CH715981A2 - Method for marking a sapphire watch crystal. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne une méthode pour marquer une glace de montre (1) en saphir, par l'interaction entre un faisceau laser (4) et le saphir. Le faisceau est focalisé sur un point (5) à l'intérieur de la glace et l'interaction est telle qu'elle génère une zone opaque rectiligne (6) qui est parallèle à la surface supérieure (2) de la glace ou perpendiculaire à ladite surface (2). L'orientation de la zone opaque dépend du mode d'opération appliqué. Selon le mode d'opération par hachurage, le faisceau (4) est balayé selon un ou plusieurs trajets linéaires, générant des lignes opaques (6) à l'intérieur de la glace, qui sont parallèles à la surface supérieure. Le mode d'opération par perforation génère des zones opaques distinctes, obtenues par une opération discontinue du faisceau (4) sur un nombre de points (5) juxtaposés. Selon ce dernier mode d'opération, les zones opaques s'étendent dans la direction perpendiculaire à la surface supérieure de la glace.The invention relates to a method for marking a sapphire watch crystal (1) by the interaction between a laser beam (4) and the sapphire. The beam is focused on a point (5) inside the ice and the interaction is such that it generates a rectilinear opaque zone (6) which is parallel to the upper surface (2) of the ice or perpendicular to it. said surface (2). The orientation of the opaque area depends on the operating mode applied. Depending on the hatching mode of operation, the beam (4) is scanned along one or more linear paths, generating opaque lines (6) inside the glass, which are parallel to the upper surface. The perforation mode of operation generates distinct opaque areas, obtained by a discontinuous operation of the beam (4) on a number of juxtaposed points (5). According to this latter mode of operation, the opaque zones extend in the direction perpendicular to the upper surface of the ice.
Description
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention se rapporte à l'horlogerie, notamment au marquage d'une glace de montre pour ajouter à la glace un numéro de série, un dessin ou logo, ou tout autre type de marque de caractère informatique et/ou esthétique. L'invention est focalisée plus particulièrement sur le marquage d'une glace de montre en saphir. The present invention relates to watchmaking, in particular to the marking of a watch crystal to add to the ice a serial number, a drawing or logo, or any other type of computer and / or aesthetic mark. . The invention is focused more particularly on the marking of a sapphire watch crystal.
État de la techniqueState of the art
[0002] Une technique connue pour obtenir un marquage consiste à graver la glace à l'aide d'un laser. Sur des glaces en saphir, il est connu d'utiliser un laser qui est focalisé sur la surface supérieure de la glace, et de balayer le laser sur une partie de la surface, de manière à enlever de la matière, créant ainsi une cassure des mailles cristallines, rendant ainsi le matériau opaque. Le matériau enlevé doit être évacué sous la forme de poussière, ce qui représente un inconvénient de cette approche, puisque la poussière risque de contaminer le marquage. [0002] A known technique for obtaining a marking consists in etching the ice using a laser. On sapphire crystals, it is known to use a laser which is focused on the upper surface of the crystal, and to scan the laser over part of the surface, so as to remove material, thus creating a break in the crystals. crystalline mesh, thus making the material opaque. The removed material must be disposed of as dust, which is a downside to this approach, since dust can contaminate the marking.
[0003] Une autre technique de marquage de glaces de montre en saphir ou autres matériaux consiste au gravage du matériau par un laser focalisé à l'intérieur de la glace, mais effectué de manière pointillée. Le document WO-A-9921061 décrit une telle technique qui consiste en la création d'une série d'impacts du laser juxtaposés à l'intérieur du matériau, de manière à réaliser un motif. Les conditions de gravage sont telles que l'impact génère un défaut interne en forme d'étoile, ayant une section transversale non-contrôlable. Ceci impose une limite sur la distance minimum entre deux zones d'impact consécutives, limitant ainsi la visibilité de certains marquages ou dessins. Another technique for marking watch glasses made of sapphire or other materials consists in the engraving of the material by a laser focused inside the crystal, but carried out in a dotted manner. Document WO-A-9921061 describes such a technique which consists in creating a series of impacts of the laser juxtaposed inside the material, so as to produce a pattern. The etching conditions are such that the impact generates an internal star-shaped defect, having a non-controllable cross section. This imposes a limit on the minimum distance between two consecutive impact zones, thus limiting the visibility of certain markings or drawings.
Résumé de l'inventionSummary of the invention
[0004] La présente invention vise à fournir des méthodes pour réaliser des marquages dans une glace de montre en saphir qui ne souffrent pas des inconvénients identifiés ci-dessus. Ce but est atteint par une méthode et par une glace ainsi qu'une montre selon les revendications annexées. [0004] The present invention aims to provide methods for producing markings in a sapphire watch crystal which do not suffer from the drawbacks identified above. This object is achieved by a method and by a crystal as well as a watch according to the appended claims.
[0005] L'invention concerne une méthode pour marquer une glace de montre en saphir, par l'interaction entre un faisceau laser et le saphir. Le faisceau est focalisé sur un point à l'intérieur de la glace et l'interaction est telle qu'elle génère une zone opaque rectiligne qui est parallèle à la surface supérieure de la glace ou perpendiculaire à ladite surface. L'orientation de la zone opaque dépend du mode d'opération appliqué. Selon le mode d'opération par hachurage, le faisceau est balayé selon un ou plusieurs trajets linéaires, générant des lignes opaques à l'intérieur de la glace, qui sont parallèles à la surface supérieure. Le mode d'opération par perforation génère des zones opaques distinctes, obtenues par une opération discontinue du faisceau sur un nombre de points juxtaposés. Selon ce dernier mode d'opération, les zones opaques s'étendent dans la direction perpendiculaire à la surface supérieure de la glace. [0005] The invention relates to a method for marking a sapphire watch crystal, by the interaction between a laser beam and the sapphire. The beam is focused on a point inside the ice and the interaction is such that it generates a rectilinear opaque zone which is parallel to the upper surface of the ice or perpendicular to said surface. The orientation of the opaque area depends on the operating mode applied. Depending on the hatching mode of operation, the beam is scanned along one or more linear paths, generating opaque lines inside the ice, which are parallel to the upper surface. The perforation mode of operation generates distinct opaque zones, obtained by a discontinuous operation of the beam on a number of juxtaposed points. According to this latter mode of operation, the opaque zones extend in the direction perpendicular to the upper surface of the ice.
[0006] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante de modes de réalisation préférés, présentés à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés. Un nombre de plages de valeurs de paramètres est identifiée dans la description détaillée et dans les revendications. Les bornes de ces plages sont inclues dans les plages en question. [0006] Other characteristics and advantages of the present invention will appear from the following description of preferred embodiments, presented by way of non-limiting example with reference to the accompanying drawings. A number of ranges of parameter values are identified in the detailed description and in the claims. The limits of these ranges are included in the ranges in question.
Brève description des figuresBrief description of the figures
[0007] <tb><SEP>La figure 1 représente deux coupes dans une glace en saphir selon l'invention, lors du marquage de la glace selon un premier mode d'opération, dit mode par hachurage, ainsi qu'un détail spécifique. <tb><SEP>La figure 2 représente le marquage selon le premier mode d'opération, dans lequel deux étapes d'hachurages sont effectuées de manière croisée. <tb><SEP>La figure 3 représente deux coupes dans une glace en saphir selon l'invention, lors du marquage de la glace selon un deuxième mode d'opération, dit mode par perforation. <tb><SEP>La figure 4 représente un détail de la glace en saphir, marquée selon le mode de marquage par perforation.[0007] <tb> <SEP> FIG. 1 represents two sections in a sapphire crystal according to the invention, during the marking of the crystal according to a first mode of operation, called the hatching mode, as well as a specific detail. <tb> <SEP> FIG. 2 represents the marking according to the first mode of operation, in which two hatching steps are carried out in a crossed manner. <tb> <SEP> FIG. 3 represents two sections in a sapphire crystal according to the invention, during the marking of the crystal according to a second operating mode, called the perforation mode. <tb> <SEP> Figure 4 shows a detail of the sapphire crystal, marked according to the perforation marking method.
Description détaillée de formes d'exécution de l'inventionDetailed description of embodiments of the invention
[0008] Dans les deux modes d'opération selon l'invention, illustrés respectivement aux figures 1 et 3, une glace de montre en saphir transparente 1 est marquée par un faisceau laser 4 orienté perpendiculairement à la surface supérieure 2, et focalisé sur un point 5 à l'intérieur de la glace. In the two modes of operation according to the invention, illustrated respectively in Figures 1 and 3, a transparent sapphire watch crystal 1 is marked by a laser beam 4 oriented perpendicular to the upper surface 2, and focused on a point 5 inside the mirror.
[0009] Dans les exemples représentés mais non-limitatifs, la glace 1 a une surface supérieure 2 et une surface inférieure 3 qui sont essentiellement planes et parallèles l'une par rapport à l'autre. Selon le premier mode d'opération (figure 1), le faisceau 4 est balayé sur une partie de la surface de la glace 1, suivant un nombre de trajets linéaires juxtaposés, effectuant ainsi un marquage par hachurage. La distance 'a' entre le point focal 5 du laser et la surface supérieure 2 reste essentiellement fixe pendant le balayage. Les paramètres appliqués pour réaliser le hachurage sont tels que chaque balayage selon un trajet linéaire va générer une zone opaque 6 à l'intérieur du saphir, la zone étant essentiellement rectiligne et perpendiculaire à la direction du faisceau (ou parallèle à la surface supérieure de la glace). Le détail à la figure 1 montre que la zone opaque 6 est caractérisée par sa largeur D et sa hauteur H. [0009] In the examples shown but not limited to, the mirror 1 has an upper surface 2 and a lower surface 3 which are essentially plane and parallel to one another. According to the first mode of operation (FIG. 1), the beam 4 is scanned over part of the surface of the ice 1, following a number of juxtaposed linear paths, thus carrying out a marking by hatching. The distance 'a' between the focal point 5 of the laser and the upper surface 2 remains essentially fixed during the scan. The parameters applied to achieve the hatching are such that each sweep along a linear path will generate an opaque zone 6 inside the sapphire, the zone being essentially rectilinear and perpendicular to the direction of the beam (or parallel to the upper surface of the sapphire). ice cream). The detail in Figure 1 shows that the opaque zone 6 is characterized by its width D and its height H.
[0010] Selon une forme d'exécution préférée, ces dimensions sont contrôlables en fonction de la puissance du laser et du design à graver. La hauteur H est de l'ordre de grandeur du micromètre jusqu'à qq centaines de micromètre, par exemple jusqu'à 200 micromètres. Sans être lié par aucune théorie, on estime que chaque zone opaque est constituée d'une pluralité de microfissures qui s'étendent dans la direction du trajet de balayage. [0010] According to a preferred embodiment, these dimensions can be controlled as a function of the power of the laser and of the design to be engraved. The height H is of the order of magnitude from a micrometer up to a few hundred micrometers, for example up to 200 micrometers. Without being bound by any theory, it is believed that each opaque area is made up of a plurality of microcracks which extend in the direction of the scan path.
[0011] Le paramètre principal qui permet d'obtenir les zones 6 rectilignes et parallèles à la surface supérieure 2 de la glace, est la vitesse de balayage. Cette vitesse est considérablement supérieure aux vitesses appliquées pour le gravage par enlèvement de matériau d'une glace en saphir. The main parameter which makes it possible to obtain the areas 6 rectilinear and parallel to the upper surface 2 of the ice, is the scanning speed. This speed is considerably higher than the speeds applied for etching by removing material from a sapphire crystal.
[0012] De préférence, la vitesse de balayage selon l'invention se situe entre 2m/s et 3m/s, par exemple 2.5 m/s. En outre, il est nécessaire que le laser opère dans un régime applicable pour le gravage d'une glace de montre. Le tableau 1a donne des valeurs préférées pour les paramètres opérationnels du laser appliqués dans le premier mode d'opération : <tb>Longueur des impulsions<SEP>200 fs - 10 ps <tb>Longueur d'onde<SEP>500 nm - 1200 nm <tb>Fréquence des impulsions<SEP>200 kHz - 1.5 MHz <tb>Energie du laser<SEP>1 µJ - 20 µJ[0012] Preferably, the scanning speed according to the invention is between 2m / s and 3m / s, for example 2.5 m / s. In addition, it is necessary for the laser to operate in an applicable regime for engraving a watch crystal. Table 1a gives preferred values for the operational parameters of the laser applied in the first mode of operation: <tb> Pulse length <SEP> 200 fs - 10 ps <tb> Wavelength <SEP> 500 nm - 1200 nm <tb> Pulse frequency <SEP> 200 kHz - 1.5 MHz <tb> Laser energy <SEP> 1 µJ - 20 µJ
Tableau 1aTable 1a
[0013] Le tableau 1b donne des valeurs préférées d'un nombre de paramètres géométriques appliqués dans le premier mode d'opération : <tb>Distance entre deux zones opaques 6 adjacentes (mesurée entre les lignes centrales des zones 6<SEP>10 µm - 20 µm <tb>Profondeur du point focal 5 du laser (distance 'a' à la figure 1)<SEP>0.5 mm - 1 mmTable 1b gives preferred values of a number of geometric parameters applied in the first mode of operation: <tb> Distance between two adjacent opaque zones 6 (measured between the central lines of zones 6 <SEP> 10 µm - 20 µm <tb> Depth of laser focal point 5 (distance 'a' in figure 1) <SEP> 0.5 mm - 1 mm
Tableau 1bTable 1b
[0014] Selon une forme d'exécution spécifique du premier mode d'opération, une deuxième étape d'hachurage est effectuée dans une direction transversale par rapport à la direction de la première étape. La figure 2 représente le résultat partiel de deux étapes d'hachurage croisées dans lequel les deux séries de lignes opaques 6a et 6b formées par les étapes respectives sont perpendiculaires les unes par rapport aux autres. La deuxième étape d'hachurage est effectuée avec le point focal 5 du laser localisé à la même profondeur 'a' que la première étape. De préférence, la distance entre deux lignes 6a ou 6b adjacentes est égale lors des deux étapes. L'angle entre la direction des lignes 6a et 6b se situe de préférence entre 30° et 90°. According to a specific embodiment of the first mode of operation, a second hatching step is performed in a direction transverse to the direction of the first step. FIG. 2 represents the partial result of two cross hatching steps in which the two series of opaque lines 6a and 6b formed by the respective steps are perpendicular to each other. The second hatching step is performed with the focal point 5 of the laser located at the same depth 'a' as the first step. Preferably, the distance between two adjacent lines 6a or 6b is equal during the two steps. The angle between the direction of lines 6a and 6b is preferably between 30 ° and 90 °.
[0015] Le mode d'opération par hachurage est utilisable pour créer une forme en trois dimensions, en effectuant le hachurage à plusieurs niveaux dans le matériau. Ce procédé commence par une première étape de hachurage (simple ou croisé), en focalisant le laser à une distance a1de la surface supérieure 2, suivi par une ou plusieurs étapes consécutives, à des distances a2, a3,... qui sont progressivement inférieure à la distance initiale a1. De cette manière, une forme en 3D est obtenue qui comprend plusieurs couches. La distance entre deux couches est choisie de manière à éviter une superposition partielle de deux couches adjacentes. The hatching mode of operation can be used to create a three-dimensional shape, by performing the hatching at several levels in the material. This process begins with a first hatching step (single or crossed), focusing the laser at a distance a1from the upper surface 2, followed by one or more consecutive steps, at distances a2, a3, ... which are progressively lower at the initial distance a1. In this way, a 3D shape is obtained which includes several layers. The distance between two layers is chosen so as to avoid a partial superposition of two adjacent layers.
[0016] Selon un deuxième mode d'opération, illustré à la figure 3, un faisceau laser 4 est focalisé consécutivement et chaque fois pendant un temps d'ouverture défini, sur une série de points 5 juxtaposés et localisés à l'intérieur d'une glace de montre en saphir 1, à une distance 'a' fixe à partir de la surface supérieure 2 de la glace. Cette méthode, dite 'mode d'opération par perforation', est donc similaire à la méthode décrite au document WO-A-99/21061. Néanmoins, les paramètres de la méthode sont configurés pour que les défauts générés par l'impact du laser soient différents par rapport aux méthodes antérieures. According to a second mode of operation, illustrated in Figure 3, a laser beam 4 is focused consecutively and each time for a defined opening time, on a series of juxtaposed points 5 located inside of a sapphire watch crystal 1, at a fixed distance 'a' from the upper surface 2 of the crystal. This method, known as the “perforation operating mode”, is therefore similar to the method described in document WO-A-99/21061. However, the method parameters are configured so that the defects generated by the impact of the laser are different from the previous methods.
[0017] Selon la méthode de l'invention, l'interaction entre le laser et le saphir génère une zone opaque 10 rectiligne qui s'étend dans la direction du faisceau, i.e. perpendiculairement par rapport à la surface supérieure 2 de la glace 1. Comme représenté dans le détail à la figure 4, chaque zone 10 est définie par son diamètre D et par sa hauteur H. Ces dimensions sont contrôlables en fonction de la puissance du laser et en fonction du temps d'ouverture du laser appliqué pour chaque point. Le diamètre D est de préférence de l'ordre de grandeur du micromètre, par exemple entre 1 et 30 micromètres. La hauteur H peut par exemple se situer entre 1 et quelques centaines de micromètres. Comme pour le premier mode d'opération, et sans être lié à aucune théorie, il est estimé que chaque zone 10 est constituée d'une pluralité de microfissures qui s'étendent dans la direction du faisceau de laser 4. Contrairement aux défauts en forme d'étoiles décrits dans le document WO-A-99/21061, les zones 10 représentent une forme bien définie par les dimensions D et H, qui sont de plus contrôlables par les paramètres du laser. Ceci permet un contrôle plus efficace de la distance entre deux points d'impact, ainsi que de l'épaisseur d'un marquage. According to the method of the invention, the interaction between the laser and the sapphire generates an opaque rectilinear zone 10 which extends in the direction of the beam, ie perpendicular to the upper surface 2 of the crystal 1. As shown in detail in FIG. 4, each zone 10 is defined by its diameter D and by its height H. These dimensions can be controlled as a function of the power of the laser and as a function of the opening time of the laser applied for each point. . The diameter D is preferably of the order of magnitude of a micrometer, for example between 1 and 30 micrometers. The height H can for example be between 1 and a few hundred micrometers. As for the first mode of operation, and without being bound by any theory, it is estimated that each zone 10 consists of a plurality of microcracks which extend in the direction of the laser beam 4. Unlike the shape defects. stars described in document WO-A-99/21061, the zones 10 represent a shape well defined by the dimensions D and H, which are moreover controllable by the parameters of the laser. This allows more efficient control of the distance between two points of impact, as well as the thickness of a marking.
[0018] Le tableau 2a regroupe les paramètres du laser applicables de préférence pour atteindre un marquage selon ce deuxième mode d'opération. <tb>Longueur des impulsions<SEP>200 fs - 10 ps <tb>Longueur d'onde<SEP>500 nm - 1200 nm <tb>Fréquence des impulsions<SEP>200 kHz - 1.5 MHz <tb>Energie du laser<SEP>1 µJ - 20 µJ <tb>Temps d'ouverture du laser<SEP>0.01 ms - 0.1 msTable 2a groups together the laser parameters which are preferably applicable to achieve marking according to this second mode of operation. <tb> Pulse length <SEP> 200 fs - 10 ps <tb> Wavelength <SEP> 500 nm - 1200 nm <tb> Pulse frequency <SEP> 200 kHz - 1.5 MHz <tb> Laser energy <SEP> 1 µJ - 20 µJ <tb> Laser opening time <SEP> 0.01 ms - 0.1 ms
Tableau 2aTable 2a
[0019] Le tableau 2b donne des valeurs préférées d'un nombre de paramètres géométriques appliqués dans le deuxième mode d'opération : <tb>Distance entre deux zones 10 adjacentes (mesurée entre les centres de deux zones<SEP>0.01 mm - 0.03 mm <tb>Profondeur du point focal du laser (distance 'a' à la figure 3)<SEP>0.5 mm - 1 mmTable 2b gives preferred values of a number of geometric parameters applied in the second mode of operation: <tb> Distance between two adjacent zones 10 (measured between the centers of two zones <SEP> 0.01 mm - 0.03 mm <tb> Depth of the laser focal point (distance 'a' in figure 3) <SEP> 0.5 mm - 1 mm
Tableau 2bTable 2b
[0020] De manière analogue au premier mode d'opération, un marquage en 3 dimensions peut être obtenu en effectuant le marquage à perforation à plusieurs niveaux dans l'épaisseur de la glace 1. Ce procédé commence par une première étape de perforation, en focalisant le laser à une distance a1de la surface supérieure 2, suivie par une ou plusieurs étapes consécutives, à des distances a2, a3,... qui sont progressivement inférieures à la distance initiale a1. De cette manière, une forme en 3D est obtenue qui est constituée de plusieurs couches. La distance entre deux couches est choisie de manière à éviter une superposition partielle de deux couches adjacentes. Analogously to the first mode of operation, a 3-dimensional marking can be obtained by carrying out the perforation marking at several levels in the thickness of the glass 1. This process begins with a first perforation step, in focusing the laser at a distance a1 from the upper surface 2, followed by one or more consecutive steps, at distances a2, a3, ... which are progressively smaller than the initial distance a1. In this way, a 3D shape is obtained which consists of several layers. The distance between two layers is chosen so as to avoid a partial superposition of two adjacent layers.
[0021] La méthode selon l'invention fonctionne aussi quand une couche antireflet, par exemple une couche en MgF2ou en SiO2, est présente sur la surface supérieure 2 de la glace. The method according to the invention also works when an antireflection layer, for example a layer of MgF2 or SiO2, is present on the upper surface 2 of the ice.
[0022] L'invention concerne également une glace de montre en saphir marquée par l'une quelconque des méthodes décrites ci-dessus, ainsi qu'une montre pourvue de cette glace. [0022] The invention also relates to a sapphire watch crystal marked by any one of the methods described above, as well as a watch provided with this crystal.
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH00351/19A CH715981A2 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Method for marking a sapphire watch crystal. |
Applications Claiming Priority (1)
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CH00351/19A CH715981A2 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Method for marking a sapphire watch crystal. |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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CH715981A2 true CH715981A2 (en) | 2020-09-30 |
Family
ID=72615239
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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CH00351/19A CH715981A2 (en) | 2019-03-19 | 2019-03-19 | Method for marking a sapphire watch crystal. |
Country Status (1)
Country | Link |
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CH (1) | CH715981A2 (en) |
-
2019
- 2019-03-19 CH CH00351/19A patent/CH715981A2/en unknown
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