JP2025002811A - 時計用歯車の製造方法、板状部材、時計用歯車、及び時計 - Google Patents
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Abstract
【課題】歯車の歯の間隔が小さい場合であっても、歯車に接続部を接続することが可能な時計用歯車の製造方法、板状部材、時計用歯車、及び時計を提供する。
【解決手段】歯車５０の製造方法は、脆性材料のシリコンウエハー７０をエッチングすることにより、複数の歯５１を備える歯車５０と、歯車５０の外側に配置される枠部５５と、歯５１よりも可撓性が高く、枠部５５と歯５１の先端部とを接続する接続部５６と、を形成する外形形成工程と、接続部５６と歯車５０とを切断する切断工程と、を含む。
【選択図】図４
【解決手段】歯車５０の製造方法は、脆性材料のシリコンウエハー７０をエッチングすることにより、複数の歯５１を備える歯車５０と、歯車５０の外側に配置される枠部５５と、歯５１よりも可撓性が高く、枠部５５と歯５１の先端部とを接続する接続部５６と、を形成する外形形成工程と、接続部５６と歯車５０とを切断する切断工程と、を含む。
【選択図】図４
Description
本発明は、時計用歯車の製造方法、板状部材、時計用歯車、及び時計に関する。
特許文献１には、脆性材料であるシリコンウエハーを用いて時計用の歯車を製造する製造方法が記載されている。この製造方法では、シリコンウエハーをエッチングすることにより、歯車と、歯車の外側に配置される枠部と、歯車と枠部とを接続するタイバーとが形成される。そして、歯車とタイバーとが切断されることにより、歯車が取り出される。タイバーは、切断される前において、歯車の歯と歯の間の外周面に接続されている。
しかしながら、特許文献１では、タイバーが歯と歯の間に接続されることから、他の歯車と噛み合う歯車のような、歯の間隔がさほど大きくない歯車には、適用が困難であるという課題がある。具体的には、歯の間隔が小さい歯車では、タイバーを設けること自体が困難であるうえ、タイバーが切断された部位が突出してしまうと、他の歯車と正常に噛み合うことができなくなる恐れがある。
時計用歯車の製造方法は、脆性材料の板状部材をエッチングすることにより、複数の歯を備える時計用歯車と、前記時計用歯車の外側に配置される枠部と、前記歯よりも可撓性が高く、前記枠部と前記歯の先端部とを接続する接続部と、を形成する工程と、前記接続部と前記時計用歯車とを切断する工程と、を含む。
板状部材は、脆性材料からなる板状部材であって、複数の歯を備える時計用歯車と、前記時計用歯車の外側に配置される枠部と、前記歯よりも可撓性が高く、前記枠部と前記歯の先端部とを接続する接続部と、を備える。
時計用歯車は、脆性材料からなる板状部材から切断されることによって生成され、複数の歯を備える時計用歯車であって、前記複数の歯には、前記板状部材から切断される際に形成される切断面を先端部に有する歯が含まれる。
時計は、上記の時計用歯車を備える。
以下、本実施形態の時計及び時計用歯車、並びにこれらの製造方法について、図面を参照して説明する。
以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材について実際とは異なる尺度で示している場合がある。
以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材について実際とは異なる尺度で示している場合がある。
図１は、機械式時計１のムーブメント１０を表側から見た平面図である。
本実施形態では、時刻を示す針が配置される側を裏側とし、針を駆動するぜんまい等が配置される側を表側とする。図１では、紙面の手前側が表側であり、紙面の奥側が裏側である。
本実施形態では、時刻を示す針が配置される側を裏側とし、針を駆動するぜんまい等が配置される側を表側とする。図１では、紙面の手前側が表側であり、紙面の奥側が裏側である。
機械式時計１は、図１に示されるムーブメント１０と、ムーブメント１０を収納する図示しないケーシングとにより構成される。機械式時計１は、時計の一例である。
ムーブメント１０は、地板１１を有している。地板１１は、各部品を支持したり位置決めしたりするための板部材である。地板１１の裏側には、図示しない文字板が配置される。地板１１の表側及び裏側には、複数の歯車からなる輪列が配置される。地板１１の表側に配置される輪列は、表輪列とも呼ばれ、地板１１の裏側に配置される輪列は、裏輪列とも呼ばれる。
地板１１には、地板１１と平行で、外縁から中央に向かう方向に、軸状の巻真１２を案内する巻真案内穴１１ａが形成されている。そして、巻真１２は、巻真案内穴１１ａに対して、軸方向への移動と、軸回りの回転とが可能に組み込まれている。巻真１２の近くには、おしどり１３、かんぬき１４、かんぬきばね１５及び裏押さえ１６が配置されている。おしどり１３、かんぬき１４、かんぬきばね１５及び裏押さえ１６は、巻真１２の回転力の伝達先を切り換える切換機構を構成する。
巻真１２は、巻真１２と同軸で回転可能なきち車１７に挿通されている。また、巻真１２には、巻真１２とともに回転する図示しないつづみ車が配置されている。つづみ車は、巻真１２と同軸で回転するとともに、切換機構によって巻真１２の軸方向に沿って移動可能である。巻真１２が軸方向に位置を変えると、切換機構は、つづみ車ときち車１７とが噛み合う状態と、噛み合わない状態とを切り替える。また、地板１１には、きち車１７と噛み合う丸穴車２０と、丸穴車２０と噛み合う角穴車２１と、ぜんまいを収納する香箱車２２とが回転可能に設置されている。
巻真１２が軸方向に沿って移動し、ムーブメント１０の中央に最も近い第１巻真位置に配置されると、つづみ車ときち車１７とが噛み合う。この状態で操作者が巻真１２を回転させると、つづみ車とともにきち車１７が回転する。そして、きち車１７が回転することにより、丸穴車２０が回転する。そして、丸穴車２０が回転することにより、角穴車２１が回転する。さらに、角穴車２１が回転することにより、香箱車２２に収容されたぜんまいが巻き上がる。ぜんまいは、ムーブメント１０を駆動する動力源である。なお、巻真１２が第１巻真位置よりも外側の位置に配置されると、つづみ車ときち車１７との噛み合いは解除され、つづみ車は、時刻合わせ等を行うための図示しない小鉄車と噛み合う。
地板１１には、二番車２５、三番車２６及び四番車２７が回転可能に配置されている。二番車２５、三番車２６及び四番車２７のそれぞれは、一体的に回転する歯車及びかなを備えている。上述した表輪列は、香箱車２２、二番車２５、三番車２６及び四番車２７により構成される。表輪列は、香箱車２２の回転力を伝達する機能を有している。また、ムーブメント１０の表側において、地板１１には、脱進機構３０及び調速機構３１が配置されている。脱進機構３０及び調速機構３１は、表輪列の回転速度を調整する。
二番車２５のかなには、香箱車２２が噛み合う。二番車２５には、図示しない分針が接続される。三番車２６のかなには、二番車２５の歯車が噛み合う。四番車２７のかなには、三番車２６の歯車が噛み合う。四番車２７には、図示しない秒針が接続される。脱進機構３０は、表輪列の回転を制御する機構である。脱進機構３０は、がんぎ車３５及びアンクル３６を備えている。がんぎ車３５は、四番車２７の歯車と噛み合うかなを有し、四番車２７のトルクを受けて回転する。アンクル３６は、調速機構３１の動作に従って、がんぎ車３５を規則正しく回転させる。調速機構３１は、一定の周期で揺動するてんぷ４０等を備え、がんぎ車３５の回転速度を調整することにより、がんぎ車３５と噛み合う表輪列の回転速度を調整する。
次に、上述した各種部品のうち、三番車２６について詳述する。
図２は、三番車２６の構成を示す平面図である。
図２に示すように、三番車２６は、歯車５０と、歯車５０の回転軸となる軸部６０とを含んでいる。歯車５０は、外周面に複数の歯５１を備える円環状のリム部５２と、軸部６０が挿通される保持部５３と、保持部５３から放射状に延出してリム部５２と保持部５３とを連結する複数の連結部５４とにより構成されている。歯車５０には、リム部５２と、保持部５３と、隣り合う２つの連結部５４とに囲まれる開口部５０ａが形成されている。具体的には、歯車５０には、周方向に沿って、連結部５４と同数の開口部５０ａが形成されている。歯車５０は、四番車２７が備えるかな２８（図１参照）と噛み合う。歯車５０は、時計用歯車の一例である。
図２は、三番車２６の構成を示す平面図である。
図２に示すように、三番車２６は、歯車５０と、歯車５０の回転軸となる軸部６０とを含んでいる。歯車５０は、外周面に複数の歯５１を備える円環状のリム部５２と、軸部６０が挿通される保持部５３と、保持部５３から放射状に延出してリム部５２と保持部５３とを連結する複数の連結部５４とにより構成されている。歯車５０には、リム部５２と、保持部５３と、隣り合う２つの連結部５４とに囲まれる開口部５０ａが形成されている。具体的には、歯車５０には、周方向に沿って、連結部５４と同数の開口部５０ａが形成されている。歯車５０は、四番車２７が備えるかな２８（図１参照）と噛み合う。歯車５０は、時計用歯車の一例である。
軸部６０には、二番車２５の歯車と噛み合うかな６１が一体的に形成されている。軸部６０は、歯車５０の中央に形成されている孔部５７（図４参照）に挿通され、歯車５０に固定される。このため、歯車５０は、かな６１と一体となって回転する。
歯車５０は、板状であり、全面に亘って略均一な厚みを有する。歯車５０は、単結晶シリコン等、結晶方位を有する脆性材料からなる。本実施形態の歯車５０の材質は、単結晶シリコンである。具体的には、歯車５０は、単結晶シリコンからなるシリコンウエハーをエッチングすることによって形成される。歯車５０の製造方法については、後述する。
図３は、エッチング後のシリコンウエハー７０を示す平面図であり、図４は、１つの歯車５０を拡大した拡大平面図である。図３及び図４には、互いに直交するＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸が示されている。Ｘ軸は、シリコンウエハー７０の表面に平行な座標軸である。Ｙ軸は、シリコンウエハー７０の表面に平行で、Ｘ軸に直交する座標軸である。Ｚ軸は、シリコンウエハー７０の表面、即ちＸＹ平面に直交する座標軸である。これ以降、ＸＹ平面に平行な方向のことを、平面方向とも呼び、ＸＹ平面に交差する方向のことを交差方向とも呼ぶ。
図３に示すように、シリコンウエハー７０は、複数の歯車５０を形成可能な円板状のマザー基板である。シリコンウエハー７０は、板状部材の一例である。１つのシリコンウエハー７０には、Ｘ軸及びＹ軸に沿って、複数の歯車５０がマトリクス状に配置されている。各歯車５０は、シリコンウエハー７０の周縁部と連続する枠部５５によって囲まれている。つまり、枠部５５は、歯車５０の外側に配置されている。
本実施形態において、シリコンウエハー７０のＺ軸に沿う方向の寸法、即ちシリコンウエハー７０の厚さは、１００μｍ～２００μｍ程度である。シリコンウエハー７０の厚さは、歯車５０の歯幅に対応する。また、図示しない歯先円、即ち歯５１の先端を通る円の直径は、５ｍｍ～６ｍｍ程度であり、歯厚Ｓ（図５参照）、即ちピッチ円Ｐに沿った歯５１の寸法は、１００μｍ～２００μｍ程度である。ただし、歯幅、歯先円の直径、及び歯厚Ｓは、上記の範囲内に限定されず、上記の範囲外であってもよい。
歯車５０は、接続部５６を介して枠部５５に接続されている。つまり、接続部５６は、歯車５０と枠部５５とを接続するものであり、歯車５０は、接続部５６を介して枠部５５に支持される。接続部５６は、歯車５０が備える複数の歯５１のうち、２つの歯５１の先端部に接続されている。本実施形態において、接続部５６が接続する２つの歯５１の延出方向がなす角度は、略１８０°である。
図５は、接続部５６を示す拡大平面図である。
図５に示すように、接続部５６は、全体として、歯５１の先端部から、歯５１の延出方向と略同じ方向に延出し、枠部５５に至る。つまり、接続部５６の両端のうち、歯５１の先端部と接続する端部を第１端部５６ａとし、枠部５５と接続する端部を第２端部５６ｂとすると、第１端部５６ａから第２端部５６ｂに向かう方向Ｄは、歯５１の延出方向と略等しい。
図５に示すように、接続部５６は、全体として、歯５１の先端部から、歯５１の延出方向と略同じ方向に延出し、枠部５５に至る。つまり、接続部５６の両端のうち、歯５１の先端部と接続する端部を第１端部５６ａとし、枠部５５と接続する端部を第２端部５６ｂとすると、第１端部５６ａから第２端部５６ｂに向かう方向Ｄは、歯５１の延出方向と略等しい。
Ｚ軸に沿って見た場合の接続部５６の形状は、ミアンダ状、即ち波線状である。つまり、接続部５６は、図５に示す平面視において、反時計回りの屈曲と、時計回りの屈曲とを交互に繰り返しながら方向Ｄに向かう。このため、接続部５６の形状は、相反する方向に交互に屈曲した形状と言い換えることもできる。
波線の線幅に相当する接続部５６の幅Ａは、第１端部５６ａ及び第２端部５６ｂを除く範囲の全体において略均一である。本実施形態では、接続部５６の幅Ａは、略３０μｍであり、歯５１の歯厚Ｓに比べて十分に小さい。第１端部５６ａには、くびれが形成されている。このため、第１端部５６ａは、接続部５６の他の部位に比べて幅が小さい。具体的には、第１端部５６ａは、くさび状になっており、先端に向かうほど幅が小さくなる。つまり、第１端部５６ａの先端の幅Ｂは、接続部５６の幅Ａよりも小さい。一方、第２端部５６ｂの幅Ｃは、接続部５６の幅Ａよりも大きい。
接続部５６は、可撓性を有しており、ＸＹ平面に平行な平面方向に撓むことが可能である。歯車５０の歯５１も、厳密には可撓性を有し得るが、歯５１の歯厚Ｓに比べて、接続部５６の幅Ａが十分に小さいことから、接続部５６は、歯５１に比べて十分に高い可撓性を有している。接続部５６の幅Ａは、可撓性を高める観点では、できるだけ小さいほうが望ましい。一方で、接続部５６の幅Ａを小さくしすぎると、エッチングによって接続部５６を形成することが困難になる。このため、接続部５６の幅Ａは、１０μｍ～５０μｍであることが好ましく、２０μｍ～４０μｍであることがより好ましい。
接続部５６を介して枠部５５に接続された状態の歯車５０は、接続部５６の第１端部５６ａで切断されることにより、シリコンウエハー７０から分離される。このため、分離した後の歯車５０には、接続部５６と接続されていた２つの歯５１の先端部に、切断面５８が形成される（図２参照）。つまり、切断面５８は、接続部５６の第１端部５６ａと接続されていた面である。切断面５８は、歯５１の先端部よりも外側に突出し得るが、噛み合いの対象である四番車２７のかな２８に接触しない程度の突出であれば、動作に影響はない。
なお、歯車５０の素材である単結晶シリコンは、複数の結晶面を有しており、結晶面で劈開しやすい性質を有している。つまり、単結晶シリコンは、結晶面以外の面で切断する場合に比べて、結晶面に沿って切断する場合のほうが小さい力で切断可能である。また、結晶面に沿って切断する場合には、切断により生ずるヒビが結晶面以外の方向へ広がることが抑制される。このため、ＸＹ平面に平行な歯車５０の表裏両面と、接続部５６に接続されていた２つの切断面５８とは、結晶面になっていることが好ましい。
次に、三番車２６に備わる歯車５０の製造方法について説明する。
図６は、歯車５０の製造方法を示すフローチャートであり、図７～図１５は、歯車５０の製造方法を説明するための工程断面図である。
図６に示すように、歯車５０の製造方法は、ステップＳ１～Ｓ６の各工程を含む。つまり、歯車５０は、ステップＳ１～Ｓ６の各工程が順に実施されることによって製造される。
図６は、歯車５０の製造方法を示すフローチャートであり、図７～図１５は、歯車５０の製造方法を説明するための工程断面図である。
図６に示すように、歯車５０の製造方法は、ステップＳ１～Ｓ６の各工程を含む。つまり、歯車５０は、ステップＳ１～Ｓ６の各工程が順に実施されることによって製造される。
ステップＳ１は、酸化膜形成工程である。図７に示すように、この工程は、シリコンウエハー７０の一方の平面上に、シリコン酸化膜７１を形成する工程である。シリコンウエハー７０は、歯車５０の歯幅が所望の寸法になるように、予め適切な厚さに研削され、表面が研磨されている。
シリコンウエハー７０は、第１面７０ａ及び第２面７０ｂの２つの平面を表裏に有する。ステップＳ１では、このうち第２面７０ｂにシリコン酸化膜７１が成膜される。シリコン酸化膜７１の成膜には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法が用いられる。シリコン酸化膜７１の膜厚は、特に限定されないが、例えば、１μｍ程度である。シリコン酸化膜７１は、後述するステップＳ４のエッチング工程で形成される穴７０ｃが表裏を貫通することを抑制するために形成される。
ステップＳ２は、フォトレジスト塗布工程である。図８に示すように、この工程は、シリコンウエハー７０の第１面７０ａ上にレジスト膜７２を成膜する工程である。まず、シリコンウエハー７０の第１面７０ａに、スピンコート法やスプレーコート法等により、感光性の樹脂を溶解した樹脂溶液が塗布される。次に、樹脂溶液を乾燥させて溶媒を除去することにより、レジスト膜７２が形成される。感光性の樹脂には、ネガ型及びポジ型のいずれの材料を採用してもよい。
ステップＳ３は、露光・現像工程である。この工程は、歯車５０を形成するためのエッチングマスクを形成する工程である。まず、図３に示したような、複数の歯車５０と、枠部５５と、これらを接続する複数の接続部５６とに対応するパターンが形成されたフォトマスクを用いて、レジスト膜７２に露光が行われる。その後、不要なレジスト膜７２を除去する現像が行われると、レジスト膜７２には、図９に示すように、フォトマスクのパターンに対応する開口部７２ａが形成される。開口部７２ａは、エッチングによってシリコンウエハー７０からシリコンが除去される部分に対応する。つまり、開口部７２ａが形成されたレジスト膜７２は、エッチングマスクとして機能する。
ステップＳ４は、エッチング工程である。この工程は、レジスト膜７２をエッチングマスクとして、シリコンウエハー７０をエッチングすることにより、歯車５０、枠部５５及び接続部５６の形状を形成する工程である。エッチングとしては、例えば、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）によるディープ・リアクティブ・イオンエッチング（Deep Reactive Ion Etching：ＤＲＩＥ）等の異方性エッチングが用いられる。
図１６は、ＩＣＰによるＤＲＩＥを行う異方性エッチング装置８１の概略構成を示す説明図である。
図１６に示すように、異方性エッチング装置８１は、ステージ８２とコイル８３とを備えている。ステージ８２上には、レジスト膜７２が形成された第１面７０ａがコイル８３側を向くようにシリコンウエハー７０が載置される。異方性エッチング装置８１は、ＳＦ6ガスを供給しながら、コイル８３に高周波数の大電流を流すことによって、プラズマ８４を発生させる。そして、ステージ８２にバイアスをかけると、プラズマ８４の粒子は、レジスト膜７２の開口部７２ａからシリコンウエハー７０の第１面７０ａに引き込まれる。これにより、シリコンウエハー７０は、第１面７０ａ側から開口部７２ａの形状で、交差方向に略垂直にエッチングされる。エッチングされたシリコンは、ＳｉＦ4となって除去される。シリコンウエハー７０の過昇温を防止するために、異方性エッチング装置８１は、例えば、ヘリウムガスを用いてシリコンウエハー７０を第２面７０ｂ側から冷却する。
図１６に示すように、異方性エッチング装置８１は、ステージ８２とコイル８３とを備えている。ステージ８２上には、レジスト膜７２が形成された第１面７０ａがコイル８３側を向くようにシリコンウエハー７０が載置される。異方性エッチング装置８１は、ＳＦ6ガスを供給しながら、コイル８３に高周波数の大電流を流すことによって、プラズマ８４を発生させる。そして、ステージ８２にバイアスをかけると、プラズマ８４の粒子は、レジスト膜７２の開口部７２ａからシリコンウエハー７０の第１面７０ａに引き込まれる。これにより、シリコンウエハー７０は、第１面７０ａ側から開口部７２ａの形状で、交差方向に略垂直にエッチングされる。エッチングされたシリコンは、ＳｉＦ4となって除去される。シリコンウエハー７０の過昇温を防止するために、異方性エッチング装置８１は、例えば、ヘリウムガスを用いてシリコンウエハー７０を第２面７０ｂ側から冷却する。
図１０に示すように、シリコンウエハー７０が所定の深さまで削られると、異方性エッチング装置８１は、図１１に示すように、シリコンウエハー７０の表面にＣ4Ｆ8ガスを供給することにより、シリコンが露出する面に保護膜８５を形成する。保護膜８５を形成することは、コーティングとも呼ばれる。
その後、異方性エッチング装置８１は、図１２に示すように、シリコンウエハー７０を再度エッチングして、シリコンを露出させ、次に、図１３に示すように、保護膜８５を再度コーティングする。このように、異方性エッチング装置８１は、シリコンウエハー７０のエッチングと保護膜８５のコーティングとを複数回反復する。この方法は、ボッシュプロセスと呼ばれる。このボッシュプロセスにより、シリコンウエハー７０には、図１４に示すように、レジスト膜７２で覆われていない部位に、シリコン酸化膜７１に到達する穴７０ｃが形成される。ここで、穴７０ｃには、歯車５０と枠部５５との間の隙間や、歯車５０内に形成される開口部５０ａ及び孔部５７が含まれる。
ステップＳ５は、酸化膜除去工程である。この工程は、図１５に示すように、シリコンウエハー７０に配置されているシリコン酸化膜７１及びレジスト膜７２を除去する工程である。レジスト膜７２の除去は、レジスト膜７２の溶解及び剥離が可能な発煙硝酸や有機溶剤等でのウエットエッチング、或いは酸素プラズマアッシング等により行うことができる。本実施形態では、酸素プラズマアッシングでアッシングした後で、さらに、有機剥離液を用いて残渣を除去する。
シリコン酸化膜７１の除去は、ＢＨＦ（Buffered Hydrogen Fluoride）溶液にシリコンウエハー７０を浸漬するウエットエッチングによって行われる。なお、シリコン酸化膜７１の除去は、平行平板によるリアクティブ・イオンエッチングによって行われてもよい。
以上、ステップＳ１～Ｓ５により、図３に示した複数の歯車５０と、枠部５５と、これらを接続する複数の接続部５６とが形成される。つまり、ステップＳ１～Ｓ５を含む一連の工程は、シリコンウエハー７０をエッチングすることによって、歯車５０、枠部５５及び接続部５６を形成する外形形成工程である。
ステップＳ６は、切断工程である。この工程は、接続部５６と歯車５０とを切断する工程である。接続部５６と歯車５０とを切断する作業は、ピンセット等の先端が細いツールを用いて行われる。具体的には、作業者は、図３及び図４に示したシリコンウエハー７０を図示しない作業台上に載置し、枠部５５を作業台上に固定する。そして、歯車５０内の開口部５０ａにツールを挿入して、ツールを開口部５０ａに接触させながら、歯車５０を平面方向に変位させる。つまり、ツールにより枠部５５に対して歯車５０を平面方向に変位させる。このとき、歯車５０の変位に追従して、接続部５６の第１端部５６ａも変位するが、接続部５６は、可撓性により撓むため、接続部５６の途中で折れることはない。そして、第１端部５６ａに作用する力が所定値に達すると、第１端部５６ａが破断し、接続部５６と歯車５０とが切断される。
ステップＳ６により、シリコンウエハー７０から歯車５０が分離され、これにより、歯車５０が完成する。つまり、歯車５０は、シリコンウエハー７０から切断されることによって生成される。そして、接続部５６が接続されていた２つの歯５１の先端部には、シリコンウエハー７０から切断される際に切断面５８が形成される。このため、歯車５０が備える複数の歯５１には、先端部に切断面５８を有する２つの歯５１が含まれる。
なお、２つの接続部５６を、１つずつ順次切断するようにしてもよいが、２つの接続部５６を１回の作業で切断するようにしてもよい。例えば、歯車５０の中央の孔部５７に、軸を挿通し、この軸回りに歯車５０を回動させるようにすれば、１回の作業で２つの接続部５６を切断することが容易になる。また、歯車５０を変位させる方向は、平面方向に限定されず、歯車５０を交差方向に変位させることによって接続部５６を切断するようにしてもよい。
次に、機械式時計１の製造方法について説明する。
図１７は、機械式時計１の製造方法を示すフローチャートである。
図１７に示すように、機械式時計１の製造方法は、ステップＳ１１～Ｓ１３の各工程を含む。つまり、機械式時計１は、ステップＳ１１～Ｓ１３の各工程が順に実施されることによって製造される。
図１７は、機械式時計１の製造方法を示すフローチャートである。
図１７に示すように、機械式時計１の製造方法は、ステップＳ１１～Ｓ１３の各工程を含む。つまり、機械式時計１は、ステップＳ１１～Ｓ１３の各工程が順に実施されることによって製造される。
ステップＳ１１は、部品組立工程であり、機械式時計１を構成する各種部品を組み立てる工程である。例えば、部品の１つである三番車２６は、上記のステップＳ１～Ｓ６によって形成された歯車５０の孔部５７に軸部６０を挿通することによって組み立てられる。三番車２６以外の部品についても、必要に応じて、組み立てが実施される。
ステップＳ１２は、ムーブメント組立工程であり、ムーブメント１０を組み立てる工程である。この工程は、三番車２６等の各種部品を地板１１に組み付ける工程を含む。
ステップＳ１３は、時計組立工程であり、機械式時計１を組み立てる工程である。この工程は、図示しないケーシングにムーブメント１０を収納する工程を含む。以上の工程により、機械式時計１が完成する。
以上説明したように、本実施形態の歯車５０及びその製造方法によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施形態によれば、接続部５６が歯５１の先端部に接続されるため、歯５１の間隔が小さい場合であっても歯車５０に接続部５６を接続することが可能となる。また、接続部５６が歯５１の先端部に接続されるため、接続部５６が切断された後の切断面５８が、他の歯車との噛み合いに影響を与えてしまうことを抑制できる。
なお、可撓性を有する接続部５６が歯５１と歯５１の間に接続される場合には、ステップＳ６の切断工程において、撓んだ接続部５６が歯５１に接触してしまうことが起こり得る。この場合には、接続部５６が途中で折れてしまったり、歯５１にダメージを与えてしまったりする恐れがある。これに対して、本実施形態では、接続部５６が歯５１の先端部に接続されるため、切断工程において、接続部５６が途中で折れてしまったり、歯５１にダメージを与えてしまったりすることを抑制できる。
また、接続部５６が歯５１と歯５１の間に接続される場合には、接続部５６の周辺でエッチングのパターンが密になる。この結果、マイクロローディング効果により、接続部５６の周辺の歯５１の形状と、それ以外の歯５１の形状とに差異が生じてしまう恐れがある。これに対して、本実施形態では、接続部５６が歯５１の先端部に接続されるため、エッチングのパターンが局所的に密になることが抑制され、歯５１の形状に差異が生じてしまうことを抑制できる。
また、本実施形態によれば、接続部５６の形状が波線状であるため、直線状である場合に比べて、接続部５６を大きく撓ませることができる。
また、本実施形態によれば、接続部５６の第１端部５６ａに、くびれが形成されている。つまり、第１端部５６ａは、接続部５６の他の部位よりも細くなっているため、接続部５６と歯車５０とを切断する際に、第１端部５６ａで切断することが容易になる。
また、本実施形態によれば、ステップＳ６の切断工程において、歯車５０を変位させる際に、ツールを歯５１に接触させず、開口部５０ａに接触させている。このように、切断の際に、ツールを歯５１以外の部位に接触させるため、ツールによって歯５１にダメージを与えてしまうことを抑制できる。
また、本実施形態の外形形成工程を経て、歯車５０、枠部５５及び接続部５６の外径が形成された状態のシリコンウエハー７０によれば、上述した効果を奏する歯車５０を容易に形成することができる。
また、本実施形態の機械式時計１によれば、上述した効果を奏する歯車５０が使用されているため、安定した動作を実現することが可能となる。
上記の実施形態は、以下のように変更してもよい。
上記の実施形態では、接続部５６の形状を波線状としているが、波線における波の数や、波の振幅は、図５に示した態様に限定されない。例えば、図１８に示すように、波の数がより少ない形状であってもよいし、図１９に示すように、波の振幅がより大きい形状であってもよい。なお、図１９に示す形状は、直線状の部位が相反する方向に交互に屈曲した形状、或いは、ＸＹ平面に平行で方向Ｄに交差する方向に沿う直線状の部位が相反する方向に交互に屈曲しながら方向Ｄに向かう形状と言い換えることもできる。また、接続部５６の形状は、波線状に限定されず、図２０に示すように、波線とは異なる曲線状であってもよい。このように、接続部５６は、可撓性によって歯車５０の平面方向への変位に、ある程度追従できればよく、その形状は、特に限定されない。
上記の実施形態では、各歯車５０に２つの接続部５６が接続されており、接続部５６が接続する２つの歯５１の延出方向がなす角度は、略１８０°であるが、これに限定されない。例えば、図２１に示すように、接続部５６が接続する２つの歯５１の延出方向がなす角度は、略９０°であってもよいし、それ以外の角度であってもよい。また、接続部５６の数は、２つに限定されず、１つでも、３つ以上であってもよい。また、１つの歯車５０に複数の接続部５６が接続される構成において、複数の接続部５６の形状や寸法は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。
上記の実施形態では、接続部５６の第１端部５６ａから第２端部５６ｂに向かう方向Ｄは、接続部５６が接続される歯５１の延出方向と略等しい方向としているが、方向Ｄは、歯５１の延出方向と異なる方向であってもよい。
上記の実施形態において、ステップＳ４のエッチング工程で、ボッシュプロセスにより穴７０ｃを形成する際に、エッチングした面にスキャロップと呼ばれる凹凸が形成される。このスキャロップを除去する工程を追加で実行してもよい。この工程は、例えば、熱酸化により、１μｍ以上の深さの酸化膜をシリコンウエハー７０に形成した後で、シリコンウエハー７０をＢＨＦ溶液に浸漬することにより、酸化膜をエッチングする工程であってもよい。
上記の実施形態において、ステップＳ１１の部品組立工程で、歯車５０に軸部６０を挿通した後で、歯車５０の表面に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）からなるシリコン酸化膜を形成する酸化処理を行ってもよい。歯車５０に酸化処理を行うと、シリコンを含む材料からなる歯車５０の表面に形成されるシリコン酸化膜により、歯車５０の機械的強度が向上する。酸化処理を行う場合は、例えば、１０００℃以上の高温で行う熱酸化処理を行うことが好ましい。
上記の実施形態では、歯車５０の材料として、脆性材料の板状部材であるシリコンが用いられているが、歯車５０の材料は、シリコンに限定されない。例えば、炭化シリコン、水晶、ガラス、サファイア等であってもよい。
上記の実施形態では、機械式時計１の表輪列を構成する三番車２６の歯車５０について例示したが、上記の実施形態に示した歯車５０の構造及び製造方法は、表輪列を構成する他の歯車や、裏輪列を構成する歯車等、様々な歯車に適用可能である。また、時計は、機械式時計１に限定されず、電子式時計等、他の時計であってもよい。つまり、上記の実施形態に示した歯車５０の構造及び製造方法は、電子式時計等に含まれる歯車にも適用可能である。
１…機械式時計、１０…ムーブメント、１１…地板、１１ａ…巻真案内穴、１２…巻真、１３…おしどり、１４…かんぬき、１５…かんぬきばね、１６…裏押さえ、１７…きち車、２０…丸穴車、２１…角穴車、２２…香箱車、２５…二番車、２６…三番車、２７…四番車、３０…脱進機構、３１…調速機構、３５…がんぎ車、３６…アンクル、４０…てんぷ、５０…歯車、５０ａ…開口部、５１…歯、５２…リム部、５３…保持部、５４…連結部、５５…枠部、５６…接続部、５６ａ…第１端部、５６ｂ…第２端部、５７…孔部、５８…切断面、６０…軸部、７０…シリコンウエハー、７０ａ…第１面、７０ｂ…第２面、７０ｃ…穴、７１…シリコン酸化膜、７２…レジスト膜、７２ａ…開口部、８１…異方性エッチング装置、８２…ステージ、８３…コイル、８４…プラズマ、８５…保護膜、Ａ，Ｂ，Ｃ…幅、Ｄ…方向、Ｐ…ピッチ円、Ｓ…歯厚。
Claims (9)
- 脆性材料の板状部材をエッチングすることにより、複数の歯を備える時計用歯車と、前記時計用歯車の外側に配置される枠部と、前記歯よりも可撓性が高く、前記枠部と前記歯の先端部とを接続する接続部と、を形成する工程と、
前記接続部と前記時計用歯車とを切断する工程と、
を含むことを特徴とする時計用歯車の製造方法。 - 請求項１に記載の時計用歯車の製造方法であって、
前記接続部の幅は、前記歯の歯厚よりも小さく、前記接続部の形状は、曲線状であることを特徴とする時計用歯車の製造方法。 - 請求項１に記載の時計用歯車の製造方法であって、
前記接続部の幅は、前記歯の歯厚よりも小さく、前記接続部の形状は、波線状であることを特徴とする時計用歯車の製造方法。 - 請求項１に記載の時計用歯車の製造方法であって、
前記接続部の幅は、前記歯の歯厚よりも小さく、前記接続部の形状は、直線状の部位が相反する方向に交互に屈曲した形状であることを特徴とする時計用歯車の製造方法。 - 請求項１に記載の時計用歯車の製造方法であって、
前記接続部には、前記歯の先端部に接続する端部に、くびれが形成されていることを特徴とする時計用歯車の製造方法。 - 請求項１に記載の時計用歯車の製造方法であって、
前記接続部と前記時計用歯車とを切断する工程は、ツールにより前記枠部に対して前記時計用歯車を変位させることによって切断し、
前記ツールは、前記時計用歯車の前記歯以外の部位に接触することを特徴とする時計用歯車の製造方法。 - 脆性材料からなる板状部材であって、
複数の歯を備える時計用歯車と、
前記時計用歯車の外側に配置される枠部と、
前記歯よりも可撓性が高く、前記枠部と前記歯の先端部とを接続する接続部と、
を備えることを特徴とする板状部材。 - 脆性材料からなる板状部材から切断されることによって生成され、複数の歯を備える時計用歯車であって、
前記複数の歯には、前記板状部材から切断される際に形成される切断面を先端部に有する歯が含まれることを特徴とする時計用歯車。 - 請求項８に記載の時計用歯車を備えることを特徴とする時計。
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