JP2018179788A - 機械部品、時計、機械部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】回転部材の保持部で軸部材を保持させる際に角部の欠けの発生を抑え、回転部材の歯と噛み合う他の機械部品との間の摩擦力を小さくして、機械部品の品質や生産性の向上を図るとともに時計の精度の向上を図ることができる機械部品、その機械部品を用いた時計、及び機械部品の製造方法を提供する。
【解決手段】機械部品としてのがんぎ車は、軸部材と、軸部材を保持する保持部１１５と、複数の歯部１１４を有するリム部１１１とを有する回転部材としてのがんぎ歯車部１０１とを備え、保持部１１５を構成する複数の湾曲部１１２の角部１１２ａ及び歯部１１４の角部１１４ａの断面形状が、ともに円弧状に形成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、機械部品、時計、機械部品の製造方法に関する。

機械式時計には、歯車等に代表される数多くの機械部品が搭載されている。歯車等の機械部品は、外周に複数の歯部が形成された回転部材の中心に設けられた貫通孔（保持部）に、軸部材が挿入され固定（保持）されてなる。従来、機械部品は金属材料を機械加工することにより形成されているが、近年では、時計用の機械部品の材料としてシリコンを含む基材が用いられるようなっている。シリコンを基材とする機械部品は、金属を基材とするものに比べて軽いことから、機械部品の慣性力を小さくすることができるので、エネルギーの伝達効率の向上が見込まれる。また、シリコンはフォトリソグラフィーやエッチング技術を用いて形成する形状の自由度が高いため、シリコンを基材とすることで機械部品の加工精度を向上できるという利点もある。

特許文献１に、２層のシリコン層の間に酸化膜層を有するＳＯＩ基板をエッチングして時計用の機械部品を製造する方法が開示されている。特許文献１の方法では、ＳＯＩ基板の一方のシリコン層上に機械部品の形状にマスクを形成し、酸化膜層をエッチングストッパーとしてそのシリコン層を深掘りエッチングして機械部品の形状を形成する。そして、他方のシリコン層と酸化膜層とを除去して、機械部品を分離する。このような方法によれば、マスクの形状通りに高精度で機械部品を製造できるとされている。

特開２０１６−１３３４９５号公報

ところで、特許文献１に記載の機械部品の製造方法で、時計用の機械部品として、軸部材を保持する保持部と歯部を有するリム部とを備える回転部材を形成する場合、シリコン層のうちマスクが無い部分は深掘りエッチングでシリコン層を垂直方向に貫通して除去される。そのため、形成された回転部材の表裏両面と端面とが交差する角部の断面形状は、直角に近い形状となる。そうすると、回転部材の保持部に軸部材を嵌め込む際に、保持部の角部が欠けるおそれがある。保持部の角部が欠けると、回転部材の品質や生産性の低下を招く。また、角部がこのような形状であると、回転部材の歯と噛み合う他の機械部品との間の摩擦力が大きくなるおそれがある。摩擦力が大きくなると、回転部材の回転に対する抵抗が大きくなってエネルギーの伝達効率が低下するため、時計の精度の低下を招く。

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。

［適用例１］本適用例に係る機械部品は、軸部材と、前記軸部材を保持する保持部と、複数の歯部を有するリム部と、を有する回転部材と、を備え、前記保持部の角部及び前記歯部の角部の断面形状が、ともに円弧状に形成されていることを特徴とする。

本適用例の機械部品の構成によれば、回転部材における保持部の角部の断面形状が円弧状に形成されているので、回転部材の保持部に軸部材を挿通する際に、角部の断面形状が円弧状でない場合と比べて、角部の欠けの発生が抑えられる。これにより、機械部品の品質や生産性の向上を図ることができる。また、回転部材における歯部の角部の断面形状が円弧状に形成されているので、角部の断面形状が円弧状でない場合と比べて、回転部材の歯と噛み合う他の機械部品との間の摩擦力が小さくなる。これにより、回転部材の回転に対する抵抗を小さくでき、エネルギーの伝達効率が向上するため、時計の精度の向上を図ることができる。

［適用例２］上記適用例に係る機械部品であって、前記円弧状に形成された角部は、前記回転部材の一方の面と前記保持部の端面及び前記歯部の端面とが交差する角部に形成されていることが好ましい。

本適用例の機械部品の構成によれば、回転部材の一方の面と保持部の端面とが交差する角部が円弧状に形成されているので、回転部材の一方の面側から保持部の端面に沿って軸部材を挿入する際に、保持部の角部の欠けの発生が抑えられる。また、回転部材の一方の面と歯部の端面とが交差する角部が円弧状に形成されているので、回転部材の歯の端面と、回転部材の歯と噛み合う他の機械部品の端面と、の間の摩擦力を小さくできる。

［適用例３］上記適用例に係る機械部品であって、前記保持部の円弧状の角部と前記歯部の円弧状の角部とは、同一形状であることが好ましい。

本適用例の機械部品の構成によれば、保持部の円弧状の角部と歯部の円弧状の角部とを、同一のエッチング工程で形成することができる。

［適用例４］上記適用例に係る機械部品であって、前記軸部材は、前記保持部の円弧状の角部と嵌合する領域に張出部を有していてもよい。

軸部材が保持部の円弧状の角部と嵌合する領域に張出部を有していると、保持部の角部が円弧状でない場合は、保持部で軸部材を保持させる際に軸部材の張出部と保持部の角部とが干渉する。本適用例の機械部品の構成によれば、保持部の角部が円弧状であるので、軸部材の張出部と保持部の角部との干渉を緩和できる。これにより、軸部材が保持部の円弧状の角部と嵌合する領域に張出部を有していても、軸部材を保持部に容易に挿通させることができる。

［適用例５］本適用例に係る時計は、上記に記載の機械部品を備えたことを特徴とする。

本適用例の時計の構成によれば、上記適用例のいずれかに記載の機械部品を備えているので、品質に優れた精度の高い時計を提供することができる。

［適用例６］本適用例に係る機械部品の製造方法は、基板の一方の面を機械部品の形状に沿って前記基板の厚さ方向における一部を残して異方性エッチングする工程と、前記基板の他方の面を等方性エッチングして前記機械部品を分離する工程と、を備えたことを特徴とする。

本適用例の機械部品の製造方法によれば、基板の厚さ方向における一部を残して異方性エッチングすることにより、一枚の基板から複数の機械部品を製造する場合に、基板から機械部品を分離することなく、基板の一方の面側を深掘りして機械部品の形状を形成することができる。そして、基板の他方の面を等方性エッチングすることにより、異方性エッチングする工程で残した基板の厚さ方向における一部を除去して、基板から機械部品を分離することができる。

［適用例７］上記適用例に係る機械部品の製造方法であって、前記機械部品を分離する工程において、前記等方性エッチングを、前記基板の厚さ方向における一部を除去する時間よりも長い時間施すことが好ましい。

本適用例の機械部品の製造方法によれば、機械部品を分離する工程において、異方性エッチングする工程で残した基板の厚さ方向における一部を除去する時間よりも長い時間、等方性エッチングを施すことにより、等方性エッチングする側の面における機械部品の各部位の角部を円弧状に形成することができる。

本実施形態に係る機械式時計のムーブメントの表側の平面図。 本実施形態に係る脱進機構の平面図。 本実施形態に係る機械部品としてのがんぎ車の斜視図。 図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図。 本実施形態に係る回転部材としてのがんぎ歯車部の平面図。 本実施形態に係るがんぎ歯車部の断面図。 図６の湾曲部を拡大した部分断面図。 図４のＣ部を拡大した部分断面図。 図２のＢ−Ｂ’線に沿う部分断面図。 本実施形態に係るがんぎ車の製造方法を示すフローチャート。 がんぎ車の製造方法を示す概略断面図。 がんぎ車の製造方法を示す概略断面図。 がんぎ車の製造方法を示す概略断面図。 がんぎ車の製造方法を示す概略断面図。 がんぎ車の製造方法を示す概略断面図。 がんぎ車の製造方法を示す概略断面図。 がんぎ車の製造方法を示す概略断面図。 がんぎ車の製造方法を示す概略断面図。 異方性エッチング装置の概略構成の一例を示す模式図。 等方性エッチング装置の概略構成の一例を示す模式図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、本実施形態では、本発明の時計の一例として、機械式時計をとりあげる。そして、本発明の機械部品の一例として、機械式時計のムーブメントにおける時計部品を構成する歯車の１つであるがんぎ車を例にあげて説明する。以下の各図においては、各層や各部材を認識可能な程度の大きさにするため、各層や各部材について実際とは異なる尺度で示している場合がある。

（実施形態１）
［機械式時計］
はじめに、本実施形態に係る時計としての機械式時計１について説明する。図１は、本実施形態に係る機械式時計のムーブメントの表側の平面図である。図１に示すように、本実施形態に係る機械式時計１は、ムーブメント１０と、ムーブメント１０を収納する図示しないケーシングと、により構成されている。

図１における紙面の手前側を表側といい、奥側を裏側という。ムーブメント１０は、基板を構成する地板１１を有している。地板１１の裏側には、図示しない文字板が配されている。なお、ムーブメント１０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１０の裏側に組み込まれる輪列を裏輪列と称する。

地板１１には、巻真案内穴１１ａが形成されており、巻真案内穴１１ａに巻真１２が回転自在に組み込まれている。巻真１２は、おしどり１３、かんぬき１４、かんぬきばね１５、及び裏押さえ１６を有する切換装置により、その軸方向の位置が決められている。また、巻真１２の案内軸部には、きち車１７が回転自在に設けられている。

このような構成のもと、巻真１２が、回転軸方向に沿ってムーブメント１０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１２を回転させると、図示しないつづみ車の回転を介してきち車１７が回転する。そして、きち車１７が回転することにより、きち車１７と噛合う丸穴車２０が回転する。そして、丸穴車２０が回転することにより、丸穴車２０と噛合う角穴車２１が回転する。さらに、角穴車２１が回転することにより、香箱車２２に収容された図示しないぜんまい（動力源）を巻き上げる。

ムーブメント１０の表輪列は、上述した香箱車（機械部品）２２の他に、所謂番車と呼ばれる二番車（機械部品）２５、三番車（機械部品）２６、及び四番車（機械部品）２７により構成されており、香箱車２２の回転力を伝達する機能を果している。また、ムーブメント１０の表側には、表輪列の回転を制御するための脱進機構３０及び調速機構３１が配置されている。

二番車２５は、香箱車２２に噛合う歯車である。三番車２６は、二番車２５に噛合う歯車である。四番車２７は、三番車２６に噛合う歯車である。脱進機構３０は、上述した表輪列の回転を制御する機構であって、四番車２７と噛み合うがんぎ車（機械部品）３５と、がんぎ車３５を脱進させて規則正しく回転させるアンクル（機械部品）３６と、を備えている。調速機構３１は、上述した脱進機構３０を調速する機構であって、てんぷ（機械部品）４０を具備している。

＜がんぎ車＞
次に、本実施形態に係る脱進機構３０が備えるがんぎ車３５について、より詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る脱進機構の平面図である。図３は、本実施形態に係る機械部品としてのがんぎ車の斜視図である。図４は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。図５は、本実施形態に係る回転部材としてのがんぎ歯車部の平面図である。

図２〜図４に示すように、脱進機構３０が備えるがんぎ車３５は、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１と、がんぎ歯車部１０１に同軸（軸線Ｏ１）上に固定された軸部材（回転軸）１０２と、を備えている。以下の説明では、がんぎ歯車部１０１及び軸部材１０２の軸線Ｏ１に沿う方向を単に軸方向といい、軸線Ｏ１に直交する方向を径方向といい、軸線Ｏ１回りに周回する方向を周方向という。また、径方向において、軸線Ｏ１側を内周側といい、軸線Ｏ１側とは反対側を外周側という。

図２〜図５に示すように、がんぎ歯車部１０１は、一方の面としての表面１０１ａ、及び、一方の面と反対側の他方の面としての裏面１０１ｂが平坦面とされるとともに、全面に亘って均一な厚みとされた板状のものである。がんぎ歯車部１０１は、単結晶シリコン等、結晶方位を有する材料、または金属等の材料からなる。

がんぎ歯車部１０１は、周囲のリム部１１１と、中央の保持部１１５と、リム部１１１と保持部１１５とを連結するスポーク状の複数の弾性部１１３と、を有している。リム部１１１の外周面には、特殊な鉤型状に形成された複数の歯部１１４が径方向の外側に向けて突設されている。複数の歯部１１４の先端に、後述するアンクル３６の爪石１４４ａ，１４４ｂが接触するようになっている。

図３〜図５に示すように、保持部１１５は、軸部材１０２を挿通させる貫通孔内に湾曲して張り出すように形成された複数の湾曲部１１２を有している。本実施形態に係る保持部１１５は３つの湾曲部１１２を有し、これらの湾曲部１１２により軸部材１０２が保持されるようになっている。

各弾性部１１３は、保持部１１５において隣り合う湾曲部１１２の間から、リム部１１１の内周縁に向かって２つに枝分かれした円弧状の形状で放射状に延在し、リム部１１１と保持部１１５とを連結している。

図３及び図４に示すように、軸部材１０２は、軸方向の両端部に位置するほぞ部１２１ａ，１２１ｂと、上述した四番車２７（図１参照）の歯車部に噛合されるがんぎかな部１２２と、を有している。ほぞ部１２１ａ，１２１ｂのうち、軸方向の一端側に位置する一端ほぞ部１２１ａは、図示しない輪列受に回転可能に支持され、軸方向の他端側に位置する他端ほぞ部１２１ｂは、上述した地板１１に回転可能に支持されている。

がんぎかな部１２２は、軸部材１０２において、一端ほぞ部１２１ａ寄りに形成されている。そして、がんぎかな部１２２が四番車２７に噛合されることで、四番車２７の回転力が軸部材１０２に伝達され、がんぎ車３５が回転するようになっている。

圧入軸部１２３は、上述したほぞ部１２１ａ，１２１ｂよりも大径に形成されている。圧入軸部１２３は、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５（図３参照）において、複数の湾曲部１１２が配置された貫通孔内に裏面１０１ｂ側から挿通されている。この場合、圧入軸部１２３は、その一部ががんぎ歯車部１０１の表面１０１ａから軸方向他端側に向けて突出した状態で、保持部１１５内に配置されている。

また、軸部材１０２のうち、がんぎかな部１２２と圧入軸部１２３との間には、径方向の外側に向けて突出するフランジ部１２４が形成されている。フランジ部１２４の径は、保持部１１５の貫通孔内に張り出す３つの湾曲部１１２の頂部を通る内接円の開口よりも大径とされている。フランジ部１２４の軸方向の他端側に位置する端面は、湾曲部１１２の裏面１０１ｂに当接している。

ここで、保持部１１５の貫通孔内に張り出す３つの湾曲部１１２の頂部を通る内接円の直径は、貫通孔内に軸部材１０２が挿通されていない状態において、軸部材１０２の圧入軸部１２３を軸線Ｏ１と直交する方向に切った断面の直径よりも小さく設計されている。

図２に示すように、がんぎ車３５の複数の歯部１１４は、アンクル３６に噛合するようになっている。アンクル３６は、３つのアンクルビーム１４３によってＴ字状に形成されたアンクル体１４２ｄと、軸であるアンクル真１４２ｆと、を備えている。アンクル体１４２ｄは、アンクル真１４２ｆによって回動可能に構成されている。なお、アンクル真１４２ｆは、その両端が上述した地板１１及び図示しないアンクル受に対してそれぞれ回動可能に支持されている。

３つのアンクルビーム１４３のうち、２つのアンクルビーム１４３の先端には爪石１４４ａ，１４４ｂが設けられ、残り１つのアンクルビーム１４３の先端にはアンクルハコ１４５が取り付けられている。爪石１４４ａ，１４４ｂは、四角柱状に形成されたルビーであり、接着剤等によりアンクルビーム１４３に接着固定されている。

このように構成されたアンクル３６がアンクル真１４２ｆを中心に回動した際に、爪石１４４ａ或いは爪石１４４ｂが、がんぎ車３５の歯部１１４の先端に接触するようになっている。また、この際、アンクルハコ１４５が取り付けられたアンクルビーム１４３が、図示しないドテピンに接触するようになっており、これによってアンクル３６は、同方向にそれ以上回動しないようになっている。その結果、がんぎ車３５の回転も一時的に停止するようになっている。

次に、本実施形態に係るがんぎ歯車部１０１の断面形状を説明する。図６は、本実施形態に係るがんぎ歯車部の断面図である。詳しくは、図６は、図４に示すがんぎ歯車部１０１のうち軸線Ｏ１の右側の部分を拡大した部分断面図である。図７は、図６の湾曲部を拡大した部分断面図である。図８は、図４のＣ部を拡大した部分断面図である。図９は、図２のＢ−Ｂ’線に沿う部分断面図である。

図６に示すように、本実施形態に係るがんぎ歯車部１０１において、湾曲部１１２（保持部１１５）及び歯部１１４は、裏面１０１ｂ側に、それぞれ角部１１２ａと角部１１４ａとを有している。湾曲部１１２（保持部１１５）の角部１１２ａ及び歯部１１４の角部１１４ａの断面形状は、ともに円弧状に形成されている。

円弧状に形成された角部１１２ａは、がんぎ歯車部１０１の裏面１０１ｂと湾曲部１１２の端面とが交差する角部に形成されている。ここで、端面とは、軸方向に沿った面、すなわち、がんぎ歯車部１０１の厚さ方向に沿った面である。湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂは、保持部１１５の貫通孔内に挿通される軸部材１０２（図４参照）と接する端面である。湾曲部１１２は、内周側端面１１２ｂと外周側端面とに円弧状に形成された角部１１２ａを有している。

円弧状に形成された角部１１４ａは、がんぎ歯車部１０１の裏面１０１ｂと歯部１１４の外周側端面１１４ｂとが交差する角部に形成されている。また、本実施形態に係るがんぎ歯車部１０１において、裏面１０１ｂとリム部１１１の内周側端面とが交差する角部と、裏面１０１ｂとリム部１１１の外周側端面とが交差する角部と、にも円弧状の角部１１１ａが形成されている。湾曲部１１２の円弧状の角部１１２ａと、歯部１１４の円弧状の角部１１４ａと、リム部１１１の円弧状の角部１１１ａと、は同一形状である。なお、本明細書において同一形状とは、加工精度等のばらつきも考慮したものであり、いわゆる当業者がほぼ同じ形状と認識しうるものをいうものとする。

図７に示すように、がんぎ歯車部１０１の厚さをＴ１とする。本実施形態では、がんぎ歯車部１０１の厚さＴ１は、例えば、１２０μｍ程度である。がんぎ歯車部１０１の厚さ方向、すなわち軸方向において、湾曲部１１２の角部１１２ａが円弧状に形成された部分の長さをＣ１とする。がんぎ歯車部１０１の径方向において、湾曲部１１２の角部１１２ａが円弧状に形成された部分の長さをＣ２とする。本実施形態では、円弧状に形成された部分の長さＣ１，Ｃ２は、例えば、１０μｍ程度である。歯部１１４の角部１１４ａ及びリム部１１１の角部１１１ａも、同様の長さＣ１，Ｃ２で円弧状に形成されている。

図８に示すように、軸部材１０２の圧入軸部１２３は、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５において、複数の湾曲部１１２が配置された貫通孔内に円弧状の角部１１２ａが形成された裏面１０１ｂ側から挿通されている。軸部材１０２は、軸部材１０２を押し付けるように貫通孔内に張り出す湾曲部１１２の頂部における内周側端面１１２ｂと接している。

また、軸部材１０２において、圧入軸部１２３と、圧入軸部１２３に対して径方向における外周側に向けて突出するフランジ部１２４と、の角部１２５は、がんぎ歯車部１０１の湾曲部１１２（保持部１１５）の円弧状の角部１１２ａと嵌合する領域である。本実施形態では、軸部材１０２が湾曲部１１２の角部１１２ａと嵌合する角部１２５に張出部１２５ａを有している。張出部１２５ａは円弧状の角部１１２ａと対向し、その断面は角部１２５側へ窪むように円弧状に形成されている。

ここで、仮に、がんぎ歯車部１０１の湾曲部１１２の角部１１２ａが円弧状ではなく、例えば直角であった場合を想定する。上述したように、保持部１１５の貫通孔内に張り出す３つの湾曲部１１２の頂部を通る内接円の直径は、軸部材１０２の圧入軸部１２３の直径よりも小さく設計されている（図３及び図４参照）。したがって、後述するがんぎ車３５を製造する工程において、裏面１０１ｂ側から湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂを外周側に押し広げるように軸部材１０２が挿通される。

そのため、保持部１１５の貫通孔内に軸部材１０２を挿通する際に、裏面１０１ｂと内周側端面１１２ｂとの角部に位置する直角の角部１１２ａが圧入軸部１２３と接触することや、湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂが圧入軸部１２３と擦れ合うことで、湾曲部１１２の角部１１２ａが欠けるおそれがある。また、軸部材１０２の角部１２５が張出部１２５ａを有するため、湾曲部１１２の直角の角部１１２ａが張出部１２５ａに押し付けられることで欠けるおそれもある。

さらに、湾曲部１１２の角部１１２ａが欠けなかった場合でも、角部１１２ａが張出部１２５ａと干渉することで、がんぎ歯車部１０１の裏面１０１ｂにフランジ部１２４が当接するまで確実に圧入軸部１２３を挿通させることが困難となる。湾曲部１１２の角部１１２ａが欠けた場合や、圧入軸部１２３を確実に保持部１１５に挿通できなかった場合は、がんぎ車３５の品質の低下や生産性の低下を招いてしまう。

本実施形態では、裏面１０１ｂと内周側端面１１２ｂとの角部に位置する角部１１２ａが円弧状に形成されているため、裏面１０１ｂ側から湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂを外周側に押し広げるように軸部材１０２を挿通する際に、圧入軸部１２３が角部１１２ａと接触しても欠けが生じにくい。また、湾曲部１１２の円弧状の角部１１２ａが圧入軸部１２３とフランジ部１２４との角部１２５と対向する位置に形成されているため、角部１１２ａと張出部１２５ａとの干渉が緩和される。これにより、湾曲部１１２の角部１１２ａの欠けの発生を抑えて、容易かつ確実に圧入軸部１２３を保持部１１５に挿通させることができる。

軸部材１０２の角部１２５における張出部１２５ａの形状を半径Ｒ１の円弧に近似し、湾曲部１１２の角部１１２ａの形状を半径Ｒ２の円弧に近似した場合、Ｒ１＜Ｒ２であることが好ましい。このような構成であれば、圧入軸部１２３を保持部１１５に挿通する際に、湾曲部１１２の角部１１２ａと張出部１２５ａとが干渉しないため、より容易かつ確実に圧入軸部１２３を保持部１１５に挿通させることができる。

なお、本実施形態では、角部１２５に張出部１２５ａを有していることとしたが、理想的には、軸部材１０２の角部１２５に張出部１２５ａがないこと、すなわち、軸部材１０２の角部１２５が直角であることが望ましい。

図９には、がんぎ歯車部１０１の歯部１１４の外周側端面１１４ｂが、アンクル３６の爪石１４４ｂの端面１４４ｃと接触した状態が示されている。歯部１１４の裏面１０１ｂと外周側端面１１４ｂとの角部１１４ａの断面形状は円弧状である。

ここで、歯部１１４についても、角部１１４ａが円弧状ではなく直角であった場合を想定する。この場合、歯部１１４の外周側端面１１４ｂが厚さ方向（軸方向）の全長に亘って爪石１４４ｂの端面１４４ｃと接触することや、歯部１１４の外周側端面１１４ｂと爪石１４４ｂの端面１４４ｃとが互いに平行でない状態で接触した場合に歯部１１４と爪石１４４ｂとが突っ張ることで、がんぎ歯車部１０１の歯部１１４と噛み合うアンクル３６の爪石１４４ｂとの間の摩擦力が大きくなるおそれがある。摩擦力が大きくなると、がんぎ歯車部１０１の回転に対する抵抗が大きくなってエネルギーの伝達効率が低下するため、機械式時計１の精度の低下を招いてしまう。

本実施形態では、歯部１１４の角部１１４ａの断面形状が円弧状であるので、歯部１１４の外周側端面１１４ｂが爪石１４４ｂの端面１４４ｃと接触する範囲を小さくできる。また、歯部１１４の外周側端面１１４ｂと爪石１４４ｂの端面１４４ｃとが互いに平行でない状態で接触した場合でも、歯部１１４と爪石１４４ｂとの突っ張りが生じにくくなる。したがって、がんぎ歯車部１０１の歯部１１４とアンクル３６の爪石１４４ｂとの間の摩擦力を小さくできる。これにより、がんぎ歯車部１０１の回転に対する抵抗を小さくでき、エネルギーの伝達効率が向上するため、機械式時計１の精度の向上を図ることができる。

［がんぎ車の製造方法］
次に、本実施形態に係る機械部品としてのがんぎ車３５の製造方法について説明する。図１０は、本実施形態に係るがんぎ車の製造方法を示すフローチャートである。図１１〜図１８は、がんぎ車の製造方法を示す概略断面図である。図１１〜図１８は、図６に示す部分断面図に相当する。図１９は、異方性エッチング装置の概略構成の一例を示す模式図である。図２０は、等方性エッチング装置の概略構成の一例を示す模式図である。

図１０に示すように、本実施形態に係る機械部品としてのがんぎ車３５の製造方法は、回転部材としての歯車部（がんぎ歯車部１０１）を形成する工程（ステップＳ０１〜ステップＳ０７）と、軸部材１０２を形成する工程（ステップＳ１１、ステップＳ１２）と、これらの工程を経て準備したがんぎ歯車部１０１と軸部材１０２とを組み立てる工程（ステップＳ２１、ステップＳ２２）とを含む。がんぎ歯車部１０１を形成する工程は、異方性エッチングする工程（ステップＳ０５）と等方性エッチングする工程（ステップＳ０７）とを含む。

がんぎ歯車部１０１を形成する工程では、まず、基板２００を準備する（ステップＳ０１）。図１１に示すように、基板２００は、シリコンを含むウェハー状の基板であり、がんぎ歯車部１０１を複数取りできるマザー基板である。基板２００の一方の面を表面２００ａとし、他方の面を裏面２００ｂとする。基板２００の厚さをＴ０とする。例えば、がんぎ歯車部１０１が完成したときの厚さＴ１（図７参照）を１２０μｍとする場合、基板２００の厚さＴ０は、１３５μｍ程度に設定される。

次に、図１１に示すように、例えばスピンコート法やスプレーコート法等により、基板２００の表面２００ａにフォトレジスト２１１を塗布する（図１０に示すステップＳ０２）。フォトレジスト２１１としては、ネガ型、及びポジ型のいずれの材料も採用することができる。基板２００に塗布したフォトレジスト２１１に対して、所定の温度によるキュアを行う。

次に、図１２に示すように、フォトレジスト２１１に対して、フォトリソグラフィー技術により露光を行う（図１０に示すステップＳ０３）。そして、現像を行う（図１０に示すステップＳ０４）。ステップＳ０３及びステップＳ０４により、フォトレジスト２１１から、がんぎ歯車部１０１の平面視形状に対応するマスク（エッチングマスク）となるフォトレジストパターン２１２が形成される。フォトレジストパターン２１２は、開口部２１ａを有し、基板２００から得られる複数のがんぎ歯車部１０１のそれぞれに対応する。

次に、図１３に示すように、がんぎ歯車部１０１の形状に沿ったフォトレジストパターン２１２をマスクとして、基板２００に異方性エッチングを施す（図１０に示すステップＳ０５）。ステップＳ０５における異方性エッチングとしては、例えば、誘導結合プラズマ（Inductively Coupled Plasma：ＩＣＰ）によるディープ・リアクティブ・イオンエッチング（Deep Reactive Ion Etching：ＤＲＩＥ）を用いることができる。

図１９に、ＩＣＰによるＤＲＩＥを行う異方性エッチング装置３００の概略構成を示す。図１９に示すように、異方性エッチング装置３００は、ステージ３０１とコイル３０２とを備えている。ステージ３０１上に、フォトレジストパターン２１２が形成された表面２００ａ（図１２参照）がコイル３０２側を向くように基板２００を載置する。コイル３０２に高周波数の大電流を流すことによって、プラズマＰが発生する。そして、ステージ３０１にバイアスをかけることにより、プラズマＰの粒子がフォトレジストパターン２１２の開口部２１２ａから基板２００の表面２００ａに引き込まれる。これにより、基板２００が表面２００ａ側からフォトレジストパターン２１２に沿って厚さ方向に略垂直にエッチングされる。基板２００は、例えばヘリウムにより、裏面２００ｂ側から冷却される。

図１３に示すように、異方性エッチング工程（ステップＳ０５）では、フォトレジストパターン２１２を介しがんぎ歯車部１０１の平面視形状に沿って、基板２００の厚さ方向の一部を残してエッチングする。より具体的には、基板２００を表面２００ａ側から深さＴ２まで略垂直方向に深掘りし、裏面２００ｂ側に基板２００の厚さ方向の一部である厚さＴ３の部分を残すようにエッチングする。

本実施形態では、基板２００を表面２００ａ側から深掘りする深さＴ２を１３０μｍとし、裏面２００ｂ側に残す部分の厚さＴ３を５μｍとする。これにより、基板２００の表面２００ａ側から１３０μｍの厚さ（深さ）に亘って、複数のがんぎ歯車部１０１に対応する保持部１１５（湾曲部１１２）、弾性部１１３、リム部１１１、及び、歯部１１４の形状が形成される。そして、基板２００の裏面２００ｂ側の厚さＴ３の部分がエッチングされずに残る。

なお、基板２００を貫通する（厚さＴ３が０μｍになる）までエッチングしてしまうと、マザー基板である基板２００から、複数のがんぎ歯車部１０１が分離され個片化されてしまう。また、基板２００を貫通するまでエッチングしてしまうと、ヘリウムが表面２００ａ側へ漏れて、厚さ方向に沿って垂直な加工ができなくなる。本実施形態のように、基板２００の裏面２００ｂ側の一部をエッチングせずに残すことで、深掘りする部分を厚さ方向に沿って略垂直に加工することができ、複数のがんぎ歯車部１０１が基板２００から分離されない状態で保持することができる。

次に、図１４に示すように、フォトレジストパターン２１２（フォトレジスト２１１）を除去する除去工程を行う（図１０に示すステップＳ０６）。図１４には、フォトレジストパターン２１２を除去した後の状態を示している。なお、除去工程（ステップＳ０６）は、フォトレジストパターン２１２（フォトレジスト２１１）を溶解・剥離可能な発煙硝酸や有機溶剤等でのウェットエッチング、あるいは、酸素プラズマアッシング等により行うことができる。

次に、がんぎ歯車部１０１の形状が形成された基板２００の裏面２００ｂの全面に等方性エッチングを施す（図１０に示すステップＳ０７）。ステップＳ０７における等方性エッチングとしては、例えば、平行平板によるリアクティブ・イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）を用いることができる。

図２０に、平行平板によるＲＩＥを行う等方性エッチング装置３１０の概略構成を示す。図２０に示すように、等方性エッチング装置３１０は、平行平板であるステージ（下電極）３１１と上電極３１２とを備えている。ステージ３１１（下電極）上に、基板２００を載置する。このとき、図１５に示すように、基板２００の表面２００ａと裏面２００ｂとを反転させて、表面２００ａがステージ３１１側となり、裏面２００ｂが上電極３１２側となるように基板２００を載置する。

図２０に示すように、ステージ（下電極）３１１はアースされており、上電極３１２に高周波電圧を印加することによって、ステージ３１１（下電極）と上電極３１２との間にプラズマＰが発生する。ステージ３１１（下電極）の自己バイアスにより、プラズマＰの粒子が基板２００の裏面２００ｂの全面に引き込まれる。これにより、基板２００が裏面２００ｂ側から全面に亘って等方的にエッチングされる。

図１６には、等方性エッチング工程（ステップＳ０７）において、基板２００の裏面２００ｂ側に残されていた厚さＴ３（５μｍ）の部分が除去された状態を示している。このとき、基板２００の厚さは、異方性エッチング工程（ステップＳ０５）でがんぎ歯車部１０１の保持部１１５（湾曲部１１２）、弾性部１１３、リム部１１１、及び歯部１１４の形状が形成された部分の厚さＴ２（１３０μｍ）となっている。

基板２００の裏面２００ｂ側から厚さＴ３の部分が除去されることで、基板２００から複数のがんぎ歯車部１０１が分離され個片化される。したがって、等方性エッチング工程は、がんぎ歯車部１０１を分離する工程である。図１６に示す状態における基板２００（がんぎ歯車部１０１）の表面を２００ｃとする。がんぎ歯車部１０１が分離されたことにより、湾曲部１１２、リム部１１１、及び歯部１１４に、それぞれ略直角の角部１１２ａ、角部１１１ａ、及び角部１１４ａが形成される。

等方性エッチング工程（ステップＳ０７）では、基板２００の裏面２００ｂ側に残されていた厚さＴ３の部分を除去する時間よりも長い時間エッチングを行う。すなわち、図１６に示す状態における基板２００を表面２００ｃ側からさらに継続してエッチングする。そして、図１７に示すように、基板２００が表面２００ｃ側から１０μｍエッチングされ、基板２００の厚さががんぎ歯車部１０１の所定の厚さＴ１（１２０μｍ）となったところで、等方性エッチング工程（ステップＳ０７）を終了する。図１７に示す状態における基板２００の表面を２００ｄとする。

ここで、基板２００が図１６に示す状態から図１７に示す状態までエッチングされる際に、表面２００ｃ側に位置する湾曲部１１２の角部１１２ａ、リム部１１１の角部１１１ａ、及び歯部１１４の角部１１４ａは、表面２００ｃ側から基板２００の厚さ方向にエッチングされるとともに、基板２００の厚さ方向と交差する方向からもエッチングされる。その結果、表面２００ｄ側において、湾曲部１１２の角部１１２ａ、リム部１１１の角部１１１ａ、及び歯部１１４の角部１１４ａの断面形状は円弧状になる。

なお、異方性エッチング工程（ステップＳ０５）において、所謂ボッシュプロセスを用いて基板２００を深掘りする場合、エッチングされた箇所（例えば、湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂや歯部１１４の外周側端面１１４ｂ）にスキャロップ（段々形状）が形成されることが多い。本実施形態では、等方性エッチング工程（ステップＳ０７）において、がんぎ歯車部１０１が分離された状態からさらに基板２００を等方性エッチングすることにより、湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂや歯部１１４の外周側端面１１４ｂも僅かにエッチングされるので、スキャロップを緩和することができる。

図１７に示す状態において、基板２００の表面２００ｄががんぎ歯車部１０１の裏面１０１ｂとなり、表面２００ａががんぎ歯車部１０１の表面１０１ａとなる。したがって、がんぎ歯車部１０１の裏面１０１ｂと湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂとが交差する角部１１２ａと、がんぎ歯車部１０１の裏面１０１ｂと歯部１１４の外周側端面１１４ｂとが交差する角部１１４ａとが円弧状となる。以上の工程により、図１８に示すがんぎ歯車部１０１が完成する。

図１０に示す軸部材１０２を形成する工程（ステップＳ１１、ステップＳ１２）は、ステップＳ０１〜ステップＳ０７のがんぎ歯車部１０１を形成する工程とは別に行われる。

まず、軸部材１０２となる部材を準備する（ステップＳ１１）。軸部材１０２は、軸体として十分な剛性を有しているとともに、後述する酸化処理を行う工程における高温に耐える耐熱性を有していることが望ましい。軸部材１０２の材料としては、１０００℃以上の高温で行う熱酸化処理などの酸化処理の温度に対する十分な耐熱性を有する材料であるタンタル（Ｔａ）またはタングステン（Ｗ）が好ましい。タンタルやタングステンは、上述した剛性や耐熱性に優れた材料であることに加えて、切削加工や研削加工などの加工性も高い材料であるため、軸部材１０２の材料として特に好適である。

次に、軸部材１０２となる部材に対して、切削加工や研削加工などの機械加工を行うことにより軸部材１０２を形成する（ステップＳ１２）。これにより、図３及び図４に示す軸部材１０２が完成する。

なお、ステップＳ１２において切削加工や研削加工などの機械加工を行う際に、軸部材１０２における圧入軸部１２３とフランジ部１２４との角部１２５に、角部１２５側へ窪む円弧状の張出部１２５ａが形成されてしまう場合がある（図８参照）。本実施形態では、軸部材１０２の角部１２５に張出部１２５ａが形成された場合でも、張出部１２５ａと対向する湾曲部１１２の角部１１２ａが円弧状に形成されているため、後述する軸部材位置決め工程（ステップＳ２１）において、角部１１２ａと張出部１２５ａとの干渉が緩和される。

次に、上述した工程で形成されたがんぎ歯車部１０１と軸部材１０２とを組み合わせてがんぎ車３５を形成する。図１０に示すステップＳ２１では、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５の複数の湾曲部１１２が張り出した貫通孔内に、上記の準備工程で準備した軸部材１０２を挿通させて位置決めを行う。上述したように、ステップＳ２１において、保持部１１５の複数の湾曲部１１２が張り出した貫通孔内に軸部材１０２を挿通させると、保持部１１５において、軸部材１０２に接触する複数の湾曲部１１２が外側に押し広げられるように応力が加わる。

がんぎ歯車部１０１は、保持部１１５の複数の湾曲部１１２とリム部１１１との間に、隣り合う湾曲部１１２の間からリム部１１１に延在する弾性部１１３を有しているので、湾曲部１１２に加わる応力が弾性部１１３の弾性により緩和されるとともに、弾性部１１３の弾性により軸部材１０２を保持する保持力が得られる。したがって、保持部１１５に軸部材１０２を挿通させた際に湾曲部１１２に加わる応力によって、がんぎ歯車部１０１が破損するなどのダメージを抑えながら、がんぎ歯車部１０１に適切な保持力で軸部材１０２を保持して位置決めすることができる。

本実施形態では、図８に示すように裏面１０１ｂと内周側端面１１２ｂとの角部に位置する角部１１２ａが円弧状に形成されているため、ステップＳ２１において、裏面１０１ｂ側から湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂを外周側に押し広げるように軸部材１０２を挿通する際に、圧入軸部１２３が角部１１２ａと接触しても欠けが生じにくい。また、湾曲部１１２の円弧状の角部１１２ａが圧入軸部１２３とフランジ部１２４との角部１２５と対向する位置に形成されているため、角部１１２ａと張出部１２５ａとの干渉が緩和される。これにより、ステップＳ２１において、湾曲部１１２の角部１１２ａの欠けの発生を抑えて、容易かつ確実に圧入軸部１２３を保持部１１５に挿通させることができる。

続いて、図１０に示すステップＳ２２では、保持部１１５に軸部材１０２を挿通させて位置決めしたがんぎ歯車部１０１の表面に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ₂）からなるシリコン酸化膜を形成する酸化処理を行う。酸化処理は、例えば１０００℃以上の高温で行う熱酸化処理を行うことが好ましい。熱酸化処理によれば、所定の厚さの緻密なシリコン酸化膜を比較的短時間に形成することができる。本実施形態では、水蒸気酸化法による熱酸化処理を行う。水蒸気酸化法は、熱酸化処理におけるドライ酸化法に比べてシリコン酸化膜の成長が速いので、より効率よく所望の厚みのシリコン酸化膜を形成することができる。

ステップＳ２２において、シリコンを含む材料からなるがんぎ歯車部１０１の表面（湾曲部１１２の内周側端面１１２ｂや表面１０１ａ及び裏面１０１ｂを含む表面）に形成されるシリコン酸化膜により、がんぎ歯車部１０１の機械的強度が向上する。そして、以下に述べる作用によって、機械部品としてのがんぎ車３５における、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１と軸部材１０２との嵌合強度を向上させることができる。

即ち、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に、軸部材１０２を挿通させて位置決めした後で酸化処理を施すことにより、がんぎ歯車部１０１の表面に形成されるシリコン酸化膜は、保持部１１５の湾曲部１１２と軸部材１０２との接触部周辺において、湾曲部１１２と軸部材１０２との隙間を埋めるように形成される。これにより、保持部１１５に軸部材１０２の圧入軸部１２３が嵌合され、がんぎ歯車部１０１に軸部材１０２が強固に固定された機械部品としてがんぎ車３５を提供することができる。

また、切削加工や研削加工などの機械加工により形成された軸部材１０２は、表面に微小なキズなどの凹凸を有しているので、これらの凹凸にがんぎ歯車部１０１のシリコン酸化膜が入り込むことにより、所謂アンカー効果が働いて、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に軸部材１０２がより強固に固定される効果が得られる。

以上述べた酸化処理工程までの工程を経ることによって、機械部品としてのがんぎ車３５の一連の製造工程が終了する。なお、本実施形態の機械部品の製造方法によれば、シリコンの基板を用いて機械部品（がんぎ歯車部１０１）を形成するので、特許文献１に記載のＳＯＩ基板を用いて機械部品を形成する方法と比べて、機械部品の生産コストを低減することが可能となる。

上記実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形および応用が可能である。変形例としては、例えば、以下のようなものが考えられる。

（変形例１）
上記実施形態では、軸部材１０２の材料として、タンタルまたはタングステンが好ましいことを説明したが、本発明はこれに限定されない。軸部材１０２の材料として、シリコンを含む材料を用いる構成としてもよい。

このような構成によれば、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に軸部材１０２を挿通させて位置決めした後で酸化処理する工程により、回転部材であるがんぎ歯車部１０１の表面だけでなく、軸部材１０２の表面にもシリコン酸化膜が形成される。そのため、より短時間で、より強く、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の保持部１１５に軸部材１０２を強固に固定することができる。

（変形例２）
上記実施形態では、軸部材１０２の材料として、タンタルまたはタングステンが好ましいことを説明したが、これに限らない。軸部材１０２の材料として、炭素鋼を含む材料を用いる構成としてもよい。また、予め、がんぎ歯車部１０１の表面にシリコン酸化膜を形成しておき、しかる後に軸部材１０２を挿通してもよい。さらに、がんぎ歯車部１０１の表面にシリコン酸化膜を形成しない場合や、がんぎ歯車部１０１を金属等で形成した場合においても、酸化膜の有無にかかわらず上述の弾性部により軸部材１０２を適切な保持力によって保持することが可能である。

（変形例３）
本発明に係る回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の構成や平面視形状は、上記実施形態の図５に示す形状に限定されない。がんぎ歯車部１０１の構成（例えば、リム部１１１、保持部１１５、弾性部１１３等の部位）が異なっていてもよいし、平面視形状が他の形状であってもよい。

（変形例４）
上記実施形態では、機械部品（がんぎ車３５）の製造方法として、回転部材としてのがんぎ歯車部１０１の保持部１１５に、軸部材１０２を挿通させて位置決めする工程の後で、がんぎ歯車部１０１の表面にシリコン酸化膜を形成する酸化処理を行う構成を説明したが、本発明はこれに限定されない。酸化処理を行わない状態のがんぎ歯車部１０１の機械的強度が必要十分に確保され、且つ、位置決めする工程において、がんぎ歯車部１０１の保持部１１５に保持された軸部材１０２の保持力が必要十分に確保できていれば、酸化処理を行わない構成としてもよい。

（変形例５）
上記実施形態では、機械部品の一例としてがんぎ車３５を例にあげて説明したが、本発明はこれに限定されない。本発明の機械部品の構成及びその製造方法は、香箱車２２、二番車２５、三番車２６、四番車２７、アンクル３６、てんぷ４０等の他の機械部品にも適用することができる。

１…機械式時計（時計）、３５…がんぎ車（機械部品）、１０１…がんぎ歯車部（回転部材）、１０１ａ…表面（一方の面）、１０１ｂ…表面（他方の面）、１０２…軸部材、１１１…リム部、１１２…湾曲部（保持部）、１１２ａ…角部、１１４…歯部、１１４ａ…角部、１１５…保持部、１２５ａ…張出部、２００…基板、２００ａ…表面（一方の面）、２００ｂ…裏面（他方の面）。

Claims (7)

1. 軸部材と、
   前記軸部材を保持する保持部と、複数の歯部を有するリム部と、を有する回転部材と、を備え、
   前記保持部の角部及び前記歯部の角部の断面形状が、ともに円弧状に形成されていることを特徴とする機械部品。
2. 前記円弧状に形成された角部は、前記回転部材の一方の面と前記保持部の端面及び前記歯部の端面とが交差する角部に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の機械部品。
3. 前記保持部の円弧状の角部と前記歯部の円弧状の角部とは、同一形状であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の機械部品。
4. 前記軸部材は、前記保持部の円弧状の角部と嵌合する領域に張出部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の機械部品。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載の機械部品を備えたことを特徴とする時計。
6. 基板の一方の面を機械部品の形状に沿って前記基板の厚さ方向における一部を残して異方性エッチングする工程と、
   前記基板の他方の面を等方性エッチングして前記機械部品を分離する工程と、を備えたことを特徴とする機械部品の製造方法。
7. 前記機械部品を分離する工程において、前記等方性エッチングを、前記基板の厚さ方向における一部を除去する時間よりも長い時間施すことを特徴とする請求項６に記載の機械部品の製造方法。

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