JP2008501534A - フェムトレーザーを用いたレーザー切断過程によるマイクロ機械部品またはナノ機械部品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 加工の精度に優れ、材料を変質させることなく、無熱条件で材料を切断し、マイクロ機械部品を製造する手段を提供する。
【解決手段】 部品の固定手段（１２）と、複数の軸にしたがって前記部品に対するパルスレーザーの焦点ゾーンを移動させる過程を具備する加工プログラムを実行するための情報機器（１７）とを備えた装置によって、時間が５×１０^-13秒未満であり、レーザービーム−材料の相互作用面に対するパワーが１０¹²ワットを超えるパルスレーザー（１４）を用いたレーザー切断過程によって、マイクロ機械部品を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、マイクロ機械部品およびナノ機械部品の製造方法に関するものである。

本発明はまた、この方法によって製造された部品にも関するものであり、該部品は、時計製造業における応用、あるいは時計製造業以外でも、たとえば、測定機器、光学機器、光電子工学機器の領域、または、生物由来物質の切断を除く、高い加工精度を必要とするその他の領域における応用を目的としたものである。

本発明はまた、とりわけ時計製造への応用について、ベルト、プーリー、歯車などのような動力伝達機構の製造方法にも関するものである。

国際公開第０４／００６０２６号パンフレットには、動力伝達機構としてプーリーおよびベルトを用いる腕時計のムーブメントが記載されている。歯車、あるいは、同期または非同期であるその他のタイプの動力伝達機構を備えた腕時計のムーブメントは広く知られている。しかし、このようなムーブメントの構成要素を小型化することが常に必要である。

これらのさまざまな動力伝達機構の製造は、用いようとする寸法および材料のために厳しい制約を受ける。構造および精度という意味での要求が厳しいのである。したがって、サイズが小さく、非金属材料、ポリマー材料、有機材料、あるいは混合材料で作られることの多い、ベルトのような柔軟な機械的動力伝達要素、または柔軟あるいは剛性の機械的機構の製造は、重大な困難を呈することになる。機構の寸法は２ミリメートル未満であることが多く、歯車の歯のピッチは２ミリメートル未満、さらには１００分の１ミリメートルの単位である。
国際公開第０４／００６０２６号パンフレット

当業者に対して、以下の問題が提起されている。すなわち、
−加工の困難さおよび加工をコントロールすることの困難さ、
−制御することが難しい材料の反応特性（物理化学的特性）、
−複雑な表面、とりわけ斜曲面のモデル化および再現が適合化されていないこと、
−層状材料または混合材料を用いることの困難さ、
−たとえば歯車の歯のような、機能的形状の定義が導入し難いこと、
−ベルトの場合における、摩擦係数の弱い牽引補強材またはケーシング補強材がないことである。

したがって、先行技術では、ミリメートル（１０^-3メートル）単位からナノメートル（１０^-9メートル）単位の幅をもった寸法レベル（分解能）での加工を可能にする、機械的マイクロ構成要素およびナノ構成要素の新しい製造方法が必要とされている。好適には、この方法はすべての材料に対して区別なく適合されなければならず、すなわち、いずれにせよ高品質な材料に適合されなければならない。加工は、たとえば動力伝達要素のような、加工すべき機械的マイクロ構成要素またはナノ構成要素の構造の記述に基づかなければならない。

また、小さな寸法で、卓越した製造耐性を備えた、たとえば新しいプーリーやベルトのような新たな部品または機構に対する必要性もあるのだが、該部品または機構は、従来の製造方法では製造シエナイものであり、したがって以前には考えられることもなかったものである。

パワー・レーザーによる部品の加工方法は先行技術で知られている。連続型または「長い」パルス型（５００フェムト秒を越える）のＹＡＧダイオードレーザーまたはＣＯ₂レーザーダイオードを利用することは、ポリマー用の金属またはエキシマーのような材料の加工においては比較的古典的である。これらの方法は、小さな寸法で作業するとき、または衝撃や熱応力に耐えられない材料を扱うときに制限される。実際、パルスレーザー、または連続レーザーを受けている間の材料における熱伝導が切断ゾーンの精度を制限することが確認されている。また、通常のレーザーによる切断ゾーンはビームの円筒形の形状に対応しており、このことが加工できる形状を制限している。加工深度はビームの出力および材料の特徴に依存しており、制御するのが難しい。

本発明の方法は、超短パルスレーザーを用いた材料の切断による、小さな寸法の機構の加工に基づいている。特に、本発明は、時間が５００フェムト秒（５×１０^-13秒）未満、レーザービーム−材料の相互作用面に対するパワーが１０¹²ワットを超えるパルスレーザーを用いた切断に基づいている。このようなパルスレーザーは、以下でフェムトレーザーと称する特殊なレーザーによって生成される。

フェムトレーザーはそれ自体既知であり、その技術も今日では熟知されているため、これらの機器は小型、多機能であり、信頼性がある。これらのレーザーは多様化し続けている。すなわち、今日得られるビームはすべての電磁スペクトル、Ｘ線からＴ線（赤外線の上位に位置するテラヘルツ光線）をカバーし、最大出力はペタワット（数十億メガワット）に達している。これらの装置はとりわけ、物理学、化学、生物学、医学、光学の分野で応用されている。

フェムトレーザーのパルスの長さが極度に短いことから、該装置によってマイクロスコープレベルまたは原子レベルで成される超高速現象の研究が可能となっている。さらに、非常に強力なパワーをパルスの短い時間の間に生み出すことができ、核融合反応で見られる条件に匹敵することの多い、極度の条件が創出される。

機械的なマイクロ機構の加工に超短パルスレーザーを用いることは以下の利点を有している。すなわち、
−加工の精度、
−実質的には無熱条件で材料を切断すること、
−焦点位置でしか効果はなく、ビームは、とりわけ透明材料の場合において、厚みを通過して、表面や通過経路の材料を変質させることなく、塊の一点に作用することができること、
−ビームが遠隔操作され、また、あらゆる角度から操作されること、
−加工される材料のレベルでは制約がないこと、
−レーザーを調整してレーザービームの幅よりも細かい分解能を得て、その結果として、最も強いパワーが集中する中心部分の強度だけが材料の切断閾値を超えるようにすることができる（焦点面におけるエネルギー密度の制御）こと、
−切断面の部位では加工にかかる歪みがないことである。

材料の切断へのフェムトレーザーの利用はそれ自体既知であり、「Ｋａｕｔｅｋ ｅｔ ａｌ．“Ｆｅｍｔｏｓｅｃｏｎｄ ｐｕｌｓｅ ｌａｓｅｒ ａｂｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｅｔａｌｌｉｃ、ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ、ｃｅｒａｍｉｃ、ａｎｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｍａｔｅｒｉａｌｓ”、ＳＰＩＥ ｖｏｌ．２２０７、ｐｐ．６００−５１１、Ａｐｒ．１９９４」および「Ｌｉｕ、Ｘ．ｅｔ ａｌ．“Ｌａｓｅｒ Ａｂｌａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｕｌｔｒａｓｈｏｒｔ Ｌａｓｅｒ Ｐｕｌｓｅｓ”、Ｏｃｔ．１９９７、ＩＥＥＥ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、ｖｏｌ．３３、Ｎｏ．１０、ｐｐ．１７０６−１７１６」という論文に記載されている。

米国特許第３７５８５号明細書には、材料をパルスレーザービームを用いて破壊する方法が記載されており、該方法は、フルエンスの破断閾値（Ｆ_th）／レーザービームの幅（Ｔ）の比率が急激で速く、はっきりした曲率を示し、それほどではなくとも、レーザービームの幅の所定の値については明確に検出可能ではっきりした傾斜の曲率を示すことを特徴としている。

本発明の方法は、特に短いパルス時間と特に高いパワーを利用することでとりわけ有利なものとなっている。これらの極度の条件によって、非常に多様な材料を同一の設備で精密に加工することが可能になっている。しかし、パルスのパワーまたは時間は、材料、あるいは、部品の一部の加工に必要な速度や精度に適合化することができる。

このように、本発明はとりわけ、極度に高いパワー、従来のレーザー加工の方法で用いられているパワーをはっきりと上回るパワーを用いることで、レーザービームの照射を受けたゾーンをほぼ瞬間的かつ急激に昇華させることが可能になるという確証に基づいている。したがって、このゾーンのサイズが小さいにもかかわらず、加工は比較的早い。また、非常に短い時間の後、光パルスを中断することで、切断は直接照射されたゾーンに限定され、隣接する部分に及ぶことはない。このように、用いられるパワーが強いことで、加工すべき部品を鋭い切り口で、極度に的確に裁断することが可能になっている。

また、本発明は、フェムトレーザーが新しいタイプの部品、新しい材料、特に寸法が小さく精度の高い部品、とりわけ、フェムトレーザーがこれまでに提案されていない時計の機構を加工することに適合化されるという確証にも基づいている。本発明は同様に、フェムトレーザーで製造され、したがってこれまではほとんど達成不可能だと考えられていた寸法、精度および表面の状態を有する機構にも関するものである。

また、本発明の方法によって、寸法が２ミリメートル以下、好ましくは１ミリメートル未満の部品を加工することが可能になっているのだが、この寸法は「最大」と考えられ、一つの部品機構における同一方向に沿って最も離れた二つの点を結ぶ区分の長さとして定義されるものである。本方法によって、深さが２ミリメートル未満、さらには０．５ミリメートル未満の歯車の歯を具備した部品の加工も可能になる。

部品は、好ましくは、マイクロマニピュレータによって担持されており、該マイクロマニピュレータはレーザービームの方向との関係で、処理すべき面の位置決定と方向決定を保証する。加工すべき部品は、遊び部分を詰める、または補うマイクロメーター単位さらにはナノメートル単位の加工ロボット・プログラムによって操縦される多軸システムで担持することができる。一般的に、小さく、非常に軽い部品の移動は、レーザーの移動または関連する光学機器の移動よりも、かなり早く、またかなり高い精度と再現性で行うことができる。しかし、レーザーを同時に、またはレーザーだけを動かすことも、あるいはビームを逸らすことも可能である。

また、切断ゾーンは、少なくとも平面（軸Ｘおよび軸Ｙ）における加工すべき部品の平行移動によって、この平面における軸Ｃにしたがった回転移動によって、そして好ましくは、平面に直角な軸Ｚにしたがった平行移動および／または二つの直角な軸ＡおよびＢにしたがった回転移動によっても修正することができる。前述のように、レーザーの移動または関連する光学機器の移動も考慮することができる。さらに、焦点距離も軸Ｚに平行な方向にしたがってコントロールすることができる。

移動は、加工すべき形状の記述に対応するデータを受け取る加工ソフトウェアによってコントロールされる。記述は数学的形式で与えられ、加工ソフトウェアは、レーザービームが通るべき、連続またはピッチごとの経路を決定し、これらの形式を生成する。本発明は幾何学的記述に基づくものであり、該記述は、新しい曲線の種類を利用し、焦点のみにおいて、レーザーから的確な距離で切断を行うフェムトレーザーの能力を考慮に入れている。切断条件は加工材料および加工深度に応じて最適化することができるのだが、該深度は、たとえばレーザービームの入射角と、レーザービームとの関係における加工すべき機構の位置を規定することによって変更することができる。

好適には、本方法はさらに、
−２Ｄ、２Ｄ１／２、好ましくは３ＤによるＣＡＤの表示を用いて規定された構造に基づいて、加工すべき部品の形状を記述する過程と、
−好ましくは斜曲面の補間を実行できるようにする、好ましくは三次元の加工ソフトウェアにＣＡＤのデータを移送する過程と、
−切断条件が最適化されるように、加工材料と加工深度に応じてピッチを規定する過程と、
−データを移動のコントロール用および／または操作用情報機器に導入する過程と、
−一つの方向において、回折装置を備えた、または備えていない光ヘッドによる照明によって、焦点ゾーンの位置決定を行う過程と、
−加工すべき部品を平面上で位置決定する過程と、
−固定手段を用いて加工すべき部品をロックする過程と、
−超短パルスレーザーを調整する過程と、
−加工プログラムを起動し、超短パルスのフェムトレーザーによって構成部品を加工する過程を含んでいる。

好適な変形例によると、本発明による方法はコントロールされた雰囲気下で実行されることで、たとえば空気の絶縁破壊や材質の物理化学的特性の変化といった、光／材料の境界面のレベルで生じる一貫していない現象が現れることを避けるようになっている。

本発明はまた、本方法によって製造される部品にも関するものである。また、本発明は、フェムトレーザー切断による加工が非常に多様な部品、とりわけ、非常に小さな寸法を有し、非常に細かな分解能で製造する必要があり、先行技術では製造することができず、あるいは、大きな困難を伴っていた部品および機構の製造に最適化されるという確証の結果としてあるものである。本発明はとりわけ、動力伝達機構、特に、たとえば時計製造に応用される小さな寸法の、本方法によって製造される機構にも関するものである。本発明はまた、フェムトレーザー加工が、合成材料または混合材料製で、時計製造業に適合化された非常に小さな寸法の動力伝達のプーリーおよびベルトの加工、あるいは、そのようなベルトおよびプーリーの注入または鋳造を目的とした鋳型の加工に完全に最適化されるという確証の結果としてあるものである。

好適には、本発明にしたがって加工される部品の寸法のうち少なくとも一つは２ミリメートル未満であり、好適には０．５ミリメートル未満である。本方法はまた、少なくとも一つの不規則な表面または斜曲面を有する部品の加工にも適合化されるものなのだが、該面はとりわけ、少なくとも一つの湾曲面に位置する半径の値が１０^-9ｍを越え１０^-3ｍ未満、好ましくは１０^-5ｍ未満であることを特徴としている。

本発明の実施例は添付図面によって示された説明で支持されるものであり、該図面において、
−図１は例示として、同期／非同期動力伝達機構の加工に適合化された、本発明の方法による部品の製造装置を示しており、
−図２は、平行軸と呼ばれるプーリー−ベルトのセットでここでは構成されている同期／非同期の動力伝達機構を示しており、
−図３は曲線の歯の断面を示しており、
−図４は、それぞれ動力伝達機構の内部および外部に配置された第二プーリーを備えた非同期動力伝達機構の二つの例を示しており、
−図５は、層状ベルトの断面図を示している。

本発明を実施するための装置
図１は、ここでは、動きまたはパワーを伝達するための同期または非同期の動力伝達機構である、部品１０の製造装置を示しており、該装置は、以下のものを含んでいる。

この実施例では、プログラム可能な６本の軸（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｘ、Ｙ、Ｚ）と、固定手段１２（たとえばフランジ、粘着剤、磁石、真空固定のようなシステムなど）を備えた作業面１１があり、該作業面は、軸が、遊び部分を詰める、または補う手段を備えた、情報機器１７によって実行されるマイクロメーター単位の加工ロボット・プログラムによって操縦される。

とりわけ、たとえば３ＤによるＣＡＤのような三次元のモデル化ソフトウェアを備えた情報機器１３。

焦点ゾーン（Ｄ）に集中したビーム１６を放射することを可能にする光ヘッド１５を含んだ、フェムトタイプの超短パルスレーザー１４。

移動のコントロール用／操縦用の情報機器１７。

加工方法
情報機器１３は、たとえばパーソナルコンピュータまたはワークステーションで構成することができ、該情報機器によって、加工すべき部品の三次元モデルを生成し、保存することを可能にするソフトウェアを実行し、そして、この三次元モデルに基づいた加工プログラムを生成することが可能になっている。

加工プログラムは装置の軸を移動させる一連の命令を具備しており、部品の加工を可能にする三次元の経路にしたがって、フェムトレーザーの焦点ゾーンを移動させるようになっている。経路の生成は補間に基づいており、スライド・ピッチのサイズはとりわけ、要求される速度、精度および表面状態によって決定される。加工プログラムは一度だけで決定され、複数の同一部品の加工に応用することができる。

コントロール／操縦用の情報機器１７は加工プログラムを実行するものであり、たとえば、数値制御または産業用ＰＣで構成することができ、該数値制御または産業用ＰＣによって、モーターまたは軸の作動装置に命令し、レーザー１４、関連する光学機器および／または加工すべき部品の移動軸の平行移動および回転移動を命令し、加工すべき部品１０の照射ゾーンＤの相対的な位置を修正できるようになっている。このように、情報機器１７は、要求される精度と速度で軸の動きをかみ合わせる電気変速機および電気作動装置で構成されるパワー制御機構に向けて命令を出す。

空間の六本の軸（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｘ、Ｙ、Ｚ）にしたがった回転移動と平行移動の組み合わせによって、複雑であっても、あらゆる部品１０を実際に加工することが可能になる。

部品１０、たとえばマイクロ−ベルトによる同期／非同期の動力伝達機構の製造方法は、とりわけ、たとえば以下の過程を含んでいる。

−情報機器１３を用いて、たとえば３ＤによるＣＡＤの平面で規定された構造に基づいて、加工すべき形状を記述する過程。

−とりわけ、斜曲面の補間を考慮に入れており、情報機器１３または情報機器１７によって実行される三次元の加工ソフトウェアにデータを移送する過程。

−切断条件が最適化されるように、加工材料および加工深度に応じてピッチ（切断ゾーンの各パルス間における移動距離）を規定する過程。

−移動をコントロールし、操縦する情報機器１７にデータを導入する過程であり、情報機器１３および情報機器１７の間でのデータの移送が、たとえばＬＡＮまたはインターネットタイプのネットワークによって、あるいは、磁気データ、光学データまたは電子データのメディアを介して行うことができる過程。

−方向Ｚにおいて、回折装置を備えた、または備えていない光学機器１５による照明によって焦点ゾーンＤの位置決定を行う過程。

−平面Ｅ（軸Ｘおよび軸Ｙで規定される）における加工すべき部品１０の位置決定と回転移動を行う過程。

−固定手段１２を用いて加工すべき部品１０を固定し、該部品を的確な位置に決定し、維持する過程。

−材料に応じた時間、好ましくは５００ｆｓ（５×１０^-13秒）未満の時間と、材料に応じた強度で、超短パルスのフェムトレーザーを調整する過程。

−加工プログラムを起動し、フェムトレーザーによって部品１０を加工する過程。加工プログラムは、照射ゾーンが通る連続する、または、不連続の経路に沿った一連のパルスレーザーを生成することで、照射されるゾーンの切断を引き起こすようになっている。切断ゾーンの経路、つまり加工すべき形状は、３ＤによるＣＡＤの平面で規定された構造に基づいて記述される。時間のピッチは、切断条件が最適化されるように加工材料と加工深度に応じて決定される。

比較実験は、１００から１０ｆｓの実行によって加工精度が顕著に向上することを示している。マイクロ加工で利用されるフルエンスは、従来、求められる加工品質および加工速度に応じて０．２Ｊ／ｃｍ²から５０Ｊ／ｃｍ²まで変動し、好ましくは１パルスにつき１０μｍ未満、典型的には加工される材料に応じて少なくとも０．５μｍ／パルスから０．２５μｍ／パルスである。切断精度は、ピコ秒タイプの従来のレーザーまたはエキシマー・レーザーと比べて明らかに向上する。

超短パルスレーザーは放射されるボディの外では熱を放出せず、これは加工される材料が何であれ変わらない。本方法の無熱性はパルスの短さに起因するもので、該パルスは結集され、ビームの焦点面の部分においておよそ１０¹⁴ワット／ｃｍ²の非常に強い出力となる。実際の傾向では、ＭＪ／パルス単位のエネルギーについて器具は１００ｆｓ（１．０×１０^-13秒）のパルスに設定される。

物理的には、電子は逆「制動放射」タイプの現象による加熱を受ける。放出された電子は自身のエネルギーを衝撃によって原子ネットワークの他の電子に伝達し、材料の排出を引き起こす、イオン化させる電子なだれを引き起こす。加工された材料の原子ネットワークへの電子エネルギーの伝達は、一定時間において、パルスの時間より約１０００倍遅く起こる。したがって材料の切断は、照射されるゾーンの外部で熱拡散が起こるちょうど前に生じるのである。

レーザービームのエネルギー勾配は、好ましくは、断面がビームの断面全体の５０％未満である中心ゾーンの出力だけが材料の切断閾値を超えるように決定される。したがって加工の分解能はビームの最大直径より小さい。

変形例では、完全に同期した非平行である二つのフェムトレーザーのビームが用いられる。各レーザーの強度は材料の切断閾値より小さく、該材料は、二つのレーザーの交差地点でのみ加工される。したがって中空部品を加工することが可能である。

パルスの強度または該パルスの時間は、好ましくは、加工すべき材料および精度と速度の要求に応じて、情報機器１７のコントロール手段によって適合化することができる。また、これらのパラメータを同一部品の加工サイクルの間に修正することもできる。

一般的に、レーザービームと加工すべき部品の間における相対的な移動は部品の担体の空間操作に基づいている。本発明の方法において、特別な場合については、ビームを、切断すべき部品の移動とは独立して、光ヘッドの出口において、ミラー、スキャナー、望遠鏡など、さまざまな光学システムを用いて逸らすことができることに注意すべきである。レーザーの移動も考えられるが、該レーザーの慣性には、部品よりも移動が安定するのを遅くする危険性がある。

動力伝達機構１０あるいはあらゆるマイクロ構成要素またはナノ構成要素の製作に含まれる要素に対する大半の加工される形状は、平面で加工することができる。複雑な歯（図示せず）の様な、より複雑な面の加工の場合、レーザービーム１６のインパクト地点を３つの軸に同時に沿って、さらには回転面１１を加えた４つの軸と回転可能な光ヘッド１５に沿って移動させることができる。

部品の移動速度は望まれる製造スピード、要求される精度または分解能、望まれる面の状態に応じた検討の結果である。したがって、多くの部品が速度の変化する一連の移動によって加工されることになる。

光／材料の境界面から生じる一貫しない現象の出現を避けるため、真空下または中性ガス（ヘリウム、アルゴンなど）の充填下で加工することができる。コントロールされた雰囲気下での加工によって、たとえば焦点面の部位における空気の絶縁破壊や加工品質を変質させる自然な不安定性の出現のような、光−材料の境界面の内部で生じる一貫しない現象を避けることが可能になる。特定の応用の場合、切断のエネルギー効率を向上させるため、回折システムまたは焦点装置の補助として取り付けられた光学制御機構を採用することで、光学的精度を向上させることができる。

加工すべき部品の幾何学的表示；放射ゾーンの移動
部品の放射ゾーンによって実行することができる最も一般的な移動は、
ａ）機械によって許容される最大速度で線形経路を行うことによる、可動機構がプログラムされた地点に達することを要求する早い位置決定と、
ｂ）プログラマによって事前に特定されている速度で線形経路を通ることで、プログラムされた地点に達することを可能にする線形補間と、
ｃ）完全な円または円弧を、たとえば円の中心の座標および端点の座標のような、該円または該円弧を規定する特徴的ないくつかの幾何学的要素に基づいて描く機能を有している円弧補間と、
ｄ）平面における円弧運動をこの面に直角な平行運動と結びつけるらせん補間と、
ｅ）各放物線の区分が幾何学的に３つの点のグループによって規定され、一区分の最後の点が次区分の最初の点でなければならない平面における、円錐補間と、
ｆ）多項式に基づく経路の規定を可能にし、スプライン・タイプの曲線のフィッティングに用いられる多項式補間である。

たとえばベルトのようなマイクロ動力伝達機構の製造の場合、大半の形状は平面で加工することができる。そうするために、２Ｄまたは２Ｄ１／２における加工技術が用いられる。以下の加工操作は本発明の方法および装置を用いて実施することができるものであり、該加工操作とは、
ａ）輪郭加工（器具が平面において一連の直線および曲線を描く間、該器具が一定の深さに位置したままである方法）と、
ｂ）穿孔およびその付随操作と、
ｃ）体積を減らす加工である。

歯や斜曲面のようなより複雑な面の加工の場合、レーザービームは三つの軸に同時に沿って、さらには回転面および回転可能な光ヘッドを加えてより多くの軸に沿って移動させられる。二つの軸における光ヘッド（湾曲ヘッド）の回転も、回転面において可能である。最後に、軸Ｚと平行に焦点距離を移動させることも可能である。

本発明の加工方法はとりわけ、許容される構造が直線の区分（単純補間）または円に限定されないという点で有利である。また、とりわけ時計製造業で用いられている従来の加工技術では、多かれ少なかれ曖昧に、さらには不明瞭に決定された先細りや連結部分に出会うことが一般的である（器具の形状によって要求される二つの面の交差から生じる構造）。明らかに、これらの慣習的な方法は複雑な形状、とりわけひずんだ斜曲形状の加工には適しておらず、より広くは、面の交差（連結部分の窪み）を的確に制御することが求められるあらゆる操作に適していない。

材料の切断による加工を可能にするために、起こりうるすべての場合において、我々は処理すべき形状または面を、幾何学およびアルゴリズム（グラフ、幾何学アルゴリズム、確率アルゴリズムなど）を利用した数学的原理によって定義することができる。

従来的には、超短パルスレーザーを用いた材料の切断方法によって生成される複雑な面の幾何学的表示は、極点曲線と呼ばれる特別な曲線の定義を利用している。もっとも一般的な表示方法はベジエ曲線を用いる方法である。また、Ｂスプライン曲線の名称で知られている発展もある。

より複雑な形状、とりわけ、円錐が必要となる曲線断面の定義に関係してくる形状（円弧、楕円、放物線など）については、円錐の表示が多項式の商によって生み出され、多項式積分の助変数方程式では生み出されない有理曲線が用いられる。もっとも一般的な有理曲線、つまり、面が、極点と呼ばれる点で規定されるメッシュと称される単純な要素に分解される多項式で定義されるベジエ有理曲線、または、網における面の格子を形成する点の集合で定義される「スプライン」曲線およびＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ−Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｂ−Ｓｐｌｉｎｅ）は加工すべき面の規定に用いることができる。

これらの種類の曲線はより精確に説明することができる。すなわち、
−ベジエ曲線とは、とりわけ、Ｂｅｒｎｓｔｅｉｎ多項式、Ｄｅ Ｃａｓｔｅｌｊａｕの評価アルゴリズム、分割、次数の増加、微分、幾何学特性（アファイン不変性、凸包、変分の縮小）という概念を利用するパラメトリック曲線であり、
−Ｂスプライン関数は、基底Ｐ（ｋ、ｔ、ｒ）、複数の結節点、クラスＣ＾ｋのコネクタ、局所的かつ最小のフォーマットとして定義され、
−Ｂスプライン・パラメータの形をしたＢスプライン曲線は制御多角形、Ｄｅ Ｂｏｏｒの評価アルゴリズムという概念を利用するもので、とりわけ、たとえばアファイン不変性、局所制御、凸包、端における複数の結節点、結節点の内挿のような幾何学的特性を有しており、
−形状連続、形状不変、ならびにフレネフレーム、ｎｕスプライン、ｔａｕスプラインとして知られた形状の概念に対応する形状スプライン曲線である。

超短パルスレーザーを用いた材料の切断による加工方法は、該方法が、要求される加工の精度または複雑さに応じて、このリストは網羅的というわけではないが、以下の数学的原理に基づいたデータ・アルゴリズムを一様に用いる点で他の方法とは区別される。

−曲線、ねじれ、フレネ標構、ジョルダンの定理、等周不等式、包絡線または焦点曲線。

−面の根源的な二つの形状のような表面と超曲面、とりわけ、曲線、ガウス−ボネの公式、自然幾何学、平行遷移、測地線。

−ガウス−ボネの公式の証明、ヘシアン行列、モールスの限界点と補題も含めて、多様性のホモトピータイプを、いくつかの良好な特性を有する汎用関数の限界点に結びつけることを可能にするモールスの理論。

−高さと距離の関数のような、面に基づいて定義される関数。

−ベクターフィールドとモールスのダイアグラム、とりわけ再構成定理で用いられている技術。

−組み合わせトポロジーおよび代数的位相幾何学の要素、とりわけ、三角法、単体的複体、オイラー・ポワンカレ標数、多様体、面の分類定理。

−微分幾何学の要素、すなわち、Ｒ³における面の構造であり、ガウスの応用、主曲線と主方向、点の分類（楕円、双曲線、放物線、平面）、焦点面、測地線。

−なめらかな面に対するユークリッドの二次関数と接触二次関数。

−平面曲線としての骨格、縮閉線、骨格化、ならびに、それらの幾何学的基準（骨格での距離、距離関数の微分可能性、リッジと谷）および位相幾何学的特性（ホモトピーおよびレトラクト）。

−ボロノイ図の参照、２Ｄにおけるドロネー三角網、および、骨格の近似。

−特に制限ドロネー三角網、ホモトピーと同相写像の補間定理だけではなく、曲線と面のサンプリング基準も考慮した面の再構築とメッシュ化。

−面のラファインアルゴリズム、アルゴリズム幾何学、および特に、線分の交差、２ＤおよびｎＤにおける凸包の計算、双対性、線形プログラミング。

−決定論アルゴリズムと確率論アルゴリズムは利用していない、複雑な幾何学データの構造。

−補間アルゴリズムとフィッティングアルゴリズム、ならびに、フィッティング・パラメータの選択と、このリストは網羅的というわけではないが、とりわけ、
・最小方形（質量と制約を考慮している）によるフィッティング、
・スプラインのスプライン多項式空間による補間、エネルギーの最小化、補間スプラインの計算アルゴリズム、スプラインの基底（Ｓスプライン）、
・スプラインによるフィッティング、すなわち、フィッティングのスプライン、計算アルゴリズム、フィッティング・パラメータの選択に対するクロス検証方法、
にかかるクロス検証を用いること。

本発明で説明される切断方法は、ＮＵＲＢＳ（Ｎｏｎ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｒａｔｉｏｎａｌ Ｂａｓｉｃ Ｓｐｌｉｎｅｓ）の技術を用いるアルゴリズムを広く利用するものである。

我々は、これらＮＵＲＢＳを曲線と面の補間と近似に役立つ技術の集合として定義する。これらの技術は形式的計算および数値計算のシステムに存在することが非常に多く、たとえばＣＡＤまたはＣＡＤ／ＣＡＭ機器といった幾何学モデリングのソフトウェア原理で取り上げられている。

これらの関数は、一様の場合に対応する結節点と呼ばれる実数値に基づいて定義される。該関数は所与の次数を有しており、該次数は、２または３を用い、それ以上であることは少ない従来の形式をとる。それらの値は０と１の間に含まれるが、ある区間においてのみゼロではない。

記述される関数は次数が高ければそれだけ平坦になり、
−次数１＝連続関数、
−次数２＝微分可能関数（角点では不可能）、
−次数３＝二回微分可能な関数（曲線の破断位置では不可能）である。

結節点を変更すると関数は連続的に変形する。

二つの結節点が共起するとき（結節点が二重になる）、不連続性、角点あるいは曲線の破断によって連続性が失われる。

一つの結節点における連続性の順序は、結節点の多重性のより低い次数に等しく、たとえば、
−次数２のＢスプラインでは、単純結節点→微分可能性、
−次数２のＢスプラインでは、二重結節点→角点、
−次数２のＢスプラインでは、三重結節点→不連続性となる。

制御点で定義される曲線（たとえば歯の断面）の場合、平面における点（制御点と名付けられている）と値の集合（ノット列と名付けられている）が与えられる。根本的な特性を挙げることができる。

１）曲線が完全に凸包に含まれる（なぜなら、組み合わせの係数が０と１の間に含まれ、合計が１に等しくなるため）。

２）この定義は寸法に依存しないため、平面においても、３次元空間、およびそれ以上の場合にも用いることができる。

３）曲線は結節点の相対的な位置にしか依存しない。平行移動または相似変形を行っても曲線は変化せず、結節点（０、０、１、２、４、４、４）は（−１、−１、１、３、７、７、７）と同一の曲線を与えることになる。

４）基底関数が１であるとき、その他はゼロであり、曲線は特に自身に関連づけられる制御点を通過し、最初の結節点（相対的には最後）が多重であり、最初の基底関数（相対的には最後）がそこで１であり、かつ曲線が最初の点（相対的には最後）を通過するとき、ベジエ曲線が特別な場合である、変動端点と呼ばれる曲線が得られる。

最後に、有理曲線を形成する均質な座標の役割を明確にすることが好適である。

前述した数学的方法が、マイクロ機械部品およびナノ機械部品に適用されるメカニズム理論（スライド条件、摩擦条件、嵌合条件の遵守）の有効利用に対する効果的な相似変形係数を保証できる唯一のものであることに注意すべきである。

本発明の方法によって製造可能な部品および構成要素
フェムトレーザー切断による加工は、小さい寸法から成り非常に細かな分解能で製造される必要がある部品および機構、とりわけ時計製造の分野に適合化されるものであるが、これに限定されるわけではない。この方法は特に、部品の寸法のうち少なくとも一つが、少なくとも一つの方向において、２ミリメートル以下であるときに適合化される。寸法は「最大」と考えられ、一つの部品において、同一方向に沿って最も離れた二つの点を結ぶ区分の長さとして定義される。より一般的には、この方法はあらゆるマイクロ機械要素およびナノ機械要素の製造に適合化されるものであり、該要素の接弦半径の定義（二つの面の交差）は精確にミリメートル単位の寸法条件を要求する。

したがって、本発明の方法はたとえば、動力伝達機構の製造、とりわけ、たとえば時計製造へ応用される小さな寸法の機構に適合化される。

製造される部品は少なくとも一つの曲線を具備することができ、該曲線は不規則であることが多く、直角面において形成され、１０^-9ｍより大きく、２ミリメートル未満の半径のものである。任意の加工で生じた二つの面の交差を指し示す角を観察することで一例が与えられる。マイクロスコープレベル（数ミリメートルの段階、１０^-3ｍ）では、これらの角は直線または円形であり、鋭角または鈍角で形成されていると仮定することができる。しかし、マイクロスコープレベルにおいて、これらの同一の線は、角の直線に直角な面では、多かれ少なかれ規則的な、少なくとも一つの半径を含んだ構造で特徴づけられ、該半径は、連結部分のＲ（アール）と呼ばれることの多い、最大で数十ミリメートルのものである。

本発明の方法はとりわけ以下の時計機構の加工に、全体的または部分的に適用される。

−腕時計のボディ、とりわけ、フレーム台として機能するさら穴と穿孔を具備した地板。

−マイクロメカニズムのさまざまな構成要素の定着の維持あるいは回転または移動のガイドとして機能する、直線形または斜曲形のブリッジ。

−立体間の材料結合部材であり、とりわけ、アンカ、すべり溝、単純またはスライド式の、平行移動および回転移動の、らせん形のピボット、平面支持体、単純な回転継手、または、線環状、直線状、点状などの突起付の回転継手。

−エネルギー蓄積機構、特に、バネおよび香箱車の構成要素。

−平歯車またはかさ歯車、プーリー、摩擦車、剛性または柔軟な均等動力結合部材、流体静力学的または流体動力学的要素によるマイクロ動力伝達装置またはナノ動力伝達装置。

−ピボットまたはすべり溝の結合部材。

−機械式記憶機構、とりわけカム。

−脱進機機能に結びつけられた構成部品、とりわけ、エネルギー分配として機能する構成部品であってそれはとりわけ、引き金、シリンダー、アンクル、留めピン、ガンギ車などのついたシステムであり、特に以下の要素である。すなわち、エスケープメント・ホイール、脱進機の歯、リム、アーム、ハブ、アンクル、バー、入力または出力の入り爪または出爪、フォーク、入力または出力のホーン、入力または出力のけん先、制限ピン、大きい巻軸および小さい巻軸、バランス。

−振り子の種類であれバランス−ひげぜんまいの種類であれ、調速機と呼ばれる振動機関であり、より一般的には、減衰モードまたは非減衰モードにしたがった振動システム、線形または非線形振動システム、機械式または機械粘度式の減衰装置を含んだ、あるいは含んでいないあらゆる振動システムであり、以下の隣接要素も含む。すなわち、コック、バランス、振り座、留め金、留め金受け、緩急針、平ひげぜんまい、ねじれた戻りまたは直線的な戻りをした複雑らせんによるひげぜんまい、回転調速機のシステムに結びつけられた要素で、特にトゥールビヨン脱進機またはカルーセル脱進機に対して制限的ではないもの。

−回転、線形、旋回式に関わらない振り石。

−アラーム機構。

−ケーシング要素であり、特に、ガラス、ベゼル、ケースの輪、リューズ、コレクター、文字盤、針、ケーシング・リング、バック、バックル、ブレスレットと、それらの構成要素、押しボタン、表示セル、リューズ、単純なカレンダーまたは永久カレンダーの指示器、日付の指示器、月の周期の指示器、文字盤のライトのような表示シンボル。

一つにせよ複数の部品で構成されているにせよ、また、ゼンマイねじ、リューズ、押しボタンのような要素を具備するまたはしていないケース。

ベルトを用いた動力伝達機構の製造
既述のように、本発明の方法は、同期または非同期の動力伝達機構、特に、たとえばプーリー、平滑または歯を入れたベルト、チェーン、平歯車またはかさ歯車、均等動力伝達要素などのマイクロ動力伝達機構またはナノ動力伝達機構の製造に適用される。このような動力伝達機構はたとえば、時計またはその他の小型装置において用いられる。この方法で加工可能な動力伝達機構のいくつかの例を詳しく説明していくこととする。

実施態様において、本発明の方法で製造されたベルトによる動き／パワーの伝達は非同期であり、少なくとも一つのホイールと、平ベルトまたは台形ベルトまたは溝付ベルトで構成され、好ましくは、マイクロベルトの内部または外部に位置する少なくとも一つの張力ローラおよび／またはガイドローラを備えている。非同期性は、高すぎるトルクの作用下でプーリー上をベルトがスライドすることが可能であることに由来している。

また、非同期のマイクロベルトによる動力伝達機構は、軸またはすべり溝の結合部材に取り付けることができ、このことによって、プーリーの巻角度を上げること、または、ギアの結合／ギアの切断の機能を確実にすることが可能になっている。

ベルトによる同期のマイクロ動力伝達機構は、少なくとも二つの歯を入れた
ホイールと、同じモジュールの歯を入れたベルトで構成され、これは、駆動要素と受容要素の間の機械的パワーをスライドさせずに伝達させることを可能にし、非同期の動力伝達機構の機能的なスライドまたは不慮のスライドによる問題、とりわけ過重の場合における問題を修正する効果をも有している。ここでは、機械的なマイクロチェーンまたはナノチェーンを、切り目が入ったベルトの特徴的な形状であると捉えることとするが、それはなぜなら、該チェーン自体が歯とかみ合うようにくる刻目を具備しているからである。

切り目の入ったベルトによる同期の動き／パワーの動力伝達機構は、とりわけ、
−コントロールされた変形を支える構造（材料の伸縮性の領域）と、
−曲線または多角形の断面をした歯と、
−支持平面に正半径方向、直線、傾斜または曲線でできた歯を具備している。

本発明によって製作された動き／パワーの動力伝達機構の構成要素は、動力伝達機能を確実にするのに十分な機械的特徴を有する材料、たとえば、プラスチック、ポリマー、金属、混合材料、サンドイッチ構造の材料などでできている。

本方法の動力伝達機構は、たとえば、なめらかな、あるいは、２ミリメートル未満のピッチにしたがって間隔を開けられた歯を備えたプーリーとベルトを含むことができ、該プーリーおよびベルトはたとえば、歯の高さがおよそ０．５μｍであるマイクロベルトまたはホイール、ならびに、歯の深さまたは幅が２ミリメートル未満であるベルトなどである。ベルト自体の厚みまたは幅も、好ましくは２ミリメートル未満である。加工精度の限界は、ビームのオフセットに関連している。このような機構、とりわけこのようなベルトおよびプーリーは、たとえば、腕時計のムーブメント、腕時計のムーブメントのその他の構成要素、あるいは、その他のマイクロ機械部品で用いられることを目的としている。

たとえば、図２は、本発明の方法で全体的または部分的に製造されたベルトによる、同期の動き／パワーの動力伝達機構１０を示している。ユニットはとりわけ、メイン・プーリー２３、ベルト２０、第二プーリー２２および張力ローラ２１を具備している。プーリー２３は平らで、その周辺に、平ギアのホイールと類似した半径方向の等間隔の歯を備えている。プーリー２３はフランジ（図示せず）を備えていることで、ベルト２０を案内するようになっている。この動力伝達機構の構成要素の全体を、あるいは一部だけを、本発明のフェムトレーザー切断方法で製造することが可能である。

ベルト２０は、好ましくは、図３で示されている曲線３０でできた歯の断面を有している。この曲線断面によって、ベルトの湾曲半径が大幅に変動したときにも、たとえばベルトが非常に異なった直径のプーリーと協働するときにも効果的にパワーを伝達することが可能になっている。曲線の歯の断面はまた、プーリーに適用することもできる。

同期の動力伝達機構を製作する際、フランジ（図示せず）が一つのプーリー２３、好ましくはより小さな直径を有するプーリーに配置される。

図４は、内部／外部に第二プーリー２２を備えた非同期動力伝達機構１０の二つの例を示しており、該例において、非同期のプーリー２３が平らで、前記プーリー２３の両側にフランジ（図示せず）を備えていることで、前記動力伝達機構１０においてベルト２０を案内するようになっている。

本発明によって、寸法設定の制限ならびに、特にベルトについてサンドイッチタイプまたは混合タイプの構造を製作することなく、複合材料を用いることが可能になっている。図５は、複数の層５１がついた層状ベルト５０の例を示している。

サイズが小さく、曲線３０の断面を備えた／備えていないプーリー２３またはマイクロメートル単位あるいはナノメートル単位の機構を製作する場合に、いかなる規定も課されないことに注目すべきである。すなわち、カスタマイズした断面ということである。また、歯の各タイプの断面について、直線または盛り上がった側部のついた歯がある（図示せず）。

歯車の製造
本発明はまた、ミリメートル単位またはナノメートル単位の歯車の製造にも関するものであり、歯車は、ここでは、二つのシャフト間の結合を確実にし、ドライブシャフト（駆動）の機械的パワーを従動シャフト（受動）に角速度の一定比を保ちながら伝達する、同期動力伝達機構の構成要素に含まれる要素と考えられている。

さまざまな歯車の形状を考えることができる。

基本的な形状は「外部平行」と呼ばれ、かみ合った二つのホイールの相対的なスライドがないことの他に、角速度の比が歯の数または直径の逆比に等しいことと、逆方向におけるホイールの相対的な回転を特徴としている。変形例が「内部平行」と呼ばれる形状で存在しており、該形状において、二つのホイールは同一方向に回転する。この説明している、外部または内部である、直線の歯がついた平行形状は、ピッチ、モジュールおよび動力伝達比も特徴としている。歯の構造は、曲線断面にしたがったギア構成のレベルでは対称的に説明される。

より入り組んだ形状は、基底らせんの正接が無限であることで生み出される「線織面」によって定義されるらせん歯の基準に対応する。該形状はまた、らせんに沿って移動する伸開線によって生み出される面として定義することもできる。

「ラックアンドピニオン」と称される特別な形状は、歯竿が、原線が直線である特別なホイールであるという意味で特徴的であり、該形状は、幾何学的観点から、無限直径のホイールとして捉えることができる。

らせん歯をラックアンドピニオン動力に転換することができる。歯車の二つの原始的なシリンダーがスライドせずに回転するとき、二つのかみ合った原始的ならせん歯が常に正接したままであるように注意する必要があるのだが、このことは、
−二つのらせんが逆方向でなければならない、つまり、反時計回りのホイールは時計回りのピニオンとしか平行ギアを形成することができないということ、
−歯車に関連する幾何学的条件（ギア構成条件）を守らなければならないこと、
という二つの条件を意味している。

本発明の方法によって、また、交差軸の歯車の製造も可能になる。第一に、ピッチ面が、互いにスライドせずに動く同一の頂点を有した二つの円錐である直線形状を考える必要がある。歯は直線またはらせん形である。交差軸歯車の特別な場合には、ギアの連続性と、相補的ギアと言われる方法による干渉の問題に配慮することが必要である。このアプローチによって、交差軸歯車におけるギア構成を、単純に平行ギアを考慮することによる十分な近似で研究することが可能になる。したがって、ギアの連続性、干渉、相対的スライドに関わるすべての問題は、角速度にしたがった平行ギア、歯の数、モジュールおよび圧力角を考慮することで処理される。

また本発明によって、かさ歯車、たとえばウオームギアと協働するホイールの製造も可能になる。ウオームギアは所与の軸間距離で嵌合するホイールとかみ合う。先行技術では、ホイールは通常、該ホイールがかみ合う必要のあるウオームギアに正確に対応する器具で成形される（包絡法）。超短パルスレーザーの使用によって、従来の方法では実現不可能なままであった小さな寸法にかかる制約から解放される。この種のギア機構では、特別な注意が相対的なスライドならびに不可逆性という概念に向けられることになる。

とりわけ歯の間における点接触を理由とする、らせん形のかさ歯車を処理する、入り組んだ形状により、弱い過重での動作が非常に小さなムーブメントに対して特に効果的なものとなる。

ハイポイドギアと呼ばれる複雑な形状もまた、特に切断方法が既知のあらゆる方法で排除されていた非常に小さな寸法のサイズを可能にすることにおいて考慮されている。

ギアの形状およびサイズとは独立して、設計の際に、干渉条件と、特に、非対称の形状および加工条件に関連する条件を守ることが不可欠である。

曲線の生成とこれらの斜曲面に言及した説明方法によって、幾何学的干渉の制御が確実になされる。また、超短パルスを用いたレーザー切断の技術によって、加工の障害をコントロールすることが可能になる。二つの特徴が共存しているため、本発明によって、マイクロ動力伝達機構およびナノ動力伝達機構に対する定義、製造および干渉の制御に妥当な回答が与えられ、これは、用いられる歯の形状または材料とは独立している。

マイクロ鋳型の製造
先行技術では、プーリー、歯を入れたホイールおよび張力ローラは、旋盤加工および／またはフライス加工、放電加工、超音波加工など、従来の方法によって製作される。従来のベルトはとりわけ鋳造によって製作され、鋳型は放電加工、超音波あるいはＬＩＧＡ方法（Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｅ、Ｇａｌｖａｎｉｓｉｅｒｕｎｇ、Ａｂｆｏｒｍｕｎｇ）によって製作されている。

これらの方法は、寸法がミリメートルを超えるマイクロ鋳型の製作に適用される。該方法は、インジェクション可能なプラスチック材料を利用することを必要とし、たとえば、金属、混合材、あるいは異質な複数の層といった材料を利用した部品の製造には適していない。温度または動態粘度の制約により、このようなマイクロ鋳型の使用は、合成材料製の部品の製造に対してさえ制限される。

該方法が実施可能であるときでさえ、先行技術は十分な精度で鋳型を製造する必要がある。したがって、本発明は、インジェクションされた、またはサンドイッチタイプあるいは混合タイプの構造を備えた動力伝達機構または動力伝達機構の要素の製造に用いられるマイクロ鋳型も対象とする。たとえば、図５の複数の層からなる層状ベルトは、寸法に応じて、本発明による方法で加工されたマイクロ鋳型において、鋳造またはインジェクションによって好適に製造することができる。

一般的には、本発明に記載されている方法によって加工される鋳型は、それらのタイプがどのようであれ、一定数の機能的なサブユニットを利用するものであり、該サブユニットとは、
−鋳造要素：ダイ（雄型および雌型）、
−機能的要素：フレーム、鋳込み、インジェクションされた部品の解放および型外しメカニズム、鋳型温度の調節装置、
−補助的要素：固定と操作装置、芯出しシステム、インサートの配置ロボットおよび鋳造部品の押し出しロボット、型外しの保安装置および制御装置である。

超短パルスレーザーによる加工方法は、金型の空洞の製作に適用され、該金型において、対象物の三次元の凹面表現（高さのあらゆる修正も含め）は、雄型と雌型である二つの部分によって限定される。

この方法によって、鋳造技法が保持され、用いられる材料の粘度がこれを可能にしている（非常に小さな寸法）ため、あらゆるマイクロ鋳造部品またはナノ鋳造部品の製作が可能になる。得られる表面の状態はすばらしいものであり、これは特に研磨部品にとって重要である。

加工可能な材料
加工すべき部品に応じて、本発明の方法は異なった多くの数の材料の加工に用いることができる。特に、等方性材料、多形性材料（たとえば薄板）または硬質混合材料の加工、とりわけ、プラスチック材料、金属材料、無機物質または混合材料の加工に適用される。

プラスチック材料とは、ＩＳＯ規格４７２およびＩＳＯ規格４７２（２００２年１月）で与えられた定義により、「ハイポリマー」を主成分として含有するあらゆる材料を意味する。「ハイポリマー」とは、またより一般的に「ポリマー」とは、一種または数種の原子、あるいは原子集合を相当数繰り返すこと（構成モチーフ）を特徴とする分子で構成された産物を意味し、該原子は、十分な量が結合していることで、単一または小数の構成モチーフの添加あるいは除去では実質的に変動することがない特性の集合を導くようになっている（ＩＳＯ４７２）。高分子量ポリマーの分子で構成された産物もそうである（ＩＳＯ４７２）。

とりわけ、以下のプラスチック材料および／またはポリマー材料を本発明の方法で加工することができる。

−たとえばポリエチレンＰＥ、ポリプロピレンＰＰ、ポリイソブチレンＰ−ＩＢ、ポリメチルペンテンＰ−ＭＰなどのポリオレフィン。

−ＩＳＯ規格１０４３−１／４５８−２／４５７５／１２６４ １０６０−２／２８９８−１、６４０１にしたがったポリ塩化ビニルおよびそれらの誘導体（ＰＶＣ）であり、とりわけ、塩素化ポリ塩化ビニルＰＶＣＣ、ポリ塩化ビニリデンＰＶＤＣ、共重合体、塩化ビニルとプロピレンＶＣ／Ｐ、塩化ビニルと塩素化ポリエチレンの混合物ＰＶＣ／Ｅ、塩化ビニルとアクリロニトリル−ブタジエン・スチレンの混合物ＰＶＣ／ＡＢＳ、塩化ビニルとアクリレートのグラフト共重合体ＰＶＣ／Ａ、塩化ビニル／ビニル・アセテート共重合体ＰＶＣ／ＡＣ。

−ポリビニル・アセテートとそれらの誘導体ＰＶＡＣ、とりわけ、ポリビニル・アセテートＰＶＡＣ、ポリビニル・アルコールＰＶＡＬ、ポリビニル・ブチラールＰＶＢ、ポリビニル・ホルマールＰＶＦＭ。

−ＩＳＯ規格１０４３−１／２５８０−１／２８９７−１／４８９４−１／６４０２−１にしたがったスチレン酸であり、とりわけ、高衝撃ポリスチレンＳＢ、ポリスチレン・アクリロニトリルＳＡＮ、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレンＡＢＳ、アクリロニトリル−スチレン・アセテートＡＳＡ、エラストマー修飾ポリスチレン−マレイン酸無水物ｍＳＭＡ、ＰＳを主成分とする混合物、とりわけ、ＰＣ／ＡＢＳ、ＡＢＳ／ＰＡ、ＰＳ／ポリフェニレン・エーテルＰＰＥ、ＰＳ／ＰＰおよびＰＳ／ＰＥ、ＩＳＯ７８２３−１／７８２３−２／８２５７−１にしたがったポリアクリル酸（ＰＭＭＡ）、ポリアクリロニトリルＰＡＮ、アクリロニトリル／メチル・メタアクリレートＡ／ＭＭＡ共重合体、アクリロニトリル／ブタジエン共重合体、スチレン／アクリロニトリル共重合体ＳＡＮ、アクリロニトリル／ブタジエン／スチレン共重合体ＡＢＳ、メチル・メタクリレート／アクリロニトリル・ブタジエン／スチレン共重合体ＭＢＳなど。

−ＰＭＭＡ／ＡＥＳ混合物または合金。

−飽和ポリエステル−ＩＳＯ１０４３−１／１６２８−５／７７９２−１にしたがったポリアルキレン・テレフタレートＰＥＴおよびＰＢＴ。

−ＩＳＯ１０４３−１／１８７４−１／５９９／３４５１−４／７６２８−１／７６２８−２／７３７５−１／７３７５−２にしたがったポリアミド（ＰＡ）、とりわけ、ＰＡ６．６、ＰＡ６．１０、ＰＡ６．１２、ＰＡ４．６、ＰＡ６、ＰＡ１１、ＰＡ１２など。

−ＩＳＯ１０４３−１にしたがったポリオキシメチレン（ＰＯＭ）、ＩＳＯ１０４３−１に従ったフッ素化ポリマー、ポリテトラフルオロエチレンＰＴＦＥ、ポリクロロトリフルオロエチレンＰＣＴＦＥ、フッ化ビニル樹脂ＰＶＤＦ、ポリクロロトリフルオロエチレンＰＣＴＦＥ、ペルフルオロ・ポリ−（エチレン−プロピレン）ＦＥＰ、ＰＴＦＦ／ＥＴＦＥエチレン共重合体、ＩＳＯ１０４３−１に従ったセルロース酸、硝酸セルロースまたはニトロセルロースＣＮ、エチルセルロースＥＣおよびメチルセルロースＨＣ、セルロース・アセテートＣＡおよびセルロース・トリアセテートＣＴＡ。

−ＩＳＯ１０４３−１にしたがった芳香族骨格を持つポリマーであり、とりわけ、ＩＳＯ１０４３−１／１６２８−４／７３９１−１／７３９１−２に従ったポリカーボネートＰＣ、ポリフェニレン硫化物ＰＰＳ、ポリフェニレン・エーテルＰＰＥ、フェニレン・ポリ−２−６ジメチルオキサイド、ポリフェニレン・エーテル、ポリアリルエーテルケトンＰＥＥＫ、ポリアリルエーテルケトンエーテルケトンＰＡＥＫ、ポリエーテルエーテルケトンＰＥＥＫ、ポリエーテルケトン、芳香族ポリサルフォンＰＳＵ、ポリエーテルサルフォンＰＥＳＵ、ポリフェニルサルフォンＰＰＳＵ、芳香族ポリアミド、ポリアリルアミドＰＡＡ、ポリフタルアミドＰＰＡ、非結晶質半芳香族ポリアミドＰＡ６−３Ｔ、ポリアミド−イミドＰＡＩ、ビスフェノールＡのポリテレフタレート（ポリアクリレート）、ポリエーテルイミドＰＥＴ、セルロースのプロピオン酸塩ＣＰとセルロースのアセトプロピオン酸塩ＣＡＰ、セルロースのアセトブチレートＣＡＢ、液晶ポリマーＬＣＰ（Ｖｅｃｔｒａ（コピーライト）、Ｓｕｍｉｋａ（コピーライト）およびＺｅｎｉｔｅ（コピーライト））、ＩＳＯ１０４３−１にしたがった熱可塑性エラストマー、Ｈｙｔｒｅｌ（コピーライト）またはＰｅｂａｘ（コピーライト）タイプのブロック共重合体、Ｓｕｒｌｙｎ（コピーライト）タイプ、ｕｌｔｒａｂｌｅｎｄ Ｓ（コピーライト）（ＢＡＳＦ社）ＰＢＴ＋ＡＳＡタイプ、ｃｙｃｏｌｏｙ（コピーライト）（ＧＢ Ｐｌａｓｔｉｃｓ社）タイプ、Ｌａｓｔｉｌａｃ（コピーライト）（Ｌａｔｉ社）ＰＣ＋ＡＢＳタイプ、ｘｅｎｏｙ（コピーライト）（ＧＥ ｐｌａｓｔｉｃｓ社）ＰＣ＋ＰＥＴタイプ、ｏｒｇａｌｌｏｙ（コピーライト）ＲＳ６０００（ＡＴＯ社）ＰＡ６／ＰＰタイプ、ｓｔａｐｒｏｎ（コピーライト）Ｎ（ＤＳＭ社）ＡＢＳ／ＰＡ６タイプ、ｌａｓｔｉｆｌｅｘ（コピーライト）ＡＲ−Ｖ０（Ｌａｔｉ社）タイプのアイオノマー、ＰＶＣ＋三元重合体など。

−以下の化合物に基づく、マイクロセルラー・エラストマーの、特に鋳造されたエラストマー、または、熱可塑性、ポリウレタン−ポリ尿素（熱硬化性）、ポリウレタンセルラーのエラストマーを得るための、ＩＳＯ１０４３−１にしたがったポリウレタンであり、該化合物とは、ポリウレタンＰＵＲ、イソシアネート＋水素供与体、イソシアネート、ポリイソシアネートであり、とりわけ、トルエン・ジイソシアネートＴＤＩ、ポリオール（ポリエステルおよびポリエーテル）、アミンＭＤＡおよびＭＯＣＡ、ＩＳＯ１０４３−１にしたがったシリコンＳＩ、ポリシロキサン・シリコンＳｉ、フェノール樹脂ＰＦ、特にＰＦ２Ｅ１、ＰＦ２Ｅ１、ＰＦ２Ｃ１、ＰＦ２Ｃ３、ＰＦ２Ａ１−２Ａ２、ＰＦ１Ａ−１Ａ２、ＰＦ２Ｄ１、ＰＦ２Ｄ４、ＩＳＯ４６１４および１０４３−１にしたがったアミノプラスト（ＭＦ、ＵＰ）、メラミン・ホルムアルデヒドＭＦ、尿素ホルムアルデヒドＵＦ、熱硬化性非飽和ポリエステルである。

一般的に、可能であり望まれるのであれば、これらの材料が以下の材料による補強剤を受容することができることに注意すべきである。該材料とは、芳香族ポリアミド（Ｄｕｐｏｎｔ ｄｅ Ｎｅｍｏｕｒｓ社のＫｅｖｌａｒ（コピーライト））、シリカ−ナトリウム状の形状も含んだあらゆる形状のガラス、高弾性カーボン、高抵抗カーボン、ホウ素、スチール、雲母、珪灰石、カルシウム・カーボネート、タルク、たとえばテフロン（登録商標）のようなポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などである。

また、加工されるプラスチック産物は、無機物フィルム、合成フィルム、あるいは金属フィルムで覆うことも覆わないこともできる。

本発明の方法は大半の純金属およびそれらの合金の加工にも適用される。とりわけ、固体金属合金、スチール、および、銅、アルミニウム、ニッケルまたはクロム、モリブデン、タングステンまたはマンガン、金、プラチナまたは銀、チタン、コバルト、ホウ素またはニオビウム、タンタルの製錬物、ならびに、純金属を挙げることができる。

水晶を含む多くの無機物もこの方法を用いて加工することができる。そして、該方法は混合材料の加工にも適用されるものであり、該混合材料とはつまり、マトリクス材／有機物または金属を結合する材料であり、とりわけ、網羅的ではないが、フェノール酸、ポリエステル、エポキシド、ポリイミド、繊維補強材／添加補強材（主にセルロース、ガラスＥ、Ｃ、Ｓ、Ｒ・・・、ホウ素など）、トリカイト（ウィスカ）ＡｌＯ₃、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、ＴｉＯ₂、ＢｅＯ、ＳｉＣ、低モジュールのアラミド、高モジュールのアラミド、高強度カーボン、高モジュールのカーボン、ホウ素、スチール、アルミニウムなど、ならびに、無機素材を含んだ材料、特に、胡粉、シリカ、カオリン、チタン酸化物、ガラスボールなどである。

これらの混合材料は添加物を、とりわけ、触媒または促進剤を含むことができ、固体形状において単層、層状、サンドイッチなどの形状をとることができる。

より特徴的には、網羅的ではないが、以下の混合材料を挙げることができる。すなわち、アルミニウム／銅−金属マトリクス混合材料Ａｌ７７．９／ＳｉＣ１７．８／Ｃｕ３．３／Ｍｇ１．２／Ｍｎ０．４；アルミニウム／リチウム−金属マトリクス混合材料Ａｌ８１／ＳｉＣ１５／Ｌｉ２／Ｃｕ１．２／Ｍｇ０．８；カーボン／ビニル・エステル−炭素繊維−ビニル・エステルマトリクス；カーボン／ポリアミド−炭素繊維−ポリアミド繊維；カーボン混合材料／カーボン−炭素繊維−カーボンマトリクス；カーボン混合材料／エポキシ−炭素繊維−エポキシマトリクス；カーボン混合材料／ポリエーテルエーテルケトン−炭素繊維−ＰＥＥＫマトリクス；ポリアラミド混合材料／ビニル・エステル−ポリアラミド繊維−ビニル・エステルマトリクス；ポリエチレン混合材料／ポリエチレン−ポリエチレン繊維−ポリエチレンマトリクス；Ｅガラス／エポキシ−ホウケイ酸ガラス／エポキシ；ポリアラミド／ポリフェニレン硫化物−ポリアラミド繊維−ＰＰＳマトリクスである。

最後に、多くのセラミックスも本発明の方法で加工することができる。セラミックスは、焼結アルミナタイプ、シリカタイプ、シリカ−アルミナまたはシリカ−マグネシウム化合物タイプ（コージライト、ムライト、ステアタイト）および、より広くは酸窒化物タイプ、サイアロンタイプ、炭化物タイプの、多結晶または多相あるいは合成の天然原料で構成される。好ましい材料は有機マトリクス、金属マトリクスあるいはセラミックマトリクスの内部に散在していえる単結晶の短い繊維である。金属炭化物のウィスカならびにＳｉＣまたはＳｉ₃Ｎ₄のような有機金属の先駆物質など、これらの材料は乾式プレス、熱可塑性噴射、連続鋳造などによって利用することができる。

主要なセラミックスとしては、網羅的というわけではないが、アルミナＡｌ₂Ｏ₃、アルミナ／シリカ（Ａｌ₂Ｏ₃ ８０／ＳｉＯ₂ ２０）、アルミナ／シリカ（Ａｌ₂Ｏ₃ ９６／ＳｉＯ₂ ４）−Ｓａｆｆｉｌ（登録商標）、アルミナ／シリカ／酸化ホウ素（Ａｌ₂Ｏ₃ ７０／ＳｉＯ₂ ２８／Ｂ₂Ｏ ２）、アルミナ／シリカ／酸化ホウ素（Ａｌ₂Ｏ₃ ６２／ＳｉＯ₂ ２４／Ｂ₂Ｏ １４）、カリウム・白雲母・雲母のアルミナケイ酸塩、炭化ホウ素Ｂ₄Ｃ、炭化ケイ素ＳｉＣ、反応で結合された炭化ケイ素ＳｉＣ、熱プレスされた炭化ケイ素ＳｉＣ、炭化タングステン／コバルト（ＷＣ９４／Ｃｏ６）、加工可能なガラスのセラミックス（ＳｉＯ₂ ４６／Ａｌ₂Ｏ₃ １６／ＭｇＯ １７／Ｋ₂Ｏ １０／Ｂ₂Ｏ₃ ７）、透過性セラミックス（ＳｉＯ₂ ５０／ＺｒＳｉＣ ４０／Ａｌ₂Ｏ₃ １０）、二ホウ化チタンＴｉＢ₂、二酸化チタンＴｉＯ₂ ９９．６％、酸化マグネシウムＭｇＯ、窒化アルミニウムＡｌＮ、Ｓｈａｐａｌ−Ｍ（登録商標）で加工可能な窒化アルミニウム、窒化ホウ素ＢＮ、窒化シリコンＳｉ₃Ｎ₄、反応結合した窒化シリコンＳｉ₃Ｎ₄、熱プレスされた窒化シリコンＳｉ₃Ｎ₄、窒化シリコン／窒化アルミニウム／アルミナ、サイアロン、酸化亜鉛／アルミナ（ＺｎＯ９８／Ａｌ₂Ｏ₃ ２）、酸化イットリウムＹ₂Ｏ₃、酸化ベリリウムＢｅＯ９９．５、溶解水晶ＳｉＯ₂、ルビーＡｌ₂Ｏ₃／Ｃｒ₂Ｏ₃／Ｓｉ₂Ｏ₃、サファイアＡｌ₂Ｏ₃ ９９．９、アルミナケイ酸塩（ＳｉＯ₂ ５３／Ａｌ₂Ｏ₃ ４７）、シリカＳｉＯ₂ ９６、アルミノケイ酸ガラス（ＳｉＯ₂ ５７／Ａｌ₂Ｏ₃ ３６／ＣａＯ／ＭｇＯ／ＢａＯ）、安定していないジルコンＺｒＯ₂ ９９、イットリアで安定したジルコンＺｒＯ₂／Ｙ₂Ｏ₃、マグネシアで安定したジルコンＺｒＯ₂／ＭｇＯなどがあげられる。

材料の非常に局所的な加熱により、超短パルスレーザーの利用によって、
−プラスチック材料では、裁断ゾーンを熱で損耗することなく切断することが可能になり、
−混合材料では、多層材料を分離させずに直接裁断することが可能になり、
−ひけやバリ、さらには入射面の部位でフレアを起こすことなくあらゆる金属を加工することが可能となっている。

同期／非同期動力伝達機構の加工に適合化された、本発明の方法による部品の製造装置を示す図である。 平行軸と呼ばれるプーリー−ベルトのセットでここでは構成されている同期／非同期の動力伝達機構を示す図である。 曲線の歯の断面を示す図である。 それぞれ動力伝達機構の内部および外部に配置された第二プーリーを備えた非同期動力伝達機構の二つの例を示す図である。 層状ベルトの断面図を示す図である。

符号の説明

１０ 加工される部品、たとえばベルトのような動力伝達機構
１１ 作業面
１２ ロック手段（固定手段）
１３ 三次元モデル化ソフトウェアを実行するための情報機器
１４ フェムトレーザー
１５ 光学機器／光ヘッド
１６ レーザービーム
１７ 加工プログラムを実行するための情報機器
Ｘ、Ｙ、Ｚ 加工すべき部品の平行移動軸
Ａ、Ｂ、Ｃ 加工すべき部品の回転移動軸
２０ ベルト
２１ 張力ローラ
２２ 第二のプーリー
２３ メイン・プーリー
３０ 曲線の歯
５０ 層状ベルト
５１ 補強材

Claims (31)

1. マイクロ機械部品またはナノ機械部品の製造方法であり、時間が５×１０^-13秒未満であり、レーザービーム−材料の相互作用面に対するパワーが１０¹²ワットを超えるパルスレーザーを用いたレーザー切断過程によることを特徴とする部品の製造方法。
2. 時計製造業を対象とする部品の製造のために実施される、請求項１に記載の製造方法。
3. プーリーおよび／またはベルトの製造のために実施される、請求項１または請求項２に記載の製造方法。
4. 部品の少なくとも一つの寸法が２ミリメートル以下、好ましくは０．５ミリメートル未満であり、この寸法が「最大」と考えられ、一つの部品における同一方向に沿って最も離れた二つの点を結ぶ区分の長さとして定義される、請求項１〜請求項３のいずれか一つに記載の製造方法。
5. 前記部品が歯を具備し、該歯の深さが２ミリメートル未満である、請求項１〜請求項４のいずれか一つに記載の製造方法。
6. 前記部品が、レーザービームの方向との関係において、処理すべき面の位置決定および方向決定を保証するマイクロマニピュレータによって担持される、請求項１〜請求項５のいずれか一つに記載の製造方法。
7. −加工すべき形状を記述する過程、
   −前記記述に対応するデータを、好ましくは、特に斜曲面の補間を考慮にいれている加工ソフトウェアに移送する過程、
   −レーザービームの入射角と、レーザービームに対する加工すべき部品の位置の角度を、加工材料と加工深度に応じて、切断条件が最適化されるように規定する過程、
   −移動をコントロール／操縦する情報機器（１７）にデータを導入する過程、
   −時間が５×１０^-13秒より小さく、レーザービーム−材料の作用面に対するパワーが１０¹²ワットを超える超短パルスレーザーを調整する過程、
   −加工プログラムを起動し、パルスレーザーによって部品（１０）を加工する過程、
   を具備する、請求項１〜請求項６のいずれか一つに記載の製造方法。
8. レーザービームのエネルギー勾配が、断面がビームの全断面の５０％未満である中心ゾーンの出力だけが材料の切断閾値を超えるように決定される、請求項１〜請求項７のいずれか一つに記載の製造方法。
9. 切断がレーザービーム（１６）の焦点面でのみ行われ、前記部品に対する前記焦点面を、前記レーザービームに直角な方向において移動させる過程を含んでいる、請求項１〜請求項８のいずれか一つに記載の製造方法。
10. 加工すべき前記部品（１０）が、たとえば遊びを詰めるまたは補うマイクロメートル単位の加工ロボット・プログラムのような、加工プログラムによって操縦される多軸システムによって担持される、請求項１〜請求項９のいずれか一つに記載の製造方法。
11. パルスのパワーと時間が部品の材料に応じて選択されることで、パルスによって、材料の数μｍの切断、好ましくは１０μｍ未満の切断が可能になっている、請求項１〜請求項１０のいずれか一つに記載の製造方法。
12. 切断が真空下、中性ガスの充填下、またはコントロールされた雰囲気下で行われることで、空気の絶縁破壊や材料の変質といった光−材料の境界面から生じる一貫しない現象の出現を避けるようになっている、請求項１〜請求項１１のいずれか一つに記載の製造方法。
13. レーザービームの回折装置を利用する、請求項１〜請求項１２のいずれか一つに記載の製造方法。
14. 平面（Ｅ）において前記部品（１０）の位置決定を行う過程を含む、請求項１〜請求項１３のいずれか一つに記載の製造方法。
15. 前記部品機構が、
    −プラスチック材料、
    −金属、
    −合成材料、
    −セラミックス、
    −無機材料、
    −有機マトリクス複合材料、
    −硬質等方性材料、
    の構成要素のうち少なくとも一つを具備する、請求項１〜請求項１４のいずれか一つに記載の製造方法。
16. 前記加工すべき形状の記述が、３ＤによるＣＡＤの平面で定義される構造に基づいて行われ、
    −加工ピッチが加工材料と加工深度に応じて規定されることで、切断条件が最適化されるようになっており、
    −焦点ゾーンが回折装置を備えた、または備えていない光ヘッド（１５）を用いた照明によって位置決定される、
    請求項７〜請求項１５のいずれか一つに記載の製造方法。
17. 請求項１〜請求項１６のいずれか一つに記載の製造方法にしたがって製造される機構。
18. 寸法のうち少なくとも一つが２ミリメートル以下、好ましくは０．５ミリメートル未満であり、この寸法が「最大」と考えられ、一つの部品における同一方向にそって最も離れた二つの点を結ぶ区分の長さとして定義されることを特徴とする、請求項１７に記載の機構。
19. ２ミリメートル未満のピッチにしたがって間隔をあけられ、かつ／または、深さが２ミリメートル未満である歯を具備することを特徴とする、請求項１８に記載の機構。
20. 機構の平面に対して直角な面に形成された、少なくとも半径が１０^-9ｍを超え、５ミリメートル未満である、たとえば不規則な曲線のような、少なくとも一つの曲線を有することを特徴とする、請求項１７〜請求項１９のいずれか一つに記載の機構。
21. 時計への応用を目的とする、請求項１７〜請求項２０のいずれか一つに記載の機構。
22. 同期または非同期動力伝達機構で構成される、請求項２１に記載の機構。
23. ベルト（２０）および／またはプーリー（２２、２３）で構成される、請求項２２に記載の機構。
24. 前記ベルトが２ミリメートル未満の厚みまたは幅を有する、請求項２３に記載の機構。
25. −腕時計の脱進機システムの要素、
    −腕時計の調速機システムの要素、または、
    −エネルギーの運動学的動力伝達ラインと、エネルギー源と腕時計の針の間にあるムーブメントの運動学的動力伝達ラインの要素、
    のうち一つから構成される、請求項２１に記載の機構。
26. 最も大きな寸法がミリメートル未満である、請求項２５に記載の機構。
27. 時計以外への応用を目的とする、請求項１８または請求項１９に記載の機構。
28. −少なくとも一つの歯車、
    −少なくとも一つの張力ローラおよび／または歯を入れたローラ、
    −たとえば円形状の鋳型のような鋳型、
    −たとえば歯を入れたフランジのようなフランジ、
    という要素の一つから構成される、請求項１７〜請求項２７のいずれか一つに記載の機構。
29. 硬質等方性材料で構成される、請求項１７〜請求項２８のいずれか一つに記載の機構。
30. 動力伝達機構、とりわけベルトの要素を、請求項１〜請求項１６のいずれか一つに記載の製造方法を実施することによって製造するための装置であり、
    −時間が５×１０^-13秒未満で、レーザービーム−材料の相互作用面に対するパワーが１０¹²ワットを超えるパルスレーザー（１４）と、
    −加工すべき部品を固定するための固定手段（１２）と、
    −複数の軸にしたがって前記部品に対する前記パルスレーザーの焦点ゾーンを移動させる過程を具備する加工プログラムを実行するための情報機器（１７）、
    を含んでいる装置。
31. さらに、加工すべき部品の三次元表示に基づいて前記加工プログラムを生成するための情報機器（１３）を具備している、請求項３０に記載の装置。

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