WO2015125081A1 - Micromechanical component with a reduced contact surface area, and method for producing same - Google Patents

Micromechanical component with a reduced contact surface area, and method for producing same Download PDF

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WO2015125081A1
WO2015125081A1 PCT/IB2015/051221 IB2015051221W WO2015125081A1 WO 2015125081 A1 WO2015125081 A1 WO 2015125081A1 IB 2015051221 W IB2015051221 W IB 2015051221W WO 2015125081 A1 WO2015125081 A1 WO 2015125081A1
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WO
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micromechanical component
elevations
contact surface
micromechanical
recesses
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PCT/IB2015/051221
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Inventor
Konrad Damasko
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Damasko Gmbh
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81CPROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B81C99/0075Manufacture of substrate-free structures
    • B81C99/0095Aspects relating to the manufacture of substrate-free structures, not covered by groups B81C99/008 - B81C99/009
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81BMICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03Microengines and actuators
    • B81B2201/035Microgears

Definitions

  • the present invention relates to a micromechanical component.
  • the micro-mechanical component has several contact surfaces. Each of the contact surfaces acts in operation with a mating contact surface of another micromechanical component. Each of the contact surfaces of the micromechanical component has a plurality of first elevations and a plurality of first depressions. Furthermore, the invention relates to a method for producing a micromechanical component.
  • a mechanical movement has as its central components a barrel with tension spring, gear train, escapement and oscillating system (balance).
  • the barrel with tension spring provides the drive of the movement.
  • the power is transmitted starting from the barrel via the gear train to the escape wheel, which represents a part of the escapement.
  • the gear train drives the hands of the watch and translates the spring force stored in the tension spring into rotational motions of different speeds, indicating seconds, minutes, hours and so on.
  • the task of the escapement is to supply the oscillating organ, the balance, with a minute amount of energy each time it passes the "dead point.”
  • the "dead point” is the position of the balance, in which it is nominally at rest located.
  • the amplitude of the balance is then 0 ° (zero crossing).
  • the balance oscillates evenly on both sides of the dead point with a certain amplitude and releases a tooth of the escape wheel at each zero crossing. This allows the gears and the hands to turn in small leaps at a regular frequency controlled by the balance.
  • the escapement releases the gear, it rests, while the balance remains in constant motion until the energy stored in the tension spring is released.
  • the two arms of the anchor each comprise an anchor stone ("pallet"), which usually consists of ruby, sapphire or garnet.
  • the anchor stones are either inserted into the two arms of the anchor or are made in one piece together with the anchor.
  • the anchors alternately engage in each one tooth of the escape wheel and hold it so firmly. Every time the balance passes through the dead spot in one direction or the other, it engages the anchor fork via the so-called lever mark (ellipse).
  • lever mark ellipse
  • the escape wheel Apart from the brief moment in which the escape wheel is connected to the balance wheel via the anchor fork, it oscillates as an oscillating element completely freely and independently of its drive mechanism. This is a basic requirement for the regular course of the watch. The few types of inhibitors which have this advantage are called "free inhibition.”
  • the anchor inhibition is therefore a free inhibition developed only towards the middle of the 18th century.
  • the pallet In the power transmission between the teeth of the escape wheel and the pallets of the armature, these two parts move under pressure against each other. At the beginning of the movement, the pallet is located on a contact surface of an escape wheel tooth, the so-called resting surface. As the pallet moves against the escape wheel, a frictional force occurs.
  • European Patent Application EP 2 107 434 A1 discloses a micromechanical component, in particular in the gear train of a mechanical timepiece. In this case, the micromechanical component is in contact with at least one second component, so that during operation of the timer a relative movement occurs between the contact surfaces of the first micromechanical component and the second micromechanical component.
  • At least the first micromechanical component is made of a hard and dimensionally stable non-metal such that the at least one contact surface between the first micromechanical component and the second micromechanical component has a length dimension of at most 200 pm perpendicular to the direction of said relative movement. Furthermore, said contact surface extends in the direction of this relative movement.
  • the micromechanical component according to the invention may be a component built into an anchor escapement.
  • the contact surfaces, which are subject to friction, are at least designed as an edge and provided with a coating. The contact surface designed as an edge can be reduced to a point-like dimension.
  • European Patent Application EP 2 236 455 A1 shows a micromechanical component with reduced wear.
  • the micromechanical component is in contact with a friction partner.
  • At least that surface of the micromechanical component which is in contact with the friction partner is provided with a cover layer, which consists predominantly of an SP 2 hybridized carbon.
  • the finishing layer may be applied with a thickness that is smaller than the roughness depth. It is likewise possible to form the layer thickness of the final layer greater than the roughness depth. Depending on the layer Thickness then results in a different behavior of the top layer when shrinking.
  • European Patent EP 1 504 200 B1 discloses a method for producing a sliding element.
  • a diamond layer having a mean maximum roughness Rz On a surface of a substrate, a diamond layer having a mean maximum roughness Rz is provided.
  • the diamond layer has reproducible recesses for absorbing abrasion.
  • the recesses are made with a predetermined depth in the surface of the substrate by applying a diamond layer by means of a CVD method.
  • the resulting mean maximum roughness Rz of the diamond layer is smaller than the depth of the recesses.
  • the recesses can be made mechanically, by etching or by laser.
  • the resulting linear structures are oblique or transverse to a sliding direction and are formed accordingly.
  • the linear structures have a width between 0.5 m and 10 mm. In this case, a proportion of 1% to 95% of the surface of the diamond layer is formed by the recesses.
  • US Pat. No. 5,428,259 discloses a micromechanical vibration sensor or a micromechanical motor in which the individual components are produced by means of microsystem technology. The problem of contact contact of the individual components is not addressed here.
  • a further object of the invention is to provide a method with which at least one micromechanical component which is in contact with another component can be produced in such a way that the friction between the individual components is reduced and a constant value during use of the components Is accepted.
  • the production of the at least one component can be solved inexpensively, reproducibly and in terms of manufacturing technology.
  • the micromechanical component is manufactured such that it has a plurality of contact surfaces.
  • the plurality of contact surfaces cooperate with a mating contact surface of another micromechanical component.
  • each contact surface of the micromechanical component is designed such that it has a plurality of first elevations and first depressions.
  • the first elevations and first depressions of each contact surface itself carry a plurality of second elevations and second depressions.
  • the number and size of the second elevations is selected such that some of the second elevations have each formed a flattening when the micromechanical component interacts with the further micromechanical component.
  • a sum of the flattenings of the second elevations is smaller than a maximum possible effective contact area of the further micromechanical component which is in contact with the flattenings of the second elevations.
  • the aim is to minimize the friction between the individual micromechanical components. Applying this principle in particular to a micromechanical component, which is part of the anchor escapement, this achieves an extension of the service life, the accuracy and an extension of the maintenance intervals of a timepiece. It is advantageous if a proportion of the flattenings to the maximum possible effective contact surface is at most 80% and at least 2%, preferably at most 50% and at least 2% and particularly preferably at most 30% and at least 2%.
  • the first depressions and the first elevations on the contact surface of the micromechanical component have a wave-shaped structure. Another possibility of the structure on the contact surface of the micromechanical component is that the elevations and the first depressions together form a trapezoidal structure.
  • the first recesses of each contact surface of the micromechanical component are designed to receive a lubricant.
  • the lubricant may be in liquid, pasty or solid form.
  • Another advantage of the depressions is that the depressions can also absorb abrasion in addition to the lubricant, which occurs when the micromechanical components come in and thus forms the resulting flattenings.
  • a channel may be formed which starts from at least one of the contact surfaces of the micromechanical component and extends into the material of the micromechanical component.
  • the micromechanical component consists of a first plate-shaped part and a second plate-shaped part which are connected to one another. In this case, before connecting the first plate-shaped component and the second plate-shaped component, the channel is formed in the first plate-shaped component or second plate-shaped component.
  • the micromechanical component may additionally be provided with a coating.
  • the mechanical properties, as well as the wear of the contact surfaces between the micromechanical components, depend essentially on the proportion of traction from the surface.
  • a roughness depth specification does not provide any information about the proportion of the bearing surface at the maximum possible effective contact surface.
  • a surface or contact surface with a small roughness depth can form a smaller proportion of the bearing surface than a contact surface with a large roughness depth. It must therefore be examined in individual cases, how high the pressure forces between the individual micromechanical components, which act on the sum of the bearing surfaces and whether then the sum of the bearing surfaces can be advantageously reduced.
  • a reduction of the sum of the bearing surface leads to a reduction of the total friction and according to the invention advantageously creates space for lubricant and abrasion, which arises from the interaction of the two micromechanical components.
  • the contact area between the individual teeth of the escape wheel and the escapement is advantageously designed such that a proportion of the sum of the supporting surfaces is at most 80%.
  • the surface apposition force of a closed surface is bypassed.
  • the anchor pallets or the teeth of the escape wheel or its sliding surface (contact surface) z. B. be provided with a central channel, which serves to receive a lubricant.
  • proportion of the bearing surface, pressure load of the surface support portion and the surface roughness of the wings with lubricant and / or suitable coating tion can already set a value of the sliding friction coefficient of less than 0, 1.
  • the size of the effectively possible contact surface between the pallet and a tooth of the escape wheel is already determined by the introduction of the first depressions or of the channel into the contact surface greatly reduced.
  • the first wells and also the channel can be filled with a lubricant.
  • the present invention provides in a preferred embodiment that the proportion of the bearing surface at the maximum possible effective contact surface is at most 80%.
  • the contact surfaces between the teeth of the escape wheel and the anchor escapement are formed from an extremely hard material, as is possible, for example, with a photosensitive glass from Schott. This photosensitive glass is sold under the name Foturan®, which can be excellently structured due to its photosensitivity.
  • the micromechanical component is thus made of a non-metallic glass material.
  • a channel in addition to the first recesses, can also be worked out, which extends into an arm of the escape wheel.
  • This channel thus also increases the lubricant reservoir.
  • the escape wheel consists of a first plate-shaped part and a second plate-shaped part.
  • the elaboration of the channel is carried out in at least one of the two plate-shaped parts with a photolithographic patterning process.
  • photolithographic patterning processes are known in silicon processing as MEMS processes. Conceivable in the elaboration or structuring are also methods that work with micro-beams or with laser. Also, a mechanical processing is conceivable.
  • the two plate-shaped parts may consist of the same or of another, non-metallic glass material.
  • the connection of the two parts can, for. B. by a thermal diffusion joining process, a so-called. Bonding or Waferbonden be performed.
  • the proportion of the supporting surface can be further reduced.
  • a reduction to a proportion of the bearing surface of 30% to 10% is conceivable, but it must be at least 2% of the maximum possible effective contact area, to possibly more space for the lubricant to be introduced, such.
  • the dimension of the supporting surface is directly related to the first recesses, the second recesses and possibly the channel. The minimum depth of the second wells is calculated according to the
  • the ratio of the first recesses and the second recesses per maximum possible contact surface can be adjusted depending on the existing surface pressure.
  • the proportion of the sum of the bearing areas of the second elevations on the maximum possible effective contact area may be at least 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, but at least 2%.
  • the depth of the first recesses and the second recesses it has been found that with a high proportion of the supporting surface (of eg 80%), the depth of the first recesses and the second recesses should be increased in size Commissioning of the two micromechanical components to a Warabrieb and in a certain way depending on the hardness and nature of a so-called.
  • Run-in of the surfaces of the two micromechanical components comes. It is advantageous in the present invention that the abrasion in the first wells of the Contact surface of the micromechanical component collects. In the event that the wells are too small, or the proportion of the bearing surface too high, this abrasion is distributed uncontrollably in the environment of the component. If the ratio of the proportion of the bearing surface is correctly selected, or if the first depressions are correctly designed, the lubricant introduced in the depressions or in the channel can bind the first abrasion in the first depressions. This is particularly preferably when using a solid lubricant.
  • the friction between the micromechanical components can be reduced even further and the breaking strength of the base substrate, from which the micromechanical components are produced, can be further increased. This again leads to a reduction in the proportion of the bearing surface at the maximum possible effective contact area of the respective micromechanical component.
  • Such coatings are z. B. by sputtering, steaming, electroplating, etc. possible.
  • a CVD and a PVD method is preferably used with which z.
  • silicon nitrite, silicon carbide, carbon in the form of diamond, or DLC, or graphene, etc. are applied. After coating, the depressions and elevations in the layer surface are largely the same.
  • the method for producing a micromechanical component from a non-metallic glass material is characterized in that initially a plurality of contact surfaces are formed such that a plurality of first elevations and first depressions are formed at each contact surface of the micromechanical component. Likewise, a plurality of second ridges and second pits are formed on the outer surface of the first ridges and the first pits of each contact surface.
  • the removal of tips of the second elevations takes place. This removal takes place by the interaction of the micromechanical component with a mating contact surface of a further micromechanical Component. By removing the tips, a bearing surface of the second elevations is formed such that it is smaller than a maximum possible effective contact area of the first elevations.
  • the first elevations and the first depressions can be formed such that they have a wave-shaped structure. Another possibility consists in the formation of the first elevations and the first depressions in that together they form a trapezoidal structure.
  • the friction between the micromechanical component and the further micromechanical component can be reduced to the effect that a channel is incorporated in the material of the micromechanical component.
  • the channel starts from at least one contact surface and extends into the material of the micromechanical component.
  • the micromechanical component is constructed from a first plate and a second plate. In the production of the channel this is incorporated in a first plate. After cleaning the first plate, a second plate of the same or another glass material is applied flat. This application can z. Example by means of a thermal diffusion joining method, a so-called.
  • a mask is applied to the two connected plates, so that in a second step the corresponding micromechanical components can be structured by means of a lithography process.
  • the mask depicts the outer shape of the finished micromechanical component. It goes without saying that the mask and consequently also the component are positioned in such a way that a precisely defined position in the finished component is obtained during the microstructures (channel) worked out in the previous step.
  • the components by suitable micro-processing methods, such as these z. In the halfway conductor industry are sufficiently well-developed.
  • the finished outer contour of the components can, if necessary, a further treatment, z. B. by a polishing process such. B. by KAH etching.
  • a lubricant which further provides for a reduction of the friction between the two micromechanical components.
  • the lubricant collects in the first recesses, or in the channel of the micromechanical component.
  • lubricants are preferably pasty lubricants such. B. MoS2 is used, which are particularly suitable for the introduction of the lubricant in the first wells or the channel.
  • the pasty lubricants are less prone to migration when accelerated or centrifugal. According to the invention, a sliding friction coefficient of less than 0.15 is also desired. It should be noted that the Gleitreibiere depends on the roughness of the respective surface in which the bearing surface is formed.
  • Fig. 1 is a schematic plan view of an escapement showing the interaction of the armature with the escape wheel
  • FIG. 2 shows a perspective view of the micromechanical component according to the invention, which is an escape wheel
  • FIG. 3 shows an enlarged plan view of a toothed wheel of the micromechanical component with an indicated theoretical contact surface; an enlarged plan view of a wheel tooth of mikromechani see component; 5 shows a perspective and enlarged view of the region of the micromechanical component marked K in FIG. 2;
  • FIG. 6 shows a schematic view of a further embodiment of the contact surface of a toothed wheel of the micromechanical component
  • FIG. 7 shows a further embodiment of the micromechanical component, which consists of two connected plates
  • FIG. 8 shows a perspective and enlarged view of the region of the micromechanical component marked K in FIG. 7;
  • FIG. 9 is a plan view of the wheel tooth according to the embodiment of FIG.
  • FIG. 10 shows a schematic sectional view of part of the contact surface of a toothed wheel of the micromechanical component
  • 1 is a schematic sectional view of part of the contact surface of a wheel tooth of the micromechanical component with an envelope
  • FIG. 12 shows a schematic sectional view of a part of another embodiment of the contact surface of a toothed wheel of the micromechanical component
  • FIG. 13 shows a schematic sectional view of a part of the contact surface from FIG. 12 of a toothed wheel of the micromechanical component with an envelope
  • FIG. 14 shows a schematic sectional view of the interaction of the contact surface of the micromechanical component and the mating contact surface of a further micromechanical component
  • Fig. 15 is a schematic sectional view of the supporting surfaces formed on the first ridges
  • Fig. 16 is a schematic sectional view of the supporting surfaces formed on the first ridges of the embodiment of the contact surface of Fig. 12;
  • 17 shows a schematic sectional view of part of the contact surface of a toothed wheel of the micromechanical component, according to another
  • Figure 1 shows a plan view of an escapement with a balance 50, an armature 52 and an escape wheel 54, which are well known in the prior art.
  • the armature 52 has an input pallet 56 and an output pallet 58, which alternately come to rest against an armature tooth 60.
  • the escape wheel 54 is biased by the (not shown) elevator spring on the (also not shown) gear train in the direction of rotation D.
  • the resting surfaces of the anchor pallets 56, 58 do not point to the center of the escape wheel 54, but are at an angle Z to this.
  • the armature 52 is securely pressed by the escape wheel 54 to one of the limit pins 62.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the micromechanical component 1 according to the invention, which is designed as an escape wheel.
  • the micromechanical component 1 is produced from a photosensitive glass by means of a photolithographic patterning process.
  • the photosensitive glass may, for. B. be a glass of the company Schott, which is sold under the name Foturan®.
  • micromechanical components 1 are patterned in a plate made of the photosensitive glass. After completion of the structuring process, the individual micromechanical components 1 are separated and can optionally be installed in a timer.
  • the micromechanical component has a plurality of wheel teeth 2.
  • FIG. 3 shows an enlarged plan view of a wheel tooth 2 of the micromechanical component 1.
  • the micromechanical component 1 has a multiplicity of wheel teeth 2.
  • Each of the wheel teeth 2 has a contact surface 3.
  • the maximum possible effective contact surface 30 has a plurality of first depressions 21 and a plurality of first elevations 1 1.
  • FIG. 5 shows a perspective and enlarged view of the region of the micromechanical component 1 labeled K in FIG. 2.
  • the maximum possible effective contact surface 30 of the Rad leopards 2 consists of a plurality of first recesses 21 and first elevations 1 first
  • the contact surface 3 of the Rad leopards 2 has a length L and a height H. Along the length L of the Rad leopards 2, the first elevations 1 1 and the first recesses 21 are arranged in a trapezoidal sequence.
  • Figure 6 shows a plan view of the contact surface 3 of a Rad leopards 2, according to another embodiment of the invention.
  • the first elevations 1 1 are statistically distributed over the contact surface 3. Between the first 1 1, the first recesses 21 are formed, or the first elevations 1 1 are separated from each other by the first recesses 21. It is obvious to a person skilled in the art that the embodiments of the arrangements of the first elevations 11 and the first depressions 21 shown in FIG. 5 and in FIG. 6 can not be regarded as limiting the inventions.
  • the arrangement of the first elevations 1 1 and the first recesses 21 can take on any shapes and distributions.
  • FIG. 7 shows a perspective view of a further embodiment of the micromechanical component 1.
  • the micromechanical component 1 consists of a first plate-shaped part 101 and a second plate-shaped part 102.
  • the first plate-shaped part 101 is permanently connected to the second plate-shaped part 102.
  • two plates of the structurable photosensitive and non-metallic glass are connected to one another and then provided with a mask, so that finally the micromechanical components 1 can be structured and thus produced from the two connected plates.
  • the first plate-shaped part 101 and the second plate-shaped part 102 are connected to one another in such a way that the channels 6 (see FIG. 8) are arranged in the structured wheel tooth 2.
  • FIG. 8 shows an enlarged view of the area marked K in FIG. As already mentioned in the description of FIG.
  • the micromechanical component 1 consists of a first plate-shaped part 101 and a second plate-shaped part 102. As can be seen from the description of FIG. 8, this relationship also extends into the art Rad leopard 2 of the micromechanical component 1 by. Here, however, a channel 6 is formed in one of the two plate-shaped parts 101, 102, which extends from the contact surface 3 into the material 7 of the micromechanical component 1, or its wheel tooth 2.
  • the positions of the channels 6 of the individual micromechanical components 1 are first patterned in a plate (not shown) of the photopatternable non-metallic glass. After a Cleaning this part, a second plate is connected to the first plate. This bonding can be done by conventional techniques known in semiconductor technology.
  • a mask is applied in exact registry on the two connected plates, so that the individual micromechanical components 1 can be produced from the bonded plates, or can be released.
  • the mask is applied so precisely that the previously structured channels 6 are also present and accessible in the wheel teeth 2 of the singulated micromechanical components 1.
  • FIG. 9 shows a top view of the gear tooth 2, according to the embodiment of the invention shown in FIG. Starting from the contact surface 3, the channel 6 formed extends into the material 7 of the wheel tooth 2. Of the contact surface 3 are further, the channel 6 surrounding the first elevations 1 1 and the first recesses 21 are formed.
  • FIG. 10 shows a schematic sectional view of part of the contact surface 3 of a wheel tooth 2 of the micromechanical component 1.
  • the outer surface of the Radeuxs 2 and the contact surface 3 of the Rad leopards 2 is formed of a plurality of first elevations 1 1 and first recesses 21.
  • the first elevations 11 and the first depressions 21 themselves carry a multiplicity of second elevations 12 and second depressions 22.
  • an envelope 16 is drawn in the sectional view of the part of the contact surface 3 of a gear tooth 2 of the micromechanical component 1 shown in FIG. 11, an envelope 16 is drawn. With the help of the envelope 16, it can be seen that in the embodiment shown here, the first elevations 11 and the first depressions 21 are trapezoidal in shape.
  • the first projections 11 and the first recesses 21 themselves carry a plurality of second projections 12 and second recesses 22.
  • the first recesses 21 have a depth T formed.
  • first elevations 11 and the second depressions 22 are arranged in a wave form. Analogous to the in 10, the first elevations 11 and the first depressions 21 likewise have second elevations 12 and second depressions 22.
  • the envelope 16 is shown, so that the wave-shaped arrangement of the first elevations 11 and the first depressions 21 can be seen better.
  • FIG. 14 shows a schematic sectional view of the interaction of the contact surface 3 of the micromechanical component 1 and a mating contact surface 4 of a further micromechanical component 5.
  • a lubricant 14 is introduced into the first recesses 21 of the micromechanical component 1.
  • the tips 18 of the first elevations 11 are removed. These tips 18 accumulate in the lubricant 14 provided in the first recesses 21. This removal, or shrinkage of the interaction of the micromechanical component 1 and the further micromechanical component 5 can also be carried out before the installation of the two micromechanical components 1, 5 in the timer.
  • the bearing surfaces 10 are shown, which form due to the interaction of the micromechanical component 1 with the further micromechanical component 5 at the first elevations 11.
  • the tips 18 of the second elevations 12 are removed by the interaction of the micromechanical component 1 with the further micromechanical component 5.
  • the bearing surfaces 10 are formed, which ultimately interact with the mating contact surface 4 of the further micromechanical component 5.
  • a plurality of bearing surfaces 10 are formed.
  • the first elevations 11 and the first depressions 21, as well as the second elevations 12 and the second depressions 22, in terms of number and Size is formed so that a sum of the formed bearing surfaces 10 of the second projections 12 is smaller than a maximum possible effective contact surface 30.
  • the maximum possible effective contact surface 30 is the surface of the Radeuxs 2, in the embodiment shown in Fig. 5. If the wheel tooth 2 has formed a channel 6, the effectively possible contact surface 30 is reduced by the surface of the channel 6.
  • FIG. 17 shows a schematic sectional view of part of the contact surface 3 of a wheel tooth 2 of the micromechanical component 1 according to a further embodiment of the invention.
  • the coating 8 may have a greater hardness than the material of the wheel tooth 2 or of the micromechanical component 1. Due to the greater hardness of the coating 8, it is also possible to reduce the load rating, which results from the sum of the individual bearing surfaces 10, which ultimately leads to a lower friction.

Abstract

The invention relates to a micromechanical component (1) and to a method for producing same. The micromechanical component (1) has multiple contact surfaces (3) which interact with a counter contact surface (4) of another micromechanical component (5). Each contact surface (3) of the micromechanical component (1) has multiple first elevations (11) and first depressions (21), and the first elevations (11) and the first depressions (21) of the contact surface (3) have multiple second elevations (12) and second depressions (22), the number and size of the second depressions (22) and the first elevations (11) being selected such that the sum of the flattened sections (10) of the second elevations (12) is smaller than a maximally possible active contact surface area (30).

Description

MIKROMECHANISCHES BAUTEIL MIT REDUZIERTER KONTAKTFLÄCHE UND VERFAHREN ZU DESSEN HERSTELLUNG  MICROMECHANICAL COMPONENT WITH REDUCED CONTACT AREA AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF
Beschreibung description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil. Das mikro- mechanische Bauteil hat mehrere Kontaktflächen. Jede der Kontaktflächen wirkt im Betrieb mit einer Gegenkontaktfläche eines weiteren mikromechanischen Bauteils zusammen. Jede der Kontaktflächen des mikromechanischen Bauteils hat mehrere erste Erhöhungen und mehrere erste Vertiefungen ausgebildet. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils.  The present invention relates to a micromechanical component. The micro-mechanical component has several contact surfaces. Each of the contact surfaces acts in operation with a mating contact surface of another micromechanical component. Each of the contact surfaces of the micromechanical component has a plurality of first elevations and a plurality of first depressions. Furthermore, the invention relates to a method for producing a micromechanical component.
Hintergrund der Erfindung Background of the invention
Ein mechanisches Uhrwerk weist als zentrale Bestandteile ein Federhaus mit Zugfeder, Räderwerk, Hemmung und Schwingsystem (Unruh) auf. Dabei stellt das Federhaus mit Zugfeder den Antrieb des Uhrwerks zur Verfügung. Die Kraftübertragung erfolgt beginnend beim Federhaus über das Räderwerk zum Ankerrad, das einen Bestandteil der Hemmung darstellt. Das Räderwerk treibt die Zeiger der Uhr an und übersetzt die in der Zugfeder gespeicherte Federkraft in Drehbewegungen verschiedener Geschwindigkeiten, wodurch Sekun- den, Minuten, Stunden usw. angezeigt werden. A mechanical movement has as its central components a barrel with tension spring, gear train, escapement and oscillating system (balance). The barrel with tension spring provides the drive of the movement. The power is transmitted starting from the barrel via the gear train to the escape wheel, which represents a part of the escapement. The gear train drives the hands of the watch and translates the spring force stored in the tension spring into rotational motions of different speeds, indicating seconds, minutes, hours and so on.
Aufgabe der Hemmung ist es, das Schwingungsorgan, die Unruh, jedes Mal mit einer winzigen Energiemenge zu versorgen, wenn sie den„toten Punkt" passiert. Als„toten Punkt" bezeichnet man die Position der Unruh, bei der sie sich nominell in der Ruhelage befindet. Die Amplitude der Unruh beträgt dann 0° (Nulldurchgang). Die Unruh schwingt gleichmäßig beidseits des toten Punktes mit einer bestimmten Amplitude und gibt bei jedem Nulldurchgang einen Zahn des Hemmungsrades frei. Das erlaubt dem Räderwerk und den Zeigern sich in kleinen Sprüngen mit einer regelmäßigen Frequenz zu drehen, die von der Unruh gesteuert wird. Zwischen den kurzen Augenblicken, in denen die Hemmung das Räderwerk freigibt, ruht dieses, während die Unruh jedoch ständig in Bewegung bleibt, bis die in der Zugfeder gespeicherte Energie abgegeben ist. Nur während des kurzen Augenblicks, während der sogenannten Hebung, wird über die Hemmung eine winzige Energiemenge an die Unruh zu- rückgeführt. Die resultierenden ruckartigen Bewegungen des Räderwerks sind z. B. am Vorrücken des Sekundenzeigers zu beobachten. Für die möglichst gleichmäßige Abgabe der Energie wurden bereits Dutzende von verschiedenen Hemmungen vorgeschlagen. The task of the escapement is to supply the oscillating organ, the balance, with a minute amount of energy each time it passes the "dead point." The "dead point" is the position of the balance, in which it is nominally at rest located. The amplitude of the balance is then 0 ° (zero crossing). The balance oscillates evenly on both sides of the dead point with a certain amplitude and releases a tooth of the escape wheel at each zero crossing. This allows the gears and the hands to turn in small leaps at a regular frequency controlled by the balance. Between the brief moments in which the escapement releases the gear, it rests, while the balance remains in constant motion until the energy stored in the tension spring is released. Only during the brief moment during the so-called uplifting, a tiny amount of energy is returned to the balance via the escapement. The resulting jerky movements of the gear train are z. B. to observe the advance of the second hand. Dozens of different inhibitions have been proposed for the most even release of energy.
Heute sind praktisch alle mechanischen Uhren mit dem gleichen Typ ausge- rüstet, nämlich der„Schweizer Ankerhemmung". Today, virtually all mechanical watches are equipped with the same type, namely the "Swiss lever escapement".
Bei der„Schweizer Ankerhemmung" umfassen die beiden Arme des Ankers je einen Ankerstein („Palette"), der meist aus Rubin, Saphir oder Granat besteht. Die Ankersteine sind in die beiden Arme des Ankers entweder eingesetzt oder werden aus einem Stück zusammen mit dem Anker gefertigt. Die Anker greifen abwechselnd in je einen Zahn des Ankerrads ein und halten es so fest. Jedes Mal, wenn die Unruh den toten Punkt in der einen oder der anderen Richtung passiert, greift sie über den sog. Hebelschein (Ellipse) in die Ankergabel ein. Dadurch gibt der Anker über die jeweilige Palette je einen Zahn des Ankerrads frei, das damit kurz vorrückt und einen winzigen Energiebruchteil über dem Anker an den Hebelstein und damit an die Unruh zurückführt. Abgesehen von dem kurzen Augenblick, in dem das Ankerrad über die Ankergabel mit der Unruh verbunden ist, schwingt diese als Oszillationsorgan völlig frei und unabhängig von ihrem Antriebsmechanismus. Das ist eine grundlegende Bedingung für den regelmäßigen Gang der Uhr. Die wenigen Hemmungstypen, die diesen Vorteil besitzen, werden als„freie Hemmung" bezeichnet. Die Ankerhemmung ist also eine freie Hemmung. Solche Hemmungskonstruktionen sind erst gegen Mitte des 18. Jahrhunderts entwickelt worden. Bei der Kraftübertragung zwischen den Zähnen des Ankerrades und den Paletten des Ankers bewegen sich diese beiden Teile unter Druck gegeneinander. Zu Beginn der Bewegung liegt die Palette an einer Kontaktfläche eines Ankerradzahns, der sog. Ruhefläche, an. Bei der Bewegung der Palette gegen das Ankerrad tritt eine Reibungskraft auf. Um zwei Körper, die mit parallelen ebenen Flächen aneinander liegen und bei denen die beiden Körper durch eine Kraft gegeneinander gedrückt sind, relativ zueinander zu bewegen, muss eine Kraft in Bewegungsrichtung angelegt werden. Zunächst ist die Haftreibung der beiden Kör- per zu überwinden. Wenn die Kraft über die Überwindung der Haftreibung ausreicht, beginnen sich die Körper gegeneinander zu bewegen. Zur Aufrechterhaltung einer gleichförmigen Bewegung reicht dann eine geringere Kraft aus. Um die Bewegung Aufrecht zu erhalten, ist die Gleitreibung zu überwinden. Bei einer Ankerhemmung werden die Reib- und Normalkraft im Wesentlichen durch das Drehmoment des Ankerradantriebs übertragen. Dieses Drehmoment wird letztendlich von der Zugfeder erzeugt und über das Räderwerk und den Ankerradtrieb übertragen. In the case of the "Swiss lever escapement", the two arms of the anchor each comprise an anchor stone ("pallet"), which usually consists of ruby, sapphire or garnet. The anchor stones are either inserted into the two arms of the anchor or are made in one piece together with the anchor. The anchors alternately engage in each one tooth of the escape wheel and hold it so firmly. Every time the balance passes through the dead spot in one direction or the other, it engages the anchor fork via the so-called lever mark (ellipse). As a result, the armature releases one tooth each of the escape wheel via the respective pallet, which thus briefly advances and returns a tiny fraction of energy across the armature to the lever block and thus to the balance. Apart from the brief moment in which the escape wheel is connected to the balance wheel via the anchor fork, it oscillates as an oscillating element completely freely and independently of its drive mechanism. This is a basic requirement for the regular course of the watch. The few types of inhibitors which have this advantage are called "free inhibition." The anchor inhibition is therefore a free inhibition developed only towards the middle of the 18th century. In the power transmission between the teeth of the escape wheel and the pallets of the armature, these two parts move under pressure against each other. At the beginning of the movement, the pallet is located on a contact surface of an escape wheel tooth, the so-called resting surface. As the pallet moves against the escape wheel, a frictional force occurs. In order to move two bodies, which lie against each other with parallel flat surfaces and in which the two bodies are pressed against each other by a force, to move relative to each other, a force in the direction of movement must be applied. First, the static friction of the two bodies has to be overcome. When the force on overcoming the static friction is sufficient, the bodies begin to move against each other. In order to maintain a uniform motion then a lower force is sufficient. To maintain the movement, the sliding friction is overcome. In an anchor escapement, the frictional and normal forces are essentially transmitted by the torque of the escape wheel drive. This torque is ultimately generated by the tension spring and transmitted via the gear train and the escapement wheel drive.
Liegt eine hohe Reibung vor, verkleinert dies den Energiebetrag, der an die Unruh weitergegeben wird. Dadurch sind die Ganggenauigkeit und die verfüg- bare Gangreserve kleiner als bei einem Zeitmesser mit geringer Reibung. Zusätzlich führt die erwähnte Reibung in der Regel zu einem Materialabtrag, also Verschleiß, an den Kontaktflächen zwischen der Palette und den Zähnen bzw. der Kontaktfläche des Ankerrads. Hierdurch kann die Genauigkeit weiter reduziert werden und die betreffenden Teile müssen von Zeit zu Zeit ersetzt wer- den. Zur Verschleiß- und Reibungsminimierung werden bei konventionellen Hemmungen mit einem Ankerrad aus Stahl und Rubinpaletten obligatorisch Öle eingesetzt. Jedoch haben diese Schmierstoffe die Eigenschaft, durch Be- schleunigungs- und Zentrifugalkräfte, wie diese z. B. am Anker und am Ankerrad auftreten, von den Kontaktflächen beider Bauteile abzuwandern. Um dies zu verhindern versucht man, die Kontaktfläche mit einer reibungsminimieren- den Beschichtung zu versehen. Die Beschichtung soll also das Abwandern der Schmierstoffe verhindern, was jedoch nur bedingt gelingt. Dies erfordert wiederum, dass das Uhrwerk in regelmäßigen Zeitabständen gewartet werden muss, da die Schmierstoffe erneut und/oder die Hemmung und das Räderwerk gereinigt werden müssen. Die europäische Patentanmeldung EP 2 107 434 A1 offenbart ein mikromechanisches Bauteil, insbesondere im Räderwerk eines mechanischen Zeitmessers. Das mikromechanische Bauteil steht dabei derart in Berührung mit mindestens einem zweiten Bauteil, so dass beim Betrieb des Zeitmessers eine Relativbewegung zwischen den Kontaktflächen des ersten mikromechanischen Bauteils und des zweiten mikromechanischen Bauteils eintritt. Zumindest das erste mikromechanische Bauteil ist aus einem harten und dimensionsstabilen Nichtmetall so gefertigt, dass die mindestens eine Kontaktfläche zwischen dem ersten mikromechanischen Bauteil und dem zweiten mikromechanischen Bauteil eine Längendimension von höchstens 200 pm senkrecht zur Richtung der genannten Relativbewegung aufweist. Ferner erstreckt sich die genannte Kontaktfläche in Richtung dieser Relativbewegung. Insbesondere kann es sich beim erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteil um ein in einer Ankerhemmung eingebautes Bauteil handeln. Die Kontaktflächen, die der Reibung unterliegen, sind zumindest als Kante ausgeführt und mit einer Beschichtung versehen. Die als Kante ausgeführte Kontaktfläche kann bis zu einer punktförmigen Dimension verkleinert werden. If there is high friction, this reduces the amount of energy that is passed on to the balance. As a result, the running accuracy and the available power reserve are smaller than with a timer with low friction. In addition, the mentioned friction usually leads to a material removal, so wear, at the contact surfaces between the pallet and the teeth or the contact surface of the escape wheel. This can further reduce accuracy and replace the parts concerned from time to time. In order to minimize wear and friction, conventional escapements with an escape wheel made of steel and ruby pallets are required to use oils. However, these lubricants have the property by acceleration and centrifugal forces, such as this z. B. occur at the anchor and the escape wheel to migrate from the contact surfaces of both components. In order to prevent this, one tries to provide the contact surface with a friction-minimizing coating. The coating should therefore the migration of the Lubricants prevent what is only partially successful. This in turn requires that the movement must be serviced at regular intervals because the lubricants must be cleaned again and / or the escapement and the gear train. European Patent Application EP 2 107 434 A1 discloses a micromechanical component, in particular in the gear train of a mechanical timepiece. In this case, the micromechanical component is in contact with at least one second component, so that during operation of the timer a relative movement occurs between the contact surfaces of the first micromechanical component and the second micromechanical component. At least the first micromechanical component is made of a hard and dimensionally stable non-metal such that the at least one contact surface between the first micromechanical component and the second micromechanical component has a length dimension of at most 200 pm perpendicular to the direction of said relative movement. Furthermore, said contact surface extends in the direction of this relative movement. In particular, the micromechanical component according to the invention may be a component built into an anchor escapement. The contact surfaces, which are subject to friction, are at least designed as an edge and provided with a coating. The contact surface designed as an edge can be reduced to a point-like dimension.
Die europäische Patentanmeldung EP 2 236 455 A1 zeigt ein mikromechanisches Bauteil mit reduziertem Verschleiß. Das mikromechanische Bauteil steht dabei in Kontakt mit einem Reibpartner. Mindestens diejenige Oberfläche des mikromechanischen Bauteils, die mit dem Reibpartner in Kontakt steht, ist mit einer Abschlussschicht versehen, die überwiegend aus einem SP2 hybridisierten Kohlenstoff besteht. Gemäß zwei unterschiedlichen Ausführungsformen kann die Abschlussschicht mit einer Dicke aufgebracht werden, die kleiner ist als die Rauhtiefe. Ebenfalls ist es möglich, die Schichtdicke der Abschluss- schicht größer als die Rauhtiefe auszubilden. In Abhängigkeit von der Schicht- dicke ergibt sich dann ein anderes Verhalten der Abschlussschicht beim Einlaufen. European Patent Application EP 2 236 455 A1 shows a micromechanical component with reduced wear. The micromechanical component is in contact with a friction partner. At least that surface of the micromechanical component which is in contact with the friction partner is provided with a cover layer, which consists predominantly of an SP 2 hybridized carbon. According to two different embodiments, the finishing layer may be applied with a thickness that is smaller than the roughness depth. It is likewise possible to form the layer thickness of the final layer greater than the roughness depth. Depending on the layer Thickness then results in a different behavior of the top layer when shrinking.
Das europäische Patent EP 1 504 200 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Gleitelements. Auf einer Oberfläche eines Substrats ist eine Dia- mantschicht mit einem mittleren maximalen Rauwert Rz vorgesehen. Die Diamantschicht weist reproduzierbare Ausnehmungen zur Aufnahme von Abrieb auf. Die Ausnehmungen werden mit einer vorgegebenen Tiefe in der Oberfläche des Substrats durch Aufbringen einer Diamantschicht mittels eines CVD- Verfahrens hergestellt. Der sich ergebende mittlere maximale Rauwert Rz der Diamantschicht ist kleiner als die Tiefe der Ausnehmungen. Die Ausnehmungen können mechanisch, durch Ätzen oder mittels Laser hergestellt werden. Die sich ergebenden linearen Strukturen verlaufen schräg oder quer zu einer Gleitrichtung und werden entsprechend so ausgebildet. Die linearen Strukturen haben eine Breite zwischen 0,5 m und 10 mm. Dabei wird ein Anteil von 1 % bis 95% der Oberfläche der Diamantschicht durch die Ausnehmungen gebildet. European Patent EP 1 504 200 B1 discloses a method for producing a sliding element. On a surface of a substrate, a diamond layer having a mean maximum roughness Rz is provided. The diamond layer has reproducible recesses for absorbing abrasion. The recesses are made with a predetermined depth in the surface of the substrate by applying a diamond layer by means of a CVD method. The resulting mean maximum roughness Rz of the diamond layer is smaller than the depth of the recesses. The recesses can be made mechanically, by etching or by laser. The resulting linear structures are oblique or transverse to a sliding direction and are formed accordingly. The linear structures have a width between 0.5 m and 10 mm. In this case, a proportion of 1% to 95% of the surface of the diamond layer is formed by the recesses.
Das US-Patent US 5,428,259 offenbart einen mikromechanischen Vibrationssensor oder einen mikromechanischen Motor, bei dem die einzelnen Bestandteile mittels Mikrosystemtechnik hergestellt werden. Die Problematik der Kon- taktberührung der einzelnen Bauteile ist hier nicht angesprochen. US Pat. No. 5,428,259 discloses a micromechanical vibration sensor or a micromechanical motor in which the individual components are produced by means of microsystem technology. The problem of contact contact of the individual components is not addressed here.
Die US Patentanmeldung US 2008/0078386 A1 offenbart ein Beatmungsgerät, bei dem der Luftzufuhrschlauch eine besondere Topologie aufweist, um den Strömungswiderstand der Luft zu beeinflussen. Ein Zusammenwirken von zwei Festkörpern an speziell strukturierten Kontaktflächen ist nicht offenbart. A. Schumann et. al.;„Energieeffiziente Kunststoff-Gleitlager durch mikrostrukturierte Reibflächen"; Erschienen im Tagungsband zur 22. Fachtagung Tech- nomer, ISBN 978-3-939382-10-2. Chemnitz 201 1 , S. 1 - 1 1 , offenbart die tribo- logische Optimierung des Gleitkontaktes„Kette - Gleitschiene", die sich bis dato auf die Einarbeitung von flüssigen und festen Schmierstoffen in die Polymerwerk- Stoffe bzw. auf die chemische Anbindung von Gleitadditiven beschränkte. Zur Re- duzierung der adhäsiven Reibung werden Oberflächenstrukturen bei einem Reibpartner eingebracht. Es ist nicht vorgesehen, dass sich die Oberflächenstruktur durch einen Einlaufprozess ändert. US patent application US 2008/0078386 A1 discloses a respirator in which the air supply hose has a special topology to influence the flow resistance of the air. An interaction of two solids on specially structured contact surfaces is not disclosed. A. Schumann et. "Energy-Efficient Plastic Plain Bearings Through Microstructured Friction Surfaces" Published in the Proceedings of the 22nd Technical Meeting, Technology, ISBN 978-3-939382-10-2 Chemnitz 201 1, pp. 1-11, discloses the tribological logical optimization of the sliding contact "chain - slide rail", which has hitherto been limited to the incorporation of liquid and solid lubricants into the polymer materials or to the chemical bonding of slip additives. For In order to reduce the adhesive friction, surface structures are introduced in a friction partner. It is not intended that the surface structure changes by an enema process.
V.L. Popov; „Kontaktmechanik und Reibung", Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010, „7 Kontakt zwischen rauen Oberflächen", S. 85-107, DOI 10.1007/978-3-642-13302-2_7 offenbart, dass die Oberflächenrauigkeit einen Einfluss auf die Reibung, Verschleiß, Adhäsion, selbstklebende Schichten etc. hat. Es ist nichts hinsichtlich der Änderung der Oberflächenstruktur aufgrund eines Einlaufprozesses offenbart. V. L. Popov; "Contact Mechanics and Friction", Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2010, "7 Contact between rough surfaces", pp. 85-107, DOI 10.1007 / 978-3-642-13302-2_7 discloses that the surface roughness has an influence on the friction, Wear, adhesion, self-adhesive layers, etc. has. Nothing is disclosed regarding the change of surface texture due to an enema process.
B. Bhusha; „Adhesion and stiction: Mechanisms, measurement techniquesm, and methods for reduction"; J.Vac. Sci.Technol., Vol. B21 , Nr. 6, Nov/Dec 2003, S. 2262 - 2296 offenbart das Zusammenwirken von zwei Flächen mit Vertiefungen und Erhöhungen. Ein Abtrag der Erhöhungen aufgrund eines Einlaufprozesses ist nicht erwähnt. Bhusha; J.Vac.Sci.Technol., Vol. B21, No. 6, Nov / Dec 2003, pp. 2262-2266 discloses the interaction of two surfaces with Indentations and elevations There is no mention of a reduction of the elevations due to an enema process.
E. Graham et al.; „Fabrication of micro-dimpled surfaces through micro ball end milling"; International journal of precision engineering and manufacturing, Vol. 14, 2013, No. 9, S. 1537 - 1646 offenbart die Herstellung von funktionalen Oberflächen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Reibung zwischen einem mikromechanischen Bauteil und einem weiteren Bauteil deutlich zu verringern, wobei gleichzeitig die Abnutzung dieser beiden Bauteile auf einem tolerablem Maß gehalten werden muss. Schließlich soll die Fertigung der mikromechanischen Bauteile kostengünstig, reproduzierbar und fertigungstechnisch einfach zu lösen sein. E. Graham et al .; International Journal of Precision Engineering and Manufacturing, Vol. 14, 2013, No. 9, pp. 1537-1646 discloses the production of functional surfaces. The invention is based on the object In order to reduce the friction between a micromechanical component and another component significantly, while at the same time the wear of these two components must be kept to a tolerable level Finally, the production of micromechanical components should be inexpensive, reproducible and easy to solve manufacturing technology.
Diese Aufgabe wird durch ein mikromechanisches Bauteil gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem zumindest ein mikromechanisches Bauteil, das mit einem anderen Bauteil in Kontakt steht, derart hergestellt werden kann, dass die Reibung zwischen den einzelnen Bauteilen vermindert ist und während der Benutzung der Bauteile ein konstanter Wert angenommen wird. Hinzu kommt, dass die Fertigung des mindestens einen Bauteils kostengünstig, reproduzierbar und fertigungstechnisch einfach gelöst werden kann. This object is achieved by a micromechanical component comprising the features of claim 1. A further object of the invention is to provide a method with which at least one micromechanical component which is in contact with another component can be produced in such a way that the friction between the individual components is reduced and a constant value during use of the components Is accepted. In addition, the production of the at least one component can be solved inexpensively, reproducibly and in terms of manufacturing technology.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 12 umfasst. Gemäß der Erfindung wird das mikromechanische Bauteil derart gefertigt, dass es mehrere Kontaktflächen besitzt. Die mehreren Kontaktflächen wirken mit einer Gegenkontaktfläche eines weiteren mikromechanischen Bauteils zusammen. Dabei ist jede Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils derart ausgebildet, dass sie mehrere erste Erhöhungen und erste Vertiefungen auf- weisen. Dabei tragen die ersten Erhöhungen und ersten Vertiefungen einer jeden Kontaktfläche selbst mehrere zweite Erhöhungen und zweite Vertiefungen. Die Anzahl und Größe der zweiten Erhöhungen ist derart gewählt, dass einige der zweiten Erhöhungen beim Zusammenwirken des michkromechani- schen Bauteils mit dem weiteren mikromechanischen Bauteil jeweils eine Ab- flachung ausgebildet haben. Eine Summe der Abflachungen der zweiten Erhöhungen ist kleiner als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche des weiteren mikromechanischen Bauteils, die mit den Abflachungen der zweiten Erhöhungen in Kontakt ist. This object is achieved by a method for producing a micromechanical component comprising the features of claim 12. According to the invention, the micromechanical component is manufactured such that it has a plurality of contact surfaces. The plurality of contact surfaces cooperate with a mating contact surface of another micromechanical component. In this case, each contact surface of the micromechanical component is designed such that it has a plurality of first elevations and first depressions. In this case, the first elevations and first depressions of each contact surface itself carry a plurality of second elevations and second depressions. The number and size of the second elevations is selected such that some of the second elevations have each formed a flattening when the micromechanical component interacts with the further micromechanical component. A sum of the flattenings of the second elevations is smaller than a maximum possible effective contact area of the further micromechanical component which is in contact with the flattenings of the second elevations.
Dabei ist es Ziel, die Reibung zwischen den einzelnen mikromechanischen Bauteilen so gering wie möglich zu machen. Wendet man dieses Prinzip insbesondere auf ein mikromechanisches Bauteil an, welches Teil der Ankerhemmung ist, erreicht man hierdurch eine Verlängerung der Lebensdauer, der Ganggenauigkeit und eine Verlängerung der Wartungsintervalle eines Zeitmessers. Dabei ist es von Vorteil, wenn ein Anteil der Abflachungen zur maximal möglichen effektiven Kontaktfläche maximal 80% und mindestens 2%, bevorzugt maximal 50% und mindestens 2% und besonders bevorzugt maximal 30% und mindestens 2% beträgt. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung haben die ersten Vertiefungen und die ersten Erhöhungen auf der Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils eine wellenförmige Struktur ausgebildet. Eine weitere Möglichkeit der Struktur an der Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils ist, dass die Erhöhungen und die ersten Vertiefungen zusammen eine trapezförmige Struk- tur ausbilden. Die ersten Vertiefungen einer jeden Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils sind zur Aufnahme eines Schmierstoffs ausgebildet. Der Schmierstoff kann in flüssiger, pastöser oder fester Form vorliegen. Ein weiterer Vorteil der Vertiefungen ist, dass die Vertiefungen zusätzlich zum Schmierstoff auch einen Abrieb aufnehmen können, der beim Einlaufen der mikrome- chanischen Bauteile auftritt und somit die resultierenden Abflachungen ausbildet. The aim is to minimize the friction between the individual micromechanical components. Applying this principle in particular to a micromechanical component, which is part of the anchor escapement, this achieves an extension of the service life, the accuracy and an extension of the maintenance intervals of a timepiece. It is advantageous if a proportion of the flattenings to the maximum possible effective contact surface is at most 80% and at least 2%, preferably at most 50% and at least 2% and particularly preferably at most 30% and at least 2%. According to one embodiment of the invention, the first depressions and the first elevations on the contact surface of the micromechanical component have a wave-shaped structure. Another possibility of the structure on the contact surface of the micromechanical component is that the elevations and the first depressions together form a trapezoidal structure. The first recesses of each contact surface of the micromechanical component are designed to receive a lubricant. The lubricant may be in liquid, pasty or solid form. Another advantage of the depressions is that the depressions can also absorb abrasion in addition to the lubricant, which occurs when the micromechanical components come in and thus forms the resulting flattenings.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann ein Kanal ausgebildet sein, der von mindestens einer der Kontaktflächen des mikromechanischen Bauteils ausgeht und sich in das Material des mikromechanischen Bau- teils hinein erstreckt. Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung des Kanals des mikromechanischen Bauteils ist, dass das mikromechanische Bauteil aus einem ersten plattenförmigen Teil und einem zweiten plattenförmigen Teil besteht, die miteinander verbunden sind. Dabei wird vor dem Verbinden des ersten plattenförmigen Bauteils und des zweiten plattenförmigen Bauteils der Ka- nal im ersten plattenförmigen Bauteil oder zweiten plattenförmigen Bauteil ausgebildet. According to a further embodiment of the invention, a channel may be formed which starts from at least one of the contact surfaces of the micromechanical component and extends into the material of the micromechanical component. Another possibility for forming the channel of the micromechanical component is that the micromechanical component consists of a first plate-shaped part and a second plate-shaped part which are connected to one another. In this case, before connecting the first plate-shaped component and the second plate-shaped component, the channel is formed in the first plate-shaped component or second plate-shaped component.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das mikromechanische Bauteil, zusätzlich noch mit einer Beschichtung versehen sein. Die mechanischen Eigenschaften, wie auch der Verschleiß der Kontaktflächen zwischen den mik- romechanischen Bauteilen, hängen im Wesentlichen von dem Anteil der tra- genden Fläche ab. Eine Rauhtiefenangabe liefert keine Angaben über den Anteil der tragenden Fläche an der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche. Eine Oberfläche bzw. Kontaktfläche mit geringer Rauhtiefe kann einen geringeren Anteil der tragenden Fläche ausbilden, als eine Kontaktfläche mit großer Rauhtiefe. Es muss daher im Einzelfall geprüft werden, wie hoch die Druckkräfte zwischen den einzelnen mikromechanischen Bauteilen sind, die auf die Summe der tragenden Flächen einwirken und ob dann die Summe der tragenden Flächen vorteilhafter Weise verringert werden kann. Eine Reduzierung der Summe der tragenden Fläche führt zu einer Reduzierung der Gesamtreibung und schafft erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise Raum für Schmierstoff und Abrieb, der aus dem Zusammenwirken der beiden mikromechanischen Bauteile entsteht. According to a further embodiment, the micromechanical component may additionally be provided with a coating. The mechanical properties, as well as the wear of the contact surfaces between the micromechanical components, depend essentially on the proportion of traction from the surface. A roughness depth specification does not provide any information about the proportion of the bearing surface at the maximum possible effective contact surface. A surface or contact surface with a small roughness depth can form a smaller proportion of the bearing surface than a contact surface with a large roughness depth. It must therefore be examined in individual cases, how high the pressure forces between the individual micromechanical components, which act on the sum of the bearing surfaces and whether then the sum of the bearing surfaces can be advantageously reduced. A reduction of the sum of the bearing surface leads to a reduction of the total friction and according to the invention advantageously creates space for lubricant and abrasion, which arises from the interaction of the two micromechanical components.
Bei der Anwendung der gegenwärtigen Erfindung bei Zeitmessern ist die Kontaktfläche zwischen den einzelnen Zähnen des Ankerrads und der Hemmung vorteilhafter Weise derart ausgebildet, dass ein Anteil der Summe der tragenden Flächen maximal 80% beträgt. Somit wird die Flächenanhangskraft einer geschlossenen Fläche umgangen. Gemäß der oben beschriebenen weiteren Ausführungsform können bei der Ankerhemmung die Ankerpaletten oder die Zähne des Ankerrads bzw. deren Gleitfläche (Kontaktfläche) z. B. mit einem zentrischen Kanal versehen sein, der zur Aufnahme eines Schmierstoffs dient. Erfindungsgemäß muss jedoch genau auf das Verhältnis von verbleibender möglicher effektiver Kontaktfläche und auf den auf diese Fläche einwirkenden Flächendruck geachtet werden. Bei optimaler Auslegung der Verhältnisse, wie z. B. Anteil der tragenden Fläche, Druckbelastung des Flächentraganteils und die Rauhtiefe der Tragflächen mit Schmierstoff und/oder geeigneter Beschich- tung, kann sich bereits ein Wert des Gleitreibungskoeffizienten von unter 0, 1 einstellen. In the application of the present invention to timepieces, the contact area between the individual teeth of the escape wheel and the escapement is advantageously designed such that a proportion of the sum of the supporting surfaces is at most 80%. Thus, the surface apposition force of a closed surface is bypassed. According to the further embodiment described above, in the anchor escapement, the anchor pallets or the teeth of the escape wheel or its sliding surface (contact surface) z. B. be provided with a central channel, which serves to receive a lubricant. According to the invention, however, attention must be paid to the ratio of remaining possible effective contact area and to the surface pressure acting on this area. With optimal interpretation of the conditions, such. B. proportion of the bearing surface, pressure load of the surface support portion and the surface roughness of the wings with lubricant and / or suitable coating tion, can already set a value of the sliding friction coefficient of less than 0, 1.
Erfindungsgemäß wird zunächst die Größe der effektiv möglichen Kontaktfläche zwischen der Palette und einem Zahn des Ankerrads bereits durch die Einbringung der ersten Vertiefungen bzw. des Kanals in die Kontaktfläche stark verringert. Hinzu kommt, dass die ersten Vertiefungen und auch der Kanal mit einem Schmierstoff aufgefüllt sein können. According to the invention, the size of the effectively possible contact surface between the pallet and a tooth of the escape wheel is already determined by the introduction of the first depressions or of the channel into the contact surface greatly reduced. In addition, the first wells and also the channel can be filled with a lubricant.
Bei der Verkleinerung der Kontaktfläche bzw. der Summe der tragenden Flächen verändert sich bei konstantem Drehmoment des Antriebs des Ankerrads die Zahnkraft nicht. Jedoch steigt der Druck auf die tragenden Flächen zwischen den beiden zusammenwirkenden mikromechanischen Bauteilen (Zahn des Ankerrads und Hemmung) stark an, so dass damit die Gefahr einer erhöhten Abnutzung der sich kontaktierenden Flächen des Ankerrads und der Hemmung besteht. Um diesem voraussehbaren Effekt zuvorzukommen, sieht die gegenwärtige Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform vor, dass der Anteil der tragenden Fläche an der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche maximal 80% beträgt. Hinzu kommt, dass die Kontaktflächen zwischen den Zähnen des Ankerrads und der Ankerhemmung aus einem extrem harten Material ausgebildet sind, wie dies beispielsweise mit einem photosensitivem Glas der Firma Schott möglich ist. Dieses photosensitive Glas wird unter dem Namen Foturan® vertrieben, welches sich bedingt durch seine Photoempfindlichkeit hervorragend strukturieren lässt. Das mikromechanische Bauteil is somit aus einem nichtmetallischen Glaswerkstoff hergestellt. When reducing the contact surface or the sum of the bearing surfaces, the tooth force does not change with a constant torque of the drive of the escape wheel. However, the pressure on the bearing surfaces between the two cooperating micromechanical components (tooth of the escape wheel and escapement) increases sharply, so that there is a risk of increased wear of the contacting surfaces of the escape wheel and the escapement. In order to preempt this predictable effect, the present invention provides in a preferred embodiment that the proportion of the bearing surface at the maximum possible effective contact surface is at most 80%. In addition, the contact surfaces between the teeth of the escape wheel and the anchor escapement are formed from an extremely hard material, as is possible, for example, with a photosensitive glass from Schott. This photosensitive glass is sold under the name Foturan®, which can be excellently structured due to its photosensitivity. The micromechanical component is thus made of a non-metallic glass material.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann zusätzlich zu den ersten Vertiefungen ebenfalls ein Kanal (Fluidkanal) ausgearbeitet werden, der sich in einen Arm des Ankerrads hinein erstreckt. Dieser Kanal vergrößert somit auch das Schmiermittelreservoir. Das Ankerrad besteht dabei aus einem ersten plattenförmigen Teil und einem zweiten plattenförmigen Teil. Die Ausarbeitung des Kanals wird dabei in mindestens einem der beiden plattenförmigen Teile mit einem photolithographischem Strukturierungsprozess ausgeführt. Diese photolithographischen Strukturierungsprozesse sind in der Silizium- Verarbeitung als MEMS-Prozesse bekannt. Denkbar bei der Ausarbeitung bzw. Strukturierung sind ebenfalls Verfahren, die mit Mikrostrahlen oder mit Laser arbeiten. Ebenfalls ist auch eine mechanische Bearbeitung denkbar. Nachdem der Kanal in einem der beiden plattenförmigen Bauteile des Ankerrads ausgebildet worden ist, werden die beiden Teile gereinigt und miteinan- der verbunden. Die beiden plattenförmigen Teile können dabei aus dem gleichen oder auch aus einem anderen, nicht metallischen Glaswerkstoff bestehen. Die Verbindung der beiden Teile kann z. B. durch ein thermisches Diffu- sionsfügeverfahren, einem sog. Bonden oder Waferbonden durchgeführt wer- den. According to a further embodiment of the invention, in addition to the first recesses, a channel (fluid channel) can also be worked out, which extends into an arm of the escape wheel. This channel thus also increases the lubricant reservoir. The escape wheel consists of a first plate-shaped part and a second plate-shaped part. The elaboration of the channel is carried out in at least one of the two plate-shaped parts with a photolithographic patterning process. These photolithographic patterning processes are known in silicon processing as MEMS processes. Conceivable in the elaboration or structuring are also methods that work with micro-beams or with laser. Also, a mechanical processing is conceivable. After the channel has been formed in one of the two plate-shaped components of the escape wheel, the two parts are cleaned and miteinan- the connected. The two plate-shaped parts may consist of the same or of another, non-metallic glass material. The connection of the two parts can, for. B. by a thermal diffusion joining process, a so-called. Bonding or Waferbonden be performed.
Für Bauteile, die geringeren Belastungen unterliegen, kann bereits eine Strukturierung der effektiv möglichen maximalen Kontaktflächen auf der ersten oder der zweiten Platte genügen, ohne die explizite Ausarbeitung einer Vertiefung in Form eines Mikro- oder Fluidkanals vorzunehmen. In einer solchen Ausfüh- rungsform kann der Anteil der tragenden Fläche weiter reduziert werden. Eine Reduzierung auf einen Anteil an der tragenden Fläche von 30% bis 10% ist denkbar, jedoch muss er mindestens 2% an der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche betragen, um evtl. mehr Raum für den einzubringenden Schmierstoff, wie z. B. in Form von Festschmierstoff, zu erhalten. Es ist folglich klar ersichtlich, dass das Maß der tragenden Fläche in direktem Zusammenhang mit den ersten Vertiefungen, den zweiten Vertiefungen und ggf. dem Kanal steht. Die Mindesttiefe der zweiten Vertiefungen errechnet sich nach derFor components which are subject to lower loads, a structuring of the effectively possible maximum contact surfaces on the first or the second plate can already be sufficient, without the explicit elaboration of a depression in the form of a micro or fluid channel. In such an embodiment, the proportion of the supporting surface can be further reduced. A reduction to a proportion of the bearing surface of 30% to 10% is conceivable, but it must be at least 2% of the maximum possible effective contact area, to possibly more space for the lubricant to be introduced, such. In the form of solid lubricant. It is therefore clear that the dimension of the supporting surface is directly related to the first recesses, the second recesses and possibly the channel. The minimum depth of the second wells is calculated according to the
Formel 0,02 x ^Fläche . Somit kann das Verhältnis der ersten Vertiefungen und der zweiten Vertiefungen pro maximal möglicher Kontaktfläche je nach vorliegendem Flächendruck eingestellt werden. Je nach gewählter Materialpaarung und Art des Schmierstoffs kann der Anteil der Summe der tragenden Flächen der zweiten Erhöhungen an der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche mindestens 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, aber mindestens 2% betragen. Auch hinsichtlich der Tiefe der ersten Vertiefungen und der zweiten Vertiefungen hat sich herausgestellt, dass bei einem hohen Anteil der tragenden Fläche (von z. B. 80%) die Tiefe der ersten Vertiefungen und der zweiten Vertiefungen größer dimensioniert sein sollten, da es bei der Inbetriebnahme der beiden mikromechanischen Bauteile zu einem Erstabrieb und in gewisser Weise je nach Härte und Beschaffenheit zu einem sog. Einlaufen der Flächen der beiden mikromechanischen Bauteile kommt. Es ist bei der gegenwärtigen Erfindung von Vorteil, dass sich der Abrieb in den ersten Vertiefungen der Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils sammelt. Für den Fall, dass die Vertiefungen zu klein sind, bzw. der Anteil der tragenden Fläche zu hoch, wird dieser Abrieb unkontrolliert in der Umgebung des Bauteils verteilt. Bei richtig gewähltem Verhältnis des Anteils der tragenden Fläche, bzw. bei einem richtigen Auslegen der ersten Vertiefungen kann der in den Vertiefungen, bzw. im Kanal eingebrachte Schmierstoff den Erstabrieb in den ersten Vertiefungen binden. Dies geschieht besonders bevorzugt bei der Verwendung eines Festschmierstoffs. Formula 0.02 x ^ area. Thus, the ratio of the first recesses and the second recesses per maximum possible contact surface can be adjusted depending on the existing surface pressure. Depending on the selected material pairing and type of lubricant, the proportion of the sum of the bearing areas of the second elevations on the maximum possible effective contact area may be at least 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, but at least 2%. Also with regard to the depth of the first recesses and the second recesses, it has been found that with a high proportion of the supporting surface (of eg 80%), the depth of the first recesses and the second recesses should be increased in size Commissioning of the two micromechanical components to a Erstabrieb and in a certain way depending on the hardness and nature of a so-called. Run-in of the surfaces of the two micromechanical components comes. It is advantageous in the present invention that the abrasion in the first wells of the Contact surface of the micromechanical component collects. In the event that the wells are too small, or the proportion of the bearing surface too high, this abrasion is distributed uncontrollably in the environment of the component. If the ratio of the proportion of the bearing surface is correctly selected, or if the first depressions are correctly designed, the lubricant introduced in the depressions or in the channel can bind the first abrasion in the first depressions. This is particularly preferably when using a solid lubricant.
Ebenso lässt sich durch das Aufbringen weiterer Beschichtungen die Reibung zwischen den mikromechanischen Bauteilen nochmals senken und die Bruchfestigkeit des Grundsubstrats, aus denen die mikromechanischen Bauteile hergestellt werden, nochmals erhöhen. Dies führt nochmals zu einer Verringerung des Anteils der tragenden Fläche an der maximalen möglichen effektiven Kontaktfläche des jeweiligen mikromechanischen Bauteils. Solche Beschich- tungen sind z. B. durchs Sputtern, Bedampfen, Galvanik, usw. möglich. Bevorzugt wird bei der Verwendung der mikromechanischen Bauteile in einem Zeitmesser ein CVD- und ein PVD-Verfahren verwendet, mit denen z. B. Silizium- Nitrit, Silizium-Carbid, Kohlenstoff in Form von Diamant, oder DLC, oder Graphen, usw. aufgebracht werden. Nach dem Beschichten zeichnen sich die Ver- tiefungen und Erhöhungen in der Schichtoberfläche weitgehend gleich ab. Erfindungsgemäß zeichnet sich das Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils aus einem nicht metallischen Glaswerkstoff dadurch aus, dass zunächst mehrere Kontaktflächen derart ausgebildet werden, dass bei jeder Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils mehrere erste Erhöhun- gen und erste Vertiefungen ausgebildet werden. Ebenso werden mehrere zweite Erhöhungen und zweite Vertiefungen auf der Außenfläche der ersten Erhöhungen und der ersten Vertiefungen einer jeden Kontaktfläche ausgebildet. Vor der ersten Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils erfolgt das Abtragen von Spitzen der zweiten Erhöhungen. Dieses Abtragen erfolgt durch das Zusammenwirken des mikromechanischen Bauteils mit einer Gegenkontaktfläche eines weiteren mikromechanischen Bauteils. Durch das Abtragen der Spitzen wird eine tragende Fläche der zweiten Erhöhungen derart ausgebildet, dass diese kleiner ist, als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche der ersten Erhöhungen. Likewise, by applying further coatings, the friction between the micromechanical components can be reduced even further and the breaking strength of the base substrate, from which the micromechanical components are produced, can be further increased. This again leads to a reduction in the proportion of the bearing surface at the maximum possible effective contact area of the respective micromechanical component. Such coatings are z. B. by sputtering, steaming, electroplating, etc. possible. When using the micromechanical components in a timer, a CVD and a PVD method is preferably used with which z. As silicon nitrite, silicon carbide, carbon in the form of diamond, or DLC, or graphene, etc. are applied. After coating, the depressions and elevations in the layer surface are largely the same. According to the invention, the method for producing a micromechanical component from a non-metallic glass material is characterized in that initially a plurality of contact surfaces are formed such that a plurality of first elevations and first depressions are formed at each contact surface of the micromechanical component. Likewise, a plurality of second ridges and second pits are formed on the outer surface of the first ridges and the first pits of each contact surface. Before the first startup of the micromechanical component according to the invention, the removal of tips of the second elevations takes place. This removal takes place by the interaction of the micromechanical component with a mating contact surface of a further micromechanical Component. By removing the tips, a bearing surface of the second elevations is formed such that it is smaller than a maximum possible effective contact area of the first elevations.
Die ersten Erhöhungen und die ersten Vertiefungen können dabei derart aus- gebildet werden, dass sie eine wellenförmige Struktur besitzen. Eine weitere Möglichkeit besteht bei der Ausbildung der ersten Erhöhungen und der ersten Vertiefungen darin, dass diese zusammen eine trapezförmige Struktur ausbilden. The first elevations and the first depressions can be formed such that they have a wave-shaped structure. Another possibility consists in the formation of the first elevations and the first depressions in that together they form a trapezoidal structure.
Wie bereits vorstehend erwähnt, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Reibung zwischen dem mikromechanischen Bauteil und dem weiteren mikromechanischen Bauteil dahingehend reduziert werden, dass in dem Material des mikromechanischen Bauteils ein Kanal eingearbeitet wird. Der Kanal geht dabei von mindestens einer Kontaktfläche aus und erstreckt sich in das Material des mikromechanischen Bauteils hinein. Bei der Ausarbeitung des Kanals werden Prozesse angewendet, die bei der Strukturierung von Halbleitern bzw. Silizium hinlänglich bekannt sind. Für den Fall, dass das mikromechanische Bauteil einen Kanal aufweisen soll, ist das mikromechanische Bauteil aus einer ersten Platte und einer zweiten Platte aufgebaut. Bei der Herstellung des Kanals wird dieser in einer ersten Platte eingearbeitet. Nach der Reinigung der ersten Platte wird eine zweite Platte aus dem gleichen oder einem anderen Glaswerkstoff plan aufgebracht. Dieses Aufbringen kann z. B. mittels eines thermischen Diffusionsfügeverfahren, einem sog. Bonden oder Wafer-Bonden erfolgen. In einem nächsten Schritt wird auf die beiden verbundenen Platten eine Maske aufgebracht, so dass in einem zweiten Schritt mittels eines Litho- graphieverfahrens die entsprechenden mikromechanischen Bauteile strukturiert werden können. Die Maske bildet die äußere Form des fertigen mikromechanischen Bauteils ab. Es ist selbstverständlich, dass die Maske und demzufolge auch das Bauteil so positioniert sind, dass bei dem im vorigen Schritt ausgearbeiteten Mikrostrukturen (Kanal) eine genau definierte Position im fer- tigen Bauteil erhalten wird. In einem nachfolgenden Schritt werden die Bauteile durch geeignete Mikroausarbeitungsverfahren, wie diese z. B. in der Halb- leiterindustrie hinreichend bekannt sind, ausgearbeitet. Die fertige Außenkontur der Bauteile kann bei Bedarf noch einer weiteren Nachbehandlung, z. B. durch ein Polierverfahren, wie z. B. Mittels KAH-Ätzen, unterzogen werden. Nachdem das mikromechanische Bauteil entsprechend ausgearbeitet worden ist, kann vor dem Einbau z. B. des mikromechanischen Bauteils in einen Zeitmesser, dieses noch mit einem Schmierstoff versehen werden, der weiterhin für eine Verminderung der Reibung zwischen den beiden mikromechanischen Bauteilen sorgt. Der Schmierstoff sammelt sich dabei in den ersten Vertiefungen, bzw. im Kanal des mikromechanischen Bauteils. Als Schmierstoffe wer- den bevorzugt pastöse Schmierstoffe, wie z. B. MoS2 verwendet, die besonders für das Einbringen des Schmierstoffs in die ersten Vertiefungen oder dem Kanal geeignet sind. Die pastösen Schmierstoffe neigen bei Beschleunigungsoder Zentrifugalkräften nicht so leicht zum Abwandern. Gemäß der Erfindung wird ferner ein Gleitreibungskoeffizient von unter 0, 15 angestrebt. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Gleitreibzahl von der Rauheit der jeweiligen Oberfläche abhängt, in der die tragende Fläche ausgebildet ist. As already mentioned above, in the method according to the invention the friction between the micromechanical component and the further micromechanical component can be reduced to the effect that a channel is incorporated in the material of the micromechanical component. The channel starts from at least one contact surface and extends into the material of the micromechanical component. In the development of the channel processes are used, which are well known in the structuring of semiconductors or silicon. In the event that the micromechanical component is to have a channel, the micromechanical component is constructed from a first plate and a second plate. In the production of the channel this is incorporated in a first plate. After cleaning the first plate, a second plate of the same or another glass material is applied flat. This application can z. Example by means of a thermal diffusion joining method, a so-called. Bonding or wafer bonding done. In a next step, a mask is applied to the two connected plates, so that in a second step the corresponding micromechanical components can be structured by means of a lithography process. The mask depicts the outer shape of the finished micromechanical component. It goes without saying that the mask and consequently also the component are positioned in such a way that a precisely defined position in the finished component is obtained during the microstructures (channel) worked out in the previous step. In a subsequent step, the components by suitable micro-processing methods, such as these z. In the halfway conductor industry are sufficiently well-developed. The finished outer contour of the components can, if necessary, a further treatment, z. B. by a polishing process such. B. by KAH etching. After the micromechanical component has been worked out accordingly, z. As the micromechanical component in a timer, this still be provided with a lubricant, which further provides for a reduction of the friction between the two micromechanical components. The lubricant collects in the first recesses, or in the channel of the micromechanical component. As lubricants are preferably pasty lubricants such. B. MoS2 is used, which are particularly suitable for the introduction of the lubricant in the first wells or the channel. The pasty lubricants are less prone to migration when accelerated or centrifugal. According to the invention, a sliding friction coefficient of less than 0.15 is also desired. It should be noted that the Gleitreibzahl depends on the roughness of the respective surface in which the bearing surface is formed.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. Dabei zeigen: In the following, embodiments of the invention and their advantages with reference to the accompanying figures will be explained in more detail. The proportions in the figures do not always correspond to the actual size ratios, as some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for ease of illustration. Showing:
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf eine Hemmung, die das Zusammenwirken des Ankers mit dem Ankerrad zeigt; Fig. 1 is a schematic plan view of an escapement showing the interaction of the armature with the escape wheel;
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen mikromechani- sehen Bauteils, das ein Ankerrad ist; FIG. 2 shows a perspective view of the micromechanical component according to the invention, which is an escape wheel; FIG.
Fig. 3 eine vergrößerte Draufsicht auf einen Radzahn des mikromechanischen Bauteils mit einer angedeuteten theoretischen Kontaktfläche; eine vergrößerte Draufsicht auf einen Radzahn des mikromechani sehen Bauteils; Fig. 5 eine perspektivische und vergrößerte Ansicht des in Fig. 2 mit K gekennzeichneten Bereichs des mikromechanischen Bauteils; 3 shows an enlarged plan view of a toothed wheel of the micromechanical component with an indicated theoretical contact surface; an enlarged plan view of a wheel tooth of mikromechani see component; 5 shows a perspective and enlarged view of the region of the micromechanical component marked K in FIG. 2;
Fig. 6 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils; 6 shows a schematic view of a further embodiment of the contact surface of a toothed wheel of the micromechanical component;
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils, welches aus zwei verbundenen Platten besteht; 7 shows a further embodiment of the micromechanical component, which consists of two connected plates;
Fig. 8 eine perspektivische und vergrößerte Ansicht des in Fig. 7 mit K gekennzeichneten Bereichs des mikromechanischen Bauteils; 8 shows a perspective and enlarged view of the region of the micromechanical component marked K in FIG. 7;
Fig. 9 eine Draufsicht auf den Radzahn gemäß der Ausführungsform aus Fig. 9 is a plan view of the wheel tooth according to the embodiment of FIG.
7;  7;
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils; 10 shows a schematic sectional view of part of the contact surface of a toothed wheel of the micromechanical component;
Fig. 1 1 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils mit einer Einhüllenden; 1 is a schematic sectional view of part of the contact surface of a wheel tooth of the micromechanical component with an envelope;
Fig. 12 eine schematische Schnittansicht eines Teils einer anderen Ausführungsform der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils; 12 shows a schematic sectional view of a part of another embodiment of the contact surface of a toothed wheel of the micromechanical component;
Fig. 13 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche aus Fig. 12 eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils mit einer Einhüllenden; 13 shows a schematic sectional view of a part of the contact surface from FIG. 12 of a toothed wheel of the micromechanical component with an envelope;
Fig. 14 eine schematische Schnittansicht des Zusammenwirkens von der Kontaktfläche des mikromechanischen Bauteils und der Gegenkontaktflä- che eines weiteren mikromechanischen Bauteils; 14 shows a schematic sectional view of the interaction of the contact surface of the micromechanical component and the mating contact surface of a further micromechanical component;
Fig. 15 eine schematische Schnittansicht der tragenden Flächen, die an den ersten Erhöhungen ausgebildet sind; Fig. 16 eine schematische Schnittansicht der tragenden Flächen, die an den ersten Erhöhungen der Ausführungsform der Kontaktfläche aus Fig. 12 ausgebildet sind; und Fig. 15 is a schematic sectional view of the supporting surfaces formed on the first ridges; Fig. 16 is a schematic sectional view of the supporting surfaces formed on the first ridges of the embodiment of the contact surface of Fig. 12; and
Fig.17 eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche eines Radzahns des mikromechanischen Bauteils, gemäß einer weiteren17 shows a schematic sectional view of part of the contact surface of a toothed wheel of the micromechanical component, according to another
Ausführungsform der Erfindung. Embodiment of the invention.
Obwohl sich die nachfolgende Beschreibung auf ein Ankerrad als mikromechanisches Bauteil bezieht, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die erfindungsgemäß ausgestalteten Kontaktflächen zwischen einem mikromechanischen Bauteil und einem weiteren mikromechanischen Bauteil, die gemäß der Erfindung ausgestaltet sind, für jegliche Anwendungen verwendet werden können, bei denen das mikromechanische Bauteil und das weitere mikromechanische Bauteil in Reibkontakt treten. Although the following description refers to an escape wheel as a micromechanical component, this should not be construed as limiting the invention. It is obvious to a person skilled in the art that the contact surfaces configured according to the invention between a micromechanical component and a further micromechanical component designed according to the invention can be used for any applications in which the micromechanical component and the further micromechanical component come into frictional contact.
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf eine Hemmung mit einer Unruh 50, einem Anker 52 und einem Ankerrad 54, welche hinlänglich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Der Anker 52 weist eine Eingangspalette 56 und eine Ausgangspalette 58 auf, die abwechselnd an je einem Ankerzahn 60 zur Anlage kommen. Das Ankerrad 54 wird von der (nicht dargestellten) Aufzugsfeder über das (ebenfalls nicht dargestellte) Räderwerk im Drehsinn D vorgespannt. Die Ruheflächen der Ankerpaletten 56, 58 zeigen nicht auf das Zentrum des Ankerrads 54, sondern stehen in einem Winkel Z zu diesem. Dadurch wird der Anker 52 sicher vom Ankerrad 54 an einen der Begrenzungsstifte 62 gedrückt. Wäre dies nicht der Fall, würde das Ankerhorn in der Ankergabel bei jeder Erschütterung an der Sicherheitsrolle 64 der Unruh 50 streifen. Das Ankerrad 54 und die Eingangspalette 56 sowie die Ausgangspalette 58 des Ankers 52 wirken in der vorstehend beschriebenen Art und Weise zusammen, damit ein kleiner Energiebetrag auf die Unruh 50 beim Nulldurchgang übertragen wird. Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht des erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils 1 , das als Ankerrad ausgebildet ist. Das mikromechanische Bauteil 1 wird mittels eines photolithographischem Strukturierungspro- zesses aus einem photosensitiven Glas hergestellt. Das photosensitive Glas kann z. B. ein Glas der Firma Schott sein, das unter dem Namen Foturan® vertrieben wird. Mittels des photolithographischen Strukturierungsprozesses werden in einer Platte aus dem photosensitiven Glas eine Vielzahl von mikromechanischen Bauteilen 1 strukturiert. Nach dem Abschluss des Strukturierungsprozesses, werden die einzelnen mikromechanischen Bauteile 1 vereinzelt und können ggf. in einen Zeitmesser eingebaut werden. Das mikromechanische Bauteil weist mehrere Radzähne 2 auf. Figure 1 shows a plan view of an escapement with a balance 50, an armature 52 and an escape wheel 54, which are well known in the prior art. The armature 52 has an input pallet 56 and an output pallet 58, which alternately come to rest against an armature tooth 60. The escape wheel 54 is biased by the (not shown) elevator spring on the (also not shown) gear train in the direction of rotation D. The resting surfaces of the anchor pallets 56, 58 do not point to the center of the escape wheel 54, but are at an angle Z to this. As a result, the armature 52 is securely pressed by the escape wheel 54 to one of the limit pins 62. If this were not the case, the armature horn in the anchor fork would strike the security roller 64 of the balance 50 every time it is shaken. The escape wheel 54 and the input palette 56 and the output palette 58 of the armature 52 cooperate in the manner described above, so that a small amount of energy is transmitted to the balance 50 at zero crossing. FIG. 2 shows a perspective view of the micromechanical component 1 according to the invention, which is designed as an escape wheel. The micromechanical component 1 is produced from a photosensitive glass by means of a photolithographic patterning process. The photosensitive glass may, for. B. be a glass of the company Schott, which is sold under the name Foturan®. By means of the photolithographic patterning process, a plurality of micromechanical components 1 are patterned in a plate made of the photosensitive glass. After completion of the structuring process, the individual micromechanical components 1 are separated and can optionally be installed in a timer. The micromechanical component has a plurality of wheel teeth 2.
Figur 3 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf einen Radzahn 2 des mikromechanischen Bauteils 1 . Wie aus der Darstellung der Fig. 2 zu entnehmen ist, besitzt das mikromechanische Bauteil 1 eine Vielzahl von Radzähnen 2. Jeder der Radzähne 2 hat eine Kontaktfläche 3 ausgebildet. FIG. 3 shows an enlarged plan view of a wheel tooth 2 of the micromechanical component 1. As can be seen from the representation of FIG. 2, the micromechanical component 1 has a multiplicity of wheel teeth 2. Each of the wheel teeth 2 has a contact surface 3.
Bei der in Figur 4 gezeigten Darstellung des Radzahns 2 des mikromechanischen Bauteils 1 ist die Ausgestaltung der maximal möglichen effektiven Kontaktfläche 30 gezeigt. Die maximal mögliche effektive Kontaktfläche 30 besitzt mehrere erste Vertiefungen 21 und mehrere erste Erhöhungen 1 1. Figur 5 zeigt eine perspektivische und vergrößerte Ansicht des in Fig. 2 mit K gekennzeichneten Bereichs des mikromechanischen Bauteils 1 . Die maximal möglich effektive Kontaktfläche 30 des Radzahns 2 besteht dabei aus einer Vielzahl von ersten Vertiefungen 21 und ersten Erhöhungen 1 1 . Die Kontaktfläche 3 des Radzahns 2 besitzt eine Länge L und eine Höhe H. Entlang der Länge L des Radzahns 2 sind die ersten Erhöhungen 1 1 und die ersten Vertiefungen 21 in einer trapezförmigen Abfolge angeordnet. In the representation of the wheel tooth 2 of the micromechanical component 1 shown in FIG. 4, the embodiment of the maximum possible effective contact surface 30 is shown. The maximum possible effective contact surface 30 has a plurality of first depressions 21 and a plurality of first elevations 1 1. FIG. 5 shows a perspective and enlarged view of the region of the micromechanical component 1 labeled K in FIG. 2. The maximum possible effective contact surface 30 of the Radzahns 2 consists of a plurality of first recesses 21 and first elevations 1 first The contact surface 3 of the Radzahns 2 has a length L and a height H. Along the length L of the Radzahns 2, the first elevations 1 1 and the first recesses 21 are arranged in a trapezoidal sequence.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf die Kontaktfläche 3 eines Radzahns 2, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Die ersten Erhöhungen 1 1 sind über die Kontaktfläche 3 statistisch verteilt. Zwischen den ersten Erhö- hungen 1 1 sind die ersten Vertiefungen 21 ausgebildet, bzw. die ersten Erhöhungen 1 1 sind durch die ersten Vertiefungen 21 voneinander getrennt. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass die in Fig. 5 und in Fig. 6 gezeigten Ausführungsformen der Anordnungen der ersten Erhöhungen 1 1 und der ersten Vertiefungen 21 nicht als Beschränkung der Erfindungen aufgefasst werden können. Die Anordnung der ersten Erhöhungen 1 1 und der ersten Vertiefungen 21 kann beliebige Formen und Verteilungen annehmen. Figure 6 shows a plan view of the contact surface 3 of a Radzahns 2, according to another embodiment of the invention. The first elevations 1 1 are statistically distributed over the contact surface 3. Between the first 1 1, the first recesses 21 are formed, or the first elevations 1 1 are separated from each other by the first recesses 21. It is obvious to a person skilled in the art that the embodiments of the arrangements of the first elevations 11 and the first depressions 21 shown in FIG. 5 and in FIG. 6 can not be regarded as limiting the inventions. The arrangement of the first elevations 1 1 and the first recesses 21 can take on any shapes and distributions.
Figur 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils 1. Das mikromechanische Bauteil 1 besteht aus einem ersten plattenförmigen Teil 101 und einem zweiten plattenförmigen Teil 102. Der erste plattenförmige Teil 101 ist mit dem zweiten plattenförmigen Teil 102 permanent verbunden. Bei der Herstellung des mikromechanischen Bauteils 1 werden zwei Platten des strukturierbaren photosensitiven und nicht metallischen Glases miteinander verbunden und dann mit einer Maske versehen, damit aus den beiden verbundenen Platten letztendlich die mikromechanischen Bauteile 1 strukturiert und somit hergestellt werden können. Der erste plattenförmige Teil 101 und der zweite plattenförmige Teil 102 werden dabei derart miteinander verbunden, dass die Kanäle 6 (siehe Figur 8) im strukturierten Radzahn 2 angeordnet sind. Figur 8 zeigt eine vergrößerte Darstellung des in Fig. 7 mit K gekennzeichneten Bereichs. Wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 7 erwähnt, besteht das mikromechanische Bauteil 1 aus einem ersten plattenförmigen Teil 101 und einem zweiten plattenförmigen Teil 102. Wie aus der Beschreibung zu Fig. 8 nun zu erkennen ist, setzt sich dieser Zusammenhang auch bis in den Radzahn 2 des mikromechanischen Bauteils 1 durch. Hier ist jedoch in einem der beiden plattenförmigen Teile 101 , 102 ein Kanal 6 ausgebildet, der sich von der Kontaktfläche 3 bis in das Material 7 des mikromechanischen Bauteils 1 , bzw. dessen Radzahns 2 hinein erstreckt. Für die Herstellung der in Fig. 7 beschriebenen Ausführungsform werden zunächst in einer Platte (nicht darge- stellt) des photostrukturierbaren nichtmetallischen Glases die Positionen der Kanäle 6 der einzelnen mikromechanischen Bauteile 1 strukturiert. Nach einer Reinigung dieses Teils wird eine zweite Platte mit der ersten Platte verbunden. Dieses Verbinden kann durch herkömmliche, in der Halbleitertechnologie bekannte, Techniken geschehen. Anschließend wird auf die beiden verbundenen Platten eine Maske in genauer Registratur aufgebracht, damit die einzelnen mikromechanischen Bauteile 1 aus den verbundenen Platten hergestellt, bzw. freigesetzt werden können. Die Maske wird derart genau aufgebracht, dass die zuvor strukturierten Kanäle 6 auch dann in den Radzähnen 2 der vereinzelten mikromechanischen Bauteile 1 vorhanden und zugänglich sind. FIG. 7 shows a perspective view of a further embodiment of the micromechanical component 1. The micromechanical component 1 consists of a first plate-shaped part 101 and a second plate-shaped part 102. The first plate-shaped part 101 is permanently connected to the second plate-shaped part 102. In the manufacture of the micromechanical component 1, two plates of the structurable photosensitive and non-metallic glass are connected to one another and then provided with a mask, so that finally the micromechanical components 1 can be structured and thus produced from the two connected plates. The first plate-shaped part 101 and the second plate-shaped part 102 are connected to one another in such a way that the channels 6 (see FIG. 8) are arranged in the structured wheel tooth 2. FIG. 8 shows an enlarged view of the area marked K in FIG. As already mentioned in the description of FIG. 7, the micromechanical component 1 consists of a first plate-shaped part 101 and a second plate-shaped part 102. As can be seen from the description of FIG. 8, this relationship also extends into the art Radzahn 2 of the micromechanical component 1 by. Here, however, a channel 6 is formed in one of the two plate-shaped parts 101, 102, which extends from the contact surface 3 into the material 7 of the micromechanical component 1, or its wheel tooth 2. For the production of the embodiment described in FIG. 7, the positions of the channels 6 of the individual micromechanical components 1 are first patterned in a plate (not shown) of the photopatternable non-metallic glass. After a Cleaning this part, a second plate is connected to the first plate. This bonding can be done by conventional techniques known in semiconductor technology. Subsequently, a mask is applied in exact registry on the two connected plates, so that the individual micromechanical components 1 can be produced from the bonded plates, or can be released. The mask is applied so precisely that the previously structured channels 6 are also present and accessible in the wheel teeth 2 of the singulated micromechanical components 1.
Figur 9 zeigt eine Draufsicht auf den Radzahn 2, gemäß der in Fig. 7 darge- stellten Ausführungsform der Erfindung. Von der Kontaktfläche 3 ausgehend, erstreckt sich der ausgebildete Kanal 6 in das Material 7 des Radzahns 2 hinein. Von der Kontaktfläche 3 sind weiterhin, den Kanal 6 umgebend, die ersten Erhöhungen 1 1 und die ersten Vertiefungen 21 ausgebildet. FIG. 9 shows a top view of the gear tooth 2, according to the embodiment of the invention shown in FIG. Starting from the contact surface 3, the channel 6 formed extends into the material 7 of the wheel tooth 2. Of the contact surface 3 are further, the channel 6 surrounding the first elevations 1 1 and the first recesses 21 are formed.
Figur 10 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche 3 eines Radzahns 2 des mikromechanischen Bauteils 1 . Die Außenfläche des Radzahns 2 bzw. die Kontaktfläche 3 des Radzahns 2 ist aus einer Vielzahl von ersten Erhöhungen 1 1 und ersten Vertiefungen 21 ausgebildet. Die ersten Erhöhungen 1 1 und die ersten Vertiefungen 21 tragen selbst eine Vielzahl von zweiten Erhöhungen 12 und zweiten Vertiefungen 22. Bei der in Figur 11 gezeigten Schnittansicht des Teils der Kontaktfläche 3 eines Radzahns 2 des mikromechanischen Bauteils 1 ist eine Einhüllende 16 eingezeichnet. Anhand der Einhüllenden 16 erkennt man, dass bei der hier dargestellten Ausführungsform die ersten Erhöhungen 1 1 und die ersten Vertiefungen 21 trapezförmig ausgebildet sind. Die ersten Erhöhungen 1 1 und die ersten Vertiefungen 21 selbst tragen eine Vielzahl von zweiten Erhöhungen 12 und zweiten Vertiefungen 22. Die ersten Vertiefungen 21 haben eine Tiefe T ausgebildet. FIG. 10 shows a schematic sectional view of part of the contact surface 3 of a wheel tooth 2 of the micromechanical component 1. The outer surface of the Radzahns 2 and the contact surface 3 of the Radzahns 2 is formed of a plurality of first elevations 1 1 and first recesses 21. The first elevations 11 and the first depressions 21 themselves carry a multiplicity of second elevations 12 and second depressions 22. In the sectional view of the part of the contact surface 3 of a gear tooth 2 of the micromechanical component 1 shown in FIG. 11, an envelope 16 is drawn. With the help of the envelope 16, it can be seen that in the embodiment shown here, the first elevations 11 and the first depressions 21 are trapezoidal in shape. The first projections 11 and the first recesses 21 themselves carry a plurality of second projections 12 and second recesses 22. The first recesses 21 have a depth T formed.
Bei der in Figur 12 gezeigten Ausführungsform sind die ersten Erhöhungen 1 1 und die zweiten Vertiefungen 22 wellenförmig angeordnet. Analog zu der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform besitzen die ersten Erhöhungen 1 1 und die ersten Vertiefungen 21 ebenfalls zweite Erhöhungen 12 und zweite Vertiefungen 22. In the embodiment shown in FIG. 12, the first elevations 11 and the second depressions 22 are arranged in a wave form. Analogous to the in 10, the first elevations 11 and the first depressions 21 likewise have second elevations 12 and second depressions 22.
Bei der in Figur 13 gezeigten Darstellung ist die Einhüllende 16 gezeigt, so dass die wellenförmige Anordnung der ersten Erhöhungen 1 1 und der ersten Vertiefungen 21 besser zu erkennen ist. In the illustration shown in FIG. 13, the envelope 16 is shown, so that the wave-shaped arrangement of the first elevations 11 and the first depressions 21 can be seen better.
Figur 14 zeigt eine schematische Schnittansicht des Zusammenwirkens der Kontaktfläche 3 des mikromechanischen Bauteils 1 und einer Gegenkontakt- fläche 4 eines weiteren mikromechanischen Bauteils 5. In den ersten Vertie- fungen 21 des mikromechanischen Bauteils 1 ist ein Schmierstoff 14 eingebracht. Bei dem Zusammenwirken des mikromechanischen Bauteils 1 und des weiteren mikromechanischen Bauteils 5 werden die Spitzen 18 der ersten Erhöhungen 1 1 abgetragen. Diese Spitzen 18 sammeln sich in dem Schmierstoff 14, der in den ersten Vertiefungen 21 vorgesehen ist. Dieses Abtragen, bzw. Einlaufen des Zusammenwirkens des mikromechanischen Bauteils 1 und des weiteren mikromechanischen Bauteils 5 kann auch bereits vor dem Einbau der beiden mikromechanischen Bauteile 1 , 5 in den Zeitmesser erfolgen. FIG. 14 shows a schematic sectional view of the interaction of the contact surface 3 of the micromechanical component 1 and a mating contact surface 4 of a further micromechanical component 5. A lubricant 14 is introduced into the first recesses 21 of the micromechanical component 1. In the interaction of the micromechanical component 1 and the further micromechanical component 5, the tips 18 of the first elevations 11 are removed. These tips 18 accumulate in the lubricant 14 provided in the first recesses 21. This removal, or shrinkage of the interaction of the micromechanical component 1 and the further micromechanical component 5 can also be carried out before the installation of the two micromechanical components 1, 5 in the timer.
Bei den in Figur 15 und Figur 16 gezeigten Darstellungen sind die tragenden Flächen 10 gezeigt, die sich durch das Zusammenwirken des mikromechani- sehen Bauteils 1 mit dem weiteren mikromechanischen Bauteil 5 an den ersten Erhöhungen 1 1 ausbilden. Wie bereits in der Beschreibung zu Fig. 14 erwähnt, werden durch das Zusammenwirken des mikromechanischen Bauteils 1 mit dem weiteren mikromechanischen Bauteil 5 die Spitzen 18 der zweiten Erhöhungen 12 abgetragen. Durch dieses Abtragen bilden sich die tragenden Flächen 10 aus, die letztendlich mit der Gegenkontaktfläche 4 des weiteren mikromechanischen Bauteils 5 zusammenwirken. An jeder ersten Erhöhung 1 1 der Kontaktfläche 3 werden eine Vielzahl von tragenden Flächen 10 ausgebildet. Hierbei werden an der Kontaktfläche 3 des mikromechanischen Bauteils 1 die ersten Erhöhungen 1 1 und die ersten Vertiefungen 21 , sowie die zweiten Erhöhungen 12 und die zweiten Vertiefungen 22 derart hinsichtlich Zahl und Größe ausgebildet, dass eine Summe aus den ausgebildeten tragenden Flächen 10 der zweiten Erhöhungen 12 kleiner ist, als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche 30. Dabei ist die maximal mögliche effektive Kontaktfläche 30 die Fläche des Radzahns 2, bei der in Fig. 5 gezeigten Ausführungs- form. Falls der Radzahn 2 einen Kanal 6 ausgebildet hat, ist die effektiv mögliche Kontaktfläche 30 um die Fläche des Kanals 6 vermindert. In the illustrations shown in FIG. 15 and FIG. 16, the bearing surfaces 10 are shown, which form due to the interaction of the micromechanical component 1 with the further micromechanical component 5 at the first elevations 11. As already mentioned in the description of FIG. 14, the tips 18 of the second elevations 12 are removed by the interaction of the micromechanical component 1 with the further micromechanical component 5. As a result of this removal, the bearing surfaces 10 are formed, which ultimately interact with the mating contact surface 4 of the further micromechanical component 5. At each first elevation 11 of the contact surface 3, a plurality of bearing surfaces 10 are formed. In this case, at the contact surface 3 of the micromechanical component 1, the first elevations 11 and the first depressions 21, as well as the second elevations 12 and the second depressions 22, in terms of number and Size is formed so that a sum of the formed bearing surfaces 10 of the second projections 12 is smaller than a maximum possible effective contact surface 30. Here, the maximum possible effective contact surface 30 is the surface of the Radzahns 2, in the embodiment shown in Fig. 5. If the wheel tooth 2 has formed a channel 6, the effectively possible contact surface 30 is reduced by the surface of the channel 6.
Figur 17 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Teils der Kontaktfläche 3 eines Radzahns 2 des mikromechanischen Bauteils 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Hier sind die zweiten Erhöhungen 12, sowie die zweiten Vertiefungen 22 der ersten Erhöhungen 1 1 , bzw. ersten Vertiefungen 21 mit einer Beschichtung 8 überzogen. Die Beschichtung 8 kann eine größere Härte aufweisen, als das Material des Radzahns 2 bzw. des mikromechanischen Bauteils 1 . Durch die größere Härte der Beschichtung 8 ist es ferner möglich, die Tragzahl, welche sich aus der Summe der einzelnen tragen- den Flächen 10 ergibt, zu reduzieren, was letztendlich zu einer geringeren Reibung führt. FIG. 17 shows a schematic sectional view of part of the contact surface 3 of a wheel tooth 2 of the micromechanical component 1 according to a further embodiment of the invention. Here, the second elevations 12, and the second recesses 22 of the first elevations 1 1, and first recesses 21 coated with a coating 8. The coating 8 may have a greater hardness than the material of the wheel tooth 2 or of the micromechanical component 1. Due to the greater hardness of the coating 8, it is also possible to reduce the load rating, which results from the sum of the individual bearing surfaces 10, which ultimately leads to a lower friction.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 mikromechanisches Bauteil1 micromechanical component
2 Radzahn 2 wheel tooth
3 Kontaktfläche  3 contact surface
4 Gegenkontaktfläche  4 mating contact surface
5 weiteres mikromechanisches Bauteil 5 further micromechanical component
6 Kanal 6 channel
7 Material  7 material
8 Beschichtung  8 coating
10 tragende Fläche  10 bearing surface
1 1 erste Erhöhungen  1 1 first increases
12 zweite Erhöhungen  12 second raises
14 Schmierstoff  14 lubricant
16 Einhüllende  16 envelopes
18 Spitzen  18 tips
21 erste Vertiefungen  21 first wells
22 zweite Vertiefungen  22 second wells
30 effektive Kontaktfläche  30 effective contact area
50 Unruh  50 balance
52 Anker  52 anchors
54 Ankerrad  54 escape wheel
56 Eingangspalette  56 entrance pallet
58 Ausgangspalette  58 output palette
60 Ankerzahn  60 anchor tooth
62 Begrenzungsstift  62 limiting pin
64 Sicherheitsrolle  64 security role
101 erster plattenförmiger Teil  101 first plate-shaped part
102 zweiter plattenförmiger Teil  102 second plate-shaped part
D Drehsinn  D direction of rotation
P mittlerer Durchmesser Poren Höhe Länge Tiefe Winkel P medium diameter pores Height length depth angle

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Mikromechanisches Bauteil (1 ), mit mehreren Kontaktflächen (3), die mit einer Gegenkontaktfläche (4) eines weiteren mikromechanischen Bauteils (5) zusammenwirken, wobei jede Kontaktfläche (3) des mikromechanischen1. micromechanical component (1), with a plurality of contact surfaces (3) which cooperate with a mating contact surface (4) of a further micromechanical component (5), wherein each contact surface (3) of the micromechanical
Bauteils (1 ) mehrere erste Erhöhungen (1 1 ) und mehrere erste Vertiefungen (21 ) ausgebildet hat, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Erhöhungen (1 1 ) und ersten Vertiefungen (21 ) selbst mehrere zweite Erhöhungen (12) und zweite Vertiefungen (22) ausgebildet haben, wobei die Anzahl und Grö- ße der zweiten Erhöhungen (12) derart gewählt ist, dass einige der zweiten Erhöhungen (12) beim Zusammenwirken des michkromechanischen Bauteils (1 ) mit dem weiteren mikromechanischen Bauteil (5) jeweils eine Abflachung (10) ausgebildet haben und eine Summe der Abflachungen (10) der zweiten Erhöhungen (12) kleiner ist als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche (30) des weiteren mikromechanischen Bauteils (5), die mit den Abflachungen (10) der der zweiten Erhöhungen (12) in Kontakt ist. Component (1) has a plurality of first elevations (1 1) and a plurality of first recesses (21) has formed, characterized in that the first elevations (1 1) and first recesses (21) even a plurality of second elevations (12) and second recesses (22 ), the number and size of the second elevations (12) being selected such that some of the second elevations (12) each have a flattening (10) when the micromechanical component (5) interacts with the further micromechanical component (5) ) and a sum of the flattenings (10) of the second elevations (12) is smaller than a maximum possible effective contact area (30) of the further micromechanical component (5) which coincides with the flattenings (10) of the second elevations (12). is in contact.
2. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach Anspruch 1 , wobei ein Anteil der Abflachungen (10) zur maximal möglichen effektiven Kontaktfläche (30) maximal 80% und mindestens 2%, bevorzugt maximal 50% und mindestens 2% und besonders bevorzugt maximal 30% und mindestens 2% beträgt. 2. The micromechanical component (1) according to claim 1, wherein a proportion of the flattened areas (10) to the maximum possible effective contact area (30) at most 80% and at least 2%, preferably at most 50% and at least 2% and particularly preferably at most 30% and at least 2%.
3. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die ersten Erhöhungen (1 1 ) und die ersten Vertiefungen (21 ) auf der Kontaktfläche (3) des mikromechanischen Bauteils (1 ) eine wellenförmige Struktur aufweisen. 3. micromechanical component (1) according to claim 1, wherein the first elevations (1 1) and the first recesses (21) on the contact surface (3) of the micromechanical component (1) have a wave-shaped structure.
4. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach den vorangehenden Ansprüchen, wo- bei die ersten Erhöhungen (1 1 ) und die ersten Vertiefungen (21 ) auf der4. micromechanical component (1) according to the preceding claims, wherein the first elevations (1 1) and the first recesses (21) on the
Kontaktfläche (3) eine trapezförmige Struktur aufweisen. Contact surface (3) have a trapezoidal structure.
5. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach Anspruch 1 , wobei die ersten Vertiefungen (21 ) zur Aufnahme von abgetragen Spitzen (18) der zweiten Erhöhungen (12) und/oder eines Schmierstoffs (14) vorgesehen sind. 5. micromechanical component (1) according to claim 1, wherein the first recesses (21) for receiving abraded tips (18) of the second elevations (12) and / or a lubricant (14) are provided.
6. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach Anspruch 5, wobei der Schmierstoff (14) in flüssiger, pastöser oder fester Form vorliegt. 6. micromechanical component (1) according to claim 5, wherein the lubricant (14) is in liquid, pasty or solid form.
7. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach den vorangehenden Ansprüchen, wobei ein Kanal (6) vorgesehen ist, der sich ausgehend von mindestens einer Kontaktfläche (3) in ein Material (7) des mikromechanischen Bauteils (1 ) hinein erstreckt. 7. Micromechanical component (1) according to the preceding claims, wherein a channel (6) is provided which extends from at least one contact surface (3) into a material (7) of the micromechanical component (1).
8. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach Anspruch 6, wobei das mikromechanische Bauteil (1 ) aus einem miteinander verbundenen ersten plattenförmigen Teil (101 ) und zweiten plattenförmigen Teil (102) besteht und in einem der beiden plattenförmigen Teile (101 , 102) der Kanal (6) ausgebildet ist. 8. micromechanical component (1) according to claim 6, wherein the micromechanical component (1) consists of an interconnected first plate-shaped part (101) and second plate-shaped part (102) and in one of the two plate-shaped parts (101, 102) of the channel (6) is formed.
9. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach den vorangehenden Ansprüchen, wobei das mikromechanische Bauteil (1 ) aus Silizium oder einem nichtmetallischen Glaswerkstoff hergestellt ist. 9. micromechanical component (1) according to the preceding claims, wherein the micromechanical component (1) is made of silicon or a non-metallic glass material.
10. Mikromechanisches Bauteil (1 ) nach den vorangehenden Ansprüchen, wo- bei das mikromechanische Bauteil (1 ) zumindest an den Kontaktflächen (3) eine Beschichtung (8) trägt. 10. Micromechanical component (1) according to the preceding claims, wherein the micromechanical component (1) carries a coating (8) at least on the contact surfaces (3).
11. Mechanischer Zeitmesser mit Hemmung, der mindestens ein mechanisches Bauteil nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche enthält. 11. A mechanical timepiece with escapement comprising at least one mechanical component according to one or more of the preceding claims.
12. Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauteils (1 ), umfas- send die folgenden Schritte: 12. A method for producing a micromechanical component (1), comprising the following steps:
• Ausbildern mehrerer Kontaktflächen (3), so dass bei jeder Kontaktfläche (3) des mikromechanischen Bauteils (1 ) mehrere erste Erhöhungen (1 1 ) und erste Vertiefungen (21 ) entstehen; • Forming a plurality of contact surfaces (3), so that at each contact surface (3) of the micromechanical component (1) a plurality of first elevations (1 1) and first recesses (21) arise;
• Ausbilden mehrerer zweiter Erhöhungen (12) und zweiter Vertiefungen (22) auf den ersten Erhöhungen (1 1 ) und den ersten Vertiefungen (21 ) einer jeden Kontaktfläche (3); und • Abtragen von Spitzen (18) der zweiten Erhöhungen (12) durch Zusammenwirken mit einer Gegenkontaktf lache (4) eines weiteren mikromechanischen Bauteils (5), so dass bei einigen der zweiten Erhöhungen (12) eine Abflachung (10) ausgebildet wird und wobei eine Summe der Abflachungen (10) der zweiten Erhöhungen (12) kleiner ist als eine maximal mögliche effektive Kontaktfläche (30) des weiteren mikromechanischen Bauteils (5), die mit den Abflachungen (10) der der zweiten Erhöhungen (12) in Kontakt ist. Forming a plurality of second elevations (12) and second depressions (22) on the first elevations (11) and the first depressions (21) of each contact area (3); and Removing tips (18) of the second elevations (12) by cooperation with a counter contact area (4) of a further micromechanical component (5), so that a flattening (10) is formed in some of the second elevations (12) and wherein one Sum of the flats (10) of the second elevations (12) is smaller than a maximum possible effective contact area (30) of the further micromechanical component (5) which is in contact with the flattened areas (10) of the second elevations (12).
13. Verfahren nach den Anspruch 12, wobei ein Kanal (6) in ein Material (7) des mikromechanischen Bauteils (1 ) eingearbeitet wird, der sich ausgehend von mindestens einer Kontaktfläche (3) in das Material (7) des mikromechanischen Bauteils (1 ) hinein erstreckt. 13. The method according to claim 12, wherein a channel (6) in a material (7) of the micromechanical component (1) is incorporated, which starting from at least one contact surface (3) in the material (7) of the micromechanical component (1 ) extends into it.
14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei in einem ersten plattenförmigen Teil (101 ) oder einem zweiten plattenförmigen Teil (102) der Kanal (6) ausgebil- det wird und die beiden plattenförmigen Teile (101 , 102) permanent miteinander verbunden werden, um das mikromechanische Bauteil (1 ) auszubilden und wobei der Kanal (6) mehrseitig geschlossen ist. 14. The method of claim 13, wherein in a first plate-shaped part (101) or a second plate-shaped part (102) of the channel (6) is formed and the two plate-shaped parts (101, 102) are permanently connected to each other form micromechanical component (1) and wherein the channel (6) is closed on several sides.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 14, wobei zumindest auf die Kontaktfläche (3) des mikromechanischen Bauteils (1 ) mit einem PVD- oder CVD-Verfahren eine Beschichtung (8) aufgetragen wird. 15. The method according to claims 12 to 14, wherein at least on the contact surface (3) of the micromechanical component (1) with a PVD or CVD method, a coating (8) is applied.
16. Verfahren nach den Ansprüchen 12 bis 14, wobei zumindest auf die Kon- tacktfläche (3) des mikromechanischen Bauteils (1 ) durch Sputtern, Bedampfen, oder galvanisch eine Beschichtung (8) aufgetragen wird. 16. The method according to claims 12 to 14, wherein at least on the tack surface (3) of the micromechanical component (1) by sputtering, vapor deposition, or a galvanic coating (8) is applied.
17. Verfahren nach Ansprüchen 15 oder 16, wobei als Beschichtung (8) Silizi- umnitrid, Bornitrid, Siliziumcarbid, Kohlenstoff als Diamant, DLC oder Graphen aufgebracht wird. 17. The method according to claims 15 or 16, wherein as coating (8) silicon nitride, boron nitride, silicon carbide, carbon as diamond, DLC or graphene is applied.
18. Verfahren nach Ansprüchen 12 bis 17, wobei während eines Einlaufbetriebs einige Spitzen (18) der zweiten Erhöhungen (14) durch das weitere mikromechanische Bauteil (5) abgetragen werden, und die Spitzen (18) und/oder ein Schmierstoff (14) in die ersten Vertiefungen (21 ) des mikromechanischen Bauteils (3) eingebracht werden. 18. The method according to claims 12 to 17, wherein during a run-in operation, some tips (18) of the second elevations (14) are removed by the further micromechanical component (5), and the tips (18) and / or a lubricant (14) in the first recesses (21) of the micromechanical component (3) are introduced.
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