(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの表面を有するシリコン系基板（１）を備えるマイクロメカニカル時計部品であって、
前記マイクロメカニカル時計部品は、前記表面の少なくとも一部が、前記マイクロメカニカル時計部品の外側表面において外向きに開口する、減摩剤（５）を含む細孔（２）を有することを特徴とする、マイクロメカニカル時計部品。
【請求項２】
前記細孔（２）は、５〜１００のアスペクト比（深さ：直径比）を有することを特徴とする、請求項１に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項３】
前記細孔（２）の深さは１００μｍ超であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項４】
前記細孔（２）の深さは２００μｍ超であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項５】
前記細孔（２）の深さは３００μｍ超であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項６】
前記マイクロメカニカル時計部品は、前記細孔（２）の間に、シリコン系繊維（３’）を備えることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項７】
前記シリコン系繊維（３’）は、５〜１００のアスペクト比（深さ：直径比）を有することを特徴とする、請求項６に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項８】
前記シリコン系繊維（３’）は、前記減摩剤（５）のための少なくとも１つの湿潤剤（４）で被覆された壁を備え、
前記シリコン系繊維（３’）は前記減摩剤（５）に含浸される
ことを特徴とする、請求項６又は７に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項９】
前記シリコン系繊維（３’）は、少なくとも１つのポリマーブラシ（６）で被覆された壁を備え、
前記ポリマーブラシ（６）は前記減摩剤（５）に含浸される
ことを特徴とする、請求項６又は７に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項１０】
前記減摩剤（５）は、パーフルオロカーボン系ポリマーであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項１１】
前記シリコン系基板（１）は、シリコンウェハ又はＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ウェハであることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル時計部品。
【請求項１２】
シリコン系基板（１）から開始される、マイクロメカニカル時計部品を製造するための方法であって、
前記シリコン系基板（１）は表面を有し、前記表面の少なくとも一部は減摩剤（５）で潤滑される、方法において、
前記方法は：
ａ）前記シリコン系基板（１）の前記表面の前記一部の表面上に細孔（２）を形成するステップ；
ｂ）前記細孔（２）内に前記減摩剤（５）を堆積させるステップ
をこの順で含む、方法。
【請求項１３】
前記細孔（２）は、前記細孔の間にシリコン系繊維（３’）を形成するよう設計される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップａ）と前記ステップｂ）との間に、ｃ）前記シリコン系繊維（３’）の壁上に前記減摩剤（５）のための少なくとも１つの湿潤剤（４）を堆積させるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記ステップａ）と前記ステップｂ）との間に、ｄ）前記シリコン系繊維（３’）の前記壁上に少なくとも１つのポリマーブラシ（６）を堆積させるステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップａ）は、電気化学エッチングによる方法、「ステインエッチング（Ｓｔａｉｎ‐ｅｔｃｈ）」タイプの方法及び「ＭＡＣエッチング（ＭＡＣ‐Ｅｔｃｈ）」タイプの方法からなる群から選択された方法によって達成される、請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ステップａ）は、「ＭＡＣエッチング」タイプの方法によって達成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ステップｂ）は、薄膜堆積法によって達成される、請求項１２〜１７のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、減摩剤によって潤滑されたシリコン系基板を備えるマイクロメカニカル時計部品に関する。同様に本発明は、このようなマイクロメカニカル時計部品を製造するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンは、マイクロメカニカル時計部品、特に部品がその上で機械加工されるシリコン系基板上に接続されたままとなる部品の製造において使用されることがますます多くなっている材料である。
【０００３】
歯付きホイール又は脱進機の構成部品等のマイクロメカニカル時計部品の製造のために標準的に使用される金属又は合金に対して、シリコンは多数の利点を有する。シリコンは極めて軽量かつ極めて硬質な材料であり、従ってシリコンはその慣性を大幅に低減でき、その結果効率を改善できる。同様にシリコンは、複雑な又はモノブロックの部品を製造可能とする。
【０００４】
それにも関わらず、時計製作においてより標準的に使用される他の材料と全く同様に、シリコン系基板から製造された時計部品は潤滑する必要がある。
【０００５】
例えば、接触圧が低い場合に摩擦係数の低下を促進する、極めて流動性が高い潤滑剤を使用することが公知である。しかしながらこのタイプの潤滑剤は、特に接触圧が比較的高い場合に、その効果が低減するという欠点を有する。これは潤滑フィルムの破断によるものである。表面上に堆積したポリマーブラシの形成と、このポリマーブラシに対する親和性を有する潤滑剤のポリマーブラシへの含浸とに基づく、上部潤滑技術は、広い範囲の応力に対して摩擦を大幅に低減できることが公知である。これらの極めて柔軟なポリマーブラシは、潤滑剤を含浸すると真っ直ぐな状態に戻り、これによって潤滑剤で満たされた一種のスポンジを形成する。摩擦条件に応じて、接触圧が高い場合には上記繊維は容易に圧縮でき、潤滑剤を接触面に戻すことができる。その結果、より厚い潤滑剤フィルムが形成され、これによって摩擦係数並びに摩耗及び裂けが有意に低下する。しかしながら、応力の持続時間が長い場合、これらのポリマーブラシは最終的に劣化し（摩耗及び裂け、表面の擦過傷）、これによりポリマーブラシコーティングはその機能を保証できなくなる。
【０００６】
従って、潤滑するべき時計部品の表面上に、十分な量の潤滑剤を含有することによって、上記時計部品を備える時計ムーブメントの保守サービスの頻度を低減できる、シリコンをベースとするマイクロメカニカル時計部品を潤滑するための新規の方法を提案する必要がある。
【０００７】
同様に、シリコン系マイクロメカニカル時計部品を潤滑するための新規の方法を提案する必要があり、この方法は潤滑状態を生成でき、これによって摩耗及び裂け並びに摩擦係数を大幅に低減させて、この時計部品を備える時計ムーブメントの信頼性、効率、及びこれに伴ってパワーリザーブを、実際に広い範囲の応力に対して向上させることができる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的のために、本発明は、少なくとも１つの表面を有するシリコン系基板を備えるマイクロメカニカル時計部品に関する。
【０００９】
本発明によると、上記シリコン系基板の上記表面の少なくとも一部は、上記マイクロメカニカル時計部品の外側表面において外向きに開口する細孔を有し、上記細孔は減摩剤を含む。
【００１０】
本発明は同様に、シリコン系基板から開始される、マイクロメカニカル時計部品を製造するための方法に関し、上記シリコン系基板は表面を有し、上記表面の少なくとも一部は減摩剤で潤滑される。上記方法は以下のステップをこの順で含む：
ａ）上記シリコン系基板の上記表面の上記一部の表面上に細孔を形成するステップ；
ｂ）上記細孔内に上記減摩剤を堆積させるステップ。
【００１１】
シリコン系基板の表面から開始される細孔の形成により、ある程度の可撓性を有し、変形による様々な圧力条件に適応できる、多孔性シリコン系上部構造を形成できる。更にこのタイプの構造はキャビティを有し、このキャビティにより、潤滑剤の多量の備蓄分を持続的に内包できる。
【００１２】
更に、ポリマーブラシを多孔性シリコン系上部構造上に堆積させる場合、得られるコーティングは、潤滑剤で充填でき、またこれらのポリマーブラシが圧縮された場合に、潤滑剤を戻すことができる。このコーティングも同様に、多孔性シリコン系上部構造のキャビティへの潤滑剤の浸透を補助できる。
【００１３】
本発明の目的、利点、特徴は、単なる非限定的な例として挙げられ、添付の図面に図示されている、本発明の複数の実施形態に関する以下の詳細な説明において、より明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明による製造方法の第１の実施形態のあるステップの概略図である。
【図２】図２は、本発明による製造方法の第１の実施形態の別のステップの概略図である。
【図３】図３は、本発明による製造方法の第２の実施形態のあるステップの概略図である。
【図４】図４は、本発明による製造方法の第２の実施形態の別のステップの概略図である。
【図５】図５は、本発明による製造方法の第２の実施形態の更に別のステップの概略図である。
【図６】図６は、本発明による製造方法の第３の実施形態のあるステップの概略図である。
【図７】図７は、本発明による製造方法の第３の実施形態の別のステップの概略図である。
【図８】図８は、本発明による製造方法の第３の実施形態の更に別のステップの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１、２を参照すると、本発明による、シリコン系基板１から開始される、減摩剤によって潤滑されたマイクロメカニカル時計部品を製造するための方法は、まずａ）潤滑されることになる領域に対応するシリコン系基板１の領域全体に亘って細孔２を形成するステップを含む。細孔２は、マイクロメカニカル時計部品の外側表面において外向きに開口するように設計される。シリコン系基板１は、形成されることになるマイクロメカニカル時計部品に応じて選択される。製造されることになるマイクロメカニカル時計部品に応じたシリコン系基板１の最終形状は、本発明の方法の実装前又は後に与えられる。本発明では、表現「シリコン系基板（ｓｉｌｉｃｏｎ‐ｂａｓｅｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）」は、基板内のシリコンの層及びシリコン製の基板両方を表す。好ましくは、図１に示すように、シリコン系基板１はシリコンウェハ又はＳＯＩ（シリコン・オン・インシュレータ）ウェハである。上記細孔は好ましくは、基板の平面に対して垂直な表面全体に亘って、即ちマイクロメカニカル時計部品の、摩擦にさらされる側部上に形成できるが、同様に基板の平面に対して平行な表面全体に亘って形成することもできる。
【００１６】
有利には、このステップａ）は、電気化学エッチングによる方法、「ステインエッチング（Ｓｔａｉｎ‐ｅｔｃｈ）」タイプの方法及び「ＭＡＣエッチング（ＭＡＣ‐Ｅｔｃｈ）」タイプの方法からなる群から選択された方法によって達成できる。
【００１７】
電気化学エッチングによる方法は、電気化学的陽極酸化処理による方法とすることができる。この方法の実装には、水溶液中の、又は濃度１〜１０％のエタノールと混合されたフッ化水素酸を含有する電気化学浴を使用する必要がある。シリコンのエッチングを引き起こす電気化学的条件を生成するために、電流及び電極が必要である。上記電気化学的条件に従って、様々なタイプの細孔を得ることができる。このような方法は当業者には公知であり、本明細書において詳細な情報は不要である。
【００１８】
「ステインエッチング」タイプの方法は、多孔性シリコンの形成が直接得られる、シリコンの湿式エッチングに基づく。典型的には、エッチングは、ＨＦ：ＨＮＯ3の比が５０〜５００：１であるＨＦ／ＨＮＯ3／Ｈ2Ｏ溶液を用いて行われる。本方法は、浴中における給電の必要が全くないという利点を有する。このような方法は当業者には公知であり、本明細書において詳細な情報は不要である。
【００１９】
好ましくは、ステップａ）は「ＭＡＣエッチング」タイプの方法によって達成される。この方法は、局所的な化学エッチング反応を触媒するための貴金属の粒子の使用に基づく。典型的には、貴金属（金、銀、白金）の極薄層（１０〜５０ｎｍ）をランダムに、又はリフトオフ、エッチング、レーザ等によって堆積及び構造形成する。貴金属は好ましくは金である。より詳細には、金の粒子を、ＨＦ／Ｈ2Ｏ2混合物中の溶液として使用できると有利である。粒子のサイズは５〜１０００ｎｍとすることができる。上記構造形成は、金のリソグラフィ、エッチング又はリフトオフによって得ることができる。別の選択肢は、極めて微細な非閉鎖層（５〜３０ｎｍ）の蒸着又はカソード粉砕（スパッタリング）である。熱処理が金の島組織の形成に寄与できる。
【００２０】
貴金属の層を有するシリコンをＨＦ／Ｈ2Ｏ2混合物の水溶液中に含浸させると、貴金属は、シリコンの溶解を局所的に触媒する。このエッチング溶液は典型的には、４ｍｌ：１ｍｌ：８ｍｌ（４８％ＨＦ：３０％Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）〜４ｍｌ：１ｍｌ：４０ｍｌ（４８％ＨＦ：３０％Ｈ2Ｏ2：Ｈ2Ｏ）を含むことができる。シリコンの溶解は、好ましくは金属の下側で発生し、その後この金属はシリコン内に漸進的に貫入する。この反応は、シリコン結晶の配向、表面の配列、ドーピング、浴の化学的性質によって本質的に影響される伝播モードに従って、相当な深さ（＞１００μｍ）に亘って継続させることができる。「ＭＡＣエッチング」タイプの方法は、浴中における給電の必要がなく、その一方でシリコン中に極めて深い（＞１００μｍ）の細孔の形成が可能であるという利点を有する。従ってこの方法は、時計構成部品の製造のために一般的に使用される基板としてのＳＯＩウェハに関して使用するために特に好適である。
【００２１】
シリコン系基板に形成される細孔が好適なジオメトリ及びサイズを有するようにするために実装するべき、上述の方法のパラメータは、当業者には公知である。
【００２２】
特に細孔は有利には、５〜１００のアスペクト比（深さ：直径比）を有することができる。
【００２３】
好ましくは、細孔の深さは１００μｍ超、好ましくは２００μｍ超、より好ましくは３００μｍ超とすることができる。
【００２４】
図２に示すように、ある特定の深さに亘る、シリコン系基板１内の細孔２の形成により、細孔２の間に、同一の深さに亘るシリコン系柱３が形成される。好ましくは、シリコン系柱を、円形断面を有するものとして考える場合、細孔２は、接触するシリコン系柱が存在しないよう、シリコン系柱３の突出表面が見かけの総表面の７９％未満となるように形成される。
【００２５】
本発明による方法の第２のステップｂ）は、細孔２内の柱３の間に減摩剤を堆積させることからなる。減摩剤は潤滑剤であり、例えば水溶液の形態の液体、又は乾燥状態とすることができる。好ましくは、上記減摩剤はポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のパーフルオロカーボン系ポリマー、又は他のいずれの減摩剤若しくは好適な潤滑剤である。
【００２６】
本発明による方法の第１の実施形態によると、減摩剤はステップｂ）に従って、シリコン系基板の細孔２内に直接堆積される。このステップｂ）は、ＣＶＤ、ｉＣＶＤ、ＰＥＣＶＤといった薄膜堆積法によって達成できる。減摩剤を重合させるために、１００℃〜３００℃程度の温度において好適な熱処理を施すことができる。このようにして、シリコン系基板の表面付近に大量の減摩剤を貯蔵でき、その一方で、シリコンによって比較的高くなった表面の見かけの硬度を保持できる。
【００２７】
特に有利な様式では、ステップａ）に従ってシリコン系基板１に細孔２を形成する方法のパラメータは、細孔２の間に形成される柱３がシリコン系繊維３’を備えるように、細孔２が好適なジオメトリ及びサイズを有するよう選択される。これらの繊維３’は、５〜１００のアスペクト比（深さ：直径の比）を有する。上記繊維は可撓性上部構造を形成し、最終的には、本発明による方法のステップｂ）に従った細孔の湿潤化を促進するよう選択された減摩剤に含浸される。
【００２８】
シリコン系繊維を備える基板は、本発明の方法の２つの他の実施形態に従って使用できる。
【００２９】
より詳細には、図３〜５を参照すると、本発明による方法の第２の実施形態により、ステップａ）に従って、シリコン系基板１に細孔２を製造して、図３に示すように細孔２間に繊維３’の形状の柱３を形成することが考えられる。従って、ステップａ）とステップｂ）との間に、ｃ）シリコン系繊維３’の壁上に減摩剤の少なくとも１つの湿潤剤４を堆積させるステップが設けられる。この湿潤剤４は、減摩剤の湿潤化及び浸透を促進するよう選択される。湿潤剤４を塗布することにより、シリコン系繊維３’の壁を機能化するために極めて薄い層（数ナノメートル）が形成される。次にステップｂ）に従って繊維３’を減摩剤５に含浸し、ここで減摩剤５は細孔２の湿潤化を促進するよう選択される。
【００３０】
図６〜８を参照すると、本発明による方法の第３の実施形態により、ステップａ）に従って、シリコン系基板１に細孔２を製造して、図６に示すように細孔２間に繊維３’の形状の柱３を形成することが考えられる。従って、ステップａ）とステップｂ）との間に、ｄ）シリコン系繊維３’の壁上に少なくとも１つのポリマーブラシ６を堆積させるステップが設けられる。このようなポリマーブラシ６は、例えば国際公開公報ＷＯ２０１２／１５２５１２号、ＷＯ２０１４／００９０５９号に記載されている。ポリマーブラシは、シリコン系繊維よりも長さが短い繊維を有し、これによりポリマー繊維は、機械的耐久性がより高いシリコン系繊維で保護される。次にステップｂ）に従ってポリマーブラシ６を減摩剤５に含浸し、ここで減摩剤５は湿潤化を促進するよう選択される。
【００３１】
本発明は同様に、上述の方法によって得ることができるマイクロメカニカル時計部品に関する。上記マイクロメカニカル時計部品は、少なくとも１つの表面を有するシリコン系基板１を備え、この表面は特に、別のマイクロメカニカル時計部品の表面と接触して終端でき、上記マイクロメカニカル時計部品は互いに対して可動である。
【００３２】
本発明によると、上記表面の少なくとも一部は、上記マイクロメカニカル時計部品の外側表面において外向きに開口した細孔２を有し、上記細孔２は減摩剤を含む。
【００３３】
有利には、細孔２は、上記細孔間にシリコン系繊維３’が形成されるように製造される。
【００３４】
一実施形態によると、シリコン系繊維３’は、減摩剤５のための少なくとも１つの湿潤剤４で被覆された壁を備えることができ、上記シリコン系繊維は減摩剤５に含浸される。
【００３５】
別の実施形態によると、シリコン系繊維３’は、少なくとも１つのポリマーブラシ６で被覆された壁を備えることができ、シリコン系繊維３’及びポリマーブラシ６は湿潤剤５に含浸される。
【００３６】
本発明による方法によって、シリコン系基板の材料内に、制御されたジオメトリ及び機械的屈曲特性を有する繊維を直接製造できるようになり、上記制御されたジオメトリ及び機械的屈曲特性により、ポリマーブラシを使用する場合に、信頼性を高めながら、広い範囲の摩擦条件に亘って上部潤滑挙動を維持できる。従って本発明による方法は、上部潤滑に通常使用されるポリマーブラシの機械的耐久性の欠如を補償できる。形成されるシリコン系繊維の構造は、潤滑剤のリザーバを構成し、これは、応力に応じて十分な量の潤滑剤を接触面に戻すことができる。
【００３７】
細孔の、及びシリコン系繊維のジオメトリは、所望の摩擦条件及び減摩目標に応じて最適化できる。シリコン系基板の構造形成は、シリコン系繊維から、スポンジ状の層を形成する開放された不規則な細孔まで、様々とすることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１    シリコン系基板
２    細孔
３’  シリコン系繊維
４    湿潤剤
５    減摩剤
６    ポリマーブラシ
【図１】
0006326463.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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