特開 2025-97924 ガラスまたはサファイアの時計コンポーネントに開口を作る方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025097924

(43)【公開日】2025-07-01

(54)【発明の名称】ガラスまたはサファイアの時計コンポーネントに開口を作る方法

(51)【国際特許分類】

   C03B 33/04 20060101AFI20250624BHJP

   C03B 33/09 20060101ALI20250624BHJP

   C03C 15/00 20060101ALI20250624BHJP

   C03C 23/00 20060101ALI20250624BHJP

   B23K 26/53 20140101ALI20250624BHJP

   B23K 26/064 20140101ALI20250624BHJP

   G04B 39/00 20060101ALI20250624BHJP

   G04B 19/06 20060101ALI20250624BHJP

【ＦＩ】

C03B33/04

C03B33/09

C03C15/00 Z

C03C23/00 D

B23K26/53

B23K26/064 A

G04B39/00 F

G04B19/06 C

G04B19/06 G

【審査請求】有

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【外国語出願】

(21)【出願番号】P 2024206479

(22)【出願日】2024-11-27

(31)【優先権主張番号】23218276.6

(32)【優先日】2023-12-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】EP

(71)【出願人】

【識別番号】599040492

【氏名又は名称】ニヴァロックス－ファー ソシエテ アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100083806

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 秀和

(74)【代理人】

【識別番号】100111235

【弁理士】

【氏名又は名称】原 裕子

(74)【代理人】

【識別番号】100195257

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 一志

(72)【発明者】

【氏名】フェッティチャ、 クアリッド

(72)【発明者】

【氏名】バイラ、 ジュリアン

【テーマコード（参考）】

4E168

4G015

4G059

【Ｆターム（参考）】

4E168AE01

4E168DA02

4E168DA23

4E168DA46

4E168DA47

4E168EA13

4E168JA14

4G015FA06

4G015FA09

4G015FB01

4G015FC05

4G059AA01

4G059AA08

4G059AB11

4G059AC30

4G059BB04

4G059BB12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】ガラスまたはサファイアの時計コンポーネントに開口を製造する方法を提供する。
【解決手段】第１のステップ（１００）において、ガラスまたはサファイアのブランクが製造または供給され、第２のステップ（２００）において、開口の幾何学形状が画定されて前記開口がレーザーフィラメント形成法によって穴または輪郭の形態で切断され、第３のステップ（３００）において、前記開口を含む前記時計コンポーネントが、前記フィラメント形成法から得られたスクラップから、化学エッチングによって分離される、方法である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラスまたはサファイアの時計コンポーネントに開口を製造する方法であって、第１のステップ（１００）において、ガラスまたはサファイアのブランクが製造または供給され、第２のステップ（２００）において、開口の幾何学形状が画定されて前記開口がレーザーフィラメント形成法によって穴または輪郭の形態で切断され、第３のステップ（３００）において、前記開口を含む前記時計コンポーネントが、前記フィラメント形成法から得られたスクラップから、化学エッチングによって分離される、方法。

【請求項2】

前記第２のステップ（２００）において、前記レーザーフィラメント形成法が、円錐ベッセルレンズによってビームが集束されるピコ秒レーザーを使用して行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

１７０ｋＨｚから１０００ｋＨｚの周波数、および１５ｐｓ未満のパルス持続時間を有する赤外ピコ秒レーザーが使用されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記穿孔が、約１０６４ｎｍの波長によって前記ガラスに作られることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第２のステップ（２００）において、複数の穿孔が前記ガラスに作られ、前記穿孔は大きさが１μｍから１０μｍの間であり、前記穿孔が２μｍから２０μｍの間隔で離間されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記穿孔が前記ガラスに作られ、５μｍから７μｍの間隔で離間されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１のステップ（１００）の間、シリコンウェハの熱膨張係数と同様の熱膨張係数を、アルカリ、ヒ素またはアンチモンなしで有するアルミノホウケイ酸塩が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記第３のステップ（３００）の間、化学エッチングが、アルカリ溶液中で、８０℃から１２０℃の間の温度で、３時間から８時間の間行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記開口が、太陽電池を受容することが意図された時計コンポーネントに作られることと、
前記第３のステップ（３００）の後、第４のステップ（４００）において、光起電力腕時計の文字盤またはクリスタルを製造するべく太陽電池が前記コンポーネントの前記ガラスに堆積されることと
を特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

薄膜太陽電池である前記太陽電池が前記ガラスに直接堆積されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記太陽電池が前記ガラスに取り付けられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項12】

請求項１に記載の方法を使用して作られた少なくとも一つの開口を有するガラスまたはサファイア製の時計コンポーネントを含む腕時計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガラスまたはサファイアの時計コンポーネントに開口を作る方法に関する。

【0002】

本発明はさらに、この方法を使用して作られた少なくとも一つの開口を有するガラスまたはサファイアの時計コンポーネントを含む腕時計に関する。

【0003】

本発明は、ガラスまたはサファイアのような壊れやすい材料から作られた時計コンポーネントの製造に関する。

【背景技術】

【0004】

ガラスなどの時計コンポーネントの機械加工は非常にデリケートであり、穴開け作業中にまたは開口の作成時に、特に過大な切り屑の存在ゆえに、高いスクラップ率が観察される。

【発明の概要】

【0005】

本発明の目的は、ガラスなどで作られた時計コンポーネントを、割れたり欠けたりすることなく、穴あけまたは開口を作成する方法を開発することにある。

【0006】

この目的に向けて、本発明は、請求項１に記載の、ガラスまたはサファイアから作られた時計コンポーネントに開口を作る方法に関する。

【0007】

本発明はさらに、この方法を使用して作られた少なくとも一つの開口を有するガラスまたはサファイアの時計コンポーネントを含む腕時計に関する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

添付図面を参照して与えられる以下の詳細な説明を読むことで、本発明の目的、利点及び特徴が良好に理解される。

【0009】

【図1】本発明による方法のステップを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

ガラスまたはサファイアから作られた腕時計文字盤、特に太陽電池が統合された腕時計文字盤を製造する場合、削りくずまたはチップがなく、抜き勾配がなく、かつ衝撃試験条件を満たす、精密な輪郭を許容するガラスの穴あけ方法を開発する必要がある。

【0011】

このような穴あけ方法は、ガラスもしくはサファイア、任意の他の同様の材料（特にエナメル）から作られたクリスタルまたは文字盤に針を通すための穴を作るべくまたはアパチャ、インデックス穴もしくは任意の他の開口を作るべく、必要とされる。以下の説明では、「ガラス」という一般的な用語は、これらの材料のいずれかを指定するべく使用される。

【0012】

一定数の可能な方法が考えられる。

【0013】

第１の方法は、レーザーにより、すなわち材料の連続的なアブレーション（エッチング）により、ガラスを切断することからなる方法である。切断は、複数の経路における複数層のガラスの連続的なアブレーションによって行われる。これによれば、穴があくまでガラスが階段形状に切断されるようにレーザーの集束が必要とされる。したがって、この方法は、衝撃試験中に機械的応力が集中するレリーフをもたらすので、部品が弱くなる。

【0014】

第２の方法は、「ＳＡＣＥ」（スパーク支援化学エッチング）技法を使用した化学的機械加工によるガラスの切断である。この技法は、熱支援エッチングに基づく、非伝導材料（主にガラス）のためのマイクロマシニング技術である。一般に、スパーク支援化学エッチングの間、材料は最初の１００μｍに対しては１００μｍ／ｓまでの迅速な速度で深さ方向に除去され、その後、３００μｍを超える深さに対しては速度が落ちる。穴あけ対象のガラスがアルカリ溶液（ＮａＯＨまたはＫＯＨ）に浸漬される。５００℃から６００℃までの間で加熱されたツールがガラスに打ち込まれ、熱エネルギーによってツールまわりのガラスが化学エッチングされる。ツールを動かすことによって、ガラスは、ツールに課せられたパターンに従って穴あけおよび切断がされる。このアプローチによれば、ガラスを化学的にエッチングすることが許容され、衝撃試験には合格するが、特に時間がかかる。

【0015】

第３の方法は、レーザーのフィラメント形成および分離による切断に関与する。ガラスはまず、円錐レンズ（ベッセルレンズ）によって集束されたレーザービームで、フィラメント形成と称されるレーザー法を使用して打ち抜かれる。レーザーフィラメント形成は、強いレーザー場の存在下で媒質の屈折率変化を生じさせてビームの自己集束をもたらす光学カー効果ゆえに、回折を伴わない透明媒質におけるレーザービームの伝搬に関与する。このレジームは有利には、増幅されたフェムト秒レーザーによって放出された光パルスを伝搬させることによって得られる。ガラスは、直径数μｍ（特に２μｍから３μｍ）の小さな穴により端から端まで一定間隔（５μｍから１０μｍ）で穿孔される。ＣＯ２レーザーがその後、打ち抜かれた輪郭を経由して２度通過する。これにより、局所的に加熱され、熱衝撃によってフィラメント経路に沿ってガラスが分離される。この技法は非常に速いが、ガラス板からパーツを解放するための切断線が必要になる。したがって、ガラス板から小さな円盤を、当該円盤に切断経路を作らずに取り除くことは、不可能ではないにしても難しい。

【0016】

要約すると
・第１のレーザー切断方法によると、穴および輪郭を含む幾何学形状を、低い生産性で、および製造物の衝撃および曲げへの低い耐性で、得ることが可能である。
・「ＳＡＣＥ」タイプの化学的機械加工による第２の切削方法によると、穴および輪郭を含む幾何学形状を、非常に低い生産性で、および製造物の衝撃および曲げへの良好な耐性で、得ることが可能である。
・レーザーのフィラメント形成および分離による第３の切断方法によると、輪郭のみを含む幾何学形状を、高い生産性で、および製造物の衝撃および曲げへの優れた耐性で、得ることが可能である。

【0017】

よって、本発明は、上述した３つの方法の欠点を解消し、それらの利点を組み合わせた新規な方法を開発することを目的とする。新規な方法により、穴および輪郭を含む幾何学形状を、高い生産性で、および製造物の衝撃および曲げへの優れた耐性で、得ることが可能になる。

【0018】

すなわち、本発明の主題は、化学スパーク支援化学エッチング（ＳＡＣＥ）によって得られる幾何学形状を、レーザーフィラメント形成の生産性と組み合わせて達成することを許容する第４のアプローチである。フィラメント形成は、ガラス板に選択した幾何学形状を製造するために使用される。フィラメント経路がその後、アルカリ溶液（ＫＯＨまたはＮａＯＨ）におけるエッチングにより、選択的に切断される。

【0019】

本発明に係る、ガラスまたはサファイアの時計コンポーネントに開口を製造する方法は、ガラスまたはサファイアのブランクが製造または供給される第１のステップ１００を含む。第２のステップ２００では、開口の幾何学形状が画定され、開口は、特に円錐ベッセルレンズによってビームが集束されるピコ秒レーザーを使用するレーザーフィラメント形成法により、穴または輪郭の形態で切断される。第３のステップ３００では、開口を包含する時計コンポーネントは、フィラメント形成法から得られたスクラップから、化学エッチングによって分離される。

【0020】

本発明に係るフィラメント形成ステップは好ましくは、超短赤外パルスを有するフィラメント形成レーザー、特にピコ秒レーザーまたは赤外フェムト秒レーザー、を使用して行われる。

【0021】

本発明によれば、１７０ｋＨｚから１０００ｋＨｚの間の周波数、１５ｐｓ未満のパルス幅、および１０６４ｎｍ付近の波長を有するピコ秒レーザー、すなわちこの公称値の片側に１０％の最大偏差を有するピコ秒レーザーによって良好な結果が得られる。これらのパラメータは、サファイアクリスタルまたはガラスクリスタルの文字盤または腕時計裏蓋に開口を設けることに良好に適している。

【0022】

他の実験的な光学アプリケーションに対しては、１００から２００フェムト秒の間のパルス持続時間および０．５Ｈｚから１０Ｈｚの周波数を有するフェムト秒レーザーを使用することができる。例えば、１５０フェムト秒のパルス持続時間、８００ｎｍの波長、および１ｋＨｚの周波数を有するレーザー、または１２０フェムト秒のパルス持続時間、８００ｎｍの波長、および１ｋＨｚの周波数を有するレーザーパルスを、チタン・サファイア増幅により発生させるレーザーなどを使用することができる。しかしながら、腕時計製造アプリケーションに十分かつ良好に適した作業時間が、ピコ秒レーザーを使用して達成されるよりもはるかに長くなることは言うまでもない。

【0023】

第２のステップ２００では、複数の穿孔がガラスに形成される。これらの穿孔は大きさが、数マイクロメートル、特に１マイクロメートルから１０マイクロメートルの間であり、数マイクロメートルの間隔で、特に２マイクロメートルから２０マイクロメートルの間隔で、詳細には５μｍから７μｍの間隔で離間される。

【0024】

有利には、使用されるガラスはアルミノホウケイ酸塩であり、例えば、熱膨張係数が低く、シリコンウェハの熱膨張係数に類似し、高い熱安定性、高い光学的品質、優れた誘電特性、および非常に低い粗さを、アルカリ、ヒ素またはアンチモンなしで有するガラスである。

【0025】

化学エッチングは、１００℃から１２０℃の間の温度で、水酸化カリウム（カリ）または水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）いずれかのアルカリ溶液において行われる。複数の板を並列して処理できるので、数時間（特に３時間から８時間）との長いエッチング時間にもかかわらず、高い生産性が得られる。

【0026】

こうして製造された切断エッジには、２０μｍ未満のチップがほとんど存在しない。この結果が、非常に高い衝撃強度特性が得られる要因となっている。

【0027】

本発明はさらに、この方法に係るガラスまたはサファイア製の時計コンポーネントに関する、

【0028】

詳しくは、太陽電池が堆積された時計コンポーネント、例えば、中心穴またはアパチャを有する文字盤、に関する。

【0029】

詳しくは、開口が、太陽電池を受容することが意図された時計コンポーネントに作られる。第３のステップ３００の後、第４のステップ４００で、太陽電池が、光起電力腕時計の文字盤またはクリスタルを製造するために、当該コンポーネントのガラスに堆積される。

【0030】

上記方法を使用して中心穴またはアパチャのような開口がひとたび作られると、光起電力腕時計の文字盤を作るべく太陽電池をガラスに堆積することが容易となる。太陽電池は、薄膜太陽電池の場合、非晶質シリコン、ペロブスカイト（ペロブスカイト太陽電池とは、活性層が一般式ＡＢＸ３のペロブスカイト構造を有する材料からなる種類の太陽電池である。ここで、Ａは典型的にメチルアンモニウムＣＨ３ＮＨ３＋（ＭＡ）、ホルムアミジニウムＣＨ（ＮＨ２）２＋、またはセシウムＣｓ＋のカチオンであり、ＢはスズＳｎ２＋または鉛Ｐｂ２＋のカチオンであり、Ｘは塩化物Ｃｌ－、臭化物Ｂｒ－、またはヨウ化物Ｉ－１，２のようなハロゲン化物アニオンである）、ＣＩＧＳ（銅、インジウム、ガリウム、セレンまたは硫黄）、カドミウムテルル化合物などを実装する技術を使用する当業者周知の方法を用いてガラスに直接堆積され、またはガラスに追加される。

【0031】

本発明はさらに、この方法を使用して作られた少なくとも一つの開口を有するガラスまたはサファイアの時計コンポーネント、特にクリスタル、文字盤または裏蓋、を含む腕時計に関する。

【0032】

本発明に係る方法は、高い生産性と、驚くべきことに、現在使用されているＳＡＣＥ化学機械加工すなわちスパークアシストケミカルエッチングの技法、あるいはアブレーションによるレーザー切断によって得られるよりも著しく高い部品機械的強度とを得ることを可能にする。

【0033】

まとめると、本発明は、考えられるすべてのガラス部品のデザイン、穴および輪郭を製造することを可能にし、高い生産性を提供する。さらに、機械的曲げ試験に対する部品の耐性が、上述した他の技術、特にＳＡＣＥ化学機械加工よりも驚くほど著しく優れており、破損前に加えられる力は約４倍大きい。

【0034】

腕時計のクリスタルおよび文字盤への本発明の適用が特に適切である。

【図1】

【手続補正書】

【提出日】2025-03-10

【手続補正1】

【補正対象書類名】特許請求の範囲

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正の内容】

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガラスまたはサファイアの時計コンポーネントに開口を製造する方法であって、第１のステップ（１００）において、ガラスまたはサファイアのブランクが製造または供給され、第２のステップ（２００）において、開口の幾何学形状が画定されて前記開口がレーザーフィラメント形成法によって穴または輪郭の形態で切断され、第３のステップ（３００）において、前記開口を含む前記時計コンポーネントが、前記レーザーフィラメント形成法から得られたスクラップから、化学エッチングによって分離される、方法。

【請求項2】

前記第２のステップ（２００）において、前記レーザーフィラメント形成法が、円錐ベッセルレンズによってビームが集束されるピコ秒レーザーを使用して行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

１７０ｋＨｚから１０００ｋＨｚの周波数、および１５ｐｓ未満のパルス持続時間を有する赤外ピコ秒レーザーが使用されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。

【請求項4】

前記穴または輪郭が、約１０６４ｎｍの波長によって前記ブランクに作られることを特徴とする、請求項３に記載の方法。

【請求項5】

前記第２のステップ（２００）において、複数の穿孔が前記ブランクに作られ、前記複数の穿孔はそれぞれが、大きさが１μｍから１０μｍの間であり、前記複数の穿孔が２μｍから２０μｍの間隔で離間されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項6】

前記複数の穿孔が前記ブランクに作られ、５μｍから７μｍの間隔で離間されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。

【請求項7】

前記第１のステップ（１００）の間、シリコンウェハの熱膨張係数と同様の熱膨張係数を、アルカリ、ヒ素またはアンチモンなしで有するアルミノホウケイ酸塩が使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

前記第３のステップ（３００）の間、化学エッチングが、アルカリ溶液中で、８０℃から１２０℃の間の温度で、３時間から８時間の間行われることを特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記開口が、太陽電池を受容することが意図された時計コンポーネントに作られることと、
前記第３のステップ（３００）の後、第４のステップ（４００）において、光起電力腕時計の文字盤またはクリスタルを製造するべく太陽電池が前記時計コンポーネントの前記ブランクに堆積されることと
を特徴とする、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

薄膜太陽電池である前記太陽電池が前記ブランクに直接堆積されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【請求項11】

前記太陽電池が前記ブランクに取り付けられることを特徴とする、請求項９に記載の方法。

【外国語明細書】