機械部品組立体、機械部品組立体の製造方法、および時計
【課題】 脆性材料で構成されている機械部品に軸部材を嵌合させる際に破損せず、かつ回動させる際に機械部品と軸部材がすべらない機械部品組立体および時計を提供する。
【解決手段】 シリコンを主成分として構成され、軸部材１２６ｆを嵌合可能な貫通孔１２６ｋを有する機械部品１２６ｇと、金属材料を主成分として構成された軸部材１２６ｆと、を嵌合させた機械部品組立体１２６において、貫通孔１２６ｋの内周面のみが金属層１２６ｓで覆われており、金属層１２６ｓと軸部材１２６ｆをはんだ接合し、はんだ層１２６ｒを形成することで機械部品１２６ｇと軸部材１２６ｆが固定されている。
【解決手段】 シリコンを主成分として構成され、軸部材１２６ｆを嵌合可能な貫通孔１２６ｋを有する機械部品１２６ｇと、金属材料を主成分として構成された軸部材１２６ｆと、を嵌合させた機械部品組立体１２６において、貫通孔１２６ｋの内周面のみが金属層１２６ｓで覆われており、金属層１２６ｓと軸部材１２６ｆをはんだ接合し、はんだ層１２６ｒを形成することで機械部品１２６ｇと軸部材１２６ｆが固定されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品組立体、機械部品組立体の製造方法および時計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、時計などの精密機械に用いられる歯車などの機械部品を軸部材に嵌合させて使用する方法が知られている。この方法では、歯車などの機械部品を回動させる際、軸部材との嵌合部ですべらないよう、両者をしっかりと固定する必要がある。そのため、しめしろを設けて圧入し、はんだで接合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、時計などの精密機械に用いられる歯車は外形が小さく、厚みも薄いため、歯車に軸部材を嵌合させる際の応力が大きい。
【０００３】
さらに、近年では時計などの精密機器用の機械部品には、シリコン（Ｓｉ）など、半導体加工技術で精度よく加工できる材料が用いられるようになってきた。しかし、脆性材料であるＳｉ製の歯車に軸部材を嵌合させた場合、歯車が破損してしまうことがある。このような課題を受け、Ｓｉ製歯車の強度を増す方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３６２２号公報
【特許文献２】特開２００９−７９２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている機械部品では、はんだで接合されているので歯車を回動させてもすべることはないが、しめしろを設けて軸部材を圧入して嵌合させるので、シリコンなどの脆性材料で形成された歯車が変形・破損するおそれがあった。また、特許文献２に記載されている機械部品では、強度は増しているが、軸部材と嵌合させて使用する際にすべらないようにするため、十分にしめしろを設けて圧入する必要があり、脆性材料で構成されている歯車が破損する可能性が高かった。
【０００６】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、脆性材料で構成されている機械部品に軸部材を嵌合させる際に破損せず、かつ回動させる際に機械部品と軸部材がすべらない機械部品組立体および時計を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る機械部品組立体は、Ｓｉを主成分として構成され、軸部材を嵌合可能な貫通孔を有する機械部品と、金属材料を主成分として構成された軸部材と、を嵌合させた機械部品組立体において、貫通孔の内周面のみが金属層で覆われており、金属層と軸部材とをはんだ接合し、機械部品と軸部材が固定されていることを特徴としている。
このように構成することで、機械部品と軸部材を確実に接合することができる。
【０００８】
また、機械部品の貫通孔の内径の最小許容寸法が、軸部材の外径の最大許容寸法よりも小さく、かつ機械部品の貫通孔の内径の最大許容寸法が、軸部材の外径の最小許容寸法よりも大きいことを特徴としている。
このように構成することで、機械部品に軸部材を嵌合する際に、機械部品に応力が発生しないか、発生しても非常に小さい。そのため、機械部品が破損するのを防ぐことができる。また、機械部品と軸部材との位置決め精度に優れている。
【０００９】
また、金属層が貫通孔の深さよりも小さい範囲に形成されている機械部品と、軸部材と、を嵌合させた機械部品組立体において、貫通孔の軸方向少なくとも一端部に隙間があることを特徴としている。
このように構成することで、はんだをつけすぎてもはんだが隙間に溜まるので、はんだが機械部品組立体の表面にもれず、外観を損ねることがない。
【００１０】
また、軸部材において、機械部品との嵌合部に金属層が形成されていることを特徴としている。
このように構成することで、軸部材の嵌合部にはんだがつきやすくなり、機械部品と軸部材との接合強度が増す。
【００１１】
また、軸部材において、機械部品との嵌合部の外周にわたって少なくとも一つの溝が形成されていることを特徴としている。
このように構成することで、軸部材の嵌合部にはんだがいきわたりやすくなるので、機械部品と軸部材との接合強度が増す。
【００１２】
また、金属層が、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、コバルト（Ｃｏ）のいずれか、あるいはそれらの金属のうち少なくとも一つの元素を含んだ合金で構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、よりはんだがつきやすくなり、機械部品と軸部材との接合強度が増す。
【００１３】
また、機械部品組立体が軸部材を中心に回動可能に構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、機械部品組立体を回動運動させる際に、機械部品と軸部材のすべりを抑制することができる。
【００１４】
また、機械部品が歯車であることを特徴としている。
このように構成することで、歯車を回動運動させる際に、歯車と軸部材とのすべりを抑制することができる。
【００１５】
また、本発明に係る機械部品組立体の製造方法は、軸部材を嵌合可能な貫通孔を有する機械部品と、軸部材とを嵌合させた機械部品組立体の製造方法であって、Ｓｉ基板の上層における機械部品の形成領域に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜を形成する工程と、ＳｉＯ2膜を用いて上層を下層まで異方性エッチングするエッチング工程と、エッチングされたＳｉ基板の表面を金属層で覆う工程と、金属層の表面にレジストを塗布する工程と、貫通孔の内部を残してレジストを除去する工程と、貫通孔の内周面を残して金属層を除去する工程と、貫通孔に軸部材を嵌合する工程と、金属層と軸部材とをはんだ接合する工程と、を有していることを特徴としている。
このように半導体プロセスを利用して機械部品を製造することにより、精密機械加工を用いることなく低コストではんだ接合のための金属層を形成することができる。また、機械部品を精度よく製造することができる。そして、軸部材を嵌合し、はんだ接合することにより、機械部品と軸部材との接合が強固な機械部品組立体を製造することができる。
【００１６】
また、レジストを除去する工程で、Ｓｉ基板を軸部材の嵌合方向を軸に回転させながらレジストに斜め方向から露光光を照射することを特徴としている。
このように機械部品を製造することにより、機械部品の貫通孔と軸部材との間の、機械部品の貫通孔の軸方向少なくとも一端部に、隙間が形成された機械部品組立体を製造することができる。したがって、前記隙間にはんだが溜まるので、はんだが機械部品組立体の表面に出て外観を損ねることがない。
【００１７】
また、本発明に係る時計は、上述した機械部品組立体が時計の組立部品に用いられていることを特徴としている。
また、組立部品が、番車、がんぎ車およびアンクルの少なくともいずれか一つであることを特徴としている。
このように構成することで、機械部品と軸部材を嵌合する際の応力をなくすことができるので、時計の組立部品に変形が生じるのを抑制することができる。したがって、番車、がんぎ車、およびアンクルが正確に回動するために時計の精度を向上させることができる。また、機械部品と軸部材ははんだ接合で固定されているため、すべりが起こらず、番車、がんぎ車、およびアンクルは確実に回動運動することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る機械部品組立体によれば、機械部品と軸部材を嵌合すると、機械部品の貫通孔の内径と軸部材の嵌合部の外径が損傷しないで分解・組立できるはめあい公差のため、応力が発生しないか、発生したとしても非常に小さい。すなわち、機械部品が破損するのを防ぐことができる。さらに、高精度の位置決めが可能なはめあい公差を有しているため、機械部品と軸部材を精度よく組むことができる。そして、機械部品と軸部材とをはんだ接合によって固定しているため、機械部品組立体が回動運動する際に、機械部品と軸部材とがすべるのを抑制することができる。したがって、本発明の機械部品を用いた時計は、精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態における機械式時計のムーブメント表側の平面図である（一部の部品を省略し、受部材は仮想線で示している）。
【図２】本発明の実施形態における香箱からがんぎ車の部分を示す概略部分断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるがんぎ車からてんぷの部分を示す概略部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態における三番車を示す上面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図５の三番歯車と三番かなを嵌合する前の断面図である。
【図７】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１）である。
【図８】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（２）である。
【図９】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（３）である。
【図１０】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（４）である。
【図１１】図１０の状態を示す平面図である。
【図１２】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（５）である。
【図１３】図１２の状態を示す平面図である。
【図１４】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（６）である。
【図１５】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（７）である。
【図１６】図１５の状態を示す平面図である。
【図１７】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（８）である。
【図１８】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（９）である。
【図１９】図１８の状態を示す平面図である。
【図２０】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１０）である。
【図２１】図２０の状態を示す平面図である。
【図２２】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１１）である。
【図２３】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１２）である。
【図２４】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１３）である。
【図２５】図２４の状態を示す平面図である。
【図２６】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１４）である。
【図２７】図２６の状態を示す平面図である。
【図２８】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１５）である。
【図２９】図２８の状態を示す平面図である。
【図３０】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１６）である。
【図３１】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法に用いるフォトマスクを示す平面図である。
【図３２】本発明の第二実施形態における三番車の断面図である。
【図３３】図３２の三番歯車と三番かなを嵌合する前の断面図である。
【図３４】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１）である。
【図３５】図３４の露光方法を示す説明図である。
【図３６】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（２）である。
【図３７】図３６の状態を示す平面図である。
【図３８】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（３）である。
【図３９】図３８の状態を示す平面図である。
【図４０】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（４）である。
【図４１】図４０の状態を示す平面図である。
【図４２】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（５）である。
【図４３】本発明の別の実施形態における三番かなの断面図である。
【図４４】本発明の別の実施形態における三番かなの断面図である。
【図４５】本発明の別の実施形態における三番かなの断面図である。
【図４６】本発明の別の実施形態における三番かなの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態）
次に、本発明に係る機械部品組立体の第一実施形態を図１〜図２９に基づいて説明する。なお、本実施形態では、機械部品組立体として機械式時計に用いられる番車（歯車とかな）の場合について説明する。
【００２１】
（機械式時計）
図１〜図３に示すように、機械式時計のムーブメント１００は、ムーブメント１００の基板を構成する地板１０２を有している。地板１０２の巻真案内穴１０２ａには、巻真１１０が回転可能に組み込まれている。文字板１０４（図２参照）はムーブメント１００に取り付けられる。一般に、地板１０２の両側のうち、文字板１０４が配される側をムーブメント１００の裏側と称し、文字板１０４が配される側の反対側をムーブメント１００の表側と称する。ムーブメント１００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１００の裏側に組み込まれる輪列を裏輪列と称する。
【００２２】
おしどり１９０、かんぬき１９２、かんぬきばね１９４、裏押さえ１９６を含む切換装置により、巻真１１０の軸線方向の位置が決められている。きち車１１２は巻真１１０の案内軸部に回転可能に設けられている。巻真１１０が、回転軸線方向に沿ってムーブメント１００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１１０を回転させると、つづみ車の回転を介してきち車１１２が回転する。丸穴車１１４は、きち車１１２の回転により回転する。また、角穴車１１６は、丸穴車１１４の回転により回転する。角穴車１１６が回転することにより、香箱車１２０に収容されたぜんまい１２２（図２参照）を巻き上げる。
【００２３】
二番車１２４は、香箱車１２０の回転により回転する。がんぎ車１３０は、四番車１２８、三番車１２６、二番車１２４の回転を介して回転する。香箱車１２０、二番車１２４、三番車１２６、四番車１２８は表輪列を構成する。
【００２４】
表輪列の回転を制御するための脱進・調速装置は、てんぷ１４０と、がんぎ車１３０と、アンクル１４２とを含む。てんぷ１４０は、てん真１４０ａと、ひげぜんまい１４０ｃとを含む。二番車１２４の回転に基づいて、筒かな１５０が同時に回転する。筒かな１５０に取り付けられた分針１５２が「分」を表示する。筒かな１５０には、二番車１２４に対するスリップ機構が設けられている。筒かな１５０の回転に基づいて、日の裏車の回転を介して、筒車１５４が回転する。筒車１５４に取り付けられた時針１５６が「時」を表示する。
【００２５】
ひげぜんまい１４０ｃは、複数の巻き数をもったうずまき状（螺旋状）の形態の薄板ばねである。ひげぜんまい１４０ｃの内端部は、てん真１４０ａに固定されたひげ玉１４０ｄに固定され、ひげぜんまい１４０ｃの外端部は、てんぷ受１６６に固定されたひげ持受１７０に取り付けたひげ持１７０ａを介してねじ締めにより固定されている。緩急針１６８は、てんぷ受１６６に回転可能に取り付けられている。また、てんぷ１４０は、地板１０２およびてんぷ受１６６に対して回転可能に支持されている。
【００２６】
香箱車１２０は、香箱歯車１２０ｄと、香箱真１２０ｆと、ぜんまい１２２とを備えている。香箱真１２０ｆは、上軸部１２０ａと、下軸部１２０ｂとを含む。
【００２７】
二番車１２４は、上軸部１２４ａと、下軸部１２４ｂと、かな部１２４ｃと、歯車部１２４ｄと、そろばん玉部１２４ｈとを含む。二番車１２４のかな部１２４ｃは香箱歯車１２０ｄと噛み合うように構成されている。
【００２８】
三番車１２６は、上軸部１２６ａと、下軸部１２６ｂと、かな部１２６ｃと、歯車部１２６ｄとを含む。三番車１２６のかな部１２６ｃは歯車部１２４ｄと噛み合うように構成されている。
【００２９】
四番車１２８は、上軸部１２８ａと、下軸部１２８ｂと、かな部１２８ｃと、歯車部１２８ｄとを含む。四番車１２８のかな部１２８ｃは歯車部１２６ｄと噛み合うように構成されている。
【００３０】
がんぎ車１３０は、上軸部１３０ａと、下軸部１３０ｂと、かな部１３０ｃと、歯車部１３０ｄとを含む。がんぎ車１３０のかな部１３０ｃは歯車部１２８ｄと噛み合うように構成されている。アンクル１４２は、アンクル体１４２ｄと、アンクル真１４２ｆとを備えている。アンクル真１４２ｆは、上軸部１４２ａと、下軸部１４２ｂとを含む。
【００３１】
香箱車１２０は、地板１０２および香箱受１６０に対して回転可能に支持されている。すなわち、香箱真１２０ｆの上軸部１２０ａは、香箱受１６０に対して回転可能に支持される。香箱真１２０ｆの下軸部１２０ｂは、地板１０２に対して、回転可能に支持される。二番車１２４、三番車１２６、四番車１２８、がんぎ車１３０は、地板１０２および輪列受１６２に対して回転可能に支持されている。すなわち、二番車１２４の上軸部１２４ａ、三番車１２６の上軸部１２６ａ、四番車１２８の上軸部１２８ａ、がんぎ車１３０の上軸部１３０ａは、輪列受１６２に対して回転可能に支持される。また、二番車１２４の下軸部１２４ｂ、三番車１２６の下軸部１２６ｂ、四番車１２８の下軸部１２８ｂ、がんぎ車１３０の下軸部１３０ｂは、地板１０２に対して、回転可能に支持される。
【００３２】
アンクル１４２は、地板１０２およびアンクル受１６４に対して回転可能に支持されている。すなわち、アンクル１４２の上軸部１４２ａは、アンクル受１６４に対して回転可能に支持される。アンクル１４２の下軸部１４２ｂは、地板１０２に対して、回転可能に支持される。
【００３３】
香箱真１２０ｆの上軸部１２０ａを回転可能に支持する香箱受１６０の軸受部と、二番車１２４の上軸部１２４ａを回転可能に支持する輪列受１６２の軸受部と、三番車１２６の上軸部１２６ａを回転可能に支持する輪列受１６２の軸受部と、四番車１２８の上軸部１２８ａを回転可能に支持する輪列受１６２の軸受部と、がんぎ車１３０の上軸部１３０ａを回転可能に支持する輪列受１６２の軸受部と、アンクル１４２の上軸部１４２ａを回転可能に支持するアンクル受１６４の軸受部には、潤滑油が注油される。また、香箱真１２０ｆの下軸部１２０ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、二番車１２４の下軸部１２４ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、三番車１２６の下軸部１２６ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、四番車１２８の下軸部１２８ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、がんぎ車１３０の下軸部１３０ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、アンクル１４２の下軸部１４２ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部には、潤滑油が注油される。この潤滑油は、精密機械用油であるのが好ましく、いわゆる時計油であるのが特に好ましい。
【００３４】
地板１０２のそれぞれの軸受部、香箱受１６０の軸受部、輪列受１６２のそれぞれの軸受部には、潤滑油の保持性能を高めるために、円錐状、円筒状、または円錐台状の油溜め部を設けるのが好ましい。油溜め部を設けると、潤滑油の表面張力により油が拡散するのを効果的に阻止することができる。地板１０２、香箱受１６０、輪列受１６２、アンクル受１６４は、黄銅などの金属で形成してもよいし、ポリカーボネートなどの樹脂で形成してもよい。
【００３５】
（番車の構造）
次に、本実施形態の番車の構造について説明する。なお、番車の構造は略同一であるため、三番車１２６を用いて説明する。
【００３６】
図４〜図６に示すように、三番車１２６は、三番かな１２６ｆと、三番歯車１２６ｇとを備えている。三番車１２６ｇの厚さＴ０は、例えば、１０μｍ以上１０ｍｍ以下である。三番かな１２６ｆは、上軸部１２６ａと、下軸部１２６ｂと、嵌合部１２６ｑと、かな部１２６ｃとを備えている。三番かな１２６ｆは、軸部とかな部１２６ｃを一体成型してもよいし、別々に形成し、軸部をかな部１２６ｃに嵌合させてもよい。三番歯車１２６ｇは、Ｓｉ部１２６ｐと、金属部１２６ｓと、はんだ層１２６ｒとを備えている。Ｓｉ部１２６ｐは、中心支持部１２６ｈと、あみだ部１２６ｊ（本実施形態では、５本）と、歯車部１２６ｄとを備えている。三番かな１２６ｆは、炭素鋼などの金属で形成されている。三番歯車１２６ｇは、金属部１２６ｓはＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの金属や、あるいはそれらの金属のうち少なくとも一つの元素を含んだ合金で形成され、Ｓｉ部１２６ｐはＳｉで形成され、はんだ層１２６ｒは、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−ビスマス（Ｂｉ）、Ｓｎ−鉛（Ｐｂ）などのはんだで形成されている。なお、金属部１２６ｓがはんだ層１２６ｒと同一の材料で形成されていてもよい。そして、三番車１２６は、三番歯車１２６ｇの中心に形成された貫通孔１２６ｋに三番かな１２６ｆを挿通し、はんだ層１２６ｒで固定されている。ここで、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐの中心支持部１２６ｈには、直径Ｄ２の貫通孔１２６ｌが形成されている。三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓは、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｌの内周面に形成されている。さらに、三番歯車１２６ｇのはんだ層１２６ｒは、金属部１２６ｓの表面に形成されている。そして、三番歯車１２６ｇのはんだ層１２６ｒの内周面が、直径Ｄ１の三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋを形成している。このはんだ層１２６ｒが直径Ｄ３の三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑに当接され、はんだ接合によって固定されている。金属部１２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋの直径Ｄ１と、三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑの直径Ｄ３は、高精度の位置決めが可能なはめあい公差を有している。そして、三番歯車１２６ｇと三番かな１２６ｆは、損傷しないで分解・組立てできるが、回動させる際には、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋと三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑとを固定させ、すべりを防止する必要がある。このようなはめあい公差は、例えば、三番歯車１２６ｇの厚さＴ０が３ｍｍ以下のとき、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋの直径Ｄ１の公差が０μｍ〜＋６μｍで、三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑの直径Ｄ３の公差が−２μｍ〜＋２μｍの組合せか、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋの直径Ｄ１の公差が０μｍ〜＋１０μｍで、三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑの直径Ｄ３の公差が０μｍ〜＋６μｍの組合せである。また、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐの貫通孔１２６ｌの直径Ｄ２は、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋの直径Ｄ１よりも金属部１２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１の２倍だけ大きい。
【００３７】
（番車の製造方法）
次に、本実施形態の番車の製造方法について説明する。なお、番車の構造は略同一であるため、三番車１２６を用いて説明する。図７〜図２９は三番車１２６の製造方法を説明する図である。
【００３８】
図７は、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐを形成するためのＳｉ基板１０である。Ｓｉ基板１０の厚さは、製造する三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐの厚さＴ０とする。
【００３９】
図８は、ＳｉＯ2膜１２を形成した図である。Ｓｉ基板１０の上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜１２を形成する。ＳｉＯ2膜１２は、スパッタやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法を用いて製造することができる。ＳｉＯ2膜１２の厚さは１０nm以上１０μm以下で形成する。
【００４０】
図９は、フォトレジスト１１を塗布した図である。ＳｉＯ2膜１２上にフォトレジスト１１を堆積する。フォトレジスト１１はネガ型でもポジ型でもよい。フォトレジスト１１の厚さは１μm以上１mm以下で形成する。
【００４１】
図１０は、フォトレジスト１１を露光・現像した図である。三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐに相当するパターンが形成されたフォトマスク（図２９）を用いて、フォトレジスト１１に紫外線やＸ線等の露光光を照射し、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐに当たる部分のフォトレジスト１１を硬化させる。そして、未硬化のフォトレジスト１１部分を除去し、ＳｉＯ2膜１２のエッチングパターンが完成する。図１１は、図１０の平面図である。
【００４２】
図１２は、ＳｉＯ2膜１２をエッチングした図である。フォトレジスト１１の部分を残して、露出しているＳｉＯ2膜１２をエッチングする。エッチングはドライエッチングでもウエットエッチングでもよい。例えば、ドライエッチングの場合は、エッチングガスに三フッ化メタン（ＣＨＦ3）などを用い、ウエットエッチングの場合は、エッチング液にフッ酸（ＨＦ）などを用いる。図１３は図１２の平面図である。
【００４３】
図１４は、フォトレジスト１１を除去した図である。エッチングによってフォトレジスト１１を除去する。この工程は、後の工程に差し支えなければ省略してもよい。
【００４４】
図１５は、Ｓｉ基板をエッチングした図である。ＳｉＯ2膜１２の部分を残して、Ｓｉ基板１０を底面側まで垂直な方向に異方性エッチングする。Ｓｉ基板１０の異方性エッチングは、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチング加工で行う。エッチングガスには、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ6）などを用いる。図１６は図１５の平面図である。
【００４５】
図１７は、ＳｉＯ2膜１２を除去した図である。エッチングによってＳｉＯ2膜１２を除去し、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐが完成する。エッチングはドライエッチングでもウエットエッチングでもよい。例えば、ドライエッチングの場合は、エッチングガスにＣＨＦ3などを用い、ウエットエッチングの場合は、エッチング液にＨＦなどを用いる。この工程は、後の工程に差し支えなければ省略してもよい。
【００４６】
図１８は、金属層１３を形成した図である。Ｓｉ基板１０の表面に金属層１３を形成する。金属層１３は、蒸着、スパッタ、めっき等の方法を用いて製造することができる。金属層１３は、Ｓｉ基板１０の内周面１０ｋに形成されている。なお、図１８では金属層１３はＳｉ基板１０の外周面１０ｊと底面１０ｈにも形成されているが、外周面１０ｊと底面１０ｈには形成しなくてもよい。金属層１３を形成する材料は、この後のはんだ工程ではんだのつきやすい、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの金属や、Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｏ−Ａｕなどの合金である。金属層１３の厚さは三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１以下になるように形成する。図１９は、図１８の平面図である。
【００４７】
図２０は、はんだ層１８を形成した図である。金属層１３の表面に、さらにはんだ層１８を形成する。はんだ層１８は、めっき等の方法を用いて製造することができる。はんだ層１８は、Ｓｉ基板１０の内周面１０ｋに形成された金属層１３ｓの表面にも形成されている。はんだ層１８を形成する材料は、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂなどである。はんだ層１８の厚さは、はんだ層１８と金属層１３を併せた厚さが、三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１になるように形成する。図２１は、図２０の平面図である。
【００４８】
図２２は、フォトレジスト２５を塗布した図である。Ｓｉ基板１０の、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋにあたる部分、つまり図２２でははんだ層１８ｓに囲まれた部分をネガ型のフォトレジスト２５で埋める。
【００４９】
図２３はフォトレジスト２５を露光・現像した図である。フォトレジスト２５にＳｉ基板１０の底面１０ｈの側から紫外線やＸ線等の露光光を照射し、はんだ層１８ｓに囲まれた部分のフォトレジスト２５を硬化させる。そして、未硬化のフォトレジスト２５部分を除去し、はんだ層１８ｓに囲まれた部分のみフォトレジスト２５を残す。なお、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋに相当するパターンが形成されたフォトマスク（不図示）を用いて露光する場合は、フォトレジスト２５にポジ型を使用してもよい。
【００５０】
図２４ははんだ層１８をエッチングした図である。Ｓｉ基板１０の内周に形成されたはんだ層１８ｓを残してはんだ層１８をエッチングする。このとき残ったはんだ層１８ｓが、三番歯車１２６ｇのはんだ層１２６ｒにあたる。エッチングは、ウエットプロセスの方が簡便である。エッチング液には、例えば王水を用いる。このとき、金属層１３を形成する材料がＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの場合、金属層１３もＳｉ基板の内周面１０ｋに形成された金属層１３ｓを残して同時にエッチングすることができる。図２５は、図２４の平面図である。
【００５１】
図２６は、金属層１３をエッチングした図である。Ｓｉ基板１０の内周面１０ｋに形成された金属層１３ｓを残して金属層１３をエッチングする。エッチングは、ウエットプロセスの方が簡便である。例えば、金属層１３を形成する材料がＡｕの場合、エッチング液にはヨウ素とヨウ化カリウムの溶液などを用いる。このとき残った金属層１３ｓが、三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓにあたる。図２７は、図２６の平面図である。
【００５２】
図２８は、フォトレジスト２５を除去した図である。フォトレジスト２５をエッチングあるいは物理的な力等によって除去し、三番歯車１２６ｇが完成する。図２９は図２８の平面図である。
【００５３】
図３０は、三番歯車１２６ｇに三番かな１２６ｆを嵌合した図である。三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋに三番かな１２６ｆを嵌合する。そして、この状態ではんだ層１８ｓを形成するはんだ材料の融点まで加熱すると、はんだ層１８ｓが溶融し、三番歯車１２６ｇの内周面１２６ｋと三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑにおいて、三番歯車１２６ｇと三番かな１２６ｆが接合され、三番車１２６が完成する。
【００５４】
このようにして製造された三番車１２６は、はんだ層１２６ｒによって三番歯車１２６ｇと三番かな１２６ｆを接合している。このように構成することで、三番車１２６を回動させる際に、三番歯車１２６ｇと三番かな１２６ｆがすべるのを抑制することができる。
【００５５】
また、三番車１２６は、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋと三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑのはめあいが中間ばめのため、貫通孔１２６ｋに三番かな１２６ｆを嵌合する際に、三番歯車１２６ｇに応力が発生しないか、応力が発生したとしても非常に小さい。そのため、三番歯車１２６ｇが破損するのを防ぐことができる。さらに、三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓを軟らかい金属（例えばＡｕ）にすれば、応力が発生した場合でも、軟らかい金属部１２６ｓが応力を緩和する。そのため、三番歯車１２６ｇに破損が生じるのを防ぐことができる。したがって、三番車１２６の寸法精度が向上し、三番車１２６を用いた機械式時計の精度を向上させることができる。
【００５６】
（第二実施形態）
次に、本発明に係る機械部品の第二実施形態を図３２〜図４２に基づいて説明する。なお、本実施形態は、第一実施形態と歯車（三番歯車）の金属部の形状が異なるのみであり、その他の部分については第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、本実施形態における三番車の符号を２２６とし、三番歯車の符号を２２６ｇ、三番かなの符号を２２６ｆとする。
【００５７】
図３２に示すように、三番車２２６は、三番かな２２６ｆと、三番歯車２２６ｇとを備えている。三番車２２６ｇの厚さＴ０は、例えば、１０μｍ以上１０ｍｍ以下である。三番かな２２６ｆは、上軸部２２６ａと、下軸部２２６ｂと、嵌合部２２６ｑと、かな部２２６ｃとを備えている。三番かな２２６ｆは、軸部とかな部２２６ｃを一体成型してもよいし、別々に形成し、軸部をかな部２２６ｃに嵌合させてもよい。三番歯車２２６ｇは、Ｓｉ部２２６ｐと、金属部２２６ｓと、はんだ層１２６ｒとを備えている。Ｓｉ部２２６ｐは、中心支持部２２６ｈと、あみだ部２２６ｊと、歯車部２２６ｄとを備えている。三番かな２２６ｆは、炭素鋼などの金属で形成されている。三番歯車２２６ｇは、金属部２２６ｓはＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの金属や、あるいはそれらの金属のうち少なくとも一つの元素を含んだ合金で形成され、Ｓｉ部２２６ｐはＳｉで形成され、はんだ層１２６ｒはＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂなどのはんだで形成されている。なお、金属部２２６ｓがはんだ層１２６ｒと同一の材料で形成されていてもよい。そして、三番車２２６は、三番歯車２２６ｇの中心に形成された貫通孔２２６ｋに三番かな２２６ｆを挿通し、はんだ層１２６ｒで固定されている。ここで、図３０に示すように、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの中心支持部２２６ｈには、直径Ｄ２の貫通孔２２６ｌが形成されている。三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓは、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの貫通孔２２６ｌの内周面に形成されている。ただし、金属部２２６ｓの幅Ｗ１は、三番歯車２２６ｇの厚みＴ０よりも小さい。さらに、三番歯車２２６ｇのはんだ層１２６ｒは、金属部２２６ｓの表面に形成されている。そして、三番歯車２２６ｇのはんだ層１２６ｒの内周面が、直径Ｄ１の三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋを形成している。このはんだ層１２６ｒが直径Ｄ３の三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑに当接され、はんだ接合によって固定されている。ただし、三番歯車２２６ｇの厚みＴ０は金属部２２６ｓの幅Ｗ１よりも大きいので、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの貫通孔２２６ｌの内周面の一部も、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの内周面を形成している。そのため、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの貫通孔２２６ｌの内周面が、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの内周面を形成している部分と、三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑとの間に、隙間２２６ｔが形成される。金属部２２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの直径Ｄ１と、三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑの直径Ｄ３は、高精度の位置決めが可能なはめあい公差を有している。そして、三番歯車２２６ｇと三番かな２２６ｆは、損傷しないで分解・組立てできるが、回動させる際には、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋと三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑとを固定させ、すべりを防止する必要がある。このようなはめあい公差は、例えば、三番歯車２２６ｇの厚さＴ０が３ｍｍ以下のとき、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの直径Ｄ１の公差が０μｍ〜＋６μｍで、三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑの直径Ｄ３の公差が−２μｍ〜＋２μｍの組合せか、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの直径Ｄ１の公差が０μｍ〜＋１０μｍで、三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑの直径Ｄ３の公差が０μｍ〜＋６μｍの組合せである。また、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの貫通孔２２６ｌの直径Ｄ２は、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの直径Ｄ１よりも金属部２２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１の２倍だけ大きい。
【００５８】
（番車の製造方法）
次に、本実施形態の番車（三番車２２６）の製造方法について説明する。図３４〜図４２は三番車２２６の製造方法を説明する図である。なお、フォトレジスト２５を塗布する工程までは、第一実施形態と同様の工程なので、説明を省略する。
【００５９】
図３４はフォトレジスト２５を露光・現像した図である。ポジ型のフォトレジスト２５に紫外線やＸ線等の露光光を照射し、金属層１３の内周面に形成されたはんだ層１８ｓに囲まれた部分のフォトレジスト２５を硬化させる。そして、未硬化のフォトレジスト２５部分を除去し、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓの幅Ｗ１に相当する範囲にのみフォトレジスト２５を残す。
【００６０】
図３５は、露光方法を説明する図である。Ｓｉ基板１０を軸Ｂを基準に回転させながら、Ｓｉ基板１０に対して斜めに露光光４６を照射する。Ｓｉ基板１０と露光光４６の角度は、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓの幅Ｗ１に応じて決まる。図３２では、Ｓｉ基板１０の上下両側から露光光４６を照射しているが、隙間を片側にしか設けない場合は、隙間を設ける側からのみ露光光４６を照射すればよい。
【００６１】
図３６は、はんだ層１８をエッチングした図である。Ｓｉ基板１０の内周の形成された、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓの幅Ｗ１に相当する範囲のはんだ層１８ｓを残してはんだ層１８をエッチングする。このとき残ったはんだ層１８ｓが、三番歯車１２６ｇのはんだ層１２６ｒにあたる。エッチングは、ウエットプロセスの方が簡便である。エッチング液には、例えば王水を用いる。このとき、金属層１３を形成する材料がＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの場合、金属層１３もＳｉ基板の内周面１０ｋに形成された金属層１３ｓを残して同時にエッチングすることができる。図３７は図３６の平面図である。
【００６２】
図３８は、金属層１３をエッチングした図である。Ｓｉ基板１０の内周面１０ｋに形成された、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓの幅Ｗ１に相当する範囲の金属層１３ｓを残して金属層１３をエッチングする。エッチングは、ウエットプロセスの方が簡便である。例えば、金属層１３を形成する材料がＡｕの場合、エッチング液にはヨウ素とヨウ化カリウムの溶液などを用いる。このとき残った金属層１３ｓが、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓにあたる。図３９は、図３８の平面図である。
【００６３】
図４０は、フォトレジスト２５を除去した図である。フォトレジスト２５をエッチングあるいは物理的な力等によって除去し、三番歯車２２６ｇが完成する。図４１は図４０の平面図である。
【００６４】
図４２は、三番歯車２２６ｇに三番かな２２６ｆを嵌合した図である。三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋに三番かな２２６ｆを嵌合する。そして、この状態ではんだ層１８ｓを形成するはんだ材料の融点まで加熱すると、はんだ層１８ｓが溶融し、三番歯車２２６ｇの内周面２２６ｋと三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑにおいて、三番歯車２２６ｇと三番かな２２６ｆが接合され、三番歯車２２６が完成する。
【００６５】
このようにして製造された三番車２２６は、隙間２２６ｔを有している。このように構成することで、第一実施形態と略同一の作用を得られることができるとともに、はんだ層２２６ｒを溶融してもはんだが隙間２２６ｔに溜まるので、三番車２２６の表面にはんだがもれず、外観を損ねることがない。
【００６６】
また、本実施形態では、歯車とかなが嵌合する歯車の貫通孔の内周面のみに金属部を形成した場合の説明をしたが、図４３に示すように、三番かな３２６ｆの嵌合部３２６ｑの周囲に渡って金属部３２６ｍを形成してもよい。金属部３２６ｍは、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどはんだのつきやすい金属や、Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｏ−Ａｕなどの合金で形成されている。このように構成することで、三番かなの嵌合部にはんだがつきやすくなり、三番歯車と三番かなとの接合強度が増すので、三番車を回動させる際にすべりを抑制することができる。さらに、金属部３２６ｍの表面にのみはんだがのるので、溶融したはんだが三番車の表面にもれず、外観を損ねることがない。
【００６７】
また、図４４に示すように、三番かな４２４ｆの嵌合部４２４ｑの外周に渡って樹脂４２６ｖを上下に形成してもよい。樹脂４２６ｖは、ポリイミド、シリコーンなど、はんだ層４２６ｒを形成するはんだの融点よりも高い融点を持つ樹脂で形成する。このように構成することで、溶融したはんだが上下の樹脂４２６ｖの間に留まるので、三番車の表面にもれず、外観を損ねることがない。
【００６８】
また、図４５に示すように、三番かな５２６ｆの嵌合部５２６ｑの周囲に渡って溝５２６ｎを複数形成してもよい（図４５では２個）。このように構成することで、溝５２６ｎにはんだが流れ込み、三番かなの嵌合部にはんだがつきやすくなるので、三番歯車と三番かなとの接合強度が増す。したがって、三番車を回動させる際にすべりを抑制することができる。
【００６９】
また、図４６に示すように、三番かな６２６ｆの嵌合部６２６ｑの周囲に渡って溝６２６ｎを複数形成し、さらに金属部６２６ｍを形成してもよい。このように構成することで、溝６２６ｎにはんだが流れ込み、三番かなの嵌合部にはんだがつきやすくなるので、三番歯車と三番かなとの接合強度が増す。したがって、三番車を回動させる際にすべりを抑制することができる。さらに、金属部６２６ｍがあるので三番かなの嵌合部にはんだがつきやすくなり、三番歯車と三番かな６２６ｆとの接合強度が増す。したがって、三番車を回動させる際にすべりを抑制することができる。さらに、金属部６２６ｍの表面にのみはんだがのるので、溶融したはんだが三番車の表面にもれず、外観を損ねることがない。
【００７０】
そして、上述した製造方法を用いて時計の組立部品である二番車１２４、四番車１２８、がんぎ車１３０およびアンクル１４２を製造することにより、機械式時計の組立部品の破損を防ぐことができる。また、組立部品のすべりを防ぐことができる。したがって、番車１２４，１２６，１２８、がんぎ車１３０およびアンクル１４２が正確に回動するために機械式時計の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０…Ｓｉ基板 １１…フォトレジスト １２…ＳｉＯ2膜 １３…金属層 ４５…フォトマスク １２４…二番車（番車） １２６…三番車（番車） １２６ｆ…三番かな（軸部材） １２６ｇ…三番歯車（機械部品） １２６ｋ…貫通孔 １２６ｒ…はんだ層 １２６ｓ…金属部 １２８…四番車（番車） １３０…がんぎ車 １４２…アンクル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、機械部品組立体、機械部品組立体の製造方法および時計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、時計などの精密機械に用いられる歯車などの機械部品を軸部材に嵌合させて使用する方法が知られている。この方法では、歯車などの機械部品を回動させる際、軸部材との嵌合部ですべらないよう、両者をしっかりと固定する必要がある。そのため、しめしろを設けて圧入し、はんだで接合する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、時計などの精密機械に用いられる歯車は外形が小さく、厚みも薄いため、歯車に軸部材を嵌合させる際の応力が大きい。
【０００３】
さらに、近年では時計などの精密機器用の機械部品には、シリコン（Ｓｉ）など、半導体加工技術で精度よく加工できる材料が用いられるようになってきた。しかし、脆性材料であるＳｉ製の歯車に軸部材を嵌合させた場合、歯車が破損してしまうことがある。このような課題を受け、Ｓｉ製歯車の強度を増す方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３６２２号公報
【特許文献２】特開２００９−７９２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載されている機械部品では、はんだで接合されているので歯車を回動させてもすべることはないが、しめしろを設けて軸部材を圧入して嵌合させるので、シリコンなどの脆性材料で形成された歯車が変形・破損するおそれがあった。また、特許文献２に記載されている機械部品では、強度は増しているが、軸部材と嵌合させて使用する際にすべらないようにするため、十分にしめしろを設けて圧入する必要があり、脆性材料で構成されている歯車が破損する可能性が高かった。
【０００６】
そこで、本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、脆性材料で構成されている機械部品に軸部材を嵌合させる際に破損せず、かつ回動させる際に機械部品と軸部材がすべらない機械部品組立体および時計を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明に係る機械部品組立体は、Ｓｉを主成分として構成され、軸部材を嵌合可能な貫通孔を有する機械部品と、金属材料を主成分として構成された軸部材と、を嵌合させた機械部品組立体において、貫通孔の内周面のみが金属層で覆われており、金属層と軸部材とをはんだ接合し、機械部品と軸部材が固定されていることを特徴としている。
このように構成することで、機械部品と軸部材を確実に接合することができる。
【０００８】
また、機械部品の貫通孔の内径の最小許容寸法が、軸部材の外径の最大許容寸法よりも小さく、かつ機械部品の貫通孔の内径の最大許容寸法が、軸部材の外径の最小許容寸法よりも大きいことを特徴としている。
このように構成することで、機械部品に軸部材を嵌合する際に、機械部品に応力が発生しないか、発生しても非常に小さい。そのため、機械部品が破損するのを防ぐことができる。また、機械部品と軸部材との位置決め精度に優れている。
【０００９】
また、金属層が貫通孔の深さよりも小さい範囲に形成されている機械部品と、軸部材と、を嵌合させた機械部品組立体において、貫通孔の軸方向少なくとも一端部に隙間があることを特徴としている。
このように構成することで、はんだをつけすぎてもはんだが隙間に溜まるので、はんだが機械部品組立体の表面にもれず、外観を損ねることがない。
【００１０】
また、軸部材において、機械部品との嵌合部に金属層が形成されていることを特徴としている。
このように構成することで、軸部材の嵌合部にはんだがつきやすくなり、機械部品と軸部材との接合強度が増す。
【００１１】
また、軸部材において、機械部品との嵌合部の外周にわたって少なくとも一つの溝が形成されていることを特徴としている。
このように構成することで、軸部材の嵌合部にはんだがいきわたりやすくなるので、機械部品と軸部材との接合強度が増す。
【００１２】
また、金属層が、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、コバルト（Ｃｏ）のいずれか、あるいはそれらの金属のうち少なくとも一つの元素を含んだ合金で構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、よりはんだがつきやすくなり、機械部品と軸部材との接合強度が増す。
【００１３】
また、機械部品組立体が軸部材を中心に回動可能に構成されていることを特徴としている。
このように構成することで、機械部品組立体を回動運動させる際に、機械部品と軸部材のすべりを抑制することができる。
【００１４】
また、機械部品が歯車であることを特徴としている。
このように構成することで、歯車を回動運動させる際に、歯車と軸部材とのすべりを抑制することができる。
【００１５】
また、本発明に係る機械部品組立体の製造方法は、軸部材を嵌合可能な貫通孔を有する機械部品と、軸部材とを嵌合させた機械部品組立体の製造方法であって、Ｓｉ基板の上層における機械部品の形成領域に二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜を形成する工程と、ＳｉＯ2膜を用いて上層を下層まで異方性エッチングするエッチング工程と、エッチングされたＳｉ基板の表面を金属層で覆う工程と、金属層の表面にレジストを塗布する工程と、貫通孔の内部を残してレジストを除去する工程と、貫通孔の内周面を残して金属層を除去する工程と、貫通孔に軸部材を嵌合する工程と、金属層と軸部材とをはんだ接合する工程と、を有していることを特徴としている。
このように半導体プロセスを利用して機械部品を製造することにより、精密機械加工を用いることなく低コストではんだ接合のための金属層を形成することができる。また、機械部品を精度よく製造することができる。そして、軸部材を嵌合し、はんだ接合することにより、機械部品と軸部材との接合が強固な機械部品組立体を製造することができる。
【００１６】
また、レジストを除去する工程で、Ｓｉ基板を軸部材の嵌合方向を軸に回転させながらレジストに斜め方向から露光光を照射することを特徴としている。
このように機械部品を製造することにより、機械部品の貫通孔と軸部材との間の、機械部品の貫通孔の軸方向少なくとも一端部に、隙間が形成された機械部品組立体を製造することができる。したがって、前記隙間にはんだが溜まるので、はんだが機械部品組立体の表面に出て外観を損ねることがない。
【００１７】
また、本発明に係る時計は、上述した機械部品組立体が時計の組立部品に用いられていることを特徴としている。
また、組立部品が、番車、がんぎ車およびアンクルの少なくともいずれか一つであることを特徴としている。
このように構成することで、機械部品と軸部材を嵌合する際の応力をなくすことができるので、時計の組立部品に変形が生じるのを抑制することができる。したがって、番車、がんぎ車、およびアンクルが正確に回動するために時計の精度を向上させることができる。また、機械部品と軸部材ははんだ接合で固定されているため、すべりが起こらず、番車、がんぎ車、およびアンクルは確実に回動運動することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る機械部品組立体によれば、機械部品と軸部材を嵌合すると、機械部品の貫通孔の内径と軸部材の嵌合部の外径が損傷しないで分解・組立できるはめあい公差のため、応力が発生しないか、発生したとしても非常に小さい。すなわち、機械部品が破損するのを防ぐことができる。さらに、高精度の位置決めが可能なはめあい公差を有しているため、機械部品と軸部材を精度よく組むことができる。そして、機械部品と軸部材とをはんだ接合によって固定しているため、機械部品組立体が回動運動する際に、機械部品と軸部材とがすべるのを抑制することができる。したがって、本発明の機械部品を用いた時計は、精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態における機械式時計のムーブメント表側の平面図である（一部の部品を省略し、受部材は仮想線で示している）。
【図２】本発明の実施形態における香箱からがんぎ車の部分を示す概略部分断面図である。
【図３】本発明の実施形態におけるがんぎ車からてんぷの部分を示す概略部分断面図である。
【図４】本発明の実施形態における三番車を示す上面図である。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図６】図５の三番歯車と三番かなを嵌合する前の断面図である。
【図７】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１）である。
【図８】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（２）である。
【図９】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（３）である。
【図１０】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（４）である。
【図１１】図１０の状態を示す平面図である。
【図１２】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（５）である。
【図１３】図１２の状態を示す平面図である。
【図１４】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（６）である。
【図１５】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（７）である。
【図１６】図１５の状態を示す平面図である。
【図１７】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（８）である。
【図１８】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（９）である。
【図１９】図１８の状態を示す平面図である。
【図２０】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１０）である。
【図２１】図２０の状態を示す平面図である。
【図２２】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１１）である。
【図２３】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１２）である。
【図２４】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１３）である。
【図２５】図２４の状態を示す平面図である。
【図２６】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１４）である。
【図２７】図２６の状態を示す平面図である。
【図２８】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１５）である。
【図２９】図２８の状態を示す平面図である。
【図３０】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１６）である。
【図３１】本発明の第一実施形態における三番車の製造方法に用いるフォトマスクを示す平面図である。
【図３２】本発明の第二実施形態における三番車の断面図である。
【図３３】図３２の三番歯車と三番かなを嵌合する前の断面図である。
【図３４】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（１）である。
【図３５】図３４の露光方法を示す説明図である。
【図３６】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（２）である。
【図３７】図３６の状態を示す平面図である。
【図３８】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（３）である。
【図３９】図３８の状態を示す平面図である。
【図４０】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（４）である。
【図４１】図４０の状態を示す平面図である。
【図４２】本発明の第二実施形態における三番車の製造方法を示す説明図（５）である。
【図４３】本発明の別の実施形態における三番かなの断面図である。
【図４４】本発明の別の実施形態における三番かなの断面図である。
【図４５】本発明の別の実施形態における三番かなの断面図である。
【図４６】本発明の別の実施形態における三番かなの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施形態）
次に、本発明に係る機械部品組立体の第一実施形態を図１〜図２９に基づいて説明する。なお、本実施形態では、機械部品組立体として機械式時計に用いられる番車（歯車とかな）の場合について説明する。
【００２１】
（機械式時計）
図１〜図３に示すように、機械式時計のムーブメント１００は、ムーブメント１００の基板を構成する地板１０２を有している。地板１０２の巻真案内穴１０２ａには、巻真１１０が回転可能に組み込まれている。文字板１０４（図２参照）はムーブメント１００に取り付けられる。一般に、地板１０２の両側のうち、文字板１０４が配される側をムーブメント１００の裏側と称し、文字板１０４が配される側の反対側をムーブメント１００の表側と称する。ムーブメント１００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１００の裏側に組み込まれる輪列を裏輪列と称する。
【００２２】
おしどり１９０、かんぬき１９２、かんぬきばね１９４、裏押さえ１９６を含む切換装置により、巻真１１０の軸線方向の位置が決められている。きち車１１２は巻真１１０の案内軸部に回転可能に設けられている。巻真１１０が、回転軸線方向に沿ってムーブメント１００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１１０を回転させると、つづみ車の回転を介してきち車１１２が回転する。丸穴車１１４は、きち車１１２の回転により回転する。また、角穴車１１６は、丸穴車１１４の回転により回転する。角穴車１１６が回転することにより、香箱車１２０に収容されたぜんまい１２２（図２参照）を巻き上げる。
【００２３】
二番車１２４は、香箱車１２０の回転により回転する。がんぎ車１３０は、四番車１２８、三番車１２６、二番車１２４の回転を介して回転する。香箱車１２０、二番車１２４、三番車１２６、四番車１２８は表輪列を構成する。
【００２４】
表輪列の回転を制御するための脱進・調速装置は、てんぷ１４０と、がんぎ車１３０と、アンクル１４２とを含む。てんぷ１４０は、てん真１４０ａと、ひげぜんまい１４０ｃとを含む。二番車１２４の回転に基づいて、筒かな１５０が同時に回転する。筒かな１５０に取り付けられた分針１５２が「分」を表示する。筒かな１５０には、二番車１２４に対するスリップ機構が設けられている。筒かな１５０の回転に基づいて、日の裏車の回転を介して、筒車１５４が回転する。筒車１５４に取り付けられた時針１５６が「時」を表示する。
【００２５】
ひげぜんまい１４０ｃは、複数の巻き数をもったうずまき状（螺旋状）の形態の薄板ばねである。ひげぜんまい１４０ｃの内端部は、てん真１４０ａに固定されたひげ玉１４０ｄに固定され、ひげぜんまい１４０ｃの外端部は、てんぷ受１６６に固定されたひげ持受１７０に取り付けたひげ持１７０ａを介してねじ締めにより固定されている。緩急針１６８は、てんぷ受１６６に回転可能に取り付けられている。また、てんぷ１４０は、地板１０２およびてんぷ受１６６に対して回転可能に支持されている。
【００２６】
香箱車１２０は、香箱歯車１２０ｄと、香箱真１２０ｆと、ぜんまい１２２とを備えている。香箱真１２０ｆは、上軸部１２０ａと、下軸部１２０ｂとを含む。
【００２７】
二番車１２４は、上軸部１２４ａと、下軸部１２４ｂと、かな部１２４ｃと、歯車部１２４ｄと、そろばん玉部１２４ｈとを含む。二番車１２４のかな部１２４ｃは香箱歯車１２０ｄと噛み合うように構成されている。
【００２８】
三番車１２６は、上軸部１２６ａと、下軸部１２６ｂと、かな部１２６ｃと、歯車部１２６ｄとを含む。三番車１２６のかな部１２６ｃは歯車部１２４ｄと噛み合うように構成されている。
【００２９】
四番車１２８は、上軸部１２８ａと、下軸部１２８ｂと、かな部１２８ｃと、歯車部１２８ｄとを含む。四番車１２８のかな部１２８ｃは歯車部１２６ｄと噛み合うように構成されている。
【００３０】
がんぎ車１３０は、上軸部１３０ａと、下軸部１３０ｂと、かな部１３０ｃと、歯車部１３０ｄとを含む。がんぎ車１３０のかな部１３０ｃは歯車部１２８ｄと噛み合うように構成されている。アンクル１４２は、アンクル体１４２ｄと、アンクル真１４２ｆとを備えている。アンクル真１４２ｆは、上軸部１４２ａと、下軸部１４２ｂとを含む。
【００３１】
香箱車１２０は、地板１０２および香箱受１６０に対して回転可能に支持されている。すなわち、香箱真１２０ｆの上軸部１２０ａは、香箱受１６０に対して回転可能に支持される。香箱真１２０ｆの下軸部１２０ｂは、地板１０２に対して、回転可能に支持される。二番車１２４、三番車１２６、四番車１２８、がんぎ車１３０は、地板１０２および輪列受１６２に対して回転可能に支持されている。すなわち、二番車１２４の上軸部１２４ａ、三番車１２６の上軸部１２６ａ、四番車１２８の上軸部１２８ａ、がんぎ車１３０の上軸部１３０ａは、輪列受１６２に対して回転可能に支持される。また、二番車１２４の下軸部１２４ｂ、三番車１２６の下軸部１２６ｂ、四番車１２８の下軸部１２８ｂ、がんぎ車１３０の下軸部１３０ｂは、地板１０２に対して、回転可能に支持される。
【００３２】
アンクル１４２は、地板１０２およびアンクル受１６４に対して回転可能に支持されている。すなわち、アンクル１４２の上軸部１４２ａは、アンクル受１６４に対して回転可能に支持される。アンクル１４２の下軸部１４２ｂは、地板１０２に対して、回転可能に支持される。
【００３３】
香箱真１２０ｆの上軸部１２０ａを回転可能に支持する香箱受１６０の軸受部と、二番車１２４の上軸部１２４ａを回転可能に支持する輪列受１６２の軸受部と、三番車１２６の上軸部１２６ａを回転可能に支持する輪列受１６２の軸受部と、四番車１２８の上軸部１２８ａを回転可能に支持する輪列受１６２の軸受部と、がんぎ車１３０の上軸部１３０ａを回転可能に支持する輪列受１６２の軸受部と、アンクル１４２の上軸部１４２ａを回転可能に支持するアンクル受１６４の軸受部には、潤滑油が注油される。また、香箱真１２０ｆの下軸部１２０ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、二番車１２４の下軸部１２４ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、三番車１２６の下軸部１２６ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、四番車１２８の下軸部１２８ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、がんぎ車１３０の下軸部１３０ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部と、アンクル１４２の下軸部１４２ｂを回転可能に支持する地板１０２の軸受部には、潤滑油が注油される。この潤滑油は、精密機械用油であるのが好ましく、いわゆる時計油であるのが特に好ましい。
【００３４】
地板１０２のそれぞれの軸受部、香箱受１６０の軸受部、輪列受１６２のそれぞれの軸受部には、潤滑油の保持性能を高めるために、円錐状、円筒状、または円錐台状の油溜め部を設けるのが好ましい。油溜め部を設けると、潤滑油の表面張力により油が拡散するのを効果的に阻止することができる。地板１０２、香箱受１６０、輪列受１６２、アンクル受１６４は、黄銅などの金属で形成してもよいし、ポリカーボネートなどの樹脂で形成してもよい。
【００３５】
（番車の構造）
次に、本実施形態の番車の構造について説明する。なお、番車の構造は略同一であるため、三番車１２６を用いて説明する。
【００３６】
図４〜図６に示すように、三番車１２６は、三番かな１２６ｆと、三番歯車１２６ｇとを備えている。三番車１２６ｇの厚さＴ０は、例えば、１０μｍ以上１０ｍｍ以下である。三番かな１２６ｆは、上軸部１２６ａと、下軸部１２６ｂと、嵌合部１２６ｑと、かな部１２６ｃとを備えている。三番かな１２６ｆは、軸部とかな部１２６ｃを一体成型してもよいし、別々に形成し、軸部をかな部１２６ｃに嵌合させてもよい。三番歯車１２６ｇは、Ｓｉ部１２６ｐと、金属部１２６ｓと、はんだ層１２６ｒとを備えている。Ｓｉ部１２６ｐは、中心支持部１２６ｈと、あみだ部１２６ｊ（本実施形態では、５本）と、歯車部１２６ｄとを備えている。三番かな１２６ｆは、炭素鋼などの金属で形成されている。三番歯車１２６ｇは、金属部１２６ｓはＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの金属や、あるいはそれらの金属のうち少なくとも一つの元素を含んだ合金で形成され、Ｓｉ部１２６ｐはＳｉで形成され、はんだ層１２６ｒは、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−ビスマス（Ｂｉ）、Ｓｎ−鉛（Ｐｂ）などのはんだで形成されている。なお、金属部１２６ｓがはんだ層１２６ｒと同一の材料で形成されていてもよい。そして、三番車１２６は、三番歯車１２６ｇの中心に形成された貫通孔１２６ｋに三番かな１２６ｆを挿通し、はんだ層１２６ｒで固定されている。ここで、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐの中心支持部１２６ｈには、直径Ｄ２の貫通孔１２６ｌが形成されている。三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓは、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｌの内周面に形成されている。さらに、三番歯車１２６ｇのはんだ層１２６ｒは、金属部１２６ｓの表面に形成されている。そして、三番歯車１２６ｇのはんだ層１２６ｒの内周面が、直径Ｄ１の三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋを形成している。このはんだ層１２６ｒが直径Ｄ３の三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑに当接され、はんだ接合によって固定されている。金属部１２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋの直径Ｄ１と、三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑの直径Ｄ３は、高精度の位置決めが可能なはめあい公差を有している。そして、三番歯車１２６ｇと三番かな１２６ｆは、損傷しないで分解・組立てできるが、回動させる際には、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋと三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑとを固定させ、すべりを防止する必要がある。このようなはめあい公差は、例えば、三番歯車１２６ｇの厚さＴ０が３ｍｍ以下のとき、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋの直径Ｄ１の公差が０μｍ〜＋６μｍで、三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑの直径Ｄ３の公差が−２μｍ〜＋２μｍの組合せか、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋの直径Ｄ１の公差が０μｍ〜＋１０μｍで、三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑの直径Ｄ３の公差が０μｍ〜＋６μｍの組合せである。また、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐの貫通孔１２６ｌの直径Ｄ２は、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋの直径Ｄ１よりも金属部１２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１の２倍だけ大きい。
【００３７】
（番車の製造方法）
次に、本実施形態の番車の製造方法について説明する。なお、番車の構造は略同一であるため、三番車１２６を用いて説明する。図７〜図２９は三番車１２６の製造方法を説明する図である。
【００３８】
図７は、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐを形成するためのＳｉ基板１０である。Ｓｉ基板１０の厚さは、製造する三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐの厚さＴ０とする。
【００３９】
図８は、ＳｉＯ2膜１２を形成した図である。Ｓｉ基板１０の上に、二酸化ケイ素（ＳｉＯ2）膜１２を形成する。ＳｉＯ2膜１２は、スパッタやＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）などの方法を用いて製造することができる。ＳｉＯ2膜１２の厚さは１０nm以上１０μm以下で形成する。
【００４０】
図９は、フォトレジスト１１を塗布した図である。ＳｉＯ2膜１２上にフォトレジスト１１を堆積する。フォトレジスト１１はネガ型でもポジ型でもよい。フォトレジスト１１の厚さは１μm以上１mm以下で形成する。
【００４１】
図１０は、フォトレジスト１１を露光・現像した図である。三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐに相当するパターンが形成されたフォトマスク（図２９）を用いて、フォトレジスト１１に紫外線やＸ線等の露光光を照射し、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐに当たる部分のフォトレジスト１１を硬化させる。そして、未硬化のフォトレジスト１１部分を除去し、ＳｉＯ2膜１２のエッチングパターンが完成する。図１１は、図１０の平面図である。
【００４２】
図１２は、ＳｉＯ2膜１２をエッチングした図である。フォトレジスト１１の部分を残して、露出しているＳｉＯ2膜１２をエッチングする。エッチングはドライエッチングでもウエットエッチングでもよい。例えば、ドライエッチングの場合は、エッチングガスに三フッ化メタン（ＣＨＦ3）などを用い、ウエットエッチングの場合は、エッチング液にフッ酸（ＨＦ）などを用いる。図１３は図１２の平面図である。
【００４３】
図１４は、フォトレジスト１１を除去した図である。エッチングによってフォトレジスト１１を除去する。この工程は、後の工程に差し支えなければ省略してもよい。
【００４４】
図１５は、Ｓｉ基板をエッチングした図である。ＳｉＯ2膜１２の部分を残して、Ｓｉ基板１０を底面側まで垂直な方向に異方性エッチングする。Ｓｉ基板１０の異方性エッチングは、ＤＲＩＥ（Ｄｅｅｐ Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）などのドライエッチング加工で行う。エッチングガスには、例えば六フッ化硫黄（ＳＦ6）などを用いる。図１６は図１５の平面図である。
【００４５】
図１７は、ＳｉＯ2膜１２を除去した図である。エッチングによってＳｉＯ2膜１２を除去し、三番歯車１２６ｇのＳｉ部１２６ｐが完成する。エッチングはドライエッチングでもウエットエッチングでもよい。例えば、ドライエッチングの場合は、エッチングガスにＣＨＦ3などを用い、ウエットエッチングの場合は、エッチング液にＨＦなどを用いる。この工程は、後の工程に差し支えなければ省略してもよい。
【００４６】
図１８は、金属層１３を形成した図である。Ｓｉ基板１０の表面に金属層１３を形成する。金属層１３は、蒸着、スパッタ、めっき等の方法を用いて製造することができる。金属層１３は、Ｓｉ基板１０の内周面１０ｋに形成されている。なお、図１８では金属層１３はＳｉ基板１０の外周面１０ｊと底面１０ｈにも形成されているが、外周面１０ｊと底面１０ｈには形成しなくてもよい。金属層１３を形成する材料は、この後のはんだ工程ではんだのつきやすい、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの金属や、Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｏ−Ａｕなどの合金である。金属層１３の厚さは三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１以下になるように形成する。図１９は、図１８の平面図である。
【００４７】
図２０は、はんだ層１８を形成した図である。金属層１３の表面に、さらにはんだ層１８を形成する。はんだ層１８は、めっき等の方法を用いて製造することができる。はんだ層１８は、Ｓｉ基板１０の内周面１０ｋに形成された金属層１３ｓの表面にも形成されている。はんだ層１８を形成する材料は、Ｓｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂなどである。はんだ層１８の厚さは、はんだ層１８と金属層１３を併せた厚さが、三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１になるように形成する。図２１は、図２０の平面図である。
【００４８】
図２２は、フォトレジスト２５を塗布した図である。Ｓｉ基板１０の、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋにあたる部分、つまり図２２でははんだ層１８ｓに囲まれた部分をネガ型のフォトレジスト２５で埋める。
【００４９】
図２３はフォトレジスト２５を露光・現像した図である。フォトレジスト２５にＳｉ基板１０の底面１０ｈの側から紫外線やＸ線等の露光光を照射し、はんだ層１８ｓに囲まれた部分のフォトレジスト２５を硬化させる。そして、未硬化のフォトレジスト２５部分を除去し、はんだ層１８ｓに囲まれた部分のみフォトレジスト２５を残す。なお、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋに相当するパターンが形成されたフォトマスク（不図示）を用いて露光する場合は、フォトレジスト２５にポジ型を使用してもよい。
【００５０】
図２４ははんだ層１８をエッチングした図である。Ｓｉ基板１０の内周に形成されたはんだ層１８ｓを残してはんだ層１８をエッチングする。このとき残ったはんだ層１８ｓが、三番歯車１２６ｇのはんだ層１２６ｒにあたる。エッチングは、ウエットプロセスの方が簡便である。エッチング液には、例えば王水を用いる。このとき、金属層１３を形成する材料がＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの場合、金属層１３もＳｉ基板の内周面１０ｋに形成された金属層１３ｓを残して同時にエッチングすることができる。図２５は、図２４の平面図である。
【００５１】
図２６は、金属層１３をエッチングした図である。Ｓｉ基板１０の内周面１０ｋに形成された金属層１３ｓを残して金属層１３をエッチングする。エッチングは、ウエットプロセスの方が簡便である。例えば、金属層１３を形成する材料がＡｕの場合、エッチング液にはヨウ素とヨウ化カリウムの溶液などを用いる。このとき残った金属層１３ｓが、三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓにあたる。図２７は、図２６の平面図である。
【００５２】
図２８は、フォトレジスト２５を除去した図である。フォトレジスト２５をエッチングあるいは物理的な力等によって除去し、三番歯車１２６ｇが完成する。図２９は図２８の平面図である。
【００５３】
図３０は、三番歯車１２６ｇに三番かな１２６ｆを嵌合した図である。三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋに三番かな１２６ｆを嵌合する。そして、この状態ではんだ層１８ｓを形成するはんだ材料の融点まで加熱すると、はんだ層１８ｓが溶融し、三番歯車１２６ｇの内周面１２６ｋと三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑにおいて、三番歯車１２６ｇと三番かな１２６ｆが接合され、三番車１２６が完成する。
【００５４】
このようにして製造された三番車１２６は、はんだ層１２６ｒによって三番歯車１２６ｇと三番かな１２６ｆを接合している。このように構成することで、三番車１２６を回動させる際に、三番歯車１２６ｇと三番かな１２６ｆがすべるのを抑制することができる。
【００５５】
また、三番車１２６は、三番歯車１２６ｇの貫通孔１２６ｋと三番かな１２６ｆの嵌合部１２６ｑのはめあいが中間ばめのため、貫通孔１２６ｋに三番かな１２６ｆを嵌合する際に、三番歯車１２６ｇに応力が発生しないか、応力が発生したとしても非常に小さい。そのため、三番歯車１２６ｇが破損するのを防ぐことができる。さらに、三番歯車１２６ｇの金属部１２６ｓを軟らかい金属（例えばＡｕ）にすれば、応力が発生した場合でも、軟らかい金属部１２６ｓが応力を緩和する。そのため、三番歯車１２６ｇに破損が生じるのを防ぐことができる。したがって、三番車１２６の寸法精度が向上し、三番車１２６を用いた機械式時計の精度を向上させることができる。
【００５６】
（第二実施形態）
次に、本発明に係る機械部品の第二実施形態を図３２〜図４２に基づいて説明する。なお、本実施形態は、第一実施形態と歯車（三番歯車）の金属部の形状が異なるのみであり、その他の部分については第一実施形態と略同一であるため、同一箇所には同一符号を付して詳細な説明は省略する。また、本実施形態における三番車の符号を２２６とし、三番歯車の符号を２２６ｇ、三番かなの符号を２２６ｆとする。
【００５７】
図３２に示すように、三番車２２６は、三番かな２２６ｆと、三番歯車２２６ｇとを備えている。三番車２２６ｇの厚さＴ０は、例えば、１０μｍ以上１０ｍｍ以下である。三番かな２２６ｆは、上軸部２２６ａと、下軸部２２６ｂと、嵌合部２２６ｑと、かな部２２６ｃとを備えている。三番かな２２６ｆは、軸部とかな部２２６ｃを一体成型してもよいし、別々に形成し、軸部をかな部２２６ｃに嵌合させてもよい。三番歯車２２６ｇは、Ｓｉ部２２６ｐと、金属部２２６ｓと、はんだ層１２６ｒとを備えている。Ｓｉ部２２６ｐは、中心支持部２２６ｈと、あみだ部２２６ｊと、歯車部２２６ｄとを備えている。三番かな２２６ｆは、炭素鋼などの金属で形成されている。三番歯車２２６ｇは、金属部２２６ｓはＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの金属や、あるいはそれらの金属のうち少なくとも一つの元素を含んだ合金で形成され、Ｓｉ部２２６ｐはＳｉで形成され、はんだ層１２６ｒはＳｎ−Ｃｕ、Ｓｎ−Ａｇ、Ｓｎ−Ｂｉ、Ｓｎ−Ｐｂなどのはんだで形成されている。なお、金属部２２６ｓがはんだ層１２６ｒと同一の材料で形成されていてもよい。そして、三番車２２６は、三番歯車２２６ｇの中心に形成された貫通孔２２６ｋに三番かな２２６ｆを挿通し、はんだ層１２６ｒで固定されている。ここで、図３０に示すように、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの中心支持部２２６ｈには、直径Ｄ２の貫通孔２２６ｌが形成されている。三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓは、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの貫通孔２２６ｌの内周面に形成されている。ただし、金属部２２６ｓの幅Ｗ１は、三番歯車２２６ｇの厚みＴ０よりも小さい。さらに、三番歯車２２６ｇのはんだ層１２６ｒは、金属部２２６ｓの表面に形成されている。そして、三番歯車２２６ｇのはんだ層１２６ｒの内周面が、直径Ｄ１の三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋを形成している。このはんだ層１２６ｒが直径Ｄ３の三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑに当接され、はんだ接合によって固定されている。ただし、三番歯車２２６ｇの厚みＴ０は金属部２２６ｓの幅Ｗ１よりも大きいので、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの貫通孔２２６ｌの内周面の一部も、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの内周面を形成している。そのため、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの貫通孔２２６ｌの内周面が、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの内周面を形成している部分と、三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑとの間に、隙間２２６ｔが形成される。金属部２２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１は、例えば１μｍ以上１００μｍ以下である。三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの直径Ｄ１と、三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑの直径Ｄ３は、高精度の位置決めが可能なはめあい公差を有している。そして、三番歯車２２６ｇと三番かな２２６ｆは、損傷しないで分解・組立てできるが、回動させる際には、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋと三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑとを固定させ、すべりを防止する必要がある。このようなはめあい公差は、例えば、三番歯車２２６ｇの厚さＴ０が３ｍｍ以下のとき、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの直径Ｄ１の公差が０μｍ〜＋６μｍで、三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑの直径Ｄ３の公差が−２μｍ〜＋２μｍの組合せか、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの直径Ｄ１の公差が０μｍ〜＋１０μｍで、三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑの直径Ｄ３の公差が０μｍ〜＋６μｍの組合せである。また、三番歯車２２６ｇのＳｉ部２２６ｐの貫通孔２２６ｌの直径Ｄ２は、三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋの直径Ｄ１よりも金属部２２６ｓとはんだ層１２６ｒを併せた厚さＴ１の２倍だけ大きい。
【００５８】
（番車の製造方法）
次に、本実施形態の番車（三番車２２６）の製造方法について説明する。図３４〜図４２は三番車２２６の製造方法を説明する図である。なお、フォトレジスト２５を塗布する工程までは、第一実施形態と同様の工程なので、説明を省略する。
【００５９】
図３４はフォトレジスト２５を露光・現像した図である。ポジ型のフォトレジスト２５に紫外線やＸ線等の露光光を照射し、金属層１３の内周面に形成されたはんだ層１８ｓに囲まれた部分のフォトレジスト２５を硬化させる。そして、未硬化のフォトレジスト２５部分を除去し、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓの幅Ｗ１に相当する範囲にのみフォトレジスト２５を残す。
【００６０】
図３５は、露光方法を説明する図である。Ｓｉ基板１０を軸Ｂを基準に回転させながら、Ｓｉ基板１０に対して斜めに露光光４６を照射する。Ｓｉ基板１０と露光光４６の角度は、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓの幅Ｗ１に応じて決まる。図３２では、Ｓｉ基板１０の上下両側から露光光４６を照射しているが、隙間を片側にしか設けない場合は、隙間を設ける側からのみ露光光４６を照射すればよい。
【００６１】
図３６は、はんだ層１８をエッチングした図である。Ｓｉ基板１０の内周の形成された、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓの幅Ｗ１に相当する範囲のはんだ層１８ｓを残してはんだ層１８をエッチングする。このとき残ったはんだ層１８ｓが、三番歯車１２６ｇのはんだ層１２６ｒにあたる。エッチングは、ウエットプロセスの方が簡便である。エッチング液には、例えば王水を用いる。このとき、金属層１３を形成する材料がＡｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどの場合、金属層１３もＳｉ基板の内周面１０ｋに形成された金属層１３ｓを残して同時にエッチングすることができる。図３７は図３６の平面図である。
【００６２】
図３８は、金属層１３をエッチングした図である。Ｓｉ基板１０の内周面１０ｋに形成された、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓの幅Ｗ１に相当する範囲の金属層１３ｓを残して金属層１３をエッチングする。エッチングは、ウエットプロセスの方が簡便である。例えば、金属層１３を形成する材料がＡｕの場合、エッチング液にはヨウ素とヨウ化カリウムの溶液などを用いる。このとき残った金属層１３ｓが、三番歯車２２６ｇの金属部２２６ｓにあたる。図３９は、図３８の平面図である。
【００６３】
図４０は、フォトレジスト２５を除去した図である。フォトレジスト２５をエッチングあるいは物理的な力等によって除去し、三番歯車２２６ｇが完成する。図４１は図４０の平面図である。
【００６４】
図４２は、三番歯車２２６ｇに三番かな２２６ｆを嵌合した図である。三番歯車２２６ｇの貫通孔２２６ｋに三番かな２２６ｆを嵌合する。そして、この状態ではんだ層１８ｓを形成するはんだ材料の融点まで加熱すると、はんだ層１８ｓが溶融し、三番歯車２２６ｇの内周面２２６ｋと三番かな２２６ｆの嵌合部２２６ｑにおいて、三番歯車２２６ｇと三番かな２２６ｆが接合され、三番歯車２２６が完成する。
【００６５】
このようにして製造された三番車２２６は、隙間２２６ｔを有している。このように構成することで、第一実施形態と略同一の作用を得られることができるとともに、はんだ層２２６ｒを溶融してもはんだが隙間２２６ｔに溜まるので、三番車２２６の表面にはんだがもれず、外観を損ねることがない。
【００６６】
また、本実施形態では、歯車とかなが嵌合する歯車の貫通孔の内周面のみに金属部を形成した場合の説明をしたが、図４３に示すように、三番かな３２６ｆの嵌合部３２６ｑの周囲に渡って金属部３２６ｍを形成してもよい。金属部３２６ｍは、Ａｕ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｃｏなどはんだのつきやすい金属や、Ｎｉ−Ａｕ、Ｃｏ−Ａｕなどの合金で形成されている。このように構成することで、三番かなの嵌合部にはんだがつきやすくなり、三番歯車と三番かなとの接合強度が増すので、三番車を回動させる際にすべりを抑制することができる。さらに、金属部３２６ｍの表面にのみはんだがのるので、溶融したはんだが三番車の表面にもれず、外観を損ねることがない。
【００６７】
また、図４４に示すように、三番かな４２４ｆの嵌合部４２４ｑの外周に渡って樹脂４２６ｖを上下に形成してもよい。樹脂４２６ｖは、ポリイミド、シリコーンなど、はんだ層４２６ｒを形成するはんだの融点よりも高い融点を持つ樹脂で形成する。このように構成することで、溶融したはんだが上下の樹脂４２６ｖの間に留まるので、三番車の表面にもれず、外観を損ねることがない。
【００６８】
また、図４５に示すように、三番かな５２６ｆの嵌合部５２６ｑの周囲に渡って溝５２６ｎを複数形成してもよい（図４５では２個）。このように構成することで、溝５２６ｎにはんだが流れ込み、三番かなの嵌合部にはんだがつきやすくなるので、三番歯車と三番かなとの接合強度が増す。したがって、三番車を回動させる際にすべりを抑制することができる。
【００６９】
また、図４６に示すように、三番かな６２６ｆの嵌合部６２６ｑの周囲に渡って溝６２６ｎを複数形成し、さらに金属部６２６ｍを形成してもよい。このように構成することで、溝６２６ｎにはんだが流れ込み、三番かなの嵌合部にはんだがつきやすくなるので、三番歯車と三番かなとの接合強度が増す。したがって、三番車を回動させる際にすべりを抑制することができる。さらに、金属部６２６ｍがあるので三番かなの嵌合部にはんだがつきやすくなり、三番歯車と三番かな６２６ｆとの接合強度が増す。したがって、三番車を回動させる際にすべりを抑制することができる。さらに、金属部６２６ｍの表面にのみはんだがのるので、溶融したはんだが三番車の表面にもれず、外観を損ねることがない。
【００７０】
そして、上述した製造方法を用いて時計の組立部品である二番車１２４、四番車１２８、がんぎ車１３０およびアンクル１４２を製造することにより、機械式時計の組立部品の破損を防ぐことができる。また、組立部品のすべりを防ぐことができる。したがって、番車１２４，１２６，１２８、がんぎ車１３０およびアンクル１４２が正確に回動するために機械式時計の精度を向上させることができる。
【符号の説明】
【００７１】
１０…Ｓｉ基板 １１…フォトレジスト １２…ＳｉＯ2膜 １３…金属層 ４５…フォトマスク １２４…二番車（番車） １２６…三番車（番車） １２６ｆ…三番かな（軸部材） １２６ｇ…三番歯車（機械部品） １２６ｋ…貫通孔 １２６ｒ…はんだ層 １２６ｓ…金属部 １２８…四番車（番車） １３０…がんぎ車 １４２…アンクル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを主成分として構成され、軸部材を嵌合可能な貫通孔を有する機械部品と、金属材料を主成分として構成された軸部材と、を嵌合させた機械部品組立体において、前記貫通孔の内周面のみが金属層で覆われており、前記金属層と前記軸部材とをはんだ接合し、前記機械部品と前記軸部材とが固定されていることを特徴とする機械部品組立体。
【請求項２】
前記機械部品の貫通孔の内径の最小許容寸法が、前記軸部材の外径の最大許容寸法よりも小さく、かつ前記機械部品の貫通孔の内径の最大許容寸法が、前記軸部材の外径の最小許容寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の機械部品組立体。
【請求項３】
前記金属層が前記貫通孔の深さよりも小さい範囲に形成されている前記機械部品と、前記軸部材と、を嵌合させた機械部品組立体において、前記貫通孔の軸方向少なくとも一端部に隙間があることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項４】
前記軸部材において、前記機械部品との嵌合部に金属層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項５】
前記軸部材において、前記機械部品との嵌合部の外周にわたって少なくとも一つの溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項６】
前記金属層が、金、銅、ニッケル、スズ、銀、コバルトのいずれか、あるいはそれらの金属のうち少なくとも一つの元素を含んだ合金で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項７】
前記機械部品組立体が前記軸部材を中心に回動可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項８】
前記機械部品が歯車であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項９】
軸部材を嵌合可能な貫通孔を有する機械部品と、軸部材とを嵌合させた機械部品組立体の製造方法であって、シリコン基板の上層における前記機械部品の形成領域に二酸化ケイ素膜を形成する工程と、該二酸化ケイ素膜を用いて前記上層を下層まで異方性エッチングするエッチング工程と、エッチングされた前記シリコン基板の表面を金属層で覆う工程と、前記金属層の表面にレジストを塗布する工程と、前記貫通孔の内部を残して前記レジストを除去する工程と、前記貫通孔の内周面を残して前記金属層を除去する工程と、前記貫通孔に前記軸部材を嵌合する工程と、前記金属層と前記軸部材とをはんだ接合する工程と、を有していることを特徴とする機械部品組立体の製造方法。
【請求項１０】
前記レジストを除去する工程で、前記シリコン基板を前記軸部材の嵌合方向を軸に回転させながら前記レジストに斜め方向から露光光を照射することを特徴とする請求項９に記載の機械部品組立体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載の機械部品組立体が時計の組立部品に用いられていることを特徴とする時計。
【請求項１２】
前記組立部品が、番車、がんぎ車およびアンクルの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１１に記載の時計。
【請求項１】
シリコンを主成分として構成され、軸部材を嵌合可能な貫通孔を有する機械部品と、金属材料を主成分として構成された軸部材と、を嵌合させた機械部品組立体において、前記貫通孔の内周面のみが金属層で覆われており、前記金属層と前記軸部材とをはんだ接合し、前記機械部品と前記軸部材とが固定されていることを特徴とする機械部品組立体。
【請求項２】
前記機械部品の貫通孔の内径の最小許容寸法が、前記軸部材の外径の最大許容寸法よりも小さく、かつ前記機械部品の貫通孔の内径の最大許容寸法が、前記軸部材の外径の最小許容寸法よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の機械部品組立体。
【請求項３】
前記金属層が前記貫通孔の深さよりも小さい範囲に形成されている前記機械部品と、前記軸部材と、を嵌合させた機械部品組立体において、前記貫通孔の軸方向少なくとも一端部に隙間があることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項４】
前記軸部材において、前記機械部品との嵌合部に金属層が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項５】
前記軸部材において、前記機械部品との嵌合部の外周にわたって少なくとも一つの溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項６】
前記金属層が、金、銅、ニッケル、スズ、銀、コバルトのいずれか、あるいはそれらの金属のうち少なくとも一つの元素を含んだ合金で構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項７】
前記機械部品組立体が前記軸部材を中心に回動可能に構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項８】
前記機械部品が歯車であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の機械部品組立体。
【請求項９】
軸部材を嵌合可能な貫通孔を有する機械部品と、軸部材とを嵌合させた機械部品組立体の製造方法であって、シリコン基板の上層における前記機械部品の形成領域に二酸化ケイ素膜を形成する工程と、該二酸化ケイ素膜を用いて前記上層を下層まで異方性エッチングするエッチング工程と、エッチングされた前記シリコン基板の表面を金属層で覆う工程と、前記金属層の表面にレジストを塗布する工程と、前記貫通孔の内部を残して前記レジストを除去する工程と、前記貫通孔の内周面を残して前記金属層を除去する工程と、前記貫通孔に前記軸部材を嵌合する工程と、前記金属層と前記軸部材とをはんだ接合する工程と、を有していることを特徴とする機械部品組立体の製造方法。
【請求項１０】
前記レジストを除去する工程で、前記シリコン基板を前記軸部材の嵌合方向を軸に回転させながら前記レジストに斜め方向から露光光を照射することを特徴とする請求項９に記載の機械部品組立体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載の機械部品組立体が時計の組立部品に用いられていることを特徴とする時計。
【請求項１２】
前記組立部品が、番車、がんぎ車およびアンクルの少なくともいずれか一つであることを特徴とする請求項１１に記載の時計。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図３９】
【図４０】
【図４１】
【図４２】
【図４３】
【図４４】
【図４５】
【図４６】
【公開番号】特開２０１２−２１５１８３（Ｐ２０１２−２１５１８３Ａ）
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−７９１３８（Ｐ２０１１−７９１３８）
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月８日（２０１２．１１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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