KR102340692B1 - 특히 표면 지형을 갖는 시계학을 위한 구성요소 및 상기 구성요소를 제조하기 위한 방법 - Google Patents

특히 표면 지형을 갖는 시계학을 위한 구성요소 및 상기 구성요소를 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 또 다른 구성요소와 마찰 접촉하도록 의도되는 구성요소를 포함하는 타임피스에 관한 것으로서, 상기 구성요소는 상기 구성요소의 모든 표면을 적어도 부분적으로 커버하는 단편의 전기 전도성 층으로 코팅되고, 마찰은 기능성 표면 으로 불리우는 이들 표면들의 적어도 하나에서 발생하고, 상기 기능성 표면은 복수의 측 표면들에 의해 둘러싸이고, 상기 구성요소는 그 기능성 표면 상에서 상기 전기 전도성 층으로 코팅된 일련의 트로프들로 형성된 텍스츄어를 갖고, 상기 트로프들은 각각 상기 구성요소의 두개의 측 표면들 사이로 연장되어 상기 전기 전도성 층은 상기 기능성 표면 상에서의 마찰에 의해 발생된 마모에도 불구하고 상기 전체 구성요소에 걸쳐 단편으로 유지되거나 또는 상기 구성요소의 모든 면들에 걸쳐 연속적으로 유지된다.
본 발명은 또한 DRIE (딥 반응성 이온 에칭) 프로세스에 의한 구성요소 (1) 를 제조하기 위한 방법에 관한 것이고, 프로세스에 의해 기계가공된 측들에서 표면 결함들은 상기 트로프들 (2a) 로부터 종종 형성된다.

Description

특히 표면 지형을 갖는 시계학을 위한 구성요소 및 상기 구성요소를 제조하기 위한 방법{COMPONENT ESPECIALLY FOR HOROLOGY WITH SURFACE TOPOLOGY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 사용 중에 또 다른 구성요소와 마찰 접촉을 받도록 의도된 특히 시계학의 분야에서 사용되는 미세 기계가공 구성요소에 관한 것이다. 본 발명은 또한 상기 제품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.
그 마찰을 개선하고 표면을 전도성으로 만들거나 또는 마모 저항성으로 만들도록 의도된 기능성 층을 갖는 미세 기계가공 구성요소를 코팅하는 것은 공지되어 있다. 전도성 층의 경우에, 가장 간단한 해결책은 전형적으로 PVD 에 의해 금속 층을 디포짓하는 것이다. 이러한 디포지션은 일반적으로 상대적으로 부드럽고, 마찰의 구역들에서, 예를 들면 에스케이프 휠 치형부와 팔레트 스톤 사이 또는 레버-노치와 임펄스 핀 사이의 접촉부에서 마모를 받는다. 마찰 구역으로부터 이러한 전도성 층의 전체적인 사라짐은 전도성 층을 비연속적으로 만들고 따라서 쓸모없게 만든다는 단점을 갖는다.
본 발명의 목적은 마찰을 받도록 의도된 구역에서 구조화된 구성요소를 제공하여, 사용 중에 마모에 불구하고, 구성요소의 잔부와 마찰 구역 사이의 연속적인 전도성 층을 유지하는 것을 가능하게 함으로써 상기 언급된 단점을 극복하는 것이다.
이를 위해, 또한 기능성 표면으로 칭해지는 상기 구역에서, 구성요소는 전도성 층으로 코팅된 일련의 트로프들로 형성된 구조를 갖는다. 전도성 층으로 코팅된 트로프들 또는 리세스 형성된 부분들은 또한 전도성 층으로 코팅된 구성요소의 다양한 표면들과 소통하는 층을 형성하도록 기능성 표면을 둘러싸는 두개의 측 표면들 사이로 연장된다. 마모 중에, 전도성 층은 층의 통합 및 연속성을 유지하는 트로프들의 바닥에서 유지된다.
바람직하게, 구조는 스캘럽형이고 구성요소를 기계가공하는 단계 중에 제조된다. 사용된 제조 방법은 DRIE (딥 반응성 이온 에칭) 프로세스이다. 이러한 프로세스는 스캘럽 또는 리플들이 구성요소의 에칭된 에지에 형성하게 한다. 이러한 스캘럽은 본 기술 분야의 당업자가 제거되기를 원하는 종래 기술에 따른 프로세스의 고유한 결함이다. 이를 위해, DRIE 프로세스 이후에 일반적으로 스캘럽형 프로파일을 매끄럽게 하도록 의도된 산화 및 환원 단계가 이어진다. 대조적으로, 본 발명에 따르면, 이러한 단계는 구성요소의 에지에서 스캘럽형 프로파일을 유지하도록 생략된다. 본 발명에 따른 제조 방법은 따라서 단일한 단계에서, 구성요소를 기계가공/에칭하고 표면을 텍스츄어링하는 것을 가능하게 한다. 다음에, 전도성 층은 구성요소의 모든 표면들에 디포짓된다. 다양한 표면들에서의 코팅은, 그것이 전체 구성요소에 걸쳐 전기 전도성 특성을 보장하도록 구성요소의 모든 면들에 단편으로 존재하거나 또는 연속적이라면, 단지 부분적일 수 있다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예로써 주어진 다음의 바람직한 실시형태들의 설명으로부터 명백해질 것이다.
도 1a 및 도 1b 는 팔레트 스톤이 또 다른 구성요소와 접촉하도록 의도된 그 표면에서, 본 발명에 따른 스캘럽형 텍스츄어를 갖는 이러한 경우에 구성요소의 단면도 및 사시도들을 개략적으로 도시한다. 도 1a 에 도시된 제조 상태에서, 또 다른 구성요소와 접촉하도록 의도된 표면은 전기 전도성 층으로 완전히 코팅된다. 도 1b 에 개략적으로 도시된 바와 같이 마모 후에, 전도성 층은 단지 텍스츄어의 트로프들에서 유지된다.
도 2a 는 치형부들 및/또는 팔레트들의 에지에서, 트로프들에 존재하는 전기 전도성 층을 갖는 본 발명에 따른 텍스츄어를 갖는 두개의 구성요소들 (에스케이먼트 휠/팔레트들) 을 포함하는 타임피스 시스템의 도면이다. 도 2b 는 트로프들에서 전도성 층을 갖는 두개의 구성요소들 중 하나의 기계가공된 에지에서 택스츄어를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 택스츄어를 제조하도록 실시되는 DRIE 프로세스의 다양한 단계들을 공지된 방식으로 개략적으로 예시한다.
본 발명은 사용 시에 마찰을 받도록 의도된 구성 요소에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 이는 마찰 중에 축적된 정전하를 방출하기 위해 전도성 층으로 코팅되도록 의도된 전기 비-전도성 재료로 제조된 구성요소이다. 예를 들면, 재료는 실리콘 베이스일 수 있다. 예를 들면 시계학의 분야에서, 예를 들면, 시스템: 즉 에스케이프 휠 치형부들/팔레트 스톤들, 레버-노치/임펄스 핀 등에 포함된 하나의 구성요소 또는 양쪽 구성요소들이 인용될 수 있다. 본 발명은 또한 타임피스 무브먼트의 변하지 않는 관성 밸런스에 피팅되도록 의도된 밸런스 스프링에 관한 것일 수 있다.
도 1a-도 1b 에 개략적으로 도시된 바와 같이, 구성요소 (1) 는 그 기능성 표면 (2) 에서, 즉 마찰을 받도록 의도된 그 표면에서, 일련의 트로프들 (2a) 로 이루어지고, 바람직하게 주기적인 패턴을 형성하는 텍스츄어를 갖는다. 이들 트로프들 또는 리세스 형성된 부분들 (2a) 은 기능성 표면 (2) 을 둘러싸는 두개의 측 표면들 (3) 사이로 연장된다. 예시된 예에서, 트로프들은 평행한 두개의 측 표면들 사이로 연장된다. 바람직하게, 표면 (2) 의 구조는 피크들 (2b) 에 의해 분리된 라운딩된 횡단면의 트로프들 (2a) 을 갖는 주기적인 스캘럽들로 형성된다. 이러한 구조는 구성요소의 에지가 DRIE 프로세스에서 기계가공될/에칭될 때에 직접 제조될 수 있다는 이점을 갖는다. 이러한 변형예에 따르면, 마찰하도록 의도된 구성요소 (1) 와 구성요소의 표면 사이의 접촉은 표면 (2) 의 구조의 피크들 (2b) 에서 발생하고 트로프들 (21) 은 두개의 구성요소들 사이에 발생된 마찰의 방향으로 연장된다. 일반적으로, 트로프들은 상이한 형상의 횡단면들 (삼각형, 사각형 등) 을 가질 수 있다. 마찬가지로, 트로프들 (2a) 을 둘러싸는 부분들 (2b) 은 릴리프 (relief) 에서보다 더 플랫형일 수 있다. 전형적으로, 텍스츄어의 최저점과 최고점 사이의 거리인 트로프의 깊이 (P) 는 100 내지 500 nm 이다. 추가로, 트로프들은 마찰하도록 의도된 구성요소 (1) 의 마찰 방향에 대해 평행하게, 수직으로 또는 경사진 방식으로 연장될 수 있다.
본 발명에 따르면, 전체 구성요소는 바람직하게 그 제조 프로세스의 마지막에 전기 전도성 층 (4) 으로 코팅된다. 따라서, 도 1a 에 예시된 바와 같이, 기능성 표면 (2) 및 모든 측 표면들 (3) 및 후방 표면 (5) 은 제조 프로세스의 마지막에 전기 전도성 층 (4) 으로 전체적으로 코팅된다. 실질적으로 일정한 층 (4) 의 두께는 변함없고, 즉 층 (4) 은 구성요소 및 특히 기능성 표면 (2) 의 표면 지형을 추종한다. 다음에 사용 중에, 마찰로 인한 마모 후에, 전도성 층 (4) 은 트로프들 (2a) (도 1b) 의 각 측에 존재하는 피크 부분들 (2b) 이 점진적으로 사라지는 한편, 피크들 (2b) 사이에 또는 단지 트로프들 (2a) 의 바닥에 놓이는 전도성 층의 부분들은 존재하게 유지되고 요구된 전도성을 연속적으로 보장하고, 예를 들면 임의의 축적된 정전하를 연속적으로 제거한다. 변형예에서, 또한 전도성 층이 전체 구성요소에 걸쳐 단편이라면 모든 표면은 전도성 층으로 완전히 코팅되지 않는 것을 구현하는 것이 가능하다. 따라서, 기능성 표면에서, 단지 트로프들 (2a) 가 제조 프로세스의 마지막에 전도성 층 (4) 으로 코팅되는 것을 구현하는 것이 가능하다.
예시에 의해, 도 2a 는 치형부들 (8) 를 갖는 에스케이프 휠 (6) 및 두개의 팔레트 스톤들 (9) 을 포함하는 팔레트 레버 (7) 를 포함하는 타임피스 시스템을 제공한다. 치형부들 (8) 및 에스케이프 휠 (6) 은 각각 임펄스 면 (8a) 및 로킹 면 (8b) 을 갖고 팔레트 레버 (7) 의 팔레트 스톤들 (9) 은 각각 임펄스 면 (9a) 및 로킹 면 (9b) 및 팔레트 스톤의 후방으로 불리우는 표면 (9c) 을 갖는다. 팔레트 레버 (7) 는 두개의 혼들 (7b) 을 포함하는 포크에서 종결되는 레버 (7a) 를 추가로 포함하고 서로 대향하는 그 면들 (7c) 은 밸런스 (도시 생략) 와 일체형인 롤러 (P) 에 의해 캐리되는 임펄스 핀 (C) 과 협동한다. 예시된 예에서, 마찰을 받는 치형부들 (8) 및 팔레트 스톤들 (9) 의 임펄스 면들 (8a, 9a) 및 로킹 면들 (8b, 9b) 은 트로프들 (2a) (도 2b) 에서 전도성 층 (4) 을 갖는 본 발명에 따른 텍스츄어를 갖는다. 변형예들에서, 각각 치형부들 또는 팔레트 스톤들의 임펄스 면들 (9a 및 9a) 및 로킹 면들 (8b 및 9b) 의 표면들의 적어도 하나는 트로프들 (2a) 에서 전도성 층 (4) 을 갖는 본 발명에 따른 텍스츄어를 갖는 것은 명백하다. 또한 변형예에서 본 발명에 따른 기능성 표면은 각각 임펄스 핀 (C) 과 접촉하도록 의도된 팔레트 포크의 혼들의 표면들 (7c) 을 형성하는 것이 구현될 수 있다.
보다 구체적으로 변하지 않는 관성을 갖는 밸런스 (도시 생략) 에 피팅되도록 의도된 밸런스 스프링의 경우에, 밸런스 스프링의 외부 코일의 양쪽 면들은 밸런스 스프링의 평면에 수직이고 각각 밸런스/밸런스 스프링의 진동 중에 인덱스 어셈블리의 두개의 핀들에 대해 마찰을 받는다. 결국에, 이들 두개의 면들의 적어도 하나는 본 발명에 따른 전도성 층 (4) 로 코팅된 피크들 (2b) 에 의해 분리된 일련의 트로프들 (2a) 로 형성된 텍스츄어를 갖는 표면을 가질 수 있고, 피크들의 라인들은 밸런스 스프링 코일의 원주 방향으로 연장된다.
다양한 프로세스들은 본 발명에 따른 구조를 형성하도록 구현될 수 있다. 예를 들면, 그것은 선택적인 화학적 에칭 등에 의해 얻어질 수 있다. 바람직하게, 이러한 표면 텍스츄어는 두개의 상이한 연속적인 사이클들, 즉 에칭 사이클 및 부동화 사이클을 갖는 플라즈마 에칭 프로세스인 DRIE 프로세스에 의해 구성요소의 기계가공 중에 얻어진다. 방법은 도 3 에 개략적으로 도시된다. 공지된 방식으로, 예를 들면 실리콘 베이스 블랭크 (10) 가 제공된다. 기계가공될 트렌치를 규정하는 천공된 마스크 (11) 는 블랭크 (10) (도 3a) 의 표면에 형성된다. 방법은 이때 불화 가스 (예를 들면 SF6) 에서 에칭 (도 3b) 및 플루오로카본 가스 (예를 들면 C4F8) 에서 부동화 (층 12) 의 단계들의 연속으로 구성되고, 교번하는 에칭 및 부동화 단계들은 기계가공된 측벽에서 스캘럽형 구조를 제조한다. 트로프들의 주기성 및 깊이는 공지된 방식으로, 무엇보다도 에칭 및 부동화 시퀀스 타임들을 변경함으로써 조정될 수 있다.
일단 본 발명에 따른 텍스츄어가 기능성 표면에서 얻어진다면, 전도성 층은 구성요소의 다양한 표면들에 디포짓된다. 바람직하게, 이러한 층은 금속이고 내부식성 및 비자성 금속, 예를 들면 금, 백금, 로듐, 팔라듐, 크롬, 티타늄, 바나듐 등으로 형성된다. 전형적으로, 이러한 층은 100 nm 보다 작거나 또는 그와 동등한 두께를 갖는다. 전도성 층은 다양한 공지된 프로세스들, 예를 들면 스퍼터링, 물리 증착, 이온 주입 또는 전해 전착에 의해 디포짓된다.
전도성 층 뿐만 아니라 구성요소는 전도성 층 아래에 하나의 이상의 층들로 코팅될 수 있다는 것에 주목된다. 예를 들면, 실리콘 밸런스 스프링의 경우에, 이는 예를 들면 SiO2 의 온도 보상 층일 수 있고, 이는 온도에 있어서 밸런스 스프링 코어의 열탄성 계수에서의 편차들에 대해 보상하는 함수를 갖는다.
(1) 구성요소
(2) 구성요소의 기능성 표면
a. 트로프
b. 피크 또는 부분
(3) 측 표면, 또는 기능성 표면과 연통하는 표면
(4) 전기 전도성 층
(5) 기능성 표면과 연통하지 않는 표면, 또는 기능성 표면과 대향하는 표면
(6) 에스케이프 휠
(7) 팔레트-레버
a. 레버
b. 혼들
c. 혼들의 기능성 표면
(8) 에스케이프 휠 치형부
a. 기능성 표면을 형성하는 임펄스 면
b. 기능성 표면을 형성하는 로킹 면
(9) 팔레트 스톤
a. 기능성 표면을 형성하는 임펄스 면
b. 기능성 표면을 형성하는 로킹 면
c. 팔레트 스톤들의 후방
(10) 블랭크
(11) 마스크
(12) 부동화 층
C: 임펄스 핀
P: 롤러

Claims (18)

  1. 또 다른 구성요소와 마찰 접촉하도록 의도된 구성요소 (1) 로서,
    상기 구성요소 (1) 는 상기 구성요소 (1) 의 모든 표면을 적어도 부분적으로 단편으로 커버하는 전기 전도성 층 (4) 으로 코팅되고, 마찰은 기능성 표면 (2) 으로 불리우는 이들 표면들의 적어도 하나에서 발생하고, 상기 기능성 표면 (2) 은 복수의 측 표면들 (3) 에 의해 둘러싸이고, 상기 구성요소 (1) 는 그 기능성 표면 (2) 상에서 상기 전기 전도성 층 (4) 으로 코팅된 일련의 트로프들 (2a) 로 형성된 텍스츄어를 갖고, 상기 트로프들 (2a) 은 각각 상기 구성요소 (1) 의 두개의 측 표면들 (3) 사이로 연장되어 상기 전기 전도성 층 (4) 은 상기 기능성 표면 (2) 상에서의 마찰에 의해 발생된 마모에도 불구하고 전체 상기 구성요소 (1) 에 걸쳐 단편으로 유지되거나 또는 상기 구성요소의 모든 면들에 걸쳐 연속적으로 유지되는, 구성요소 (1).
  2. 제 1 항에 있어서,
    제조된 상태에서, 상기 기능성 표면 (2) 에서 상기 트로프들 (2a) 및 상기 트로프들 (2a) 을 둘러싸는 부분들 (2b) 은 상기 전기 전도성 층 (4) 으로 코팅되고, 상기 부분들 (2b) 에서 상기 전기 전도성 층 (4) 은 사용 중에 마모되는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 트로프들 (2a) 은 100 내지 500 nm 인 깊이 (P) 를 갖는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 트로프들 (2a) 의 연속은 주기적인 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 트로프들 (2a) 은 라운딩된 횡단면을 갖고 릴리프 (relief) 에서 부분들 (2b) 에 의해 분리됨으로써, 스캘럽형 텍스츄어를 형성하는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 텍스츄어는 딥 반응성 이온 에칭에 의해 기계가공된 적어도 하나의 상기 구성요소 (1) 의 일측 (8a, 9b) 에 존재하는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 층 (4) 은 금속 층인 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 금속 층은 금, 백금, 로듐 및 팔라듐 중에서 선택된 금속으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  9. 제 1 항에 있어서,
    제조된 상태에서, 상기 전기 전도성 층 (4) 은 상기 구성요소 (1) 의 모든 표면들을 완전히 커버하고,
    사용 중에, 상기 전기 전도성 층 (4) 은 상기 전기 전도성 층 (4) 이 점진적으로 사라지는 상기 기능성 표면 (2) 을 제외한 상기 구성요소 (1) 의 모든 표면들을 완전히 커버하는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성요소는 타임피스 구성요소인 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 구성요소 (1) 는 변하지 않는 관성을 갖는 밸런스에 피팅되도록 의도된 밸런스 스프링인 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 구성요소 (1) 는 에스케이프 휠 (6)/팔레트들 (7), 팔레트들 (7)/롤러 중 하나의 구성요소인 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 기능성 표면은 상기 에스케이프 휠 치형부들의 임펄스 면 및/또는 로킹 면을 형성하는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 기능성 표면은 팔레트 스톤들의 임펄스 면 및/또는 로킹 면을 형성하는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 기능성 표면은 상기 롤러의 임펄스 핀과 접촉하도록 의도된 팔레트 포크의 혼들의 표면을 형성하는 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 구성요소 (1) 는 실리콘 베이스인 것을 특징으로 하는, 구성요소 (1).
  17. 또 다른 구성요소와 마찰 접촉하도록 의도되는 구성요소 (1) 를 포함하는 타임피스로서,
    상기 구성요소 (1) 는 상기 구성요소 (1) 의 모든 표면을 적어도 부분적으로 단편으로 커버하는 전기 전도성 층 (4) 으로 코팅되고, 마찰은 기능성 표면 (2) 으로 불리우는 이들 표면들의 적어도 하나에서 발생하고, 상기 기능성 표면 (2) 은 복수의 측 표면들 (3) 에 의해 둘러싸이고, 상기 구성요소 (1) 는 그 기능성 표면 (2) 상에서 상기 전기 전도성 층 (4) 으로 코팅된 일련의 트로프들 (2a) 로 형성된 텍스츄어를 갖고, 상기 트로프들 (2a) 은 각각 상기 구성요소 (1) 의 두개의 측 표면들 (3) 사이로 연장되어 상기 전기 전도성 층 (4) 은 상기 기능성 표면 (2) 상에서의 마찰에 의해 발생된 마모에도 불구하고 전체 상기 구성요소 (1) 에 걸쳐 단편으로 유지되거나 또는 상기 구성요소의 모든 면들에 걸쳐 연속적으로 유지되는, 타임피스.
  18. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 기재된 구성요소 (1) 의 제조 방법으로서, 상기 제조 방법은,
    (a) 블랭크 (10) 를 제공하는 단계,
    (b) 상기 구성요소 (1) 를 제조하도록 딥 반응성 이온 에칭 프로세스에 의해 상기 블랭크 (10) 상의 측 (8a, 9a) 을 기계가공하는 단계로서, 기계가공된 상기 측 (8a, 9a) 은 상기 딥 반응성 이온 에칭 프로세스에서 고유한 스캘럽형 텍스츄어를 갖고, 상기 텍스츄어는 트로프들 (2a) 의 세트를 기계가공된 상기 측 (8a, 9a) 에 규정하는, 상기 기계가공하는 단계,
    (c) 상기 트로프들 (2a) 을 포함하는 상기 구성요소 (1) 의 표면들의 각각에 전기 전도성 층 (4) 을 디포짓하는 단계를 포함하는, 구성요소 (1) 의 제조 방법.
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