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技術 表盤上に金属装飾を製造する方法及びこの方法によって得られる表盤

出願人 ザ・スウォッチ・グループ・リサーチ・アンド・ディベロップメント・リミテッド
発明者 エリア・ラフォルジュアレクサンドル・エメリバンジャマン・ティクシエパスカル・グロッセンバッハーピエリ・ヴュイユ
出願日 2019年2月6日 (2年4ヶ月経過) 出願番号 2019-019526
公開日 2019年9月19日 (1年8ヶ月経過) 公開番号 2019-157268
状態 特許登録済
技術分野 機械時計 電気鍍金;そのための鍍金浴 装身具
主要キーワード 直流電気的 花コウ岩 酸化物エッチング液 計時器 金属装飾 機械加工操作 LIGA法 導電性面
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2019年9月19日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (10)

課題

装飾される部品の曲がりに順応する金属装飾を製造する方法を提供する。

解決手段

本発明は、絶縁材で作られたドーム状の表盤上に金属装飾を製造する方法に関する。この方法は、UV LIGAタイプのプロセスによって感光性樹脂製の型を形成するステップと、及び前記導電層から開始して少なくとも1つの金属の層を電着して、感光性樹脂の上面に実質的に達するブロックを形成するステップとを有する。

概要

背景

高精度の金属製の微細構造を製造するために、1980年代にドイツのカールスルーエ原子力研究センターのW. Ehrfeldによって開発されたLIGA(Lithographie Galvanik Abformung)技術が有利であることがわかっている。

LIGA技術の原理は、導電性基材又は導電層被覆された基材上に感光性樹脂層堆積させ、所望の微細構造の輪郭に対応するマスクを通してシンクロトロンを用いてX線照射し、現像、すなわち、感光性樹脂層の照射されていない部分を物理的又は化学的手段によって取り除いて前記微細構造の輪郭を有する型を作ることをし、この感光性樹脂製の型内に典型的にはニッケルである金属を電着させ、そして、型を取り除いて微細構造を解放することを伴う。

得られる微細構造の品質は、批判受け付けないほどのものであるが、高価な装置(シンクロトロン)を用いる必要があり、このことによって、単位当たりコストが低くなければならない微細構造の大量生産にこのLIGA技術を用いることが難しくなる。

このために、LIGA法ベースとしているがUV感光性樹脂を用いる類似している方法が開発されている。具体的には、この方法は、スイス特許CH704955に記載されており、
− 少なくとも1つの導電性面を有する基材を用意するステップと、
− その基材の導電性面に感光性樹脂層を形成するステップと、
− 所望の微細構造の輪郭が形成されているマスクを通して樹脂層に照射するステップと、
− いくつかの場所にて基材の導電性面が露出するように感光性樹脂層の照射されていない領域を溶かすステップと、
− 前記導電性面から開始して第1の金属の層と少なくとも第2の金属の層の互層を電着して、感光性樹脂の上面に実質的に達しており第1及び第2の金属の層のスタックによって形成しているユニットを形成するステップと、
剥離によって基材から樹脂層及び電着されたユニットを分離するステップと、
− 剥離された構造から感光性樹脂層を取り除いて、形成された微細構造を解放するステップとを有する。

この従来技術の方法における電着による金属装飾の作成は平坦な面上で行われるが、ドーム状の面を有する部分に対して実装するとなると、はるかに複雑となる。なぜなら、この部分の曲がりによって、装飾が適切に取り付けられることが妨げられるからである。

概要

装飾される部品の曲がりに順応する金属装飾を製造する方法を提供する。 本発明は、絶縁材で作られたドーム状の表盤上に金属装飾を製造する方法に関する。この方法は、UV LIGAタイプのプロセスによって感光性樹脂製の型を形成するステップと、及び前記導電層から開始して少なくとも1つの金属の層を電着して、感光性樹脂の上面に実質的に達するブロックを形成するステップとを有する。 i

目的

本発明は、装飾される部品の曲がりに順応する金属装飾を製造する方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

ドーム状の面を有する絶縁材で作られた基材(1)上に少なくとも1つの金属装飾を製造する方法であって、(a)前記基材(1)を用意して、前記基材(1)に第1の接着層(2)と第2の導電層(3)を気相成長によって堆積させるステップと、(b)第3の接着層(4)を堆積させるステップと、(c)感光性樹脂層(5)を形成するステップと、(d)所望の装飾の輪郭が形成されているマスク(6)を通して前記感光性樹脂層(5)に照射するステップと、(e)装飾が位置するようになるいくつかの場所で第3の接着層(4)を露出させるように前記感光性樹脂層(5)の照射されていない領域(5b)を溶かすステップと、(f)前記第2の導電層(3)を露出させるように前記装飾が位置する場所で前記第3の接着層(4)を取り除くステップと、(g)前記導電性面から開始して金属又は金属合金(7)の層を電着させて、前記感光性樹脂層(5)の上面に実質的に達する少なくとも1つのユニット(71、72)を形成するステップと、(h)プラズマエッチングによって残りの感光性樹脂層(5)を取り除くステップと、(i)少なくとも1回のウェットエッチングによって前記第1、第2及び第3の層を取り除くステップとを有する方法。

請求項2

前記第1の接着層は、Ti、Ta、Cr又はThタイプのものである請求項1に記載の方法。

請求項3

前記第2の導電層は、Au、Pt、Ag、Cr、Pd、TiN、CrN、ZrN、Niタイプのものである請求項1又は2に記載の方法。

請求項4

前記第3の接着層は、SiO2、TiO2、AIN又はSixNyタイプのものである請求項1〜3のいずれかに記載の方法。

請求項5

前記第1の接着層(2)は、30nm〜80nmの厚みを有する請求項1〜4のいずれかに記載の方法。

請求項6

前記第2の導電層(3)は、30nm〜80nmの厚みを有する請求項1〜5のいずれかに記載の方法。

請求項7

前記第3の接着層(4)の厚みは、少なくとも10nmである請求項1〜6のいずれかに記載の方法。

請求項8

前記ステップ(g)の間に、前記型の頂上まで第1の金属が堆積され、前記ステップ(i)の前に、当該方法は、堆積された前記第1の金属をカバーするように第2の金属又は金属合金を堆積させるステップ(h’)を有する請求項1〜7のいずれかに記載の方法。

請求項9

絶縁材で作られた前記基材(1)は、セラミックスサファイア真珠層ガラス石英ダイヤモンド花コウ岩大理石のような鉱物材、重合体複合材、ガラス又はエナメルで作られた基材である請求項1〜8のいずれかに記載の方法。

請求項10

腕時計ケースに接触するように配置されるように意図されており、請求項1〜9のいずれかに記載の方法によって製造される金属装飾を有する絶縁材で作られたドーム状の表盤

請求項11

前記装飾は、時符号、アップリケ及び/又はロゴである請求項10に記載の表盤。

技術分野

0001

本発明は、LIGAタイプの技術によって金属装飾を製造する方法に関する。具体的には、本発明は、表盤に最適に嵌まる金属装飾を備えたドーム状のセラミックス製の表盤を製造するこの種の方法に関する。本発明は、さらに、この方法によって得られたこの種の表盤に関する。

背景技術

0002

高精度の金属製の微細構造を製造するために、1980年代にドイツのカールスルーエ原子力研究センターのW. Ehrfeldによって開発されたLIGA(Lithographie Galvanik Abformung)技術が有利であることがわかっている。

0003

LIGA技術の原理は、導電性基材又は導電層被覆された基材上に感光性樹脂層堆積させ、所望の微細構造の輪郭に対応するマスクを通してシンクロトロンを用いてX線照射し、現像、すなわち、感光性樹脂層の照射されていない部分を物理的又は化学的手段によって取り除いて前記微細構造の輪郭を有する型を作ることをし、この感光性樹脂製の型内に典型的にはニッケルである金属を電着させ、そして、型を取り除いて微細構造を解放することを伴う。

0004

得られる微細構造の品質は、批判受け付けないほどのものであるが、高価な装置(シンクロトロン)を用いる必要があり、このことによって、単位当たりコストが低くなければならない微細構造の大量生産にこのLIGA技術を用いることが難しくなる。

0005

このために、LIGA法ベースとしているがUV感光性樹脂を用いる類似している方法が開発されている。具体的には、この方法は、スイス特許CH704955に記載されており、
− 少なくとも1つの導電性面を有する基材を用意するステップと、
− その基材の導電性面に感光性樹脂層を形成するステップと、
− 所望の微細構造の輪郭が形成されているマスクを通して樹脂層に照射するステップと、
− いくつかの場所にて基材の導電性面が露出するように感光性樹脂層の照射されていない領域を溶かすステップと、
− 前記導電性面から開始して第1の金属の層と少なくとも第2の金属の層の互層を電着して、感光性樹脂の上面に実質的に達しており第1及び第2の金属の層のスタックによって形成しているユニットを形成するステップと、
剥離によって基材から樹脂層及び電着されたユニットを分離するステップと、
− 剥離された構造から感光性樹脂層を取り除いて、形成された微細構造を解放するステップとを有する。

0006

この従来技術の方法における電着による金属装飾の作成は平坦な面上で行われるが、ドーム状の面を有する部分に対して実装するとなると、はるかに複雑となる。なぜなら、この部分の曲がりによって、装飾が適切に取り付けられることが妨げられるからである。

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は、装飾される部品の曲がりに順応する金属装飾を製造する方法を提供することによって前記課題などを解決することを目的とする。

0008

本発明は、実装が単純であり低コストであるようなこの種の方法を提供することを別の目的とする。

課題を解決するための手段

0009

このために、本発明は、ドーム状の面を有する絶縁材で作られた基材上に少なくとも1つの金属装飾を製造する方法に関し、
(a)ドーム状の面を有するセラミックス材で作られているもののような非導電性の基材を用意して、少なくとも第1の接着層と第2の導電層をPVD法などによって堆積させるステップと、
(b)第3の接着層をPVDプロセスなどによって堆積させるステップと、
(c)感光性樹脂層を形成するステップと、
(d)所望の装飾の幾何学的構成が形成されているマスクを通して前記感光性樹脂層に照射するステップと、
(e)装飾が位置するようになる場所で第3の接着層を露出させるように前記感光性樹脂層の照射されていない領域を溶かすステップと、
(f)前記第2の導電層を露出させるように前記装飾が位置する場所で前記第3の接着層を取り除くステップと、
(g)前記導電性面から開始して金属の層を電着させて、前記感光性樹脂層の上面に実質的に達するユニットを形成するステップと、
(h)プラズマエッチングによって残りの感光性樹脂層を取り除くステップと、
(i)ウェットエッチングによって前記第1、第2及び第3の層を取り除くステップと
を有する。

0010

この方法によって、ドーム状の面がある仕上げられたセラミックスの部品であってこの面に完璧に嵌まり目立つようにされている金属装飾を備えるものを作ることが可能になる。

0011

本発明の他の有利な実施形態において、
− 前記第1の接着層は、Ti、Ta、Cr又はThタイプのものである。
− 前記第2の導電層は、Au、Pt、Ag、Cr、Pd、TiN、CrN、ZrN、Niタイプのものである。
− 前記第3の接着層は、SiO2、TiO2、AIN又はSixNyタイプのものである。
− 前記第1の接着層は、30nm〜80nmの厚みを有する。
− 前記第2の導電層は、30nm〜80nmの厚みを有する。
− 前記第3の接着層は、少なくとも10nmの厚みを有する。
− 当該方法の変種の1つにおいて、前記ステップ(g)の間に、前記型の頂上まで第1の金属が堆積され、前記ステップ(i)の前に、当該方法は、堆積された前記第1の金属をカバーするように第2の金属を堆積させるステップ(h’)を有する。
− 前記ステップ(g)の間に、型の頂上まで第1の金属が堆積され、当該方法は、前記ステップ(i)の前に、第1の堆積された金属をカバーする第2の金属を堆積させるステップ(h’)を有する。
−絶縁材で作られた前記基材は、セラミックス、サファイア真珠層ガラス石英ダイヤモンド花コウ岩大理石のような鉱物材、重合体複合材、ガラス又はエナメルで作られた非導電性の基材である。

0012

最後に、本発明は、金属装飾を有する絶縁材で作られたドーム状の表盤に関し、この表盤は、腕時計ケースに接触するように配置されるように意図されており、本発明に係る方法によって得られ、この装飾は、時符号、アップリケ及び/又はロゴである。

0013

本発明の方法が、計時器装飾部品を製造するに特に有利であることは明らかである。

0014

本発明に係る方法の例示的な実施形態についての下記の詳細な説明から、本発明の他の特徴及び利点をより明確に理解することができるであろう。この例は、添付の図面と連係して純粋に非限定的な例として与えられる。

図面の簡単な説明

0015

図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。
図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。
図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。
図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。
図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。
図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。
図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。
図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。
図1a〜1iは、装飾を備えた表盤を作るための本発明の実施形態の方法のいくつかのステップを示している断面図である。

実施例

0016

本発明に係る方法のステップ(a)において用いられる基材1は、例えば、セラミックス、サファイア、エナメルなどで作られた基材によって形成され、ドーム状の面を有する。当該方法の第1のステップ(a)において、例えば、物理的気相成長(PVD)によって、第1の接着層2と、第2の導電層3、すなわち、金属電着を開始することができる層、が堆積される。典型的には、接着層2は、Ti、Ta、Cr又はThタイプのものであり、30nm〜80nmの厚みを有し、導電層3は、Au、Pt、Ag、Cr、Pd、TiN、CrN、ZrN、Niタイプのものであり(図1a)、同様に、30nm〜80nmの厚みを有する。第1及び第2の接着層は、当業者に知られた他のいずれかの手段によって堆積させることができる。

0017

代わりに、基材は、電鋳反応を開始することができるステンレス鋼又は別の金属によって作ることができる。このような場合において、第1及び第2の層は、もはや必要ではなくなる。ステンレス鋼製の基材の場合には、当該基材は使用の前に清浄化され、裏側は、この裏側面上の電着を防ぐためにワニス樹脂で保護される。

0018

ステップ(b)において、第3の接着層4は、第2の導電層3上に、例えば、マグネトロンカソードスパッタリングを用いた物理的気相成長によって堆積される。接着層4は、例えば、SiO2、TiO2、AIN又はSixNyタイプのものであり、例えば、SiN又はSi3N4であり、少なくとも10nmの厚みを有する。

0019

この接着層4は、当該方法の次のステップのために樹脂の最適な接着を可能にするという利点を有する。この第3の接着層4は、樹脂が分離する場合に第2の導電層上に保護膜を形成することも可能にする。このことによって、当該方法の後のステップの間に望まない直流電気的成長を避けることができる。

0020

本発明に係る方法のステップ(c)において用いられる感光性樹脂5は、好ましくは、米国特許US4058401において記載されているもののように、参照名SU−8でMicrochem社から入手可能なネガ型であり8官能性であるエポキシをベースとする樹脂、そして、トリアリールスルホニウム塩から選ばれる光開始剤である。この樹脂は、UV放射の作用の下で光重合をしやすい。なお、この樹脂に適していることがわかっている溶媒は、ガンマブチロラクトン(GBL)である。

0021

代わりに、DNQ(ジアゾナフトキノン)光開始剤の存在下におけるノボラックタイプフェノールホルムアルデヒドをベースとする樹脂も用いることができる。

0022

樹脂5は、所望厚みが得られるまで、任意の適切な手段によって、遠心コーティングによって、スピンコーターを用いて、又はスプレーによって、基材1に堆積される。典型的には、樹脂の厚みは、1mm〜500mmであり、より好ましくは、20mm〜300mmである。所望の厚みと用いられる堆積技術に応じて、一又は複数のステップにて樹脂5が堆積される。

0023

そして、樹脂5は、堆積された厚みに依存する時間80〜95°に加熱されて、溶媒を取り除く。この加熱によって、樹脂が乾燥して硬化する。

0024

図1dに示している次のステップ(d)は、所望の装飾の輪郭、したがって、光重合領域5aと非光重合領域5bの輪郭、が形成されているマスク6を通してUV放射によって樹脂層5を照射することを伴う。典型的には、このUV照射は、200〜1000mJ・cm-2であり、365nmの典型的な波長で測定され、層の厚み及び選択される樹脂のタイプに依存する。

0025

必要であれば、UV照射によって誘発される光重合を完了させるために、樹脂層5をアニールするステップが必要であることがある。このアニールステップは、好ましくは、15〜30分間90〜95℃で行われる。光重合領域5aは、溶媒の大部分の影響を受けなくなる。しかし、その後に、非光重合領域5bを溶媒によって溶かすことができる。

0026

図1eに示している次のステップ(e)は、感光性樹脂層の非光重合領域5bを取り除いて基材1の接着層4をいくつかの場所にて露出させる。この操作は、適切な溶媒、例えば、GBL(ガンマブチロラクトン)とPGMEA酢酸プロピレングリコールメチルエーテル)から選択される溶媒、を用いて非光重合領域5bを溶かすことによって行われる。このようにして、装飾の輪郭が形成された光重合された感光性樹脂の型5aが作られる。

0027

図1fに示している次のステップ(f)は、型から第3の接着層4を取り除いて第2の導電層3を露出させることを伴う。典型的には、第3の接着層4は、プラズマエッチング又はリアクティブイオンエッチングRIE)によって取り除かれる。

0028

図1gに示している次のステップ(g)は、前記導電層3から開始して、型内に金属層を電着させて、複数のユニット71、72を形成することを伴う。このユニット71、72は、好ましくは、型の頂上に達し、金属層の厚みは、1mm〜500mmであり、より好ましくは、20mm〜300mmである。この文脈において、「金属」には、当然、金属合金が含まれる。典型的には、当該金属は、ニッケル、銅、金及び銀、そして、合金である銅−金、ニッケル−コバルト、ニッケル−鉄、ニッケル−リン及びニッケル−タングステンからなる群から選択される。

0029

電鋳の条件、特に、槽の構成、システムの幾何学的構成、電流密度及び電圧は、電鋳の技術分野において周知な技術にしたがって電着される各金属又は合金に対して選択される(例えば、Van Nostrand Reinhold Company Inc., N.Y. USAによって1984年に出版されL. J. Durneyによって編集されたElectroplating Engineering Handbook 4th EditionにおけるDi Bari G.A.著の"electroforming"を参照のこと)。

0030

図1hに示している次のステップ(h)は、プラズマエッチングによって電着されたユニット71、72と基材1から樹脂層5aを取り除くことを伴う。このことによって、電着されたユニット71、72を破損せずに樹脂を取り除くことが可能になる。

0031

このステップ(h)の終わりにて、基材1は、電着されたユニット71、72が基材1上に装飾を形成するように得られる。なぜなら、残りの樹脂が取り除かれた後に、基材上のいくつかの場所にて第1、第2及び第3の層2、3、4が依然としてあるからである。

0032

図1iに示しているステップ(i)において、第1、第2及び第3の層2、3、4が少なくとも1つのウェットエッチングによって取り除かれる。例えば、SiO2とTiO2の層は、フッ化水素酸又はBOE(緩衝された酸化物エッチング液)でエッチングされる。Au層は、王水硝酸塩酸)、KIヨウ化カリウム)又はKCN(シアン化カリウム)でエッチングされる。ニッケルは硝酸でエッチングされる。

0033

このステップの終わりにて、得られた部品を清浄化することができ、可能性としては、工作機械にてリワークして機械加工操作を行ったり審美的な仕上げをしたりすることができる。この段階において、当該部品をすぐに用いたり、典型的には物理的又は化学的な堆積である様々な装飾的及び/又は機能的な処理を行ったりすることができる。

0034

本発明の代替形態によると、ステップ(g)において、ニッケルのような第1の金属の層を、前記導電層から開始して電着して、高さが樹脂の高さ以下であるようなユニット710、720を形成する。次のステップ(h)は同じままであり、付加的なステップ(h’)が実行される。この付加的なステップ(h’)の間に、第1の金属の層の頂上にて、例えば、金のような貴金属である、別の金属又は合金の層73が電着される。最後に、ステップ(i)において、接着層4、導電層3及び接着層2が、少なくとも1回のウェットエッチングによって取り除かれる。

0035

このような代替形態は、コストが低く実装が容易である。なぜなら、金のような貴金属と比べて、ニッケル成長を制御することが容易でありコストが低い。

0036

本発明の方法は、計時器、特に、表面上に金属製の装飾がある非導電材料で作られたドーム状の表盤、のための装飾部品を製造するために特に有利である。当該装飾は、例えば、時符号、アップリケ、ロゴ又は商標名であることができる。この方法によって、非導電材料で作られたドーム状の表盤に、非常に精密なポジショニングで、ドーム状の表盤の面の曲がりに完璧に嵌まるあらゆるタイプの金属装飾を設けることができる。これは、マルチパートで行われ、したがって、経済的に有利なプロセスで行われる。

0037

1基材
2 第1の接着層
3 第2の導電層
4 第3の接着層
5感光性樹脂層
5a 型
5b照射されていない領域
6マスク
7 金属又は金属合金
71、72ユニット
73 金属又は合金の層

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