KR102323311B1 - 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법 - Google Patents

사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이저 빔 (4) 과 사파이어 사이의 상호 작용을 통하여 사파이어 와치 크리스탈 (1) 을 마킹하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 레이저 빔은 크리스탈 내부의 지점 (5) 에 초점이 맞춰지고, 그리고 상호 작용은 이것이 크리스탈의 상부 표면 (2) 에 평행하거나 상기 상부 표면 (2) 에 수직인 직선형의 불투명한 영역 (6, 10) 을 생성하게 한다. 불투명한 영역의 배향은 적용되는 작업 모드에 좌우된다. 해칭 작업 모드에 따르면, 상기 레이저 빔 (4) 은 상부 표면에 평행한 하나 이상의 선형 경로들을 따라서 스캐닝되어, 크리스탈 내부에 불투명한 라인들 (6) 을 생성한다. 천공 작업 모드는 다수의 병치된 지점들 (5) 에서 레이저 빔의 불연속적인 작업에 의해서 얻어진 별개의 불투명한 영역들 (10) 을 생성한다. 이 후자의 작업 모드에 따르면, 불투명한 영역들 (10) 은 크리스탈의 상부 표면에 수직인 방향으로 연장된다.

Description

사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법{METHOD FOR MARKING A SAPPHIRE WATCH CRYSTAL}
본 발명은 시계학, 특히 와치 크리스탈의 마킹, 크리스탈에 추가되는 일련 번호, 그림 또는 로고, 또는 임의의 다른 타입의 정보 및/또는 심미적 마크에 관한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로 사파이어 와치 크리스탈의 마킹에 초점이 맞춰진다.
마킹을 얻기 위한 공지된 기술은 레이저를 사용하여 크리스탈을 에칭하는 것으로 이루어진다. 사파이어 크리스탈들에 대하여, 재료를 제거하기 위하여 사파이어 크리스탈의 상부 표면에 초점이 맞춰지는 레이저를 사용하고 상부 표면의 부분에 걸쳐서 레이저를 스캐닝하는 것이 공지되어 있고, 이에 따라 크리스탈 격자에 파단이 생기고 재료가 불투명하게 된다. 더스트가 마킹을 오염시킬 가능성이 있기 때문에, 제거된 재료는 이 접근법의 단점을 나타내는 더스트의 형태로 배출되어야 한다.
사파이어 또는 다른 재료들로 제조되는 와치 크리스탈들을 마킹하기 위한 또 다른 기술은 크리스탈 내부에 초점이 맞춰지는 레이저에 의해서 점선들로 재료를 에칭하는 것으로 이루어진다. 특허 출원 번호 WO9921061A1 은 패턴을 형성하기 위하여 재료 내에 병치된 일련의 레이저 충격 지점들을 생성하는 것으로 이루어진 이런 기술을 개시하고 있다. 에칭 조건들은 충격이 단면을 제어할 수 없는 별 형상의 내부 결함을 생성하도록 한다. 이것은 2 개의 연속적인 충격 영역들 사이의 최소 거리에 제한을 부과하고, 이에 따라 특정 마킹들 또는 그림들의 가시성을 제한하게 된다.
본 발명의 목적은 상기 식별된 결점들을 겪지 않는 사파이어 와치 크리스탈에서 마킹들을 생성하기 위한 방법들을 제공하는 것이다. 이 목적은 첨부된 청구 범위에 따른 방법에 의해서, 그리고 크리스탈 및 와치에 의해서 달성된다.
본 발명은 레이저 빔과 사파이어 사이의 상호 작용을 통하여 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법에 관한 것이다. 상기 레이저 빔은 크리스탈 내부의 지점에 초점이 맞춰지고, 그리고 상호 작용은 이것이 크리스탈의 상부 표면에 평행하거나 상기 상부 표면에 수직인 직선형의 불투명한 영역을 생성하게 한다. 불투명한 영역의 배향은 적용되는 작업 모드에 좌우된다. 해칭 작업 모드에 따르면, 상기 레이저 빔은 상부 표면에 평행한 하나 이상의 선형 경로들을 따라서 스캐닝되어, 크리스탈 내부에 불투명한 라인들을 생성한다. 천공 작업 모드는 다수의 병치된 지점들에서 레이저 빔의 불연속적인 작업에 의해서 얻어진 별개의 불투명한 영역들을 생성한다. 이 후자의 작업 모드에 따르면, 불투명한 영역들은 크리스탈의 상부 표면에 수직인 방향으로 연장된다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 비 제한적인 예로서 주어진 바람직한 실시 형태들에 대한 이하의 설명에서 나타날 것이다. 다수의 파라미터 값들의 범위들은 상세한 설명 및 청구 범위에서 식별된다. 상기 범위들은 최종 값들을 포함한다.
도 1 은, 특정 상세 외에, 해칭 모드라 불리는 제 1 작업 모드에서 크라스탈의 마킹 동안 본 발명에 따른 사파이어 크리스탈의 2 개의 절단들을 나타낸다.
도 2 는 2 개의 해칭 단계들이 교차 방식으로 수행되는 제 1 작업 모드에 따른 마킹을 나타낸다.
도 3 은 천공 모드라 불리는 제 2 작업 모드에서 크라스탈의 마킹 동안 본 발명에 따른 사파이어 크리스탈의 2 개의 절단들을 나타낸다.
도 4 는 천공 마킹 모드에 따라 마킹된 사파이어 크리스탈의 상세를 나타낸다.
도 1 및 도 3 에 각각 예시된 본 발명의 2 개의 작업 모드들에서, 투명 사파이어 와치 크리스탈 (1) 은 상부 표면 (2) 에 수직으로 배향되고 크리스탈 내부의 지점 (5) 에 초점이 맞춰진 레이저 빔 (4) 에 의해서 마킹된다.
도시된 비 제한적인 예들에서, 크리스탈 (1) 은 본질적으로 평면이고 서로에 대해 평행한 상부 표면 (2) 및 하부 표면 (3) 을 갖는다. 제 1 작업 모드 (도 1) 에 따르면, 레이저 빔 (4) 은 다수의 병치된 선형 경로들을 따라서 크리스탈 (1) 의 상부 표면의 부분에 걸쳐서 스캐닝되고, 따라서 해칭된 마킹을 생성한다. 레이저 초점 (5) 과 상부 표면 (2) 사이의 거리 ‘a’ 는 스캐닝 단계 동안 본질적으로 고정된 상태로 유지된다. 해칭에 적용되는 파라미터들은 선형 경로를 따르는 각각의 스캔이 사파이어 내부에 불투명한 영역 (6) 을 생성하고, 이 영역이 본질적으로 직선이고 레이저 빔의 방향에 수직이도록 (또는 크리스탈의 상부 표면에 평행하도록) 하는 것이다. 도 1 의 상세는 불투명한 영역 (6) 이 그 폭 (D) 및 높이 (H) 에 의해서 특징 지워지는 것을 나타낸다.
바람직한 실시 형태에 따르면, 이들 치수들은 레이저의 파워 및 에칭될 디자인의 함수로서 제어될 수 있다. 높이 (H) 의 크기 정도는 1 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터, 예를 들면, 최대 200 마이크로미터의 범위이다. 이론에 얽매이지 않으면서, 각각의 불투명한 영역은 스캐닝 경로의 방향으로 연장되는 복수의 미세 균열들 (microfissures) 로 형성되는 것으로 추정된다.
크리스탈의 상부 표면 (2) 에 평행한 직선 영역들 (6) 을 얻을 수 있게 하는 주요 파라미터는 스캐닝 속도이다. 이 속도는 사파이어 크리스탈의 재료 제거 에칭에 사용되는 속도들 보다 상당히 더 빠르다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 스캐닝 속도는 2 m/s 내지 3 m/s, 예를 들면, 2.5 m/s 이다. 게다가, 레이저는 와치 크리스탈을 에칭하는데 적합한 속도로 작동할 필요가 있다.
표 1a 는 제 1 작업 모드에서 사용되는 레이저 작동 파라미터들에 대한 바람직한 값들을 제공한다:
Figure 112020026367471-pat00001
표 1b 는 제 1 작업 모드에서 사용되는 다수의 기하학적 파라미터들에 대한 바람직한 값들을 제공한다:
Figure 112020026367471-pat00002
제 1 작업 모드의 특정 실시 형태에 따르면, 제 2 해칭 단계는 제 1 단계의 방향에 대해 횡방향으로 수행된다. 도 2 는 각각의 단계들에 의해서 형성된 2 개의 일련의 불투명한 라인들 (6a 및 6b) 이 서로 수직인 2 개의 교차 해칭 단계들의 부분적인 결과를 나타낸다. 제 2 해칭 단계는 제 1 단계에서와 동일한 깊이 ‘a’ 에 위치된 레이저 초점 (5) 으로 수행된다. 바람직하게는, 2 개의 인접한 라인들 (6a 또는 6b) 사이의 거리는 2 개의 단계들에서 동일하다. 라인들 (6a 및 6b) 의 방향간의 각도는 바람직하게는 30° 내지 90° 이다.
해칭 작업 모드는 재료에서 여러 레벨들로 해칭을 수행함으로써 3 차원 형상을 생성하는데 사용될 수 있다. 이 방법은 제 1 해칭 단계 (단일 또는 교차) 로 시작하여, 상부 표면 (2) 으로부터 거리 a1 에서 레이저를 초점이 맞춰진 다음, 초기 거리 a1 보다 점진적으로 작아지는 거리들 a2, a3,... 에서 하나 이상의 연속적인 단계들이 수행된다. 이런 식으로, 여러 층들을 갖는 3D 형상이 얻어진다. 2 개의 층들 사이의 거리는 2 개의 인접한 층들의 부분적 중첩을 회피하도록 선택된다.
도 3 에 예시된 제 2 작업 모드에 따르면, 레이저 빔 (4) 은 크리스탈의 상부 표면 (2) 으로부터 고정된 거리 ‘a’ 에서 사파이어 와치 크리스탈 (1) 내부에 위치된 일련의 병치된 지점들 (5) 에 규정된 온 타임 (defined on time) 동안 매 시간 연속적으로 초점이 맞춰진다. 따라서, ‘천공 작업 모드’ 라 불리는 이 방법은 WO 특허 출원 99/21061A1 에 개시된 방법과 유사하다. 하지만, 방법의 파라미터들은 레이저의 충격에 의해서 생성된 결함들이 선행 방법들과 상이하도록 구성된다.
본 발명의 방법에 따르면, 레이저와 사파이어 사이의 상호 작용은 직선형의 불투명한 영역 (10) 을 생성하고, 이 영역은 레이저 빔의 방향으로, 즉 크리스탈 (1) 의 상부 표면 (2) 에 수직으로 연장된다. 도 4 의 상세에 도시된 바와 같이, 각각의 영역 (10) 은 직경 (D) 및 높이 (H) 에 의해서 규정된다. 이들 치수들은 각각의 지점에 사용되는 레이저 파워 및 레이저 온 타임의 함수로서 제어될 수 있다. 직경 (D) 은 바람직하게는 마이크로미터의 크기 정도, 예를 들면, 1 내지 30 마이크로미터이다. 높이 (H) 는, 예를 들면, 1 내지 수백 마이크로미터일 수도 있다. 제 1 작업 모드에서와 같이, 그리고 이론에 얽매이지 않으면서, 각각의 영역 (10) 은 레이저 빔 (4) 의 방향으로 연장되는 복수의 미세 균열들로 형성되는 것으로 추정된다. WO 99/21061A1 에 기술된 별 형상 결함들과 달리, 영역들 (10) 은 치수들 (D 및 H) 에 의해서 명확하게 규정된 형상을 나타내고, 이들 치수들은 또한 레이저 파라미터들에 의해서 제어될 수 있다. 이것은 2 개의 충격 지점들 사이의 거리와 마킹의 두께의 보다 효율적인 제어를 가능하게 한다.
표 2a 는 이 제 2 작업 모드에 따라 마킹을 달성하는데 바람직하게 사용될 수 있는 레이저 파라미터들을 제시한다:
Figure 112020026367471-pat00003
표 2b 는 제 2 작업 모드에서 사용되는 다수의 기하학적 파라미터들에 대한 바람직한 값들을 제공한다:
Figure 112020026367471-pat00004
제 1 작업 모드와 유사한 방식으로, 3 차원 마킹은 크리스탈 (1) 의 두께에서 여러 레벨들로 천공 마킹에 의해서 얻어질 수 있다. 이 방법은 제 1 천공 단계로 시작하여, 상부 표면 (2) 으로부터 거리 a1 에서 레이저를 초점이 맞춰진 다음, 초기 거리 a1 보다 점진적으로 작아지는 거리들 a2, a3,... 에서 하나 이상의 연속적인 단계들이 수행된다. 이런 식으로, 여러 층들로 형성되는 3D 형상이 얻어진다. 2 개의 층들 사이의 거리는 2 개의 인접한 층들의 부분적 중첩을 회피하도록 선택된다.
본 발명에 따른 방법은 또한 반사 방지층, 예를 들면, MgF2 또는 SiO2 의 층이 크리스탈의 상부 표면 (2) 에 존재할 때 기능한다.
본 발명은 또한 전술한 임의의 방법들에 의해서 마킹된 사파이어 와치 크리스탈 및 상기 사파이어 와치 크리스탈이 제공된 와치에 관한 것이다.

Claims (21)

  1. 레이저 빔 (4) 을 사용하여 사파이어 와치 크리스탈 (1) 을 마킹하기 위한 방법으로서,
    상기 크리스탈은 평면의 상부 표면 (2) 및 하부 표면 (3) 을 갖고,
    상기 레이저 빔 (4) 은 상기 상부 표면 (2) 에 수직으로 지향되고, 그리고 상기 크리스탈 (1) 의 재료의 내부의 지점 (5) 에 초점이 맞춰지며,
    초점의 상기 지점 (5) 에서 레이저와 사파이어 사이의 상호 작용은 상기 상부 표면 (2) 에 평행한 방향으로, 또는 상기 상부 표면 (2) 에 수직인 방향으로 연장되는 적어도 하나의 직선형의 불투명한 영역 (6, 10) 을 생성하는 것을 특징으로 하는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 (4) 은 상기 크리스탈의 상기 상부 표면 (2) 으로부터 일정한 깊이에서 상기 지점 (5) 에 초점이 맞춰진 상태로 유지되면서 선형 경로를 따라서 상기 크리스탈 (1) 에 대해 스캐닝되고, 그리고
    상기 직선형의 불투명한 영역 (6) 은 상기 크리스탈 (1) 의 상기 상부 표면 (2) 에 본질적으로 평행한, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 (4) 은 제 1 해칭 단계에서 상기 크리스탈의 제 1 부분을 마킹하기 위하여 복수의 병치된 경로들을 따르는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 2 해칭 단계는 상기 제 1 해칭 단계에 대해 횡방향으로 수행되고,
    상기 제 2 해칭 단계는 상기 제 1 부분을 적어도 부분적으로 덮는 상기 크리스탈의 제 2 부분에 대해 수행되고,
    상기 제 2 해칭 단계는 상기 제 1 해칭 단계와 같이 상기 상부 표면(2)으로부터 동일한 깊이에서 수행되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    하나 또는 2 개의 단계들을 포함하는 여러 해칭 작업들은 3 차원 마킹을 얻기 위하여 상기 재료에서 연속적인 레벨들에서 수행되고, 그리고
    2 개의 인접한 레벨들에서 형성된 상기 직선형의 불투명한 영역들 (6) 은 서로 분리되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  6. 제 2 항에 있어서,
    스캐닝 속도는 2 m/s 내지 3 m/s 인, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  7. 제 2 항에 있어서,
    다수의 레이저 파라미터들은 이하와 같이 규정되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법:
    Figure 112020026367471-pat00005
  8. 제 2 항에 있어서,
    다수의 기하학적 파라미터들은 이하와 같이 규정되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법:
    Figure 112020026367471-pat00006
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이저 빔 (4) 은 상기 상부 표면 (2) 으로부터 동일한 거리에 위치된 복수의 병치된 지점들 (5) 에 연속적으로 초점이 맞춰지고, 그리고
    상기 직선형의 불투명한 영역 (10) 은 상기 지점들 각각에서 생성되고, 상기 영역들은 상기 상부 표면 (2) 에 수직인 방향으로 연장되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    여러 마킹 단계들은 3 차원 마킹을 얻기 위하여 상기 재료에서 연속적인 레벨들에서 수행되고, 그리고
    2 개의 인접한 레벨들로 형성된 상기 직선형의 불투명한 영역들 (10) 은 서로 분리되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    다수의 레이저 파라미터들의 값들은 이하와 같이 규정되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법:
    Figure 112020026367471-pat00007
  12. 제 9 항에 있어서,
    다수의 기하학적 파라미터들의 값들은 이하와 같이 규정되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법:
    Figure 112020026367471-pat00008
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 크리스탈의 상기 상부 표면 (2) 에는 반사 방지층이 제공되는, 사파이어 와치 크리스탈을 마킹하기 위한 방법.
  14. 마킹이 내부에 제공된 사파이어 와치 크리스탈 (1) 로서,
    상기 크리스탈은 평면의 상부 표면 (2) 및 하부 표면 (3) 을 갖고,
    상기 마킹은 상기 상부 표면 (2) 에 평행한 방향으로, 또는 상기 상부 표면 (2) 에 수직인 방향으로 연장되는 적어도 하나의 직선형의 불투명한 영역 (6, 10) 을 포함하는, 사파이어 와치 크리스탈 (1).
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 마킹은 상기 상부 표면 (2) 으로부터 일정한 깊이에서, 그리고
    상기 상부 표면 (2) 에 평행한 방향으로 배향된 하나 이상의 병치된 직선형의 불투명한 영역들 (6) 을 포함하는, 사파이어 와치 크리스탈 (1).
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 마킹은 상기 상부 표면 (2) 으로부터 동일한 거리에서 서로 횡방향으로 배향된 2 개의 일련의 병치된 직선형의 불투명한 영역들 (6a, 6b) 을 포함하고, 그리고
    제 2 의 일련의 영역은 제 1 일련의 영역을 적어도 부분적으로 덮는, 사파이어 와치 크리스탈 (1).
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 마킹은, 점선들로, 상기 크리스탈 (1) 의 상기 상부 표면 (2) 에 수직인 방향으로 연장되는 복수의 병치된 직선형의 불투명한 영역들 (10) 을 포함하는, 사파이어 와치 크리스탈 (1).
  18. 와치 크리스탈 (1) 로서,
    상기 와치 크리스탈은 여러 층들을 갖는 3 차원 마킹을 포함하고,
    각각의 층은 제 15 항에 따른 마킹으로 형성되는, 와치 크리스탈 (1).
  19. 와치 크리스탈 (1) 로서,
    상기 와치 크리스탈은 여러 층들을 갖는 3 차원 마킹을 포함하고,
    각각의 층은 제 16 항에 따른 마킹으로 형성되는, 와치 크리스탈 (1).
  20. 와치 크리스탈 (1) 로서,
    상기 와치 크리스탈은 여러 층들을 갖는 3 차원 마킹을 포함하고,
    각각의 층은 제 17 항에 따른 마킹으로 형성되는, 와치 크리스탈 (1).
  21. 마킹이 내부에 제공된 사파이어 크리스탈 (1) 을 포함하는 와치로서,
    상기 크리스탈은 평면의 상부 표면 (2) 및 하부 표면 (3) 을 갖고,
    상기 마킹은 상기 상부 표면 (2) 에 평행한 방향으로, 또는 상기 상부 표면 (2) 에 수직인 방향으로 연장되는 적어도 하나의 직선형의 불투명한 영역 (6, 10) 을 포함하는, 와치.
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