と接触することを意図されている面は、導電層で完全に被覆される。図１Ａ及び１Ｂはそれぞれ、他の部品と接触するように意図されている面上に、本発明に係るスキャロップ状のテクスチャを有する部品、この場合はパレット石、の断面図と斜視図を概略的に示している。図１Ｂに概略的に示しているように、導電層は、摩耗後にテクスチャのトラフ内にのみ残る。図２Ａは、歯及び／又はパレットの縁部上に、本発明に係るテクスチャが形成され、トラフ内に存在する導電層を有する２つの部品（エスケープ車／パレット）を有する計時器システムの表示である。図２Ｂは、トラフ内の導電層を有する２つの部品のうちの１つの加工される縁部上のテクスチャを概略的に示している。本発明に係るテクスチャを作るために実施されるＤＲＩＥプロセスの種々のステップを、既知の方法で概略的に示している。

本発明は、使用時に摩擦するように意図された部品に関する。具体的には、この部品は、摩擦時に蓄積される静電荷を解放するように導電層で被覆されるように意図された非導電性の材料によって作られた部品である。例えば、この材料はケイ素ベースのものであることができる。例として、計時器の分野において、システムに関与する一方の部品又は両方の部品として、エスケープ車の歯／パレット石、レバーノッチ／インパルスピンなどを挙げることができる。また、この部品は、計時器用ムーブメントの固定された慣性バランスに取り付けるように意図されたバランスばねに関するものであることもできる。

図１Ａ〜１Ｂに概略的に示しているように、部品１には、その機能面２上に、すなわち、摩擦するように意図された面上に、好ましくは周期的パターンを形成する、一連のトラフ２ａによって形成されるテクスチャが形成されている。これらのトラフ又は凹部２ａは、機能面２を包囲する２つの側面３の間にて形成されている。図示している例では、トラフは、平行な２つの側面の間にて形成されている。好ましくは、面２の構造は、ピーク２ｂによって分けられる丸まった断面を有するトラフ２ａが形成された周期的なスキャロップによって形成される。この構造には、部品の縁部がＤＲＩＥプロセスで加工／エッチングされるときに、直接製造することができるという利点がある。この代替実施形態によれば、面２の構造のピーク２ｂ及び２つの部品の間で発生する摩擦の方向に形成されるトラフ２１上にて、部品１と、この部品１が摩擦するように意図された部品の面の間で接触する。一般的には、トラフの断面は、異なる形（三角形、四角形など）であることができる。同様に、トラフ２ａを包囲する部分２ｂは、レリーフ状ではなく平坦であることができる。通常、テクスチャの最低点と最高点の間の距離であるトラフの深さＰは、１００〜５００ｎｍである。また、トラフは、摩擦するように意図された部品１の摩擦方向に対して、平行、垂直又は傾斜方向に、形成されていることができる。

本発明によれば、製造プロセスの終わりに部品全体を導電層４で被覆することが好ましい。したがって、図１Ａに示しているように、機能面２、側面３と裏面５のすべては、製造プロセスの終わりに導電層４によって全体的に被覆される。実質的に一定の層４の厚みは一貫している。すなわち、層４は、部品、特に、機能面２、の面トポロジーに従う。次に、使用時に、摩擦に起因する摩耗の後に、導電層４は、トラフ２ａ（図１Ｂ）の両側にあるピーク部分２ｂから徐々に消失し、一方、ピーク２ｂの間又はトラフ２ａの底部のみに位置する導電層の部分は存在し続け、必要とされる導電性を確保し続けて、例えば、蓄積される静電荷をいずれも排除する。代替実施形態の１つでは、導電層が部品全体にわたって一体的であることを前提に、すべての面が導電層で完全に被覆されるわけではないことも考えることができる。したがって、製造プロセスの終わりに機能面ではトラフ２ａのみを導電層４で被覆することを考えることができる。

例として、図２Ａは、歯８があるエスケープ車６と、２つのパレット石９を備えるパレットレバー７とを備える計時器システムを示している。歯８とエスケープ車６にはそれぞれ、インパルス面８ａとロック面８ｂがあり、パレットレバー７のパレット石９にはそれぞれ、パレット石のインパルス面９ａ、ロック面９ｂ及び裏面と呼ばれる面９ｃがある。パレットレバー７は、さらに、２つのホーン７ｂを備えるフォークを端とするレバー７ａを備え、そのホーン７ｂの面７ｃは、互いに反対側にあり、バランス（図示せず）と一体化されたローラーＰによって担持されるインパルスピンＣと連係する。図示している例において、歯８のインパルス面８ａ、９ａとパレット石９のロック面８ｂ、９ｂは、摩擦し、トラフ２ａに導電層４を有する本発明に係るテクスチャが形成されている（図２Ｂ）。いくつかの代替実施形態において、歯の各インパルス面９ａ及び９ａとパレット石のロック面８ｂ及び９ｂの面のうちの少なくとも１つは、トラフ２ａに導電層４を有する本発明に係るテクスチャが形成されていることが明らかである。代替実施形態の１つにおいて、本発明に係る機能面がインパルスピンＣと接触するように意図されたパレットフォークのホーンの面７ｃを形成することも考えられる。

具体的には、固定された慣性（図示せず）を有するバランスに取り付けられるように意図されたバランスばねの場合、バランスばねの外側コイルの両面は、バランスばねの平面に垂直であり、それぞれの面は、バランス／バランスばねが振動しているときに、インデックスアセンブリーの２つのピンと摩擦する。したがって、これらの２つの面のうちの少なくとも１つには、本発明に係る導電層４で被覆されたピーク２ｂによって分けられる一連のトラフ２ａによって形成されるテクスチャが形成されている面があり、これらのピーク２ｂの線は、バランスばねコイルの周方向に延びる。

本発明に係る構造を形成するために、種々のプロセスを考えることができる。例えば、本発明に係る構造を機械加工、選択的化学エッチングなどによって得ることができる。好ましくは、この面テクスチャは、部品の加工時に、２つの異なる順次的なサイクル、すなわち、エッチングサイクルと不活性化サイクル、を有するプラズマエッチングプロセスであるＤＲＩＥプロセスによって得られる。図３に、この方法を模式的に示している。既知の形態で、例えば、ケイ素ベースのブランク１０を用意する。ブランク１０（図３ａ）の面には、加工されるトレンチを形成する有孔マスク１１を形成する。そして、この方法は、フッ素化ガス（例、ＳＦ₆）にてエッチングするステップ（図３ｂ）と、フッ化炭素ガス（例、Ｃ₄Ｆ₈）にて不活性化（層１２）を行うステップの一連のステップによって構成しており、エッチングステップと不活性化ステップを交互に行うことによって、加工された側壁上にスキャロップ状の構造を作る。トラフの周期性と深さは、よく知られている方法で、エッチング及び不活性化のシーケンスの時間を変えることなどによって調整することができる。

本発明に係るテクスチャを機能面上に得た後に、部品の種々の面上に導電層を堆積させる。好ましくは、この層は金属であり、金、白金、ロジウム、パラジウム、クロム、チタン、バナジウムのような耐腐食性で非磁性の金属によって形成される。通常、この層の厚みは、１００ｎｍ以下である。スパッタリング、物理蒸着、イオン注入、又は電解堆積のような種々の公知のプロセスによって、この導電層を堆積させる。

なお、導電層に加えて、部品は、導電層の下にて一又は複数の層で被覆されていてもよい。例えば、ケイ素製のバランスばねの場合、このような層は、温度によるバランスばねのコアの熱弾性係数の変動を補償する機能を有する温度補償層、例えば、ＳｉＯ₂であることができる。

１部品
２部品の機能面
２ａトラフ
２ｂピーク又は部分
３側面、又は機能面とつながっている面
４導電層
５機能面とつながっていない面、又は機能面の反対側の面
６エスケープ車
７パレットレバー
７ａレバー
７ｂホーン
７ｃホーンの機能面
８エスケープ車の歯
８ａ機能面を形成するインパルス面
８ｂ機能面を形成するロック面
９パレット石
９ａ機能面を形成するインパルス面
９ｂ機能面を形成するロック面
９ｃパレット石の裏面
１０ブランク
１１マスク
１２不活性化層
Ｃインパルスピン
Ｐローラー

Claims

他の部品と摩擦接触することを意図された部品（１）であって、
当該部品（１）は、当該部品（１）のすべての面を少なくとも部分的に覆う一体的な導電層（４）で被覆され、
機能面（２）である前記面の少なくとも１つ上に摩擦が発生し、
前記機能面（２）は、複数の側面（３）によって囲まれ、
当該部品（１）の機能面（２）上には、前記導電層（４）で被覆される一連のトラフ（２ａ）によって形成されるテクスチャがあり、
前記トラフ（２ａ）はそれぞれ、前記機能面（２）上の摩擦が発生させる摩耗にもかかわらず、部品全体にわたって導電性の特性を維持するために、当該部品（１）の全体にわたって一体的に又は当該部品（１）のすべての面にわたって連続的に前記導電層（４）が残るように、当該部品（１）の２つの側面（３）の間にて形成される
ことを特徴とする部品。
製造された状態において、前記トラフ（２ａ）と、及び前記機能面（２）上のトラフ（２ａ）を包囲する包囲部分（２ｂ）とは、前記導電層（４）で被覆され、前記包囲部分（２ｂ）上の前記導電層（４）は、使用時に摩耗しやすい
ことを特徴とする請求項１に記載の部品。
前記トラフ（２ａ）の深さＰは、１００〜５００ｎｍである
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の部品。
前記一連のトラフ（２ａ）は、周期的構造を形成する
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の部品。
前記トラフ（２ａ）は、丸まった断面を有し、隆起している部分（２ｂ）によって分けられており、これによって、スキャロップ状のテクスチャを形成する
ことを特徴とする請求項３又は４に記載の部品。
前記テクスチャは、深掘り反応性イオンエッチングによって加工される前記少なくとも１つの機能面（２）の一方の側面（８ａ、９ｂ）上に形成されている
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の部品。
前記導電層（４）は、金属層である
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の部品。
前記金属層は、金、白金、ロジウム及びパラジウムから選択される金属で作られている
ことを特徴とする請求項７に記載の部品。
前記製造された状態において、前記導電層（４）は、前記面のそれぞれを完全に覆い、
使用時に、前記導電層（４）は、前記機能面（２）を除き、前記面のそれぞれを完全に覆い、前記機能面（２）から前記導電層（４）が徐々に消失する
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の部品。
計時器用部品である
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の部品。
固定された慣性を備えるバランスに取り付けられるように意図されたバランスばねである
ことを特徴とする請求項１０に記載の部品。
エスケープ車（６）／パレット（７）、パレット（７）／ローラーのいずれかのシステムの部品である
ことを特徴とする請求項１０に記載の部品。
前記機能面は、前記エスケープ車の歯のインパルス面及び／又はロック面を形成する
ことを特徴とする請求項１２に記載の部品。
前記機能面は、パレット石のインパルス面及び／又はロック面を形成する
ことを特徴とする請求項１２に記載の部品。
前記機能面は、前記インパルスピンに接触するように意図されているパレットフォークのホーンの面を形成する
ことを特徴とする請求項１２に記載の部品。
ケイ素ベースの材料で作られている
ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の部品。
請求項１０〜１６のいずれか一項に記載の部品（１）を備える
ことを特徴とする計時器。
請求項１〜１６のいずれか一項に記載の部品を製造するための方法であって、
（ａ）ブランク（１０）を用意するステップと、
（ｂ）深掘り反応性イオンエッチングプロセスによって前記ブランク（１０）の側面（８ａ、９ａ）を加工して、前記深掘り反応性イオンエッチングプロセスに特有であり一連のトラフ（２ａ）が形成されたスキャロップ状のテクスチャを前記側面（８ａ、９ａ）に形成するステップと、及び
（ｃ）前記トラフ（２ａ）が形成されている各面上に導電層（４）を堆積させるステップと
を備えることを特徴とする部品（１）を製造する方法。