[0001] La présente invention a pour objet un cadran émaillé avec pieds, notamment un cadran émaillé pour pièce d'horlogerie. L'invention concerne également un procédé permettant de fabriquer un tel cadran, et de fixer les pieds avec une précision ne demandant aucune retouche pour le positionnement ultérieur dans des logements prévus dans la platine.
[0002] Pour les pièces d'horlogerie anciennes, montres ou pendules, l'émaillage de la face visible du cadran était utile, notamment pour masquer un substrat généralement réalisé en cuivre, ou alliage de cuivre dans un but esthétique. De plus, dans les pièces de petites dimensions, telles que les montres-bracelets, il est nécessaire que la face arrière du cadran soit pourvue de pieds pour assurer un positionnement correct dudit cadran.
Il est également nécessaire que ladite face arrière du cadran comporte un contre-émaillage, même grossier, pour compenser les tensions résultant de l'émaillage de la face visible. Ainsi, pour obtenir un cadran émail de qualité, encore utilisé dans les montres haut de gamme, le procédé traditionnel de fabrication comporte un très grand nombre d'étapes exigeant de la part du fabricant un grand savoir-faire qui n'empêche pas malgré cela d'avoir un pourcentage de rebut important, comme on va le comprendre ci-après.
[0003] Dans une première étape, on découpe dans une mince plaque de cuivre, ou alliages de cuivre (0,1 mm pour une montre bracelet, jusqu'à 0,4 mm pour une pendule), un gabarit un peu plus grand que la forme du cadran, on perce des trous pour les pieds de cadran en cuivre, puis on effectue le rivetage/soudage des pieds.
On observera qu'aucune ouverture, telle que les passages d'aiguilles ou des guichets, n'est effectuée dans la plaque de base, d'une part pour ne pas l'affaiblir, d'autre part pour éviter la formation de puits lors de l'émaillage.
[0004] Dans une deuxième étape, après avoir effectué un bombage, on dépose une composition d'émail sur les deux faces de la plaque, par des procédés connus, tels que le trempage, la sérigraphie ou le saupoudrage au tamis. Dans ce dernier cas, la face inférieure est préalablement revêtue d'une colle. Le cadran ainsi préparé est ensuite passé au four à une température comprise entre 750 deg. C et 850 deg. C selon la composition de l'émail.
Le bombage et la couche d'émail inférieure permettent de maîtriser les déformations du cadran, dues à la différence entre le coefficient de dilatation du cuivre et celui de l'émail, en fin de fabrication.
[0005] Pour la face visible du cadran, cette deuxième étape est renouvelée plusieurs fois, à savoir entre 2 à 5 fois, jusqu'à ce que la couche d'émail ait une épaisseur d'environ 0,7 mm, épaisseur nécessaire pour masquer le mieux possible l'aspect peu esthétique du substrat en cuivre et conférer au cadran les propriétés mécaniques désirées.
A la fin de ce cycle, un contrôle d'état de surface est effectué pour éliminer les inclusions indésirables et pour remplir les pores, et le cadran est à nouveau soumis à un traitement thermique.
[0006] La troisième étape consiste à décalquer les index de cadran, à appliquer un film de vernis ou d'émail très fin avec un passage au four, puis à effectuer un pressage à une température déterminée pour conférer au cadran la planéité optimum.
[0007] La quatrième étape consiste à faire des retouches sur la face arrière du cadran. La couche d'émail "technique" est grossièrement mise à niveau, mais conserve un aspect granuleux et poreux.
Les pieds, qui ont pu subir des distorsions lors des manipulations et des traitements thermiques précédents, sont d'abord débarrassés par limage du film d'émail qui peut les recouvrir, puis redressés pour qu'ils coïncident parfaitement avec les logements prévus dans la platine. Au cours de cette étape, les risques d'endommager un produit presque fini sont grands.
En effet, le redressement des pieds peut provoquer soit leur rupture, soit des craquelures dans la couche d'émail, voire son décollement partiel.
[0008] Dans une dernière étape, on effectue le perçage d'un trou au centre et, si nécessaire, la découpe d'un guichet, puis on effectue par meulage, la mise aux cotes du cadran, étant donné que les couches d'émail présentent une inclinaison sur le pourtour.
[0009] La présente invention vise donc à pallier les inconvénients de cet art antérieur, en procurant un procédé de fabrication d'un cadran émaillé avec pieds comportant un moins grand nombre d'étapes et ne nécessitant pas le repositionnement des pieds en fin de fabrication, ni un meulage pour la mise aux cotes du cadran.
[0010] A cet effet, l'invention a pour objet un cadran émaillé avec des pieds de positionnement dans la platine d'un mouvement horloger,
ledit cadran étant formé à partir d'un substrat céramique dont la surface externe est revêtue d'une à deux couches d'émail et dont la surface interne, côté mouvement, comporte un film d'accrochage permettant le dépôt d'une couche métallique épaisse permettant de fixer avec grande précision la tête des pieds par collage, soudage ou brasage. Ce dépôt peut être effectué, par exemple par croissance galvanique.
La mise en place des pieds intervenant au tout dernier stade de fabrication, ceux-ci n'ont pas subi les contraintes thermiques, ni les manipulations dues à l'émaillage, ce qui évite leur repositionnement ultérieur lors du montage sur le mouvement.
[0011] Etant donné que le substrat céramique a une teinte claire, le petit nombre de couches d'émail est suffisant pour avoir, avec une épaisseur comprise entre 0,1 mm et 0,4 mm, un état de surface très satisfaisant et permet inversement d'avoir un substrat plus épais. L'épaisseur du substrat céramique est de préférence comprise entre 0,4 mm, qui est une valeur permettant déjà d'avoir des propriétés mécaniques satisfaisantes, et 0,9 mm.
Le cadran terminé a donc sensiblement la même épaisseur que les cadrans de l'art antérieur, mais avec une inversion des rapports d'épaisseur substrat/couche d'émail.
[0012] On observera également qu'en ayant un substrat plus épais en céramique, par exemple à base d'alumine dont le coefficient de conductivité thermique est beaucoup plus faible que celui du cuivre, la conduction thermique peut être évaluée à environ 1/50<ème> de celle qu'on observerait avec un substrat mince en cuivre.
Dans ces conditions, il est donc possible de fixer les pieds avec apport de chaleur (soudage ou brasage) dans une toute dernière étape, sans risquer d'endommager l'émail à la surface du cadran, ce qui ne serait pas le cas avec un substrat en cuivre.
[0013] Pour assurer un positionnement encore plus précis de pieds, il est également possible de prévoir dans le substrat céramique un logement pour la tête, ledit logement étant conçu lors du pressage, ou réalisé ultérieurement par usinage.
[0014] D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante donnée à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels:
<tb>les fig. 1A, 1B et 1C<sep>représentent en coupe, près d'un bord d'un cadran émaillé avec pieds selon l'invention, les étapes de fabrication selon un premier mode de réalisation; et
<tb>la fig. 2<sep>représente en coupe près d'un bord une partie de cadran selon l'invention obtenu selon un deuxième mode de réalisation.
[0015] On observera tout d'abord que, pour plus de clarté dans les dessins, toutes les épaisseurs n'ont pas été représentées à la même échelle.
[0016] La fig. 1A représente la première étape du procédé qui consiste à revêtir un substrat 1 en céramique ayant une épaisseur comprise entre 0,4 mm et 0,9 mm, de préférence 0,7 mm, d'une ou deux couches d'émail ayant en tout une épaisseur comprise entre 0,1 et 0,4 mm, c'est-à-dire en ayant un substrat dont l'épaisseur est au moins deux fois supérieure à celle de la couche d'émail.
Ce petit nombre de couches d'émail est tout à fait suffisant, compte tenu de l'aspect clair du substrat en céramique.
[0017] Le substrat 1 est obtenu par pressage ou par le procédé CIM (Ceramic Injection Molting) bien connu, à partir d'une poudre de céramique telle qu'oxyde d'aluminium ou de zirconium. La maîtrise de ce procédé est actuellement suffisante pour produire des pièces avec une tolérance très serrée ne nécessitant aucune retouche ultérieure, d'autant que le très petit nombre de couches d'émail ne produit pas d'effet de bord. Compte tenu de cette absence d'effet de bord, bien que non représenté sur la fig. 1A, il est également possible de partir d'un substrat 1 comportant des passages d'axes d'aiguilles et éventuellement des guichets, ou de les former par usinage avant émaillage.
La plaquette de céramique formant le substrat 1 est en effet suffisamment rigide pour ne pas être affaiblie par des passages traversants. Dans cette étape, on effectue également le décalge des index horaires ou autres signes, puis le glaçage (non représenté).
[0018] La deuxième étape, représentée à la fig. 1B, concerne le traitement de la face inférieure du cadran permettant la fixation du pied de cadran par collage, soudage, ou brasage. On effectue d'abord, par évaporation sur la surface céramique, le dépôt d'un film d'accrochage 5, puis par croissance galvanique, ou autres techniques équivalentes, le dépôt d'une couche plus épaisse 7 permettant de fixer le pied.
[0019] La couche d'accrochage 5, de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, est réalisée par exemple en titane, nickel, chrome, tungstène ou vanadium.
Compte tenu de la faible épaisseur du substrat céramique 1 et de la couche d'émail 3, la couche d'accrochage 5 peut en outre faire fonction de réflecteur et rendre le cadran encore plus lumineux. En ce qui concerne le dépôt de la couche épaisse 7, dont l'épaisseur est de l'ordre de 0,01 mm, il est réalisé en nickel, en cuivre ou alliages de cuivre, ou en or ou alliages d'or notamment pour les pièces d'horlogerie haut de gamme.
[0020] La troisième étape, représentée à la fig. 1C, consiste à venir fixer sur la couche épaisse 7, la tête 11 du pied 9, par collage, soudage ou brasage, dans la position précise qu'il doit occuper pour le montage du cadran sur la platine, c'est-à-dire sans devoir exercer des contraintes mécaniques sur celui-ci pour la repositionner.
Le pied 9 et sa tête 11 est réalisé à partir d'une tige en cuivre, voire en alliage d'or si la couche épaisse 7 de jonction est également en or.
[0021] En se référant maintenant à la fig. 2, on a représenté un cadran selon l'invention obtenu selon un deuxième mode de réalisation. Il diffère du premier mode de réalisation qui vient d'être décrit en ce que le positionnement du pied 9 est obtenu de façon encore plus précise grâce à un logement cylindrique 13 prévu lors de la fabrication du substrat céramique 1 ou par usinage ultérieur. Les autres traitements de la face inférieure du cadran et les moyens de fixation du pied sont par ailleurs identiques.
The present invention relates to an enamelled dial with feet, including an enamelled dial for a timepiece. The invention also relates to a method for manufacturing such a dial, and to fix the feet with a precision requiring no retouch for later positioning in the housings provided in the plate.
For the old timepieces, watches or clocks, enamelling of the visible face of the dial was useful, especially to hide a substrate generally made of copper, or copper alloy for aesthetic purposes. In addition, in small parts, such as wristwatches, it is necessary that the rear face of the dial is provided with feet to ensure proper positioning of said dial.
It is also necessary that said rear face of the dial includes a coarse enameling, even coarse, to compensate for the tensions resulting from the enameling of the visible face. Thus, to obtain a quality enamel dial, still used in high-end watches, the traditional manufacturing process involves a very large number of steps requiring from the manufacturer a great know-how that does not prevent despite this to have a significant percentage of waste, as will be understood below.
In a first step, it is cut in a thin copper plate, or copper alloys (0.1 mm for a wristwatch, up to 0.4 mm for a pendulum), a template a little larger than the shape of the dial, holes are drilled for the copper dial feet, then the riveting / welding of the feet is done.
It will be observed that no opening, such as the passageways of needles or wickets, is made in the base plate, on the one hand not to weaken it, on the other hand to avoid the formation of wells during enameling.
In a second step, after bending, is deposited an enamel composition on both sides of the plate, by known methods, such as soaking, screen printing or sieving. In the latter case, the underside is previously coated with an adhesive. The dial thus prepared is then passed to the oven at a temperature of between 750 deg. C and 850 deg. C according to the composition of the enamel.
The bending and the lower enamel layer make it possible to control the deformations of the dial, due to the difference between the coefficient of expansion of the copper and that of the enamel, at the end of manufacture.
For the visible face of the dial, this second step is repeated several times, namely between 2 to 5 times, until the enamel layer has a thickness of about 0.7 mm, thickness necessary for to mask as much as possible the unsightly appearance of the copper substrate and to give the dial the desired mechanical properties.
At the end of this cycle, a surface condition check is performed to remove unwanted inclusions and to fill the pores, and the dial is again subjected to heat treatment.
The third step is to trace the dial indexes, to apply a thin film of enamel or enamel with a passage in the oven, then to perform a pressing at a specific temperature to give the dial the optimum flatness.
The fourth step is to make retouching on the rear face of the dial. The "technical" enamel layer is roughly leveled, but retains a granular and porous appearance.
The feet, which may have undergone distortions during previous handling and thermal treatments, are first removed by filing the enamel film which can cover them and then straightened so that they coincide perfectly with the housings provided in the plate. . During this step, the risks of damaging an almost finished product are great.
Indeed, the straightening of the feet can cause either their breakage, or cracks in the enamel layer, or even its partial detachment.
In a final step, it performs the drilling of a hole in the center and, if necessary, the cutting of a window, then it is carried out by grinding, the setting of the dial, since the layers of enamel have an inclination around the perimeter.
The present invention therefore aims to overcome the disadvantages of this prior art, by providing a method of manufacturing an enamelled dial with feet having fewer steps and not requiring the repositioning of the feet at the end of manufacture , nor a grinding for the setting of the dial.
For this purpose, the invention relates to an enamelled dial with positioning feet in the plate of a watch movement,
said dial being formed from a ceramic substrate whose outer surface is coated with one to two layers of enamel and whose inner surface, on the movement side, comprises a gripping film allowing the deposition of a thick metal layer to fix the head of the feet with great precision by gluing, welding or brazing. This deposit can be carried out, for example by galvanic growth.
The installation of the feet intervening at the very last stage of manufacture, they did not undergo the thermal stresses, nor the manipulations due to the enamelling, which avoids their repositioning later during the assembly on the movement.
Since the ceramic substrate has a light shade, the small number of enamel layers is sufficient to have, with a thickness of between 0.1 mm and 0.4 mm, a very satisfactory surface state and allows conversely to have a thicker substrate. The thickness of the ceramic substrate is preferably between 0.4 mm, which is a value already allowing to have satisfactory mechanical properties, and 0.9 mm.
The finished dial is therefore substantially the same thickness as the dials of the prior art, but with a reversal of substrate thickness ratios / enamel layer.
It will also be observed that having a thicker ceramic substrate, for example based on alumina whose thermal conductivity coefficient is much lower than that of copper, the thermal conduction can be evaluated to about 1/50 <i> of that which one would observe with a thin substrate of copper.
Under these conditions, it is possible to fix the feet with heat input (welding or brazing) in a final step, without risk of damaging the enamel on the surface of the dial, which would not be the case with a copper substrate.
To ensure an even more precise positioning of feet, it is also possible to provide in the ceramic substrate a housing for the head, said housing being designed during pressing, or subsequently produced by machining.
Other features and advantages of the present invention will appear in the following description given by way of illustration and not limitation, with reference to the accompanying drawings in which:
<tb> figs. 1A, 1B and 1C <sep> show in section, near an edge of an enamelled dial with feet according to the invention, the manufacturing steps according to a first embodiment; and
<tb> fig. 2 <sep> represents in section near an edge a portion of the dial according to the invention obtained according to a second embodiment.
It will first be observed that, for clarity in the drawings, all the thicknesses have not been represented at the same scale.
FIG. 1A represents the first step of the process which consists in coating a ceramic substrate 1 having a thickness of between 0.4 mm and 0.9 mm, preferably 0.7 mm, of one or two enamel layers having in all a thickness of between 0.1 and 0.4 mm, that is to say having a substrate whose thickness is at least two times greater than that of the enamel layer.
This small number of enamel layers is quite sufficient, given the clear appearance of the ceramic substrate.
The substrate 1 is obtained by pressing or by the well known CIM (Ceramic Injection Molting) process, from a ceramic powder such as aluminum oxide or zirconium. The control of this process is currently sufficient to produce parts with a very tight tolerance requiring no further editing, especially as the very small number of enamel layers does not produce edge effects. Given this lack of edge effect, although not shown in FIG. 1A, it is also possible to start from a substrate 1 having needle axis passages and possibly wickets, or to form them by machining before enameling.
The ceramic plate forming the substrate 1 is indeed sufficiently rigid not to be weakened by through passages. In this step, the time indexes or other signs are also shifted, followed by glazing (not shown).
The second step, shown in FIG. 1B, relates to the treatment of the underside of the dial for fixing the dial foot by gluing, welding, or brazing. First, by evaporation on the ceramic surface, the deposition of a bonding film 5, then by galvanic growth, or other equivalent techniques, the deposition of a thicker layer 7 for fixing the foot.
The bonding layer 5, of the order of a few tens of nanometers, is made for example of titanium, nickel, chromium, tungsten or vanadium.
Given the small thickness of the ceramic substrate 1 and the enamel layer 3, the attachment layer 5 can also act as a reflector and make the dial even brighter. As regards the deposition of the thick layer 7, whose thickness is of the order of 0.01 mm, it is made of nickel, copper or copper alloys, or gold or gold alloys, especially for high-end timepieces.
The third step, shown in FIG. 1C, consists in fixing on the thick layer 7, the head 11 of the foot 9, by gluing, welding or brazing, in the precise position that it must occupy for mounting the dial on the plate, that is to say say without having to exert mechanical constraints on it to reposition it.
The foot 9 and its head 11 is made from a copper rod, or even gold alloy if the thick layer 7 junction is also gold.
Referring now to FIG. 2, there is shown a dial according to the invention obtained according to a second embodiment. It differs from the first embodiment which has just been described in that the positioning of the foot 9 is obtained even more precisely thanks to a cylindrical housing 13 provided during the manufacture of the ceramic substrate 1 or by subsequent machining. The other treatments of the underside of the dial and the attachment means of the foot are also identical.