CN105974767B - 用于装饰时钟构件的工艺以及通过该工艺获得的时钟构件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于装饰时钟构件的工艺，其中该工艺包括下列步骤：通过飞秒激光器深雕刻时钟构件的要被装饰的表面；以及时钟构件的要被装饰的所述表面的表面构成，这两种装饰至少部分地互相重叠。

Description

用于装饰时钟构件的工艺以及通过该工艺获得的时钟构件

技术领域

本发明涉及一种用于装饰时钟构件的工艺，该时钟构件特别是手表构件。本发明还涉及一种通过实施该工艺获得的这种时钟构件。最后，本发明还涉及一种时钟，特别是手表，例如，腕表，其包括该时钟构件。

背景技术

当需要在时钟构件上生产装饰(诸如表盘)时，已知的是，例如，传统地通过诸如研磨、刷光或金刚石打磨的工艺来加工表面，从而给予表面一种结构。这种现有技术手段包括加工要装饰的表面的单一步骤，从而产生选定的表面光洁度。该步骤可与允许添加颜色的其他步骤结合，诸如喷漆、电镀或PVD沉积的步骤。

现有的装饰解决方案是不满意的。具体地，应注意的是，钟表应用对这样的装饰工艺要求很高：所获得的外观效果非常重要，并且打磨和着色必须避免瑕疵或毛刺。对坚固性方面的要求也很高，因为以这种方式装饰的构件容易作为经受冲击并且有时经受恶劣环境(海水、汗水等)的外部元件。最后，对于可使用这些现有的解决方案生产的装饰的选择被限制于一些众所周知的存在已久的解决方案，因此，不能够提供原创的装饰解决方案。

同时，存在与这些装饰工艺互补的现有解决方案，其目的并不是装饰。例如，文件WO2013/135703描述了使用飞秒激光器给金属基板上色，从而标记该基板。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于装饰时钟构件、特别是表盘的工艺，其允许简单地且具有高度的变化性地获得有吸引力的且精细的且经久耐用的新颖的外观。

出于该目的，装饰工艺包括下列步骤：

-通过飞秒激光器深雕刻时钟构件的要被装饰的表面；以及

-时钟构件的要被装饰的表面的表面构成，

这两种装饰至少部分地彼此重叠。

根据本发明的一种装饰工艺、时钟构件和时钟由权利要求限定。

附图说明

将在参考附图给出的一个特定的实施方式的以下非限制性描述中详细地描述本发明的主题、特征和优势，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的装饰工艺的步骤。

图2示意性地示出了在根据本发明的实施方式的深雕刻第一步骤之后获得的时钟构件的顶视图。

图3示出了在根据本发明的实施方式的深雕刻第一步骤之后获得的、在与时钟构件的表面横切的平面中的时钟构件的横截面轮廓。

图4示意性地示出了在根据本发明的实施方式的深雕刻步骤的变型之后获得的时钟构件的顶视图。

图5示出了在根据本发明的实施方式的深雕刻步骤的变型之后获得的、在与时钟构件的表面横切的平面中的时钟构件的横截面轮廓。

图6示意性地示出了在根据本发明的实施方式的深雕刻第一步骤之后获得的时钟构件的部分的顶视图。

图7示意性地示出了在根据本发明的实施方式的深雕刻第一步骤、随后表面构成第二步骤之后获得的时钟构件的相同部分的顶视图。

图8示意性地示出了仅在根据本发明的实施方式的表面构成第二步骤之后获得的时钟构件的相同部分的顶视图。

具体实施方式

根据实施本发明的装饰工艺的方法，使用了飞秒激光器加工所产生的可能性，其结合第二装饰技术，以装饰由大量的金属或非金属制成的时钟构件。更具体地，装饰工艺包括使用飞秒激光器进行的深雕刻，其与被简单地称作“表面构成”的、更浅的打磨或加工相结合。这些操作的需求和复杂性是，结合不同类型的两种加工操作从而在时钟构件上形成给定的装饰被认为是不现实的。具体地，传统的雕刻产生了必须通过返工或抛光移除的毛刺，这会随后在刻痕的规律性方面产生外观缺陷。在这里克服了这个缺点。据证实，这些结合的步骤允许实现意想不到的装饰效果。该方法额外地具有极大地增加了可以装饰时钟构件的方式的数量的益处。

因此，本发明的实施方式基于通过浮雕的方式生产装饰，通过在时钟构件的表面中产生凹槽来获得浮雕，这些浮雕具有两种不同的类型，并且分别通过应用装饰工艺的两个分开且互补的步骤来获得。

现在将在手表表盘的装饰方面非限制性地说明本发明。本发明当然可用于装饰腕表或时钟机芯的其他时钟构件，例如非限制性地，诸如表圈、半成品机芯和机芯部件，特别是发条鼓或发条鼓盖或棘轮。

在准备表面的步骤E1、擦亮、黑色抛光或软喷砂的步骤E2以及沉积保护层的步骤E3(该步骤被传统地应用于表盘领域中，并且在下面描述)之后，根据实施方式的装饰工艺尤其包括使用飞秒激光器进行的深雕刻第一步骤E10。使用激光器，使得激光器允许在表盘的要装饰的表面中产生深刻痕，如何设置激光器取决于所追求的最终外观。

飞秒激光器是一种特殊类型的激光器，其产生超短脉冲，超短脉冲的持续时间大约是几飞秒到几百飞秒(1fs＝1飞秒＝10^-15秒)。因此，为了装饰由黄铜制成的表盘，例如，飞秒激光器可产生1030nm波长和20μJ的能量的脉冲，其具有500kHz的脉冲频率和270fs的脉冲持续时间。当然，这些数值是通过示例的方式给出的，并且可使用被包含在特定范围中的其他数值。例如，激光器的波长可被包含在300nm和1100nm之间，例如，通常地，343nm用于蓝宝石并且515nm用于硅。脉冲的持续时间可在200fs和500fs之间变化。

使用光学系统形成光束，所述系统由不同的构件组成，从而调节传递的能量、光束的偏振和光束的大小。通过用于偏离光束的电子控制光学装置在目标(时钟构件的表面)上扫描光束。允许通过控制软件产生所需的图案。例如，在实施方式中使用焦距为100mm和160mm的场镜(F-theta镜头)，以允许分别加工直径为72mm和121mm的区域(场)。通过焦距为60mm的场镜，区域(场)减小到直径为45mm。扫描头由与数字控制板相关联的软件包控制，以允许光束的运动与激光器的发射同步。尤其是，这种组件能够修改在要雕刻的表面上的激光器光束的运动速度、修改激光器扫描策略以及最后地修改在给定区域中的通道数量。沿着/围绕五条轴线来控制微定位系统，即，三条平移轴线和两条旋转轴线。

应注意的是，与文件WO2013/135703描述的解决方案相反，飞秒激光器在这里用于形成装饰刻痕，而不是给刻痕的底部着色。刻痕可为任何形状，以形成任何设计或确实的字母或数字。

可通过冲击的数量、因此通过扫描图案的重复次数来调节所获得的刻痕的深度：冲击的数量越大，凹槽越深。在任何情况下，这种深雕刻步骤E10产生的材料移除导致凹槽形成大于或等于4μm、并且优选地包含于4μm和25μm之间(包括4μm和25μm)的平均深度，或者形成大于或等于8μm的平均深度。因此，“深刻痕”的表达被理解为意味着平均深度大于或等于4μm的刻痕。

本发明并不涉及通过这种雕刻步骤产生的设计，该雕刻步骤使得本发明能够通过沿着选定的路径、特别是沿着平行或大致平行的刻线移动光束来产生任何曲线。通过示例的方式，要装饰的表面被分成不同的区域，每个区域都包括互相平行的深刻痕，两个不同区域的刻痕不一定平行，例如，两个相邻区域的刻痕可能互相垂直。

例如，图2至5示出了通过使用下列参数的深雕刻第一步骤获得的刻痕：

-飞秒激光器光束在焦点处的直径：20μm至40μm；

-两个刻痕之间的横向间距：140μm至280μm；以及

-刻痕深度：5μm、10μm或者20μm。

横向和纵向重叠度被包含在50％和99％之间，并且对于这些示例刻痕分别为68％和84％。功率密度必须高于材料的烧蚀阈值，并且通常约为12.7×10⁶MW/cm²。

图2、3、4和5分别示出了通过两种不同类型的扫描获得的两种示例轮廓。具体地，图2和3示出了被称为“线”轮廓的规则的轮廓，其中所获得的刻痕10较窄并且规则(特别是刻痕的底部11的形状)，并且其深度大致等于10μm。

图4和5示出了通过形成具有多个激光器光束通道的给定的刻痕而获得的、被称为“填充”轮廓的较为不规则的轮廓，所述通道被横向地位移，以允许形成更宽的沟槽形式的刻痕10’，其可能具有较不规则的轮廓的刻痕底部11’。

装饰工艺可包括沉积可锻金属层的步骤E4(下面描述)。其随后包括被称为表面构成步骤E20的另一表面处理步骤，通过所述构成产生的结构至少部分地重叠在雕刻步骤中形成的刻痕上。

该表面构成步骤包括第二加工操作，例如，第二加工操作可为太阳纹刷光，其包括通过刷子和/或研磨膏在表盘的表面中产生浅划痕。作为变型，该步骤可包括软喷砂和/或喷砂和/或精冲。如下面将提到的，在太阳纹刷光的例子中，例如，在银制层中，将产生随机设置的条纹的精细的网络。产生的条纹非常地精细，并且具有明显地比通过激光器产生的沟槽的深度更小的深度。在第一步骤中通过飞秒激光器产生的高质量的刻痕允许进行第二加工操作，并且获得了所需的高外观质量(没有瑕疵且没有毛刺)。

根据表盘所期望具有的最终外观，当然也可以设想在该表面构成步骤中使用除了上述的太阳纹刷光、软喷砂、喷砂和精冲技术之外的技术。通过示例的方式，这里是可在该表面处理中实施的其他可行的技术：

-擦亮和刷光，其类似于软喷砂，且给出了非常精细且浅的纹理；

-圆形压纹，其包括产生使得表面耐用的精细的同心圆；以及

-金刚石打磨，其产生非常平滑的抛光。

最终，表面构成通过可控地但可能随机地刮擦部件的表面来产生较浅的装饰。

例如，使用的工具可为磨料覆盖的磨光器或刷子。该表面构成步骤产生了优选地包括在0.05和0.1μm之间的表面粗糙度，并因此具有深度小于或等于0.1μm、或者作为变型小于或等于0.3μm或者小于或等于1μm的擦痕。这种构成因此形成了上述厚度的条纹(擦痕)，其优选地足够密集从而变得可见，且是规则并有组织的，其形成了将规则的定向与从一个构件到另一个构件变化的细节相结合的特别的纬向纹理，产生了迷人的视觉效果。

例如，表面构成允许形成已知的设计，其包括：

-日内瓦波纹(

de Genève)，其形成刷光区域的带状图案。可以改变波纹

条带之间的宽度、精细度、角度以及相对间距。通过往复运动，磨料或刷子给表面留下了形成波纹的直的或圆形的平行擦痕；

-斑点，其是由距离非常近或者互相重叠的同心圆组成的装饰。斑点通常用于磨光桥板、底板、主板凹槽的底部和表盘；

-如上所述的太阳纹，其是具有相同的交点的刻线形成的装饰，其向部件提供了太阳状外观。例如，借助铣刀来产生这种磨光的放射状刻线，铣刀在与部件相反的方向上旋转并且定向，从而获得经过给定的中心点的直刻线；以及

-蜗形纹，其是螺旋形装饰，通常被应用于发条盒棘轮、转子、发条盒或者发条鼓盖。借助铣刀获得这种装饰，铣刀在部件的表面上旋转同时定向，从而获得螺旋形印痕。

如上述所见，所述工艺的优势是允许两种类型的装饰、尤其是深刻痕和太阳纹被简单地结合，同时实现高外观质量。这种结合对于表盘并不明显：该工艺步骤很大程度上且通常影响所获得的最终表现。因此，例如，通常用于且需要移除雕刻毛刺的返工或抛光在这里不可行，因为它们会降低刻痕之间的表面光洁度，并且改变随后获得的太阳纹的外观。使用飞秒激光器来雕刻表盘板，从而极大地简化了制造步骤，并且保证了非常好的外观质量。为了获得所追求的外观效果，激光器还能够精细地调节刻痕的参数(刻线厚度、刻线深度、刻线之间的距离)。所述工艺特别地允许生产具有由在不同的表盘区域中被不同地定向的刻线组成的装饰的表盘，其比以前的表盘具有尽可能更多程度上的变化性。

两种结合的类型的装饰至少部分重叠。根据一个实施方式，在表面构成步骤中获得的擦痕与在雕刻步骤中获得的刻痕交叉。通过这种重叠获得的视觉效果特别是通过分别的效果的结合最终产生第三效果，第三效果是单独产生的两种装饰的组合，因为通过表面构成获得的擦痕仅视觉上地改变了部件的初始表面，并且不影响雕刻划痕的底部，部件的初始表面在产生擦痕之后保持原样。

本发明还涉及一种通过这种装饰工艺获得的时钟构件。该构件因此包括至少两种类型的浮雕装饰，其一方面包括深刻痕，并且另一方面包括产生粗糙度的表面结构和/或包括浅擦痕。

图6和7示出了一种特定的实施方式，其包括：首先产生规则的刻线，该刻线通过飞秒激光器雕刻且被分布在构件的每个象限中，该刻线具有垂直于两个相邻的象限的刻线的定向(图6)；太阳纹刷光，其被重叠在初始刻痕上(图7)。

图8示意性地示出了在仅执行表面构成第二步骤之后(没有深雕刻第一步骤)获得的时钟构件的顶视图。因此，图7示出了在执行根据实施方式的装饰工艺之后获得的时钟构件，并且图6和8分别示出了在仅执行根据本发明的实施方式的用于装饰时钟构件的工艺的第一和第二步骤之后所获得的相同时钟构件。图7示出了本发明的实施方式所产生的新颖的装饰，其视觉上不止是图6和8中的装饰的简单叠加。这种出人意料的效果在实际的时钟构件上更显著。

装饰工艺可包括可选的互补步骤。在图1中示出包括可选步骤的完整的方工艺。

根据实施方式，装饰工艺包括准备要处理的表盘表面的初始步骤E1。为此，形成表盘的板(例如由金属制成，诸如黄铜)被抛光、清洗以及去脂。作为变型，表盘或要被装饰的任何其他时钟构件可由其他金属制成，术语“金属”包括纯金属或任何金属合金，诸如钢、钛、金或铂金。可替代地，还能够设想一种由陶瓷(例如，氧化锆或氧化铝)、硅、玻璃、蓝宝石、珍珠母或矿物材料制成的初始板，其表面显现出材料的自然色彩，或者被给定的颜色着色，例如，白色。

可选地，装饰工艺包括擦亮、刷光或软喷砂的互补处理步骤E2。可在表面构成步骤E20之前、装饰工艺的任何时刻进行该步骤E2。

同样，可选地，装饰工艺包括沉积可选层的步骤E3，可选层的厚度优选地包含在0.2μm和1μm之间(包含0.2μm和1μm)，从而防止表盘氧化和/或从而给表盘上色。

在深雕刻步骤E10之后进行清洗操作，并且根据实施方式，装饰工艺可包括沉积金属层的步骤E4。优选地，该沉积的金属包括银，其是充分可锻的，以在随后的操作期间、特别是在表面构成步骤E20期间被构成。当然，可沉积除了银之外的可锻金属层，以促进第二加工操作。

在装饰工艺的最后阶段，例如，通过由PVD(物理气相沉积)形成的一个或多个电镀层和/或一个或多个层、和/或由ALD(原子层沉积)或允许涂层容易地修改要形成的表盘的感知颜色的任何其他沉积技术形成的一个或多个层，可随后可选地在最终步骤E5中沉积添色层或一系列层。可想到的是通过掩膜技术将着色层仅沉积到表盘的一部分上，或者将不同颜色的多个层沉积到表盘的表面上的不同位置。

将根据期望的外观标准(例如：光学效果、沉积或者不沉积转印等)来选择刻痕深度以及两个刻痕之间的横向距离。还有必要的是能够允许在激光器雕刻之后沉积层，特别是装饰层(太阳纹)和可选的添色层。关于添色层，电镀层在激光器装饰的外观上的影响比PVD层更大。具体地，层的厚度以及工艺本身使得装饰的平滑程度约为1μm。

通过示例的方式在上文中说明了装饰工艺，并且可想到的是颠倒特定步骤的顺序，例如，在沉积着色层的步骤之后或者在激光器雕刻之前进行表面构成、特别是太阳纹刷光。

通常，随后沉积漆，随后将带有印记(字母、数字、标记、铁路标记、其他符号)的转印施加于表盘。可选地，完成的表盘还可包括施加的标度，诸如发光标记或用于宝石的压接座。

Claims (21)

1.一种用于装饰时钟构件的工艺，其中，该工艺包括下列步骤：

-通过飞秒激光器深雕刻(E10)时钟构件的要被装饰的表面；以及

-时钟构件的要被装饰的表面的表面构成(E20)，

表面构成步骤(E20)产生形成平均深度小于或等于1μm的浮雕的擦痕,

其中表面构成步骤(E20)的擦痕与深雕刻步骤(E10)形成的刻痕交叉，使得深雕刻和表面构成形成至少部分地相互重叠的两种装饰。

2.根据权利要求1所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，深雕刻步骤(E10)产生刻痕，刻痕的深度大于或等于4μm、或者大于或等于8μm、或者包含在4μm和25μm之间。

3.根据权利要求1或2所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，表面构成步骤(E20)包括太阳纹刷光、或者擦亮、或者软喷砂、或者喷砂、或者精冲、或者圆形压纹、或者打点、或者蜗形抛光、或者产生日内瓦波纹。

4.根据权利要求1或2所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，浮雕的平均深度小于或等于0.3μm或者小于或等于0.1μm。

5.根据权利要求1或2所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，该工艺包括沉积金属层的中间步骤(E4)。

6.根据权利要求5所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，所述金属层是可锻造金属层。

7.根据权利要求6所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，所述可锻造金属层是银层。

8.根据权利要求1或2所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，该工艺包括通过沉积一个或多个电镀层、和/或一个或多个PVD层、和/或一个或多个ALD层、和/或通过允许易于改变要被形成的时钟构件的感知颜色的涂层的任何其他技术沉积的着色的步骤。

9.根据权利要求8所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，着色的步骤是最终步骤(E5)。

10.根据权利要求1或2所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，深雕刻步骤(E10)产生了：

-平行或者实质上平行的刻线；和/或

-在要被装饰的表面的不同区域中的、平行或实质上平行的刻线，这些刻线在两个不同的区域之间并不平行，两个相邻区域的刻线相互垂直。

11.根据权利要求1所述的用于装饰时钟构件的工艺，其中，所述表面构成仅视觉上地改变了时钟构件的要被装饰的初始表面，并且不影响深刻痕的底部，时钟构件的要被装饰的初始表面在产生深刻痕之后保持原样。

12.一种通过根据前述权利要求中的任意一项所述的装饰工艺获得的时钟构件，其中，该时钟构件包括通过飞秒激光器获得的至少一个深刻痕以及表面结构，该表面结构形成与深刻痕交叉的擦痕，使得深刻痕与表面结构至少部分重叠，并且其中表面结构包括深度小于或等于1μm的凹槽。

13.根据权利要求12所述的时钟构件，其中，深刻痕具有平均深度，该平均深度大于或等于4μm、或者大于或等于8μm、或者包含在4μm和25μm之间。

14.根据权利要求12或13所述的时钟构件，其中，凹槽的深度小于或等于0.3μm或者小于或等于0.1μm。

15.根据权利要求12或13所述的时钟构件，其中，该时钟构件为表盘或者表圈或者半成品机芯、或者机芯部件。

16.根据权利要求15所述的时钟构件，其中，该时钟构件为发条鼓或发条鼓盖或棘轮。

17.根据权利要求12或13所述的时钟构件，其中，该时钟构件由金属制成、或者由陶瓷制成、或者由硅制成、或者由玻璃制成、或者由蓝宝石制成、或者由珍珠母制成、或者由矿物材料制成。

18.根据权利要求17所述的时钟构件，其中，所述陶瓷是氧化锆或氧化铝。

19.一种时钟，其中，其包括权利要求12至18中的任一项所述的时钟构件。

20.根据权利要求19所述的时钟，其中，所述时钟是手表。

21.根据权利要求20所述的时钟，其中，所述时钟是腕表。

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