(57)【要約】      （修正有）【課題】二酸化ケイ素膜を生成して、機械的抵抗、特に衝撃に対する抵抗を改善したシリコン製の微小機械部品を提供する。【解決手段】時計のムーブメント部品などの微小機械部品は、シリコン製コア１を備え、その表面３の全体または一部を、厚い非晶質材料２によって被覆する。この材料は、好ましくは、二酸化ケイ素であり、天然の二酸化ケイ素の厚さの５倍の厚さとする。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
時計機構内に組み込まれるシリコン製微小機械部品であって、歯車、雁木車、レバー、被枢動部品、受動部品からなる群から選択された部品であり、その表面全体上が、二酸化ケイ素で被覆をされ、前記被覆の厚さが、天然の二酸化ケイ素の厚さの５倍の厚さであることを特徴とする微小機械部品。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、改善された機械的特性を与えるために処理される、シリコン製の微小機械部品に関する。これはたとえば、非限定的であるが、時計の機械的ムーブメントのための微小機械部品、すなわち、たとえば文字板と関連付けた時間表示を行うために針を駆動するための、エネルギーの伝達及び／または変換などを行うための、能動機能を有する部品か、たとえばホイールセットを位置決めするための受動部品の、いずれかである。
【背景技術】
【０００２】
シリコンは、機械部品、特に、「純正」部品、すなわちそれが形成される基板上に連結されたままとなる部品、または、時計ムーブメントの連鎖に属する部品など「自由部品」の両方である、微小機械部品の製造においてますます頻繁に使用されている材料である。
【０００３】
歯車、関節部品、またはばねなどの微小機械部品を製造するために、従来から使用されている金属または金属合金と比べて、シリコンは、３分の１から４分の１の密度を有し、したがって大幅に低減された慣性を有し、磁界の影響を受けないという利点を有する。これらの利点は、時計の分野では、エネルギー源がばねで形成される場合の時計の等時性と動作継続期間の両方に関して、特に興味深いものである。
【０００４】
しかし、シリコンは、組立て中に避けがたい、動作において不可避の、あるいは、たとえば使用者が自身の腕時計を何かにぶつけるか落とす場合などの偶然の、衝撃の影響を受けやすいことで知られている。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００５】
本考案の一目的は、シリコン微小機械部品の機械的抵抗、特に衝撃に対する抵抗を改善するための、解決法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
したがって、本考案は、その表面全体または表面の一部が厚い非晶質材料で被覆されるシリコン部品に関し、その部品は、時計ムーブメント内で動く部品であり、または動かない部品である。非晶質材料は、たとえば酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、または炭化チタンである。二酸化ケイ素は、好ましい材料であり、この場合その厚さは、天然の二酸化ケイ素の厚さの少なくとも５倍の厚さである。
【０００７】
本考案はまた、特に二酸化ケイ素の場合の熱酸化によって、厚い非晶質層の形成を可能にする方法に関し、それによって、以下の詳細な説明において説明するように、前記部品の機械的特性が大幅に増大される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】シリコン製のひげぜんまいの初期断面を示す図である。
【図２】非晶質材料の堆積後の、図１に対応する図である。
【図３】減摩被膜を堆積する追加ステップを示す図である。
【考案を実施するための形態】
【０００９】
本考案の別の特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら非限定的な例としてのみ与えられる、例示的な一実施形態の以下の説明からより明らかになるであろう。
【００１０】
以下で説明するように、ひげぜんまいが故障した場合、単にムーブメントの停止を観察することによってその機能不全を非常に容易に検出することができる、時計ムーブメント内に取り付けられたひげぜんまいをここで例としてとりあげた。
【００１１】
本ひげぜんまいは、知られている微細加工技術によって、ひげぜんまいの所望の最終的な高さよりもわずかに小さい厚さのシリコン・プレートから得られる。
【００１２】
たとえば、国際特許出願ＷＯ２００４／０７０４７６に開示されるように、反応性イオンエッチング技術（ＲＩＥ）を使用し、最も適当であると考えられる形状をひげぜんまいに与えることができる。
【００１３】
ひげぜんまいの寸法が非常に小さいことを考慮すると、ひげぜんまいのバッチを同じプレートから一度に製造することができる。
【００１４】
図１は、シリコン製のコアを有するひげぜんまいの断面を示し、参照番号３は、初期外部表面を指示する。このひげぜんまいは、一定の時間にわたり周囲の空気中に置くと、「自然酸化物」（図示せず）と呼ばれる二酸化ケイ素で自然に被覆され、その厚さは、ほぼ１ｎｍから１０ｎｍの間となる。
【００１５】
図２は、本考案に従って９００℃から１２００℃の間の表面熱酸化によって処理された後の、ひげぜんまいの同じ断面を示す。これを意図して、出版物「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ｄｅｖｉｃｅｓ：ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」（Ｊｏｈｎ Ｗｉｌｅｙ＆Ｓｏｎｓ出版、ＩＳＢＮ０−４７１−８７４２４−８、１９８５年１月１日、３４１〜３５５頁）において開示されるプロトコルが適用される。すなわち、厚さ約１９μｍの二酸化ケイ素を得るために、１１００℃の温度で約１０時間かかる。図２に示すように、二酸化ケイ素は、シリコンを使用して形成され、その表面３は、形成されたＳｉＯ2 との新しい界面５を作り出すために、後方へと移動する。逆に、ＳｉＯ2 がより低い密度を有すると仮定すると、ＳｉＯ2 の外部表面７は、ひげぜんまいの初期表面を超えて延びる。これらの別々の線３、５、７は縮尺どおりに示されていないが、この処理の最後に所望の寸法を有する目的でひげぜんまいをエッチングするために、ＳｉとＳｉＯ2 の物理特性や熱処理特徴についての知識によって、初期寸法を計算することが可能であることは明らかである。
【００１６】
第１の一連の試験中に、酸化されていないシリコン部品及び酸化されたシリコン部品の機械的抵抗を、製造段階から組立て段階まで試験した。
【００１７】
シリコン部品のバッチ製造中に、部品を別々の製造段階にて操作する必要がある。この報告に記載する具体的な例では、同一のステップを経た２つのシリコン・プレートから得られるシリコン部品を検討する。
【００１８】
続いてこの部品を、ムーブメント内に取り付けた。試験中に、部品は、鋼製のアーバへ取り付けられ、ピンセットや測定セッティングを用いて挟まれる。ムーブメント上の最後の組立て中に、部品の中心が、中実のアーバ上へと動かされる。
【００１９】
以下の表は、１９個の酸化されていない部品と３６個の酸化された部品上で実行された、この試験の結果を要約する。
【００２０】
【表１】
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この試験中の、完全な一連の動作の成功率の比較は、酸化されたシリコン部品が、酸化されていない同じ部品よりも壊れやすくないことを示している。
【００２１】
通常のシリコン製ひげぜんまい（図１）と本考案（図２）に従って修正されたひげぜんまいの機械的特性もまた、組立て後に現実的な状況において、５０００ｇの振り子衝撃試験機を用いて比較された。
【００２２】
処理されていないひげぜんまい、及び本考案に従って修正されたひげぜんまいが取り付けられた、２つの同一のムーブメント上でこの機械的抵抗試験を行った。
【００２３】
酸化されていない、または自然酸化物の非常に薄い堆積物を有するひげぜんまいを用いたムーブメントは、衝撃によるひげぜんまいの破壊により、急激に停止した。
【００２４】
本考案によるひげぜんまいを用いたムーブメントは、長時間にわたり衝撃に抵抗し、動作やその等時性を、磨耗しながら３０週間より長い期間にわたり満足に維持し続けた。
【００２５】
したがって、驚くべきことに、１つの材料、すなわちシリコンを、より密度の低い材料、すなわち二酸化シリコンで置き換えることによって、理論的に減少が予想されていた機械的抵抗が増大した。
【００２６】
説明してきた例では、「厚い非晶質層」とは、二酸化ケイ素であった。同様のやり方で、窒化ケイ素または炭化ケイ素、あるいは炭化チタンまたは窒化チタンなど別の材料を使用する、別の堆積方法を用いてこの層を形成することができる。
【００２７】
この例は、部品のすべての表面が厚い非晶質堆積物で均一に被覆されることを示している。もちろん、適当なマスクの使用によって、部品の選択された部分上、すなわち特に機械的な応力を受ける部分上のみに堆積することも可能である。逆に、たとえばＳｉＯ2を完全に被覆した後に、たとえば審美的な理由のため、または別のタイプの被膜を形成するために、ＢＨＦを用いた化学エッチングによって、被膜のいくつかの部分をなくすことが可能である。
【００２８】
図３は、厚い非晶質層上のひげぜんまい特性のために選択された材料製の被膜４が、さらなるステップによって加えられる、変形形態を示す。
【００２９】
上記で、時計ムーブメントのためのひげぜんまいを用いて例として説明を行ったが、時計ムーブメントの別のいかなる部品（歯車、雁木車、レバー、被枢動部品など）や、より一般的には微小機械のいかなる部品についても、同じ利点が見出されることが明らかである。
【符号の説明】
【００３０】
３  初期外部表面；  ４  被膜；  ５  界面；  ７  外部表面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年7月24日(2009.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
時計機構内に組み込まれるシリコン製微小機械部品であって、歯車、雁木車、レバー、被枢動部品、受動部品からなる群から選択された部品であり、その表面全体上が、二酸化ケイ素で被覆をされ、前記被覆の厚さが、自然酸化膜の厚さの５倍の厚さであることを特徴とする微小機械部品。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
したがって、本考案は、その表面全体または表面の一部が厚い非晶質材料で被覆されるシリコン部品に関し、その部品は、時計ムーブメント内で動く部品であり、または動かない部品である。非晶質材料は、たとえば酸化ケイ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、または炭化チタンである。二酸化ケイ素は、好ましい材料であり、この場合その厚さは、自然酸化膜の厚さの少なくとも５倍の厚さである。