JP2010209473A - 電鋳部品の製造方法と機械式時計およびアナログ電子時計 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電鋳部品の製造方法は、基板620の凸部620hを形成する工程と、基板620の表面の導体化を行う工程と、中空軸の構造をもつ筒部品626の中心穴626hの部分を基板620の凸部620hに配置する工程と、基板620に外形形成用レジスト628をパターニングする工程と、外形形成用レジスト628と筒部品626との間に電鋳金属部630を形成する工程とを上記した順序にしたがって行われる。
【選択図】図27
Description
従来の電鋳加工の工程では、母型を作り、母型が導体の場合には、表面に離型処理をして電着工程に入り、母型が不導体の場合には、母型表面を導体化してから離型処理をして電着工程に入り、所要厚さまで電着した後、電鋳部品を母型から剥離している(非特許文献1参照)。
第2のタイプの従来技術、或いは、第3のタイプの従来技術を用いると、機械部品を作製することは可能である。しかし、例えば、電鋳部品を回転する機械部品として使用する場合、軸などの部品の取り付けを行う必要が生じることがある。例えば、腕時計を構成する機械部品のように、部品サイズが微小である場合、電鋳部品に他の部品を取付ける工程(例えば、軸の打ち込み、部品相互の接着など)は、部品の材料、形状、寸法の選定、加工機械の製造と調整、加工作業などに高度の技術が要求されている。このような微小部品の製造工程においては、部品のハンドリングが難しいことに加え、圧入による応力で部品が破壊するおそれが生じるという課題があった。また、接着工程において、部品が微小であるため、接着の貼り付け代を十分に確保することができず、余分な接着剤が部品の形状や厚さに悪い影響を及ぼすという課題があった。
本発明に関連する技術においては、前記(d)に記載した工程の代わりに、マスクの上に金属薄膜を形成し、電鋳加工のための表面導体化を行う工程を含むようにしてもよい。或いは、本発明の方法では、前記(f)に記載した工程の後に前記(g)に記載した工程を行う代わりに、前記(g)に記載した工程の後に前記(f)に記載した工程を行うこともできる。また、本発明に関連する技術の方法では、軸部品は、軸部品と一体に形成される電鋳金属部の中に位置するように構成された、軸部品の抜け、及び/又は、軸部品の回転を阻止するための輪郭形状を有するのが好ましい。更に、本発明に関連する技術において、上記いずれかの方法によって製造された電鋳部品を提供することができる。
(1)電鋳部品の製造方法
図1を参照して、本発明に関連する技術において、電鋳部品の製造方法の実施形態について説明する。図1(a)を参照すると、電鋳部品の製造のために用いる基板420を準備する(工程401)。基板420を構成する材料は、シリコン、ガラス、プラスチックなどである。エッチングの加工精度を考えると、シリコンが適している。基板420の大きさは、例えば、2インチ(約50mm)〜8インチ(約200mm)の範囲の半導体製造に用いられる標準寸法であるのが好ましい。基板420の厚さは、基板420の大きさによって異なるが、例えば4インチシリコン基板の場合、300μm〜625μmの厚さのものが用いられる。
図1(b)を参照すると、基板420の表面にフォトレジストをコートし、コートしたフォトレジストに必要形状を露光し、現像してマスク422をパターニングする(工程402)。マスク422は、フォトレジスト、SiO2 などの他の酸化膜、アルムニウム、クロムなどの金属膜で形成することができる。フォトレジスト以外の材料で構成したマスクを用いる場合、フォトレジストをマスクとして、フォトレジスト以外の材料をエッチングすることによりマスクを形成することができる。マスク422の厚さは、基板420とマスク422のエッチング時の選択比とエッチング深さによって決定される。例えば、基板420とマスク422の選択比が100対1のとき、基板420のエッチング深さ100μmに対する必要なマスク422の厚さは1μm以上である。好ましくは1.5μm〜10μmの範囲とする。
軸部品426のフランジ部426fは、電鋳金属部430の中に配置されるのがよい。フランジ部426fを電鋳金属部430の中に配置することにより、軸部品426と電鋳金属部430との間の接触面積を増やすことができ、軸部品426が電鋳金属部430から抜けるのを阻止するだけでなく、軸部品426が電鋳金属部430に対して回転するのを効果的に阻止することができる。すなわち、フランジ部426fは、軸部品426と一体に形成される電鋳金属部430の中に位置するように構成された、軸部品426の抜け、及び/又は、軸部品426の回転を阻止するための輪郭形状を構成している。
上記の電鋳部品の製造方法を用いると、電鋳加工により作製した電鋳金属部に他部品を打ち込む必要がなく、或いは、電鋳金属部に他部品を接着などにより取付ける必要がない。したがって、本発明により、金属部品と金属部品(軸、「かな」など)を一体電鋳成形することができるし、また、金属部品と非導電性の部品(軸、「かな」など)を一体電鋳成形することができる。すなわち、上記の電鋳部品の製造方法を用いることにより、金属部品と金属部品、或いは、金属部品と非導電性の部品が一体電鋳成形されるので、後付け工程を用意することなしに、複数部品からなる機械部品を形成することができる。さらに、電鋳の加工条件を調整することにより、電鋳部品に生じる内部応力を調整することができ、非導電性の部品の取付け圧力をコントロールし、電鋳部品を破損させることなく強固に非導電性の部品を電鋳金属部に固定することができる。
図4および図5を参照すると、電鋳部品435は、軸部品436と、電鋳金属部437とを含む。以下に示すいずれの実施形態においても、軸部品を構成する材料は、ガラス、セラミック、プラスチックなどの非導電性の材料を用いることができる。軸部品をアルミニウムで構成する場合、軸部品にアルマイト処理を行うのがよい。軸部品を、炭素鋼、ステンレス鋼などの金属で構成する場合、軸部品に酸化膜を付加するのがよい。或いは、軸部品を金属で構成する場合、軸部品にテフロン(登録商標)などの合成樹脂をコーティングするのがよい。電鋳金属部437の外周部には、歯車部437gを形成することができる。歯車部437gの平面形状は、上述した工程407において、外形形成用レジスト428をパターニングするときの外形形成用レジスト428の内側の形状により定められる。或いは、電鋳部品435を形成したのち、二次加工として、プレス加工、或いは、歯切り加工などによって、歯車部437gを形成することもできる。
次に、本発明に関連する技術、或いは、本発明の方法を用いて製造した電鋳部品を適用した機械式時計の実施の形態について説明する。図12〜図14を参照すると、機械式時計において、機械式時計のムーブメント(機械体)300は、ムーブメントの基板を構成する地板302を有する。巻真310が、地板302の巻真案内穴302aに回転可能に組み込まれる。文字板304(図26に仮想線で示す)がムーブメント300に取付けられる。一般に、地板の両側のうちで、文字板のある方の側をムーブメントの「裏側」と称し、文字板のある方の側と反対側をムーブメントの「表側」と称する。ムーブメントの「表側」に組み込まれる輪列を「表輪列」と称し、ムーブメントの「裏側」に組み込まれる輪列を「裏輪列」と称する。おしどり390、かんぬき392、かんぬきばね394、裏押さえ396を含む切換装置により、巻真310の軸線方向の位置を決める。きち車312が巻真310の案内軸部に回転可能に設けられる。巻真310が、回転軸線方向に沿ってムーブメントの内側に一番近い方の第1の巻真位置(0段目)にある状態で巻真310を回転させると、つづみ車の回転を介してきち車312が回転する。丸穴車314が、きち車312の回転により回転する。角穴車316が、丸穴車314の回転により回転する。角穴車316が回転することにより、香箱車320に収容されたぜんまい322を巻き上げる。二番車324が、香箱車320の回転により回転する。がんぎ車330が、四番車328、三番車326、二番車324の回転を介して回転する。香箱車320、二番車324、三番車326、四番車328は表輪列を構成する。
図15〜図17を参照すると、本発明に関連する技術において、三番車326は、三番かな326fと、三番歯車326gとを含む。三番歯車326gの厚さは、例えば、100μm〜500μmであり、好ましくは150μm〜250μmである。三番かな326fは、上軸部326aと、下軸部326bと、かな部326cとを含む。三番歯車326gは、中心支持部326hと、あみだ部326jと、歯車部326dとを含む。図示する実施形態では、あみだ部326jは5本である。あみだ部326jの数は3本であってもよいし、4本以上であってもよい。或いは、あみだ部326jを設けなくてもよい。三番かな326fは、炭素鋼などの金属で形成される。三番歯車326gはニッケルなどの金属で形成される。
図18〜図20を参照すると、本発明に関連する技術において、がんぎ車330は、がんぎかな330fと、がんぎ歯車330gとを含む。がんぎ歯車330gの厚さは、例えば、100μm〜500μmであり、好ましくは100μm〜200μmである。がんぎかな330fは、上軸部330aと、下軸部330bと、かな部330cとを含む。がんぎ歯車330gは、中心支持部330hと、あみだ部330jと、歯車部(すなわち、アンクルのつめ石と接触して作動する部分)330dとを含む。図示する実施形態では、あみだ部330jは4本である。あみだ部330jの数は3本であってもよいし、4本以上であってもよい。或いは、あみだ部326jを設けなくてもよい。がんぎかな330fは、炭素鋼などの金属で形成される。がんぎ歯車330gはニッケルなどの金属で形成される。
図21〜図23を参照すると、本発明に関連する技術において、アンクル342は、アンクル体342dと、アンクル真342fと、剣先342gと、2つのつめ石、すなわち、入りつめ石342jおよび出つめ石342kとを備える。アンクル体342dの厚さは、例えば、100μm〜500μmであり、好ましくは100μm〜200μmである。アンクル真342fは、上軸部342aと、下軸部342bとを含む。アンクル体342dは、ニッケルなどの金属で形成される。アンクル真342fは炭素鋼などの金属で形成される。アンクル真342fは、炭素鋼などの金属で形成される。アンクル体342dはニッケルなどの金属で形成される。
以下に、図24および図25を参照して、本発明に関連する技術において、つめ石付きアンクルの製造方法を説明する。図24(a)を参照すると、電鋳部品の製造のために用いる基板520を準備する(工程501)。基板520を構成する材料は、シリコン、ガラス、プラスチックなどである。エッチングの加工精度を考えると、シリコンが適している。基板520の大きさは、例えば、2インチ(約50mm)〜8インチ(約200mm)の範囲の半導体製造に用いられる標準寸法であるのが好ましい。基板520の厚さは、基板520の大きさによって異なるが、例えば4インチシリコン基板の場合、300μm〜625μmの厚さのものが用いられる。
図26および図27を参照して、本発明の電鋳部品の製造方法の実施形態において、中空軸部品を備えた電鋳部品の製造方法について説明する。以下の説明は、本発明の中空軸部品を備えた電鋳部品の製造方法の実施形態が、上述した中実軸部品を備えた電鋳部品の製造方法と異なる点を主に述べる。したがって、以下に記載がない個所は、前述した中実軸部品を備えた電鋳部品の製造方法についての説明をここに準用する。図26(a)を参照すると、電鋳部品の製造のために用いる基板620を準備する(工程601)。図26(b)を参照すると、基板620の表面において、フォトレジストをコートし、コートしたフォトレジストに中空軸の穴部に対応する形状を露光し、現像して中央マスク622をパターニングする(工程602)。中央マスク622は、フォトレジスト、SiO2 などの他の酸化膜、アルムニウム、クロムなどの金属膜で形成することができる。図26(c)を参照すると、中央マスク622を有する基板620をDRIE(Deep RIE)によりエッチングし、基板620に凹部620bを形成する(工程603)。この工程603において、基板620の中央マスク622に対応する箇所に凸部620hが形成される。図26(d)を参照すると、基板620の凸部620hの表面から中央マスク622をリムーブする(工程604)。図26(e)を参照すると、基板620の凹部620bの表面に、金、銀、銅、ニッケルなどの金属の導電膜624を付着させて、基板620の表面の導体化を行う(工程605)。
以下に説明する本発明の電鋳部品の製造方法を適用した実施の形態は、輪列を有する時計、すなわち、アナログ電子時計に関するものである。しかしながら、本発明の電鋳部品の製造方法は、アナログ電子時計に限定されるものでなく、計測器、印刷機、映像機器、録音機器、記録機器などの輪列を構成する部材等に広く適用することができる。図28〜図31を参照すると、アナログ電子時計のムーブメント(機械体)100は、ムーブメントの基板を構成する地板102を有する。巻真110が、地板102の巻真案内穴に回転可能に組み込まれる。文字板104(図29に仮想線で示す)がムーブメント100に取付けられる。ムーブメント100は、巻真110の軸線方向の位置を決めるための切換ばね166を備える。ムーブメント100の「表側」には、電池120、回路ブロック116、時モータ210、時表示輪列220、分モータ240、分表示輪列250、秒モータ270、秒表示輪列280などが配置される。地板102、輪列受112、二番受114は支持部材を構成する。時モータ210の回転により時表示輪列220が回転して、時針230により現在の時刻のうちの「時」を表示するように構成される。分モータ240の回転により分表示輪列250が回転して、分針260により現在の時刻のうちの「分」を表示するように構成される。秒モータ270の回転により秒表示輪列280が回転して、秒針290により現在の時刻のうちの「秒」を表示するように構成される。IC118と水晶振動子122とが、回路ブロック116に取り付けられる。回路ブロック116は、絶縁板160を介してスイッチばね162により、地板102および輪列受112に対して固定される。切換ばね166は、スイッチばね162に一体形成される。電池120はアナログ電子時計の動力源を構成する。アナログ電子時計の動力源として、充電可能な二次電池を用いることもできるし、充電可能なコンデンサを用いることもできる。水晶振動子122は、アナログ電子時計の源振を構成し、例えば、32,768ヘルツで発振する。
以下に説明する本発明の電鋳部品の製造方法を適用した実施の形態は、時計の時車すなわち筒車に関するものである。ここで、筒車は、筒部品付き電鋳部品を構成する。しかしながら、本発明の電鋳部品の製造方法は、機械式時計の部品に適用することもできるし、また、電子時計用の部品に適用することもできるし、他の機器に適用される筒部品付き電鋳部品に適用することもできる。すなわち、本発明の電鋳部品の製造方法は、時計の時車(すなわち筒車)だけでなく、時計の伝え車、修正車、表示車などの時計用輪列部品(歯車部を有する筒部品付き電鋳部品付き歯車部品)に広く適用することができる。さらに、本発明の電鋳部品の製造方法は、計測器、印刷機、映像機器、録音機器、記録機器などの輪列部品(歯車部を有する筒部品付き電鋳部品)等にも広く適用することができる。
102 地板
112 輪列受
114 二番受
216 時ロータ
226 筒車
246 分ロータ
256 分車
276 秒ロータ
284 秒車
300 ムーブメント(機械体)
302 地板
320 香箱車
324 二番車
326 三番車
328 四番車
330 がんぎ車
342 アンクル
420 基板
420h エッチング穴
422 マスク
426 軸部品
426b 下軸部
428 外形形成用レジスト
430 電鋳金属部
520 基板
520h エッチング凹部
522 SiO2 膜
524 アモルファスシリコン膜
526 マスク
530 金属の導電膜
532 外形形成用レジスト
540 電鋳金属部
542 つめ石付き電鋳部品
550 つめ石
620 基板
622 中央マスク
624 導電膜
626 筒部品
628 外形形成用レジスト
630 電鋳金属部
Claims (6)
- 電鋳部品の製造方法において、
(あ)基板(620)の凸部(620h)を形成する工程と、
(い)基板(620)の表面の導体化を行う工程と、
(う)中空軸の構造をもつ筒部品(626)の中心穴(626h)の部分を基板(620)の凸部(620h)に配置する工程と、
(え)基板(620)に外形形成用レジスト(628)をパターニングする工程と、
(お)外形形成用レジスト(628)と筒部品(626)との間に電鋳金属部(630)を形成する工程とを含み、
前記工程(あ)から前記工程(お)は、上記した順序にしたがって行われる、
ことを特徴とする方法。 - 電鋳部品の製造方法において、
(あ)基板(620)の凸部(620h)を形成する工程と、
(い)基板(620)の表面の導体化を行う工程と、
(う)基板(620)に外形形成用レジスト(628)をパターニングする工程と、
(え)中空軸の構造をもつ筒部品(626)の中心穴(626h)の部分を基板(620)の凸部(620h)に配置する工程と、
(お)外形形成用レジスト(628)と筒部品(626)との間に電鋳金属部(630)を形成する工程とを含み、
前記工程(あ)から前記工程(お)は、上記した順序にしたがって行われる、
ことを特徴とする方法。 - 請求項1又は2に記載の方法において、前記筒部品(626)はフランジ部(626f)を有し、前記フランジ部(626f)は、前記電鋳金属部(630)の中に配置されることを特徴とする方法。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載されている方法によって製造されることを特徴とする筒部品付き電鋳部品。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載されている方法によって製造された電鋳部品を少なくとも1つ含むことを特徴とする機械式時計。
- 請求項1から3のいずれか1項に記載されている方法によって製造された電鋳部品を少なくとも1つ含むことを特徴とするアナログ電子時計。
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