CN112293890B - 宝石镶嵌方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将宝石(1)组装在镶嵌支承件(2)上的方法，所述宝石(1)被切割成具有台面(3)、冠部(4)、腰棱(5)和亭部(6)，所述方法包括以下步骤：‑提供涂覆有图案的基材(8)，所述图案包括覆盖有树脂层(10)的导电层(9)，所述图案具有界定通过经涂覆基材(8)的通孔(13)的内轮廓(11)和与所需的镶嵌支承件(2)的外轮廓相对应的外轮廓(12)，‑去除所述树脂层(10)；‑在溶解所述树脂层(10)之后，将宝石(1)放置在所述通孔(13)中，宝石(1)搁置在导电层(9)上；以及‑在金属层(19)电沉积导电层(9)上以形成镶嵌支承件(2)，从而使宝石(1)与金属层(19)成一体。

Description

宝石镶嵌方法

技术领域

本发明总体上涉及一种用于将宝石、特别是贵重宝石或半贵重宝石组装在镶嵌支承件上的方法，该宝石被切割成具有台面、冠部、腰棱和亭部。本发明还涉及一种用于在钟表或珠宝的元件上镶嵌宝石的方法以及通过该组装方法获得的该宝石的镶嵌支承件。

背景技术

借助于叉头、珠子或通道镶嵌贵重宝石、半宝石或人造宝石是众所周知的。借助于夹爪在珠宝镶嵌中组装天然宝石(例如钻石或祖母绿)的常规镶嵌方法通常需要将宝石的尺寸控制在5/100mm。因此，这种镶嵌方法与使用接近1/100mm的高精度宝石如人造钻石、锆石和红宝石的批量生产的低成本镶嵌宝石的镶嵌方法不兼容。

欧洲专利EP0900533涉及一种空心珠宝，该空心珠宝包括装饰性宝石，该装饰性宝石被插入到珠宝镶座中，然后被涂覆电沉积材料，该宝石由包围镶座和宝石的所述电沉积材料固定。

欧洲专利EP2432632涉及一种用于制造具有贵重宝石的物品的方法，其中，所述贵重宝石被布置在保持装置中或保持装置上，并且其中，借助于注射成型机将塑料材料注入宝石后方。保持装置包括支承板片，贵重宝石在注射成型过程中被保持在该支承板片上或经由该支承板片被保持。

欧洲专利EP2421714涉及一种装饰物品，该装饰物品包括两个基本平行的板，这些板布置成彼此间隔一定距离，并且其中至少一个可部分地透过可见光。在板之间布置有多个贵重宝石。用于将宝石固定在特定位置的装置位于板之间。定位装置包括在内部布置有贵重宝石的隔间。至少一个板直接邻接隔间。

欧洲专利EP3024351涉及一种用于将贵重宝石固定在由易熔材料制成的壳体中的方法，其中，壳体具有孔，贵重宝石布置在该孔内。贵重宝石在至少一处与壳体接触。贵重宝石通过热源加热，直到壳体在接触区域变为至少部分熔融的状态，从而冷却后可以在贵重宝石与壳体之间建立刚性连接。

发明内容

技术问题

本发明的一个目的是改进用于将贵重宝石或半贵重宝石组装在镶嵌支承件上的现有解决方案以及用于镶嵌贵重宝石的现有解决方案。

发明概述

本发明的第一方面涉及一种用于将宝石组装在镶嵌支承件上的方法，该宝石被切割成具有台面、冠部、腰棱和亭部，该方法包括以下步骤：

ο提供涂覆有图案的基材，该图案包括覆盖有树脂层的导电层，该图案具有界定穿过经涂覆基材的孔的内轮廓和与所需的镶嵌支承件的外轮廓相对应的外轮廓；

ο去除树脂层；

ο在溶解树脂层后，将宝石放置在通孔中，宝石搁置在导电层上；以及

ο将金属层电沉积在导电层上来形成镶嵌支承件，以使宝石与金属层成为一体。

优选地，将宝石定位成使得宝石的亭部搁置在导电层上。

宝石优选是天然的。根据一特定实施例，宝石是合成的。宝石可以是例如钻石、祖母绿、锆石或红宝石。

显而易见的是，在宝石镶嵌的情况下，这种方法有利地使得有可能克服例如在使用天然宝石时通常遇到的不可避免的尺寸变化。实际上，上述组装方法使得可以通过设置与要组装的宝石的尺寸适配的不同尺寸的通孔来适应宝石的尺寸变化。

优选地，提供涂覆的基材包括以下步骤：

ο优选通过物理气相沉积(PVD)用导电层涂覆基材；

ο将光敏树脂层沉积在导电层上；和

ο对树脂层施加光刻处理，以使光刻后剩余的树脂由所需的镶嵌支承件的内轮廓和外轮廓界定。

所使用的光敏树脂可以是负光敏树脂或正光敏树脂。

导电层例如可以通过沉积镍、铂、银、铬、钯、钛、金、氮化钛、氮化铬、氮化锆、铜或其组合来获得。

提供经涂覆基材的步骤可以包括优选通过湿法蚀刻去除未被树脂层覆盖的导电层，使得剩余的导电层由所需的镶嵌支承件的内轮廓和外轮廓界定，从而形成包括被树脂层覆盖的导电层的图案。换句话说，光刻后剩余的树脂层用作掩模，从而使导电层的被覆盖区域未被去除。

任选地，提供经涂覆基材包括优选通过激光烧蚀钻出所述通孔。

去除树脂层可包括化学溶解树脂层。

根据一个实施例，该方法包括优选地借助于粘合剂固定位于通孔内的宝石。

根据一个优选实施例，该方法包括优选地通过粘合剂固定位于通孔内部的宝石的亭部。

有利地，该方法包括校正位于通孔中的宝石的取向的步骤。

根据一个实施例，该方法包括校正位于通孔中的宝石的取向的步骤，随后是优选地借助于粘合剂固定位于通孔中的宝石固定的步骤。

根据一个优选实施例，该方法包括校正位于通孔中的宝石的取向的步骤，随后是优选地借助于粘合剂固定位于通孔中的宝石的亭部的步骤。

优选地，沉积金属层以包围腰棱以及与腰棱邻接的冠部和亭部区域，从而使宝石与金属层成一体。因此，金属层包围宝石以形成镶嵌支承件。

电沉积金属层可以由选自包括镍、金、银、铂、铑、钯、铜及其合金的组的材料制成。

基材可以由选自包括硅、陶瓷、玻璃和石英的组的材料制成。

根据第二方面，本发明涉及一种用于将宝石镶嵌在钟表或珠宝的元件上的方法，该方法包括将宝石以及通过以上大体描述的组装方法获得的该宝石的镶嵌支承件安装在放置于钟表或珠宝的元件上的珠宝镶座上或直接安装在钟表或珠宝的元件上。

根据第三方面，本发明涉及一种钟表或珠宝元件，其包括至少一个宝石，该至少一个宝石被组装在通过以上大体描述的组装方法获得的镶嵌支承件上。

附图说明

本发明的其它特点和特征将通过下面参考附图通过说明的方式提出的某些有利实施例的详细描述中显现，在附图中：

-图1表示宝石的一个示例，该宝石包括台面、冠部、腰棱和亭部；

-图2至图12示出了根据本发明的一个优选实施例的用于将宝石组装在镶嵌支座上的方法的连续步骤；

-图13表示根据本发明的方法的几个实施例获得的宝石形状和镶嵌支承件的不同变型的俯视图；

–图13a示出了导电路径的一种示例性配置；以及

-图14表示示出根据本发明的一个实施例安装在珠宝镶座上的宝石及其镶嵌支承件的截面图。

读者的注意力被吸引到图纸未按比例绘制的事实。此外，出于清楚的原因，可能没有正确地示出高度、长度和/或宽度的比例以及所示元件之间的空白空间的尺寸。

具体实施方式

参考图1至12描述根据本发明的用于将宝石1装配在镶嵌支承件2上的方法的一个优选实施例。宝石1被切割成具有台面3、冠部4、腰棱5和亭部6(参见图1)。该宝石优选地是天然来源的宝石，例如钻石或祖母绿，其尺寸可能因宝石而异。显然，宝石可以属于任何其它天然或合成类型，特别是贵重宝石或半贵重宝石，因为该方法也可以有利地用于此类宝石。

该组装方法的第一步骤包括以下步骤：通过磁控溅射物理气相沉积在基材8上沉积粘合层7，然后在不暴露于空气的情况下在粘合层7上物理气相沉积导电层9(参见图3)。

基材8可以是用于微电子学的硅晶片(例如如图2所示)。可以从一个基材8组装多个宝石(参见图2中所示的多个通孔13)。

在下文中，将描述用于将一个宝石组装在其支承件2上的方法，但显而易见的是，可以执行(可同时执行)相同的方法步骤以在一个基材8上组装多个宝石。

沉积的粘合层7是钛层。替代地或附加地，粘合层7可以包含钽、铬和/或钍。粘合层7的厚度在10nm至90nm之间，优选在20nm至80nm之间，更加优选在30nm至70nm之间，并且更加有利地在40nm至60nm之间。(大约)50nm的粘合层7的厚度是特别有利的。

沉积的导电层9是金层。应当注意，可以通过沉积金、镍、铂、银、铬、钯、钛、氮化钛、氮化铬、氮化锆或其组合来获得导电层9。导电层9的厚度在10nm至90nm之间，优选在20nm至80nm之间，更优选在30nm至70nm之间，更加优选在40nm至60nm之间。(大约)50nm的导电层9的厚度是特别有利的。

然后将光敏树脂层10沉积在导电层9上(参见图4)。感光树脂可以例如是AZ 4562光刻胶(MicroChemicals GmbH)或SU-8光刻胶。通过光刻除去树脂层10的一部分，使得光刻后残留的树脂界定所需的镶嵌支承件2的内轮廓11和外轮廓12。对应于所需的镶嵌支承件2的内轮廓11和外轮廓12的曝光掩模可以有利地用于光刻工艺的照射工序中。在负感光树脂(例如SU-8)的情况下，曝光掩模保护树脂层10中希望除去的部分(被照射部分对显影剂(溶剂)不溶-光敏树脂层的未曝光部分保持可溶)。在正光敏树脂(例如AZ 4562)的情况下，曝光掩模保护树脂层10的希望保留的部分(被照射的部分可溶于显影剂(溶剂)-未曝光的光敏树脂部分保持不溶)。显而易见的是，在该步骤期间，非常容易调整光刻后残留的树脂的形状，并因此调整最终的镶嵌支承件2的形状。

下一个步骤包括通过激光烧蚀钻出穿过基材8、粘合层7、导电层9和光刻后残留的树脂层10的通孔13(参见图6)。执行钻孔，以使通孔13由光刻后剩余的树脂层10的内轮廓11界定(参见图6)。有利地，当要在一个基材8上组装多个宝石时，尤其是根据内轮廓11所界定的尺寸、镶嵌支承件的形状等来优化通孔13在基材9上的分布，以在基材8上获得最大数量的通孔13(例如参见图2所示的分布)。

在图7中，导电层9的未被树脂层10覆盖的部分14(参见图6)已经通过湿法蚀刻除去。在蚀刻之后，剩余的导电层9由所需的镶嵌支承件2的内轮廓11和外轮廓12界定。导电金层9可以例如用王水(硝酸+盐酸)或Kl(碘化钾)或KCN(氰化钾)蚀刻。(在其湿法蚀刻之后)粘合层7的未被导电层9覆盖的部分也通过湿法蚀刻除去。在蚀刻之后，剩余的粘合层7也由所需的镶嵌支承件2的内轮廓11和外轮廓12界定。钛粘合层7可以例如用氢氟酸或缓冲氧化物蚀刻液(BOE)来进行蚀刻。现在，基材8被涂覆有图案，包括覆盖有树脂层10的导电层9，该图案具有界定通孔13的内轮廓11和与所需的镶嵌支承件2的外轮廓12相对应的外轮廓12。

然后例如在丙酮中将光刻后剩余的树脂层10化学溶解(参见图8)并且将宝石1定位在通孔13中，使得宝石1的亭部6搁置在导电层9上(参见图9)。

应当注意可以确保的宝石的唯一精确尺寸是腰棱5的直径和高度；因此，宝石1可能未正确定位。特别地，在定位期间不能确保宝石1的台面3的表面和基材8的上表面的充分平行(参见例如图9中的宝石)。

实施校正宝石1的取向的步骤，以校正宝石1的台面3相对于基材的上表面的取向的任何误差。有利地，参考图10，该步骤可以包括将宝石1的台面3放置成与再定位装置15接触，该再定位装置15布置成将宝石1再定位在通孔13中。这样的再定位装置15包括例如刚性板16，该刚性板涂有一层可弹性变形的材料或泡沫17以抵消宝石1的高度。再定位装置15布置成使得可变形的材料或泡沫17与位于通孔13中的宝石1的台面3接触，以便校正宝石1的取向并确保宝石1的台面3与基材的上表面之间的平行度。清楚的是，在将几个宝石组装在一个基材8上的情况下，该步骤可同时对几个宝石或甚至对所有的宝石进行，例如使用尺寸与基材8类似的再定位装置15。

在移除再定位装置15之前，将宝石1的亭部6固定在通孔13中。该步骤允许即使在移除再定位装置15之后也维持宝石1在通孔13内的正确定位。例如，可以经通孔13的开放的入口将保持粘合剂18引入宝石1的亭部6周围，从而允许将宝石1固定在通孔13内(参见图11)。为了防止粘合剂18穿过宝石1与导电层9之间的间隙，可以使用不会填充最窄间隙的足够粘性的粘合剂18。也可以在沉积保持粘合剂18之前堵塞宝石1与导电层9之间的任何间隙。为此，可以在与宝石1的亭部6相对的一侧(通孔13的被堵塞侧，即与通孔13的开放入口侧相对的一侧)向间隙中喷涂树脂，该树脂可以容易地除去(例如通过溶解)。在将宝石1镶嵌就位之前，也可以在硅基材8上沉积约50μm的铟层。铟层具有在通过调平台面3并随后设置密封件来校正宝石1的取向期间变形的优点。

然后移除重新定位装置15。

该方法的下一步骤包括在导电层9上电沉积金属层19以形成镶嵌支座2。沉积的金属层优选地由选自包括镍、金、银、铂、铑、钯、铜及其合金的组合的材料制成。

金属层19是通过在宝石1周围电沉积导电层9以至少覆盖分别设置在腰棱5的任一侧上的冠部4以及在适当的情况下亭部6的区域4a、6a(参见图1)而制成的。换句话说，金属层包围(覆盖)腰棱5以及分别与腰棱5邻接的冠部4的区域4a、6a以及优选地亭部6。因此，宝石1的腰棱5被封装在金属层19内，以至少主要在宝石1的腰棱5周围形成镶嵌支承件2。此后，宝石1与镶嵌支承件成为一体。应当注意，优选地，大部分冠部4和亭部6保持自由以露出宝石的最大表面积，同时仍确保冠部和亭部被一定量的材料覆盖，该材料量允许将宝石1牢固地保持在金属层19中。

根据电铸领域中众所周知的技术(例如，参见由L.J.Durney编辑的Di Bari G.A.“电铸”电镀工程手册第四版，由美国纽约的范·诺斯特兰德·百瑞因霍德公司出版，1984年)，为每种要电沉积的金属或合金选择电沉积(也称为电铸)的条件，特别是镀液的组成、系统几何形状、电压和电流密度。

镶嵌支承件2的尺寸由导电层9在基材8的平面中的尺寸以及根据电沉积参数沉积的金属层19的高度限定。

应当注意，为了允许金属层19的电沉积，必须将导电层9连接到导电路径以带来电流。因此，在电沉积期间金属也将在导电路径上生长。本发明的一个优点是，通过对连接点施加力，可以容易地将宝石从传导路径上释放。除其它外，这可以通过在沉积金属层19周围需要小的空间来实现。导电路径2a的一种示例性配置在图13a中示出，该配置允许轻松地释放宝石1。

然后，将组装在其镶嵌支承件2上的宝石1从基材8和保持粘合剂18释放。为此，通过溶解除去基材8和保持粘合剂19。例如，加热到85℃的20％的氢氧化钾KOH可以用来溶解硅基材8，而市售溶剂(例如丙酮)可以用来溶解粘合剂。

图13示出了镶嵌支承件2的几何形状的示例，其可以通过如上所述的组装方法例如借助于光刻掩膜的不同几何形状来获得。

因此释放的组装在其镶嵌支承件2上的宝石1可以用于根据本发明的镶嵌方法。用于将宝石镶嵌在钟表或珠宝的元件上的方法包括将通过上述组装方法获得的宝石1及其在其支承件2安装在珠宝镶座20上(例如，如图14所示)。然后例如通过压入配合到钟表或珠宝元件中的合适凹部中来常规地放置珠宝镶座20。

或者，将通过如上所述的组装方法获得的宝石1及其镶嵌支承件2直接安装在钟表或珠宝元件上。

可以借助于夹子、压配合、压接、粘合等方式将带有宝石1的镶嵌支承件2安装在珠宝镶座20上或直接安装在钟表或珠宝元件上。

钟表或珠宝元件可以是例如表盘、表圈、旋转表圈、表壳中间件、表壳的角部、表冠、指针、刻度盘、链环或其它表链元件、吊坠、戒指、项链等，或任何可压接的装饰性钟表/珠宝元件。

尽管已经详细描述了特定的实施例，但是本领域技术人员将理解，可以根据本发明提供的整体教导来设想对本发明的各种修改和替代。因此，本文所述的具体布置和/或方法旨在仅通过举例说明的方式给出，而无意限制本发明的范围。

Claims (17)

1.一种用于将宝石(1)组装在镶嵌支承件(2)上的组装方法，所述宝石(1)被切割成具有台面(3)、冠部(4)、腰棱(5)和亭部(6)，所述组装方法包括以下连续步骤：

-提供涂覆有图案的经涂覆基材(8)，所述图案包括覆盖有树脂层(10)的导电层(9)，所述图案具有内轮廓(11)和与所需的镶嵌支承件(2)的外轮廓(12)相对应的外轮廓(12)，该内轮廓(11)界定通过该经涂覆基材(8)的通孔(13)，

-去除所述树脂层(10)；

-在溶解所述树脂层(10)之后，将所述宝石(1)放置在所述通孔(13)中，所述宝石(1)搁置在所述导电层(9)上；以及

-将金属层(19)电沉积在所述导电层(9)上以形成所述镶嵌支承件(2)，从而使所述宝石(1)与所述金属层(19)成为一体。

2.根据权利要求1所述的组装方法，其中，提供所述经涂覆基材(8)包括以下步骤：

用导电层(9)涂覆基材；

将树脂层(10)沉积在所述导电层(9)上，所述树脂层为光敏树脂层；以及

对所述树脂层(10)进行光刻处理，使得光刻后剩余的树脂由所需的镶嵌支承件(2)的内轮廓(11)和外轮廓(12)界定。

3.根据权利要求2所述的组装方法，其中，提供所述经涂覆基材(8)包括去除未被所述树脂层(10)覆盖的所述导电层(9)，使得剩余的导电层(9)由所需的镶嵌支承件(2)的内轮廓(11)和外轮廓(12)界定，从而形成包括被所述树脂层(10)覆盖的所述导电层(9)的图案。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的组装方法，其中，提供所述经涂覆基材(8)包括钻出所述通孔(13)。

5.根据权利要求1所述的组装方法，其中，所述树脂层(10)的去除包括所述树脂层(10)的化学溶解。

6.根据权利要求1所述的组装方法，包括固定位于所述通孔(13)内的所述宝石(1)。

7.根据权利要求1所述的组装方法，包括校正位于所述通孔(13)内的所述宝石(1)的取向。

8.根据权利要求7所述的组装方法，包括校正位于所述通孔(13)内的所述宝石(1)的取向，随后固定位于所述通孔(13)内的所述宝石(1)的取向。

9.根据权利要求1所述的组装方法，其中，进行沉积以使得所述金属层(19)包围所述腰棱(5)以及所述冠部(4)和所述亭部(6)的与所述腰棱邻接的区域，以便使所述宝石(1)与所述金属层(19)成一体，所述金属层(19)由此保持所述宝石(1)以形成所述镶嵌支承件(2)。

10.根据权利要求1所述的组装方法，其中，电沉积的金属层(19)由选自包括镍、金、银、铂、铑、钯、铜及它们的合金的组的材料制成。

11.根据权利要求2所述的组装方法，其中，所述基材由选自包括硅、陶瓷、玻璃和石英的组的材料制成。

12.根据权利要求2所述的组装方法，其中，该经涂覆基材(8)的所述导电层(9)通过物理气相沉积来获得。

13.根据权利要求3所述的组装方法，其中，未被所述树脂层(10)覆盖的所述导电层(9)通过湿法蚀刻去除。

14.根据权利要求4所述的组装方法，其中，所述通孔(13)通过激光烧蚀来钻出。

15.根据权利要求6所述的组装方法，其中，位于所述通孔(13)内的所述宝石(1)通过保持粘合剂(18)来固定。

16.根据权利要求8所述的组装方法，其中，位于所述通孔(13)内的所述宝石(1)的取向通过保持粘合剂(18)来固定。

17.一种用于将宝石(1)镶嵌在钟表或珠宝的元件上的镶嵌方法，所述镶嵌方法包括：将通过根据权利要求1至16中任一项所述的组装方法获得的宝石(1)及其镶嵌支承件(2)安装在放置于钟表或珠宝的元件上的珠宝镶座(20)上或直接安装在所述钟表或珠宝的元件上。

Images