JP2016133494A

JP2016133494A - 時計部品の製造方法および時計部品

Info

Publication number: JP2016133494A
Application number: JP2015010655A
Authority: JP
Inventors: 智夫池田; Tomoo Ikeda; 池田　　智夫
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 2015-01-22
Filing date: 2015-01-22
Publication date: 2016-07-25

Abstract

【課題】温度特性に優れた時計部品を、高精度に製造すること。【解決手段】支持層３１１と酸化膜３１２と活性層３１３とを順次積層した３層構造をなす積層基板３１４の活性層３１３に対して、第１のマスク３１５を形成し、当該第１のマスク３１５部分を残して残余を除去する第１のエッチング工程をおこなう。また、支持層３１１に対して、第２のマスク３１６を形成し、当該第２のマスク３１６部分を残して残余を除去する第２のエッチング工程をおこなう。そして、第１のエッチング工程の後であって、かつ、第２のエッチング工程の後に、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程によって露出された酸化膜３１２を除去する除去工程をおこなうようにした。【選択図】図３Ｃ

Description

この発明は、時計における機械部品を構成する時計部品の製造方法および時計部品に関する。

機械式時計の駆動機構は、たとえば、調速機構を構成するひげぜんまいやてん輪などの各種の時計部品を備えている。ひげぜんまいは、従来、金属を加工して形成することが広くおこなわれていたが、その加工精度のばらつきや金属が有する内部応力の影響などによって、設計通りの形状が得られないことがあった。また、金属製のひげぜんまいは、長期間伸縮を繰り返すことにより変形してしまうことがあった。

このようなひげぜんまいを用いて構成される時計は計時の精度に劣るため、従来、金属材料に代えて、水晶やシリコンなどの結晶構造を有する材料をエッチング加工することによって、金属製のひげぜんまいよりも高精度かつばらつきを抑えたひげぜんまいを製造する技術があった。また、水晶やシリコンなどの結晶構造を有する材料は金属と比較して環境温度の変化に対する変形が少ないため、水晶やシリコンなどの結晶構造を有する材料を用いて形成したひげぜんまいは、金属製のひげぜんまいよりも良好な温度特性を示す。

関連する技術として、具体的には、従来、たとえば、機械式時計の駆動機構を構成する時計部品を、シリコン製のコアと当該コアの表面に成膜した二酸化珪素などの非晶質材料とによって形成するようにした技術があった（たとえば、下記特許文献１〜３を参照。）。

実用新案登録第３１５４０９１号公報特許第５３７８６５４号公報特許第４５１５９１３号公報

しかしながら、上述した特許文献１〜３に記載された従来の技術は、いずれも、時計部品の外表面を被覆する膜（被覆、被覆層あるいは外側層）を、当該膜によって被覆されるコアを形成した後に成膜しているため、製造される時計部品の外形寸法にばらつきが生じてしまうという問題があった。

そして、時計部品の外形寸法にばらつきが生じることにより、このような時計部品を、たとえば、特許文献１〜３に記載された従来の技術のように、ひげぜんまいとして用いる場合には、振動数の精度が低下してしまい、当該時計部品を用いて構成される時計による計時の精度が低下してしまうという問題があった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、温度特性に優れた時計部品を、高精度に製造することができる時計部品の製造方法および時計部品を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる時計部品の製造方法は、シリコンからなる支持層の一面側に二酸化珪素からなる酸化膜を介して積層されたシリコンからなる活性層を備えた積層基板の前記活性層に、時計の駆動機構を構成する時計部品の形状に基づく第１のパターンの第１のマスクを形成する第１のマスク形成工程と、前記活性層に対して、前記第１のマスク形成工程において形成された第１のマスク部分を残して残余を除去するエッチング加工をおこなう第１のエッチング工程と、前記支持層に、前記第１のパターンに対応する第２のパターンの第２のマスクを形成する第２のマスク形成工程と、前記支持層に対して、前記第２のマスク形成工程において形成された第２のマスク部分を残して残余を除去するエッチング加工をおこなう第２のエッチング工程と、前記第１のエッチング工程の後であって、かつ、前記第２のエッチング工程の後に、前記第１のエッチング工程および前記第２のエッチング工程によって露出された前記酸化膜を除去する除去工程と、を含むことを特徴とする。

また、この発明にかかる時計部品の製造方法は、上記の発明において、前記第１のエッチング工程および前記第２のエッチング工程は、深掘りＲＩＥによってエッチング加工をおこなうことを特徴とする。

また、この発明にかかる時計部品は、面的な広がりと、当該面の広がり方向に対して直交する厚みとを有し、時計の駆動機構を構成する時計部品であって、前記厚み方向に沿って、シリコンからなる支持層、二酸化珪素からなる酸化膜、および、シリコンからなる活性層の順に積層された構造であることを特徴とする。

また、この発明にかかる時計部品は、上記の発明において、機械式時計の駆動機構を構成し、脱進機を構成するがんぎ車およびアンクル、調速機構を構成するひげぜんまいおよびてん輪、輪列を構成する歯車の少なくとも一つであることを特徴とする。

この発明にかかる時計部品の製造方法および時計部品によれば、温度特性に優れた時計部品を、高精度に製造することができるという効果を奏する。

この発明にかかる実施の形態の製造方法によって製造される、この発明にかかる実施の形態の時計部品が組み込まれる機械式時計の駆動機構を示す説明図である。ひげぜんまいの構造を示す説明図である。この発明にかかる実施の形態の、機械式時計の駆動機構を構成する時計部品（ひげぜんまい）の製造方法を示す説明図（その１）である。この発明にかかる実施の形態の、機械式時計の駆動機構を構成する時計部品（ひげぜんまい）の製造方法を示す説明図（その２）である。この発明にかかる実施の形態の、機械式時計の駆動機構を構成する時計部品（ひげぜんまい）の製造方法を示す説明図（その３）である。この発明にかかる実施の形態の、機械式時計の駆動機構を構成する時計部品（ひげぜんまい）の製造方法を示す説明図（その４）である。この発明にかかる実施の形態の、機械式時計の駆動機構を構成する時計部品（ひげぜんまい）の製造方法を示す説明図（その５）である。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる時計部品の製造方法および当該製造方法によって製造される時計部品の好適な実施の形態を詳細に説明する。

まず、この発明にかかる実施の形態の製造方法によって製造される、この発明にかかる実施の形態の時計部品が組み込まれる時計の駆動機構として、機械式時計の駆動機構について説明する。図１は、この発明にかかる実施の形態の製造方法によって製造される、この発明にかかる実施の形態の時計部品が組み込まれる機械式時計の駆動機構を示す説明図である。

図１において、この発明にかかる実施の形態の製造方法によって製造される時計部品が組み込まれる機械式時計の駆動機構１０１は、香箱１０２、脱進機１０３、調速機構（てんぷ）１０４、輪列１０５などを備えている。香箱１０２は、薄い円筒形状をなす箱の内側に、図示を省略する動力ぜんまいを収容している。駆動機構１０１においては、香箱１０２の外周部の香箱車と呼ばれる歯車が設けてあり、輪列１０５を構成する番車と噛み合っている。

動力ぜんまいは、巻回された状態の長尺状の金属薄板であって、香箱１０２の中に収容されている。動力ぜんまいの中心の端部（巻回された状態において内周側に位置する端部）は、香箱１０２の中心軸（香箱真）に取り付けられている。動力ぜんまいの外側の端部（巻回された状態において外周側に位置する端部）は、香箱１０２の内面に取り付けられている。

脱進機１０３は、がんぎ車１０６およびアンクル１０７によって構成される。がんぎ車１０６は、カギ型の歯を備えた歯車であって、がんぎ車１０６の歯はアンクル１０７に噛み合う。アンクル１０７は、がんぎ車１０６の歯に噛み合うことによってがんぎ車１０６の回転運動を往復運動に変換する。

てんぷ１０４は、ひげぜんまい１０８やてん輪１０９などによって構成される。ひげぜんまい１０８は、巻回された状態の長尺状の部材であって、渦巻き形状をなしている。ひげぜんまい１０８は、機械式時計に組み込まれて駆動機構１０１を構成した状態において、優れた等時性を示すように設計されている。

てんぷ１０４は、ひげぜんまい１０８のバネ力による伸縮によって、規則正しく往復運動をおこなうことができる。てん輪１０９は、リング形状をなし、アンクル１０７からの反復運動を調節・制御して、一定速度の振動を保つ。てん輪１０９は、てん輪１０９がなすリング形状の内側に、てん輪１０９の中心（てん真）１０９ａから放射状に延設するアームを備えている。

輪列１０５は、香箱１０２からがんぎ車１０６の間に設けられて、それぞれが噛み合わされた複数の歯車によって構成される。具体的には、輪列１０５は、二番車１１０、三番車１１１、四番車１１２などによって構成される。香箱１０２の香箱車は、二番車１１０と噛み合っている。四番車１１２には秒針１１３が装着され、二番車１１０には分針１１４が装着されている。図１においては、時針や各歯車を支持する地板などは図示を省略する。

駆動機構１０１においては、動力ぜんまいの中心は逆回転できないように香箱１０２の中心（香箱真）に固定されており、動力ぜんまいの外側の端部は香箱の内周面に固定されているため、香箱１０２の中心（香箱真）に巻き付けられた動力ぜんまいが元に戻ろうとすると、巻き上げられた方向と同じ方向にほどけようとする動力ぜんまいの外側の端部に付勢されて、香箱１０２が巻き上げられたぜんまいがほどける方向と同じ方向に回転する。香箱１０２の回転は、二番車１１０、三番車１１１、四番車１１２に順次伝達され、四番車１１２からがんぎ車１０６に伝達される。

がんぎ車１０６にはアンクル１０７が噛み合っているため、がんぎ車１０６が回転すると、がんぎ車１０６の歯（衝撃面）がアンクル１０７の入り爪を押し上げ、これによってアンクル１０７におけるてんぷ１０４側の先端がてんぷ１０４を回転させる。てんぷ１０４が回転すると、アンクル１０７の出爪が即座にがんぎ車１０６を停止させる。てんぷ１０４がひげぜんまい１０８の力で逆回転すると、アンクル１０７の入り爪が解除され、がんぎ車１０６が再び回転する。

このように、調速機は、等時性のあるひげぜんまい１０８の伸縮によっててんぷ１０４に規則正しい往復回転運動を繰り返させ、脱進機１０３は、てんぷ１０４に対して往復運動するための力を与え続けるとともに、てんぷ１０４からの規則正しい振動によって輪列１０５における各歯車を一定速度で回転させる。がんぎ車１０６、アンクル１０７、てんぷ１０４は、てんぷ１０４の往復運動を回転運動に変換する調速機構を構成する。

（ひげぜんまい１０８の構造）
図２は、ひげぜんまい１０８の構造を示す説明図である。図２における上側は、ひげぜんまい１０８を図１における紙面上方から見た平面図を示し、図２における下側は当該平面図におけるＡ−Ａ断面を示している。図２において、ひげぜんまい１０８は、細いコイル形状のぜんまい部２０１を備えている。

また、ひげぜんまい１０８は、細いコイル形状のぜんまい部２０１における、内周側の端部に設けられたひげ玉２０２を備えている。ぜんまい部２０１とひげ玉２０２とは接続部２０２ａによって接続されている。ぜんまい部２０１は、接続部２０２ａを介して、ひげ玉２０２を中心にひげ玉２０２を巻回するコイル形状をなす。さらに、ひげぜんまい１０８は、細いコイル形状のぜんまい部２０１における、外周側の端部に設けられたひげ持２０３を備えている。この実施の形態におけるひげぜんまい１０８は、支持層と酸化膜と活性層とを順次積層した３層構造をなす積層基板（図３Ａにおける符号３１１、３１２、３１３、３１４を参照）によって形成されている。

図２において、符号ｔは、ひげぜんまい１０８の厚さ寸法を示している。ひげぜんまい１０８の厚さ寸法は、後述する積層基板（ＳＯＩ基板）におけるＳｉ層の板厚寸法に応じて定められる。図２において、符号ｗは、ひげぜんまい１０８の平面視における幅寸法を示している。ひげぜんまい１０８の幅寸法は、ひげぜんまい１０８の位置に応じて異ならせてもよい。すなわち、ひげぜんまい１０８におけるぜんまい部２０１の一部の幅寸法をｗとし、別の一部の幅寸法をｗよりも大きい寸法としてもよい。

（時計部品の製造方法）
つぎに、この発明にかかる実施の形態の、機械式時計の駆動機構１０１を構成する時計部品の製造方法について説明する。実施の形態においては、機械式時計の駆動機構１０１を構成する時計部品として、ひげぜんまい１０８の製造方法について説明する。

図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃ、図３Ｄおよび図４は、この発明にかかる実施の形態の、機械式時計の駆動機構１０１を構成する時計部品（ひげぜんまい１０８）の製造方法を示す説明図である。この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によるひげぜんまい１０８は、積層基板３１４を用いて形成する。

積層基板３１４は、支持層３１１と、酸化膜３１２と、活性層３１３と、を順次積層した３層構造をなすＳＯＩ基板によって実現することができる。支持層３１１は、シリコンからなる。酸化膜３１２は、支持層３１１の一面側に設けられている。酸化膜３１２は、ＳｉＯ₂（二酸化珪素）からなる。酸化膜３１２は、以降の工程において、深掘りＲＩＥ技術によるシリコンのエッチング加工をおこなう際のストッパとして機能する。

以降、この実施の形態においては、支持層３１１における酸化膜３１２が形成される一面、すなわち、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄにおける支持層３１１の紙面上側の面を、支持層３１１の「おもて面」として説明する。また、以降、この実施の形態においては、支持層３１１におけるおもて面とは反対側の面、すなわち、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄにおける支持層３１１の紙面下側の面を、支持層３１１の「裏面」として説明する。

また、この実施の形態においては、酸化膜３１２における支持層３１１とは反対側の面、すなわち、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄにおける酸化膜３１２の紙面上側の面を、酸化膜３１２の「おもて面」として説明する。また、以降、この実施の形態においては、酸化膜３１２における支持層３１１側の面、すなわち、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄにおける酸化膜３１２の紙面下側の面を、酸化膜３１２の「裏面」として説明する。

活性層３１３は、シリコンからなる。活性層３１３は、酸化膜３１２のおもて面に積層されている。すなわち、活性層３１３は、酸化膜３１２を介して支持層３１１のおもて面側に積層されている。この実施の形態においては、活性層３１３における酸化膜３１２とは反対側の面、すなわち、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄにおける活性層３１３の紙面上側の面を、活性層３１３の「おもて面」として説明する。また、以降、この実施の形態においては、活性層３１３における酸化膜３１２側の面、すなわち、図３Ａ、図３Ｂ、図３Ｃおよび図３Ｄにおける活性層３１３の紙面下側の面を、活性層３１３の「裏面」として説明する。

ＳｉＯ₂のヤング率の温度特性は、Ｓｉのヤング率の温度特性とは逆の温度特性を示す。ヤング定数（Ｙｏｕｎｇ’ｓｍｏｄｕｌｕｓ）は、フックの法則が成立する弾性範囲における同軸方向のひずみと応力との比例定数であって、物体に対して当該物体を引っ張る方向に外力を加えた場合における、当該物体の伸びと当該物体に加えられた外力との関係から求められる。ヤング定数は、縦弾性係数、曲げ剛性あるいはたわみ剛性などとも称される。具体的に、たとえば、断面積（Ｓ）の物体に力（Ｆ）が加えられることによって、当該物体の元の長さ（Ｌ）が（ΔＬ）だけ伸びた場合のヤング率（Ｅ）は、Ｅ＝（Ｆ／Ｓ）／（ΔＬ／Ｌ）であらわされる。

ひげぜんまい１０８の製造に際しては、まず、積層基板３１４における活性層３１３に、第１のマスク３１５を形成する（図３Ａを参照）。第１のマスク３１５は、機械式時計の駆動機構を構成する時計部品の形状に基づく第１のパターンをなす。ここに、第１のマスク形成工程を実現することができる。

機械式時計の駆動機構１０１を構成する時計部品をひげぜんまい１０８によって実現するこの実施の形態において、第１のパターンは、具体的には、たとえば、ひげぜんまい１０８の形状を規定する部品パターンと、ひげぜんまい１０８を囲むように設けられる枠パターンと、接続用パターンと、からなるパターンとすることができる（図４を参照）。部品パターンと枠パターンとを接続する接続用パターンは、たとえば、ひげぜんまい１０８における外周側の端部（ひげ持２０３）と、ひげぜんまい１０８の周囲に設けられる枠パターンと、を接続する。

第１のマスク３１５の形成に際しては、まず、活性層３１３のおもて面に、フォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジストを、ひげぜんまい１０８の形状に基づいた第１のパターン状に露光する。フォトレジストは、光（あるいは電子線など）に露光されることによって現像液に対する溶解性などの物性が変化する感光性の物質であって、たとえば、露光されることによって現像液に対して溶解性が増大するポジ型のフォトレジストを用いることができる。あるいは、ポジ型のフォトレジストに代えて、たとえば、露光されることによって現像液に対して溶解性が低下するネガ型のフォトレジストを用いてもよい。

そして、フォトレジストを塗布した後、露光後の積層基板３１４を現像液によって処理することによって、活性層３１３のおもて面にひげぜんまい１０８の形状に基づいた第１のマスク３１５を形成する。このような、フォトリソグラフィ技術を用いて第１のマスク３１５を形成することにより、第１のマスク３１５を、ひげぜんまい１０８の形状にしたがって高精度に形成することができる。

つぎに、積層基板３１４における支持層３１１に、第２のマスク３１６を形成する（図３Ａを参照）。第２のマスク３１６は、機械式時計の駆動機構１０１を構成する時計部品の形状に基づく第１のパターンに対応する第２のパターンをなす。ここに、第２のマスク形成工程を実現することができる。

機械式時計の駆動機構１０１を構成する時計部品をひげぜんまい１０８によって実現するこの実施の形態において、第２のパターンは、具体的には、たとえば、第１のパターンとは線対称あるいは鏡像関係にあるパターンであって、第１のパターンと同様に、部品パターンと枠パターンと接続用パターンとからなるパターンとすることができる（図４を参照）。

第２のパターンは、具体的には、たとえば、積層基板３１４のおもて面に第１のマスク３１５を形成し、かつ、積層基板３１４の裏面に第２のマスク３１６を形成した状態において、図３Ａにおける紙面上下方向に沿って当該積層基板３１４をおもて面または裏面から見た場合に、第１のマスク３１５と第２のマスク３１６とが重なり合うようなパターンとすることができる。

第２のマスク３１６の形成に際しては、まず、支持層３１１の裏面に、フォトレジストを塗布し、塗布したフォトレジストを、ひげぜんまい１０８の形状に基づいた第２のパターン状に露光する。そして、フォトレジストを塗布した後、露光後の積層基板３１４を現像液によって処理する。これによって、支持層３１１の裏面にひげぜんまい１０８の形状に基づいた第２のマスク３１６を形成することができる。このような、フォトリソグラフィ技術を用いて第２のマスク３１６を形成することにより、第２のマスク３１６を、ひげぜんまい１０８の形状にしたがって高精度に形成することができる。

第１のマスク形成工程と第２のマスク形成工程とをおこなう順序は、上記のように第１のマスク形成工程をおこなった後に第２のマスク形成工程をおこなう順序に限らない。具体的には、第２のマスク形成工程をおこない、その後に第１のマスク形成工程をおこなってもよい。

第１のマスク形成工程および第２のマスク形成工程のいずれの工程を先におこなう場合も、積層基板３１４のおもて面に第１のマスク３１５を形成し、かつ、積層基板３１４の裏面に第２のマスク３１６を形成した状態において、図３Ａにおける紙面上下方向に沿って当該積層基板３１４をおもて面または裏面から見た場合に、第１のマスク３１５と第２のマスク３１６とが重なり合うように、第１のマスク３１５および第２のマスク３１６を形成する。

つぎに、活性層３１３に対して、第１のマスク３１５部分を残して残余を除去するエッチング加工をおこなう（図３Ｂを参照）。ここに、活性層３１３に対する第１のマスク３１５を用いたエッチング加工をおこなう工程によって、第１のエッチング工程を実現することができる。活性層３１３に対するエッチング加工は、エッチングガスなどの反応性の気体、イオン、ラジカルなどによって材料をエッチングするドライエッチング加工によって実現することができる。

活性層３１３に対するこのドライエッチング加工は、ドライエッチング加工の一つである反応性イオンエッチング（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ；ＲＩＥ）が好ましく、深掘りＲＩＥ技術によるドライエッチング加工によって実現することがより好ましい。活性層３１３に対するエッチング加工を、深掘りＲＩＥ技術によるドライエッチング加工によって実現することにより、活性層３１３に対して高い精度での微細加工をおこなうことができる。具体的には、この実施の形態の時計部品の製造方法においては、たとえば、ＳＦ₆（六フッ化硫黄）とＣ₄Ｆ₈（八フッ化シクロブタン）との混合ガス（ＳＦ６＋Ｃ４Ｆ８）を用いて、活性層３１３を深掘りＲＩＥ技術でドライエッチングする。

反応性イオンエッチングは、ドライエッチングに分類される微細加工技術の一つであり、反応室内でエッチングガスに電磁波などを与えプラズマ化するとともに、試料が載置される陰極に高周波電圧を印加することにより試料とプラズマの間に自己バイアス電位を生じさせ、この自己バイアス電位によってプラズマ中のイオン種やラジカル種を試料方向に加速して衝突させ、イオンによるスパッタリングと、エッチングガスの化学反応とを同時に生じさせることによって試料の加工をおこなう。深掘りＲＩＥ（ＤｅｅｐＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）は、反応性イオンエッチングの一つであり、狭く深い範囲のエッチング加工、すなわち、アスペクト比の高いエッチング加工をおこなうことができる。

つぎに、支持層３１１に対して、第２のマスク３１６部分を残して残余を除去するエッチング加工をおこなう（図３Ｃを参照）。ここに、支持層３１１に対する第２のマスク３１６を用いたエッチング加工をおこなう工程によって、第２のエッチング工程を実現することができる。支持層３１１に対するエッチング加工は、上記の活性層３１３に対するエッチング加工と同様に、ドライエッチング加工によって実現することができる。

支持層３１１に対するエッチング加工は、深掘りＲＩＥ技術によるドライエッチング加工によって実現することがより好ましい。支持層３１１に対するエッチング加工を、深掘りＲＩＥ技術によるドライエッチング加工によって実現することにより、支持層３１１に対して高い精度での微細加工をおこなうことができる。

活性層３１３に対するエッチング加工および支持層３１１に対するエッチング加工をおこなうことにより、積層基板３１４においては、ひげぜんまい１０８を構成する部分と当該部分の周囲に位置する残余の積層基板３１４とは、酸化膜３１２のみによってつながった状態とされる。すなわち、ひげぜんまい１０８を構成する部分は、残余の積層基板３１４に対して、酸化膜３１２のみを介してつながってはいるものの、なかば、中空に浮いた状態とされる。また、ひげぜんまい１０８を構成する部分においては、ぜんまい部２０１において細いコイル形状をなす隙間部分（つまり、巻回するコイル形状の周回の間部分）に、酸化膜３１２が残存した状態とされる。

第１のエッチング工程と第２のエッチング工程とをおこなう順序は、上記のように第１のエッチング工程をおこなった後に第２のエッチング工程をおこなう順序に限らない。具体的には、第２のエッチング工程をおこない、その後に第１のエッチング工程をおこなってもよい。

つぎに、活性層３１３に対するエッチング加工（第１のエッチング工程）および支持層３１１に対するエッチング加工（第２のエッチング工程）をおこなうことによって露出された酸化膜３１２を除去する（図３Ｄを参照）。酸化膜３１２は、具体的には、たとえば、フッ酸を用いたウエットエッチングをおこなうことによって除去することができる。ここに、露出された酸化膜３１２を除去する工程によって除去工程を実現することができる。

上記のように、活性層３１３に対するエッチング加工および支持層３１１に対するエッチング加工をおこなうことによって、ひげぜんまい１０８を構成する部分は、残余の積層基板３１４に対して、酸化膜３１２のみを介してつながった状態とされている。このため、フッ酸を用いたウエットエッチングをおこなうと、ひげぜんまい１０８を構成する部分と残余の積層基板３１４とをつなぐ酸化膜３１２が除去される。

また、フッ酸を用いたウエットエッチングをおこなうと、ひげぜんまい１０８を構成する部分において細いコイル形状をなす隙間部分に残存する酸化膜３１２が除去される。これにより、ひげぜんまい１０８を構成する部分は、接続部のみを介して残余の積層基板３１４につながった状態とされ、ひげぜんまい１０８を構成する部分のみが中空に浮いた状態とされる。

さらに、第１のマスク３１５および第２のマスク３１６を除去する。第１のマスク３１５および第２のマスク３１６は公知の各種の方法によって容易に除去可能であるため、第１のマスク３１５および第２のマスク３１６の除去方法や除去手順などについては説明を省略する。第１のマスク３１５の除去や第２のマスク３１６の除去は、酸化膜３１２を除去した後におこなうものに限らない。酸化膜３１２を除去する前に、第１のマスク３１５の除去や第２のマスク３１６の除去をおこなってもよい。また、酸化膜３１２を除去する前に、第１のマスク３１５の除去または第２のマスク３１６のうちのいずれか一方の除去をおこない、酸化膜３１２を除去した後に他方の除去をおこなってもよい。

第１のマスク３１５および第２のマスク３１６（あるいは少なくとも一方）は、除去せず、残しておいてもよい。完成した時計部品（ひげぜんまい１０８）において第１のマスク３１５や第２のマスク３１６を残しておくことにより、残されたマスク３１５、３１６によって、たとえば鑑賞を目的として時計部品の外観を変化させることが可能になる。

また、第１のマスク３１５および第２のマスク３１６がフォトレジストであれば、第１のマスク３１５や第２のマスク３１６を残しておいたひげぜんまい１０８が組み込まれた時計において、当該時計が落下するなどして衝撃が加わったために、意図せずにひげぜんまい１０８の近傍に配設される別の時計部品と接触したとしても、その衝撃を緩和することができる。すなわち、フォトレジストは樹脂であるから、接触の際にクッションとなり、その衝撃を緩和することができる。

その後、残余の積層基板３１４からひげぜんまい１０８を構成する部分（図４における符号４０１を参照）を取り外す。これにより、ひげぜんまい１０８が製造される。ひげぜんまい１０８は、たとえば、残余の積層基板３１４とひげぜんまい１０８を構成する部分とをつなぐ部分（図４における符号４０３を参照）をピンセットなどによってつまみ、当該部分を折って、残余の積層基板３１４から、ひげぜんまい１０８を構成する部分を分離することによって取り外すことができる。

図４は、活性層３１３および支持層３１１に対するエッチング加工をおこなった後の積層基板３１４を示す平面図である。図４においては、活性層３１３および支持層３１１に対するエッチング加工をおこなった後の積層基板３１４を、当該積層基板３１４における活性層３１３側および支持層３１１側から見た状態を示している。

図４における紙面左側は、積層基板３１４に対して、第１のマスク３１５を用いて第１のエッチング加工をおこなった面（すなわち、おもて面）を示している。図４における紙面右側は、積層基板３１４に対して、第２のマスク３１６を用いて第２のエッチング加工をおこなった面（すなわち、裏面）を示している。

図４において、フッ酸を用いたウエットエッチングをおこなうことにより、活性層３１３には、部品パターンに基づく部品部４０１と、枠パターンに基づく枠部４０２と、接続用パターンに基づく接続部４０３と、が形成される。接続部４０３は、部品部４０１と枠部４０２とを接続する。接続部４０３の外形寸法（太さ）は、ひげぜんまい１０８のひげ玉２０２となる部分の外形寸法（太さ）よりも細い。活性層３１３および支持層３１１に対するフッ酸を用いたウエットエッチングをおこなった後の積層基板３１４においては、枠部４０２の内側に、接続部４０３を介して接続された部品部４０１が浮いている状態とされる。

上述した実施の形態においては、フォトレジストを用いて第１のマスク３１５や第２のマスク３１６を形成したが、第１のマスク３１５や第２のマスク３１６はフォトレジストに限るものではない。第１のマスク３１５や第２のマスク３１６はフォトレジストに代えて、たとえば、メタルマスクを用いてもよい。メタルマスクを用いたエッチング加工については、公知の技術を用いて実現可能であるため説明を省略する。

上述した実施の形態においては、支持層３１１のおもて面側に酸化膜３１２および活性層３１３を順次形成した積層基板（ＳＯＩ基板）３１４を用いてひげぜんまい１０８を製造する例について説明したが、積層基板３１４を実現するＳＯＩ基板の製造方法はこれに限るものではない。この発明にかかる実施の形態の機械式時計の駆動機構１０１を構成する時計部品（ひげぜんまい１０８）は、２枚のシリコン基板（片方は表面にＳｉＯ₂膜を形成済）を貼り合わせるウェハ貼り合わせ法（ＷａｆｅｒＢｏｎｄｉｎｇやスマートカット法）、まずシリコン薄膜を構成した後その表面にＳｉＯ₂を形成してから、それをシリコン基板に貼り合わせるＳｅｅｄＭｅｔｈｏｄ方法などのいずれの製造方法によって製造されたＳＯＩ基板を積層基板として用いてもよい。

この発明にかかる実施の形態の製造方法によって製造された時計部品は、シリコンからなるため、透明あるいは半透明の外観をなす。従来、時計に組み込まれた時計部品を、外部から視認できるように構成した時計が存在する。このような時計において、この発明にかかる実施の形態の製造方法によって製造された時計部品を、外部から視認できるように組み込んだ場合、利用者は、当該時計部品ごしに、当該時計部品よりも内側に組み込まれた別の時計部品を視認することができる。

このように、透明あるいは半透明の時計部品を、敢えて、外部から視認できるようにすることによって、当該時計部品が組み込まれた時計の美観を向上させ、当該時計を特徴付けることができる。さらに、時計における複数の時計部品を、この発明にかかる実施の形態の製造方法によって製造し、これらが外部から視認できるように時計に組み込むことにより、当該時計の美観を向上させ、当該時計を一層特徴付けることができる。

以上説明したように、この実施の形態の時計部品の製造方法は、支持層３１１と酸化膜３１２と活性層３１３とを順次積層した３層構造をなす積層基板３１４（ＳＯＩ基板）によって実現される積層基板３１４の支持層３１１に対して、第１のマスク３１５を形成し、当該第１のマスク３１５部分を残して残余を除去する第１のエッチング工程をおこなう。また、この実施の形態の時計部品の製造方法は、活性層３１３に対して、第２のマスク３１６を形成し、当該第２のマスク３１６部分を残して残余を除去する第２のエッチング工程をおこなう。そして、第１のエッチング工程の後であって、かつ、第２のエッチング工程の後に、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程によって露出された酸化膜３１２を除去する除去工程をおこなうようにしたことを特徴としている。

この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によれば、シリコンからなる支持層３１１および活性層３１３の間に、シリコンのヤング率の温度特性とは逆のヤング率の温度特性を示すＳｉＯ₂からなる酸化膜３１２を備えた３層構造の時計部品を製造することができる。

上記のように、ひげぜんまい１０８は規則的に所定の歩度でてんぷ１０４を往復運動させる必要があり、加工精度のばらつきや金属が有する内部応力の影響などに起因して設計通りの形状が得られないことがあった金属製のひげぜんまい１０８を用いた機械式時計においては、てんぷ１０４が等時性のある運動ができず、結果として時計の歩度ずれが生じてしまうという不具合を生じていた。

このような歩度ずれを調整する手段として、従来、てんぷ１０４の周期を調整する緩急機構を設ける技術があった。緩急機構は、ひげぜんまい１０８の外周部に接触するひげ棒（あるいはひげ受）を備え、ひげ棒（あるいはひげ受）と一体的に設けられた緩急針を操作することによって、ひげぜんまい１０８に対するひげ棒（あるいはひげ受）の接触位置を調整してひげぜんまい１０８の有効長さを変えることによって時計の歩度を調整する。

しかし、緩急機構を備えた時計においては、てん輪１０９の回転角の変化や時計の姿勢の変化などによりひげぜんまい１０８の外周部がひげ棒に不用意に接触して、ひげぜんまい１０８の伸縮を制限してしまうことがあった。ひげぜんまい１０８の伸縮が制限されるとてんぷ１０４の往復運動に影響が生じるため、緩急機構を設ける従来の技術では、緩急機構を設けることによって歩度が不安定になってしまうことがあった。また、緩急機構は緩急針を操作する必要があるため、構造体としてある程度の大きさの空間が必要であり、時計の小型化の妨げとなっていた。

そして、このような不具合を回避するために、金属材料に代えて、水晶やシリコンなどの結晶構造を有する材料を用いた従来の技術では、金属によるひげぜんまいよりも加工精度のばらつきは少ないものの、耐久性を高めるための非晶質材料の成膜状態によって外形寸法にばらつきが生じてしまうため、水晶やシリコンを材料としたひげぜんまいであっても時計の歩度精度を高めるための歩度調整をおこなう緩急機構が必要であった。このように、耐久性、温度特性、加工精度をすべて満たすことが困難であった。

一般的に、ヤング率は、温度の変動に応じて変動するという温度特性を示す。このため、水晶やシリコンの結晶構造を有する材料を単体で用いて製造した時計部品は、温度の変動にともなうヤング率の変動に起因して、環境温度に応じて性能が変動してしまう。上記のように、ひげぜんまい１０８などの時計部品は非常に精密な精度が要求されるため、温度の変化にともなう性能の変動は、計時の精度にばらつきを生じる原因となる。

これに対し、この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によれば、積層基板３１４の構造を利用することにより、シリコンのヤング率の温度特性を補償するための酸化膜３１２を別途設ける工程を経ることなく、シリコンからなる支持層３１１および活性層３１３の間に、シリコンのヤング率の温度特性とは逆のヤング率の温度特性を示すＳｉＯ₂からなる酸化膜３１２を備えた３層構造の時計部品を製造することができる。

上記のように、ＳｉＯ₂のヤング率の温度特性はＳｉのヤング率とは逆の温度特性を示すことから、時計部品においては支持層３１１および活性層３１３の温度特性と酸化膜３１２の温度特性とが互いに打ち消す方向に作用する。これにより、温度特性に優れた時計部品を製造することができる。また、この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によれば、シリコンからなる支持層３１１と活性層３１３との間において酸化膜３１２を一体的に備えた時計部品を製造することができるので、耐久性に優れた時計部品を製造することができる。

また、この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によれば、たとえば、シリコン単結晶からなるシリコン基板を時計部品の形状にエッチングした後に別途ＳｉＯ₂を成膜する場合と比較して、時計部品を精度よく製造することができる。これにより、成膜状態のばらつきなどに起因して、時計部品ごとに振動数の精度にばらつきが生じることを抑えることができる。

このように、この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によれば、温度特性に優れ、耐久性の高い時計部品を、高精度に製造することができ、時計部品ごとの振動数のばらつきを抑えることができる。そして、この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によって製造された時計部品を用いて時計を構成することにより、時計による計時の精度を高く維持することができる。

さらに、酸化膜３１２を一体的に備えた時計部品を用いて機械式時計の駆動機構１０１を構成することにより、当該機械式時計における計時の精度を確保して、歩度調整を不要とすることができる。そして、歩度調整を不要とすることにより、歩度調整を実現するための緩急機構を不要とすることができるので、このような時計部品により構成された駆動機構１０１を備えた機械式時計の小型化を図ることができる。

また、この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法は、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程において、深掘りＲＩＥによってエッチング加工をおこなうことを特徴としている。

この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によれば、第１のエッチング工程および第２のエッチング工程を深掘りＲＩＥによっておこなうことにより、精度の高い時計部品を製造することができる。これにより、この発明にかかる実施の形態の時計部品の製造方法によれば、温度特性に優れ、時計部品ごとの振動数のばらつきを抑えた、より加工精度の高い時計部品を製造することができる。

上述した実施の形態においては、この発明にかかる製造方法によって製造される時計部品をひげぜんまい１０８によって実現する例について説明したが、この発明にかかる製造方法によって製造される時計部品はひげぜんまい１０８によって実現されるものに限らない。この発明にかかる製造方法によって製造される時計部品は、たとえば、面的な広がりと、当該面の広がり方向に対して直交する厚みとを有する時計部品であることが好ましい。

「面的な広がり」は、たとえば、図３Ａにおける紙面左右方向への広がりであって、当該広がりをなす面は、支持層３１１のおもて面や裏面、酸化膜３１２のおもて面や裏面、活性層３１３のおもて面や裏面などによって実現することができる。「厚み」は、たとえば、図３Ａにおける紙面上下方向の寸法によって規定することができる。

具体的には、この発明にかかる製造方法によって製造される時計部品は、ひげぜんまい１０８に代えて、あるいは、ひげぜんまい１０８に加えて、脱進機１０３を構成するがんぎ車１０６やアンクル１０７、てんぷ１０４を構成するてん輪１０９、輪列１０５を構成する二番車１１０、三番車１１１、四番車１１２などによって実現されるものであってもよい。

このように、この実施の形態の時計部品は、面的な広がりと、当該面の広がり方向に対して直交する厚みとを有し、機械式時計の駆動機構１０１を構成する時計部品であって、厚み方向に沿って、シリコンからなる支持層３１１、二酸化珪素からなる酸化膜３１２、および、シリコンからなる活性層３１３の順に積層された構造であることを特徴としている。

この発明にかかる実施の形態の時計部品によれば、上記のように、シリコンからなる支持層３１１および活性層３１３の間に設けられるＳｉＯ₂からなる酸化膜３１２が、シリコンのヤング率の温度特性とは逆のヤング率の温度特性を示すため、時計部品においては支持層３１１および活性層３１３の温度特性と酸化膜３１２の温度特性とが互いに打ち消す方向に作用する。これにより、環境温度の変化に対する変形や特性の変化の少ない、いわゆる温度特性に優れた時計部品を提供することができる。

また、この発明にかかる実施の形態の時計部品によれば、支持層３１１や活性層３１３をなすシリコンよりも硬い酸化膜３１２を一体的に備えた時計部品を製造することができる。これにより、耐久性に優れた時計部品を製造することができる。

また、この発明にかかる時計部品は、機械式時計の駆動機構１０１を構成し、脱進機１０３を構成するがんぎ車１０６およびアンクル１０７、てんぷ１０４を構成するひげぜんまい１０８およびてん輪１０９、輪列１０５を構成する二番車１１０、三番車１１１、四番車１１２などの歯車の少なくとも一つであることを特徴としている。

この発明にかかる実施の形態の時計部品によれば、機械式時計において計時のために駆動される時計部品の少なくとも一つを、支持層３１１、酸化膜３１２および活性層３１３が厚み方向に沿ってこの順に積層された３層構造とすることにより、機械式時計における計時の精度を確保することができる。これにより、計時精度の高い機械式時計を製造することができる。

以上のように、この発明にかかる時計部品の製造方法および時計部品は、時計における機械部品を構成する時計部品の製造方法および時計部品に有用であり、特に、機械式時計の駆動機構を構成する時計部品の製造方法および時計部品に適している。

１０１駆動機構
１０２香箱
１０３脱進機
１０４調速機構（てんぷ）
１０５輪列
１０６がんぎ車
１０７アンクル
１０８ひげぜんまい
１０９てん輪
１１０二番車
１１１三番車
１１２四番車
３１１支持層
３１２酸化膜
３１３活性層
３１４積層基板

Claims

シリコンからなる支持層の一面側に二酸化珪素からなる酸化膜を介して積層されたシリコンからなる活性層を備えた積層基板の前記活性層に、時計の駆動機構を構成する時計部品の形状に基づく第１のパターンの第１のマスクを形成する第１のマスク形成工程と、
前記活性層に対して、前記第１のマスク形成工程において形成された第１のマスク部分を残して残余を除去するエッチング加工をおこなう第１のエッチング工程と、
前記支持層に、前記第１のパターンに対応する第２のパターンの第２のマスクを形成する第２のマスク形成工程と、
前記支持層に対して、前記第２のマスク形成工程において形成された第２のマスク部分を残して残余を除去するエッチング加工をおこなう第２のエッチング工程と、
前記第１のエッチング工程の後であって、かつ、前記第２のエッチング工程の後に、前記第１のエッチング工程および前記第２のエッチング工程によって露出された前記酸化膜を除去する除去工程と、
を含むことを特徴とする時計部品の製造方法。
前記第１のエッチング工程および前記第２のエッチング工程は、深掘りＲＩＥによってエッチング加工をおこなうことを特徴とする請求項１に記載の時計部品の製造方法。
面的な広がりと、当該面の広がり方向に対して直交する厚みとを有し、時計の駆動機構を構成する時計部品であって、
前記厚み方向に沿って、シリコンからなる支持層、二酸化珪素からなる酸化膜、および、シリコンからなる活性層の順に積層された構造であることを特徴とする時計部品。
機械式時計の駆動機構を構成し、脱進機を構成するがんぎ車およびアンクル、調速機構を構成するひげぜんまいおよびてん輪、輪列を構成する歯車の少なくとも一つであることを特徴とする請求項３に記載の時計部品。