KR102281705B1 - 특히 표면 토폴로지를 갖는 시계학을 위한 구성 요소 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 주어진 방향에서 서로 마찰 접촉하도록 의도된 2 개의 구성 요소들 (2) 을 포함하는 시스템 (1) 에 관한 것으로서, 마찰은 기능 영역에서 발생하고, 2 개의 상기 구성 요소들 (2) 중 적어도 하나는, 상기 기능 영역에서 표면 상에, 피크들 (3b) 에 의해서 분리된 둥근 형상의 일련의 트로프들 (3a) 또는 트로프들 (3a) 에 의해서 분리된 둥근 형상의 일련의 범프들 (3c) 로 형성된 텍스처를 포함하고, 상기 트로프들 (3a) 은 상기 주어진 방향에 평행하게 연장되고, 마찰에 의해서 생성된 잔해물 (4) 의 배출을 가능하게 하고, 그리고 윤활유 (5) 를 위한 저장부로서 역할을 한다.
본 발명은 또한 DRIE (심도 반응성 이온 에칭) 프로세스에 의해서 적어도 하나의 구성 요소 (2) 또는 몰드를 제조하는 방법에 관한 것이고, DRIE 프로세스에 의해서 기계 가공된 측벽들 상의 표면 결함들은 상기 트로프들 (3a) 을 형성하는데 사용된다.

Description

특히 표면 토폴로지를 갖는 시계학을 위한 구성 요소 및 그의 제조 방법{COMPONENT ESPECIALLY FOR HOROLOGY WITH SURFACE TOPOLOGY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 사용 동안 다른 구성 요소와 마찰 접촉하도록 의도된, 특히 시계학의 분야에서, 사용되는 마이크로 기계식 구성 요소에 관한 것이다. 본 발명은, 또한 상기 구성 요소의 제조 방법에 관한 것이다.
이스케이프먼트 구성 요소들, 점퍼들, 스프링들 등과 같은 많은 타임피스 구성 요소들은 사용 동안 마찰하게 된다. 통상적으로, 잘 제조되기 위해서는, 이런 구성 요소들은 완벽하게 평활한 접촉/마찰 표면을 가져야 한다. 하지만, 2 개의 바디들 사이의 마찰은 일반적으로 제 3 바디를 형성하는 마모 입자들의 형성을 유발한다. 입증된 긍정적인 효과 대신에, 이 제 3 바디는 구성 요소의 마모를 가속화시켜 기능에 해로운 영향을 줄 수 있다. 이런 마모를 방지하고 특정 기능들에 손실들을 초래하는 마찰력들을 감소시키기 위하여, 마찰 접촉을 일으키는 구성 요소들의 표면들에 윤활이 적용된다. 하지만, 2 개의 완벽하게 평활한 접촉 표면들이 서로 마찰하는 구성에서, 윤활유는 접촉/마찰 영역들에서 서서히 빠져 나가 마찰 접촉 조건들의 중장기적인 열화를 초래한다.
본 발명의 목적은 마찰 접촉 상태의 2 개의 구성 요소들을 갖는 시스템을 제안함으로써 상기 단점들을 극복하는 것으로서, 적어도 하나의 구성 요소는 마찰되는 영역에 토폴로지를 갖고, 상기 토폴로지는, 한편으로는, 마찰에 의해서 생성된 입자들의 제거를 용이하게 하고, 그리고, 다른 한편으로는, 윤활유를 위한 저장부를 형성한다.
이를 위해, 구성 요소는 상기 영역에서 스캘럽핑 (scalloping) 구조를 갖는다. 이 구조는 트로프들 (troughs) 의 세트를 규정하고, 상기 트로프들은 마찰 방향에서 연장되고, 그리고 마찰에 의해서 발생된 잔해물의 배출 및 윤활유의 유동을 위한 많은 채널들로서 형성된다. 본 발명의 시스템은 제 1 항에 의해서 규정된다.
본 발명에 따르면, 스캘럽핑 구조는 구성 요소를 기계 가공하는 단계 동안에 생성된다. 사용된 제조 방법은 DRIE 프로세스 (심도 반응성 이온 에칭 (deep reactive ion etching)) 이다. 이 프로세스는 구성 요소의 에칭된 벽에 스캘럽들 또는 기복들의 형성을 유발한다. 이런 스캘럽핑은 이 분야의 당업자가, 어떤 시점에서의 기술적 수준에 따라, 제거하고자 하는 프로세스의 내재된 결함이 있다. 이를 위해, DRIE 프로세스 다음에는 일반적으로 스캘럽 형상 프로파일을 평활하게 하는 산화 및 탈산 단계가 이어진다. 이에 반해서, 본 발명에 따르면, 이 단계는 마모 잔해물의 배출을 허용하고 윤활유 저장부로서 역할을 하는 스캘럽 형상 프로파일을 유지하기 위해 적어도 부분적으로 배제된다.
따라서, 본 발명에 따른 제조 방법은, 단일 단계에서, 구성 요소를 기계 가공하고 표면을 텍스처링하는 것을 가능하게 한다. 게다가, 본 발명에 따른 제조 방법의 이점은 스캘럽 형상 텍스처링이 에칭된 벽에서 마찰 방향에서 자연스럽게 정렬된다는 것이다. 본 발명의 제조 방법은 제 12 항에 의해서 규정된다.
본 발명은 또한 몰드의 에칭된 측벽들에서 스캘럽 형상 구조를 형성하기 위하여 DRIE 프로세스를 사용하여 기계 가공된 몰드에 관한 것이다. 스캘럽 형상 텍스처를 갖는 이들 몰드들은 전기 성형된 (electroformed) 구성 요소들의 후속 생산을 위한 패턴을 형성한다. 따라서, 전기 성형된 구성 요소들은 또한, 스캘럽핑과 상보적인 형상의 텍스처를 가지며, 트로프들은 잔해물 배출 채널들로서, 그리고 마찰이 발생하는 영역에서 윤활유 저장부로서 역할을 한다. 몰드는 제 9 항에서 규정된다.
본 발명의 다른 유리한 변형예들에 따라:
· 트로프들은 종방향이고 서로 평행하다.
· 상기 트로프들은 100 nm 이상 500 nm 이하, 바람직하게는 300 nm 이하의 깊이 (P) 를 갖는다.
· 일련의 피크들 및 트로프들 또는 범프들 및 중공부들은 반복적인 (periodic) 구조를 형성한다.
· 텍스처는 심도 반응성 이온 에칭에 의해서 기계 가공된 상기 적어도 하나의 구성 요소의 한쪽 면에 존재한다.
· 2 개의 구성 요소들 각각은 기능 영역에서 표면 상에 상기 텍스처를 포함하고, 상기 트로프들은 서로 대면하게 위치된다.
· 상기 적어도 하나의 구성 요소만이 그 표면 상에 상기 텍스처를 갖고, 시스템의 다른 구성 요소는 기능 영역에서 평활한 표면을 갖는다.
· 상기 적어도 하나의 구성 요소는 실리콘 또는 금속으로 제조된다.
· 구성 요소들 모두는 타임피스 구성 요소들이다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비 제한적인 예로서 주어진 바람직한 실시 형태들에 대한 이하의 설명에서 나타날 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 2 개의 구성 요소들을 갖는 시스템을 개략적으로 도시하고, 2 개의 구성 요소들 중 하나는, 다른 구성 요소와 부분적으로 접촉하게 되는 마찰 표면 상에, 본 발명에 따라 서로 평행한 일련의 스캘럽들의 형태로 텍스처를 갖는다. 마찰은 제 3 바디 (도 1a) 및 윤활유 (도 1b) 를 수용하는 트로프들의 종방향에 평행한 종방향을 따라서 발생한다.
도 2a 및 도 2b 는 2 개의 구성 요소들을 갖는 시스템의 변형예를 도시하고, 2 개의 구성 요소들 중 하나는 도 1a 및 도 1b 에 도시된 것과 상보적인 형상의 텍스처를 갖는다.
도 3a 는 2 개의 구성 요소들 (이스케이프먼트 휠/팰릿 레버) 을 포함하는 타임피스 시스템을 도시하고, 2 개의 구성 요소들은, 치형부들 및/또는 팰릿들의 에지 상에, 본 발명에 따른 텍스처를 갖는다.
도 3b 는 에칭된 벽의 텍스처를 개략적으로 도시한다.
도 4 는, 공지된 방식으로, DRIE 심도 반응성 이온 에칭 프로세스의 다양한 단계들을 개략적으로 예시한다.
본 발명은 사용 동안 마찰하도록 의도되는 표면들을 포함하는 금속 또는 실리콘으로 제조된 구성 요소들에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 보다 구체적으로는 소위 말하는 '기능' 영역에서 마찰하게 되는 표면들을 갖는 2 개의 구성 요소들을 포함하는 시스템에 관한 것이다. 시계학 분야에서, 상기 시스템은, 예를 들면, 이하의 타입의 시스템일 수도 있다: 이스케이프 휠/팰릿들, 캠/센서, 클릭/치형 휠, 점퍼/디스크, 커플링 디스크/스프링, 브레이크 디스크/브레이크 레버 등. 또한, 본 발명은 전기 성형에 의해서 이들 구성 요소들을 제조할 수 있는 몰드들에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 구성 요소들 또는 몰드들의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1a 내지 도 2b 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 시스템 (1) 의 2 개의 구성 요소들 (2) 중 적어도 하나는, 그 마찰 표면의 기능 영역에서, 한편으로는, 제 3 바디 입자들의 배출을 용이하게 하고, 그리고, 다른 한편으로는, 윤활유를 위한 저장부를 형성하는 표면 토폴로지를 갖는다.
도 1a 및 도 1b 를 참조하면, 표면 토폴로지는 피크들 (3b) 에 의해서 분리된 둥근 형상의 트로프들 (3a), 소위 말하는 중공부들을 갖는 서로 평행한 반복적인 스캘럽들로 형성된다. 이 변형예에 따르면, 2 개의 구성 요소들 (2) 사이의 접촉은 구조의 피크들 (3b) 에서 발생한다. 트로프들 (3a) 의 종방향 치수는 기능 영역에서 마찰 방향에 평행하게 연장되고, 그리고 트로프들은 윤활유 (5) 를 위한 저장부들 및 마찰 잔해물 (4) 의 배출을 위한 채널들로서 역할을 한다. 본 발명에 따르면, 트로프의 낮은 지점과 피크의 상단 사이의 거리인 트로프들의 깊이 (P) 는 일반적으로 100 nm 이상 500 nm 이하이다 (도 3b).
도 2a 및 도 2b 에서, 구조는 트로프들 (3a) 에 의해서 분리된 일련의 둥근 범프들 (3c) 을 갖는다. 이 구조는 도 1a 및 도 1b 의 스캘럽 형상 구조를 갖는 몰드들에서 금속 성분들을 전기 성형함으로써 얻어진다. 따라서, 중공부들의 깊이 (P) 는 여기서 트로프의 낮은 지점과 범프의 상단 사이의 거리에 대응하고, 그리고 물론 전술한 깊이 (P) 와 동일하다. 이 다른 변형예에 따르면, 2 개의 구성 요소들 (2) 사이의 접촉은 텍스처의 범프들 (3c) 의 상단에서 발생한다.
도 1a 내지 도 2b 에 도시된 변형예들에서, 2 개의 구성 요소들 중 하나만이 트로프들을 포함하고, 다른 하나의 구성 요소는 기능 영역에서 실질적으로 평활한 마찰 표면을 갖는다. 도시되지 않은 또 다른 변형예에 따르면, 2 개의 구성 요소들은 이 영역에서 트로프들을 가질 수 있고, 상기 트로프들은 서로 대면하고, 그리고 함께 잔해물 배출 채널들 및 윤활유 저장부들을 형성한다.
예시로서, 도 3a 는 타임피스 시스템 (1): 이스케이프 휠 (6)/팰릿 레버 (7) 를 도시하고, 여기서 하나 또는 2 개의 구성 요소들 (6, 7) 은, 적어도 마찰하게 되는 치형부들 (8) 및/또는 팰릿들 (9) 의 측벽 (8a, 9a) 에, 본 발명에 따른 텍스처를 갖는다 (도 3b).
이런 표면 텍스처는 서로 연속하는 2 개의 상이한 사이클들, 즉 에칭 사이클 및 부동태 (passivation) 사이클을 포함하는 플라즈마 에칭 프로세스인 DRIE 프로세스에 의해서 구성 요소 또는 몰드의 기계 가공 동안에 얻어진다. 상기 제조 방법은 도 4 에서 개략적으로 도시된다. 공지된 방식으로, 실리콘 블랭크 (10) 가 제공된다. 블랭크 (10) 의 표면 상에는 기계 가공될 트렌치를 규정하는 천공 마스크 (11) 가 형성된다 (도 4 의 (a)). 그 다음에, 상기 제조 방법은 일련의 단계들, 즉 플루오르화 가스 (예를 들면, SF6) 에서의 에칭 단계 (도 4 의 (b)) 및 탄화플루오르 가스 (예를 들면, C4F8) 를 사용하는 부동태 단계 (층 (12)) 로 이루어지고, 여기서 교대의 에칭 단계 및 부동태 단계는 에칭된 측벽에 스캘럽 형상 구조를 생성한다. 트로프들의 주기성 및 깊이는, 공지된 방식으로, 다른 것들 중에서, 에칭 및 부동태 시퀀스 시기들을 변경함으로써 조정될 수 있다 (예를 들면, 에칭 6 회 - 부동태 2 회, 에칭 3 회 - 부동태 1 회). 바람직하게는, 에칭 페이스 (phase) 지속 시간들은 부동태 페이스 지속 시간들 보다 더 길다. 일반적으로, 이들 트로프들은 100 내지 1000 nm, 바람직하게는 수백 나노미터 정도의 깊이 (P) 를 가지며, 트로프 주기성은 1.5 내지 6 ㎛, 바람직하게는 3 ㎛ 정도이다.
선택적으로, 트로프들의 깊이를 감소시키기 위하여, 이에 따라 표면 거칠기를 제거하지 않으면서, 산화 단계 다음에 탈산 단계가 이어지는 것이 예상될 수 있다 (미도시). 이 단계는 일반적으로 900 내지 1200℃ 의 온도에서의 열 산화 다음에 일반적으로 플르오르화수소산에서 화학적 탈산을 수행하는 것이 이어지는 것으로 이루어진다. 예로서, 트로프 깊이 (P) 는 이 단계 동안 300 nm 로부터 100 내지 200 nm 로 감소될 수 있다.
그 다음에, 상기 제조 방법이 몰드를 제조하는데 사용되는 경우에, 상기 제조 방법은 표면에 일련의 범프들 및 트로프들이 있는 구성 요소들을 생산하기 위하여 몰드의 텍스처링된 표면에서 금속 합금을 전기 성형하는 디포지션 단계를 더 포함한다.
(1) 구성 요소들의 시스템
(2) 구성 요소
(3) 스캘럽 형상 구조
3a) 트로프 또는 중공부
3b) 피크
3c) 범프
(4) 잔해물
(5) 윤활유
(6) 이스케이프 휠
(7) 팰릿 레버
(8) 이스케이프 휠 치형부
8a. 에지 또는 측벽
(9) 팰릿들
9a. 에지 또는 측벽
(10) 블랭크
(11) 마스크
(12) 부동태 층

Claims (15)

  1. 주어진 마찰 방향에서 마찰 표면들을 통해 서로 마찰 접촉하도록 의도된 2 개의 구성 요소들 (2) 을 포함하는 시스템 (1) 으로서,
    마찰은 기능 영역에서 발생하고,
    제 1 구성 요소는, 상기 기능 영역에서, 피크들 (3b) 에 의해서 분리된 둥근 형상의 일련의 트로프들 (troughs; 3a) 로 형성된 텍스처를 포함하는 제 1 표면을 포함하고, 상기 트로프들 (3a) 은 상기 주어진 마찰 방향에 평행하게 연장되고,
    제 2 구성 요소는, 상기 기능 영역에서, 평활한 제 2 표면을 포함하고,
    상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면은 마찰 접촉시, 마찰에 의해 생성된 잔해물 (4) 의 배출을 가능하게 하고, 그리고 윤활유 (5) 를 위한 저장소로서 역할을 하는 영역을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 트로프들 (3a) 은 종방향이고, 그리고 서로 평행한 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트로프들 (3a) 은 100 nm 이상 1000 nm 이하의 깊이 (P) 를 갖는 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  4. 제 1 항에 있어서,
    일련의 상기 트로프들 (3a) 및 상기 피크들 (3b) 은 반복적인 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 텍스처는 심도 반응성 이온 에칭 (deep reactive ion etching) 에 의해서 기계 가공된 상기 제 1 구성 요소의 일 측벽에 존재하는 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  6. 주어진 마찰 방향에서 마찰 표면들을 통해 서로 마찰 접촉하도록 의도된 2 개의 구성 요소들을 포함하는 시스템으로서, 마찰은 기능 영역에서 발생하고,
    제 1 구성 요소는, 상기 기능 영역에서, 피크들에 의해서 분리된 둥근 형상의 일련의 제 1 트로프들로 형성된 텍스처를 포함하는 제 1 표면을 포함하고, 상기 제 1 트로프들은 상기 주어진 마찰 방향에 평행하게 연장되고,
    제 2 구성 요소는, 상기 기능 영역에서, 피크들에 의해서 분리된 둥근 형상의 일련의 제 2 트로프들을 포함하는 제 2 표면을 포함하고, 상기 제 2 트로프들은 상기 주어진 마찰 방향에 평행하게 연장되고,
    상기 제 1 트로프들 및 상기 제 2 트로프들은 서로 대면하게 위치되고,
    상기 제 1 표면 및 상기 제 2 표면은 마찰 접촉시, 마찰에 의해 생성된 잔해물의 배출을 가능하게 하고, 그리고 윤활유를 위한 저장소로서 역할을 하는 영역을 형성하도록 구성된 것을 특징으로 하는, 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    적어도 하나의 상기 구성 요소 (2) 는 실리콘 또는 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성 요소들 (2) 모두는 타임피스 구성 요소들인 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  10. 주어진 마찰 방향에서 마찰 표면들을 통해 서로 마찰 접촉하도록 의도된 2 개의 구성 요소들 (2) 을 포함하는 시스템 (1) 을 포함하는 타임피스로서,
    마찰은 기능 영역에서 발생하고,
    2 개의 상기 구성 요소들 (2) 중 적어도 하나는, 상기 기능 영역에서, 피크들 (3b) 에 의해서 분리된 둥근 형상의 일련의 트로프들 (3a) 로 형성된 텍스처를 갖는 표면을 포함하고,
    상기 트로프들 (3a) 은 상기 주어진 마찰 방향에 평행하게 연장되고, 마찰에 의해서 생성된 잔해물 (4) 을 배출하도록 구성되고, 그리고 윤활유 (5) 를 위한 저장부로서 역할을 하는 것을 특징으로 하는, 타임피스.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 트로프들 (3a) 은 100 nm 이상 300 nm 이하의 깊이 (P) 를 갖는 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  12. 제 2 항에 있어서,
    상기 트로프들 (3a) 은 100 nm 이상 1000 nm 이하의 깊이 (P) 를 갖는 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 윤활유 (5) 는 상기 트로프들 (3a) 에 배치된 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 구성 요소 및 상기 제 2 구성 요소는 팰릿 레버 및 이스케이프 휠을 포함하는 것을 특징으로 하는, 시스템 (1).
  15. 삭제
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