CN1637666A - 用于制造由蓝宝石或其它晶体材料制成的钟表机构部件的方法 - Google Patents

Abstract

用固定在一支承件上的机芯坯体加工出由硬晶体材料制成的钟表机构部件，尤其是由蓝宝石制成的底板、桥夹板或移动部件。支承件的底部具有多个相同直径的定位孔，每个定位孔限定要在机芯坯体中形成的一孔或一凹部的位置，并设置成与放置在一机器转台的旋转轴线处的垂直销无间隙接合。形成在机芯坯体上具有精确位置的孔依次包括以下步骤：(a)钻出其直径小于最终孔的尺寸的临时孔；(a1)必要时通过磨削扩大该临时孔以修改其形状和/或尺寸；(b)然后通过逐渐相对于砂轮偏移转台的旋转轴线或者相反而精磨孔的周向壁，以使该壁位于所需的精确位置。可以同样方式在机芯坯体的两个面上形成深度不同的凹部。

Description

用于制造由蓝宝石或其它晶体材料制成的钟表机构部件的方法

技术领域

本发明涉及一种制造由硬晶体材料制成的钟表机构部件，尤其是制造由蓝宝石制成的底板(bottom plate)和桥夹板(bridge)的方法。本发明还涉及利用这种方法获得的钟表机构部件。

技术背景

硬晶体材料例如刚玉类的材料(蓝宝石、红宝石)和尖晶石在钟表学中的标准应用是，首先用作防划手表玻璃，其通常由被称为“白色”蓝宝石的透明蓝宝石制成，其次用作轴承和计数器枢轴以支承钟表机构机芯的特定圆盘钉(pin)的枢转。

本发明涉及这些材料的其它应用，即(制成)构成钟表机构的一部分的大致为盘形的部件，更具体地说是机芯的固定结构的部件即底板和桥夹板。几年以来，一些久负盛名的手表制造商已生产出具有一透明的蓝宝石底板以及特定桥夹板的构架型机芯。但是，加工这种部件极为困难。首先，蓝宝石底板或桥夹板或类似物应当包括接纳用于该机芯的旋转运动部件的轴承的孔和用于该透明构架的装配部件的孔。这些孔相对于其它孔尤其在其轴线位置方面应当以很高的精度形成，以使机芯运转良好。

其次，底板或者经常还包括桥夹板具有相对于其一个或全部两个外表面的凹部，也就是说，它具有平行于其外表面并在板的深度方向上成阶梯的不同表面。这些表面被钟表制造者称为“埋头孔”，因为它们经常形成用于机芯的旋转运动部件的轴向支承表面。目前加工蓝宝石手表玻璃的技术不能精确地和以工业方式加工出这种凹部。

在专利CH 690518中所公开的一种方法可以制造用于手表机芯的透明蓝宝石底板，该方法包括利用超声焊极通过超声腐蚀来形成孔和凹部，该超声焊极具有与该底板的相关侧面所需的形状互补的形状。但是，因为超声焊极磨损很快，所以加工精度一般，并且该工具的使用寿命较短。此外，利用超声波进行加工容易使该部件的薄的部位断裂，从而造成巨大的浪费。

最后，利用超声波进行加工会产生粗面，随后必须进行大量的研磨(polishing)工作，在该凹面上进行研磨工作尤其困难。这也是该已知方法仅限于生产少量非常昂贵的部件的原因。

在专利CH 649185中说明了另一种方案，该方案包括形成由一堆透明板组成的支承结构，其中一些透明板被切割以形成用于该钟表机构部件的框架(housing)。这些板可由硬晶体材料例如蓝宝石、红宝石或尖晶石制成，在这种情况下，用激光束或超声波可以有利地进行切割。这一方案明显简化了该凹部的形成和研磨，但是它并没有解决孔的精度的问题。此外，因为该堆板包括十块板之多，所以这对组件的透明度是有害的，并且会使该机芯的装配大大复杂。

发明内容

本发明旨在通过提供一种方法以基本避免上述现有技术中的缺点，该方法使得可以在孔的直径和位置以及必要时凹部的位置和深度方面以很高的精度制造由非常硬的晶体材料制成的钟表机构部件，尤其是蓝宝石底板，并降低损耗率。另外，本方法可使所生产的部件获得良好的外观，尤其是从研磨和边缘上没有瑕疵的方面看更是如此。

为此，(本发明)提供一种用于制造由硬晶体材料制成的钟表机构部件，尤其是由蓝宝石制成的底板或桥夹板的方法，在该方法中，准备一个由所述硬(晶体)材料制成的板并在该板上形成孔，其特征在于，在该板上形成具有精确位置的孔包括以下步骤：

(a)钻出一直径小于该最终孔的尺寸的临时孔；

(b)然后利用一砂轮精磨该孔的周向壁，以便通过该板和该砂轮之间的相对运动使该壁具有需要的精确位置；

必要时，在步骤(b)之前可执行至少一个步骤(a1)，该步骤(a1)通过磨削扩大该临时孔以改变其形状和/或尺寸。

优选的，至少在步骤(a)到(b)之间，将该硬(晶体)材料板固定在一支承件上，该支承件包括一平行于该板的底部，该底部具有多个直径相同的定位孔，每个该定位孔限定该板内的一个孔或一个凹部的位置，并且设置成与放置在一机器转台的旋转轴线上的一垂直销无间隙接合。

从下面对用于制造各种蓝宝石钟表机构部件的本发明的一个实施例的说明中可清楚地了解本发明的优点，该说明通过非限制性的示例给出并参照附图。

附图说明

图1示出从表盘侧看到的用于构架型钟表机芯的透明的蓝宝石底板。

图2是图1的底板的另一侧的视图。

图3是可与图1和2的底板一起使用的透明的蓝宝石桥夹板的俯视图。

图4是沿图3的箭头IV的前视图。

具体实施方式

图1和2中示出的透明底板1大致为圆盘形，在此示例中，该底板在研磨后的直径大约为32mm，厚度为1.65mm，并且该底板在其圆周上具有一凹进0.5mm的肩部2以支承一圆形结构，例如一常规的金属底板。该(透明)底板穿有直径从2.30到0.80mm不等的圆形孔3、4、5、6、7和8以及一个非圆形孔9。该底板的面上具有多个带有平底的凹部，这些平底被称为埋头孔并且在俯视图上通常为圆形或圆形的一部分，或甚至为几个圆形部分的组合形状。在图1中可看到五个埋头孔11到15，该埋头孔相对于该底板的外表面10的位置形成阶梯，例如从1.08到0.36mm。在图2所示的另一面上可以看到三个埋头孔16到18，该埋头孔相对于在该桥夹板一侧的该底板的外表面19的位置形成阶梯，例如从0.70到0.17mm。如同在一金属底板中一样，大部分埋头孔的中心位于用于接纳轴承的各个孔例如3、4、5上，以便支承到达该埋头孔前面的轮的转轴。另一方面，某些孔例如7可直接作为用于机芯的部件的支承件。孔6用于桥夹板的固定部件，例如在各个端部配备有螺纹的金属支脚。该底板此外还在其表面19的圆周上在其厚度的一部分上具有三个凹口20，以便可以将该底板像标准的金属底板一样固定在一表壳上。

为了制造底板1，首先形成一形式为圆形蓝宝石盘的机芯坯体，该坯体通过本领域内常用的磨削技术而具有该底板的最终直径和该肩部2的减小的内径。该机芯坯体的厚度优选地比底板1的最终厚度大0.20mm左右，以便可以通过最终的研磨在每个面上切除十分之一毫米。

将如此准备好的机芯坯体保持在一金属支承件上，该支承件在其顶面内具有一用于该机芯坯体的框架并在其底面内具有一组定位孔，该定位孔的轴线各与将在该机芯坯体上加工出的孔或埋头孔之一的中心重合。这些定位孔均具有相同的直径，并用于与放置在用于后续操作的机器的转台中心的垂直销无间隙接合。该支承件的圆周具有两个平行的直线边，这样可在转台上将该支承件和该机芯坯体保持在需要的取向上。该机芯坯体可围绕其垂直轴线Z旋转并由一支座支承，该支座相对于机器的刀架轴的位置可以0.01mm数量级的精度在正交方向X、Y和Z上平移调节。该刀架轴安装在一配备有测微止动件(micrometric stop)的垂直滑板上，并且可以根据需要通过一与液压制动器相互作用的手动控制(装置)和一具有凸轮的往复运动装置而沿Z方向移动。

在喷水的条件下，使用旋转的金刚钻在该机芯坯体上穿出各个孔，该金刚钻的直径小于该孔的最终直径。例如，将0.80mm的钻用于在该机芯坯体中直径约为0.90到0.95mm且最终直径为1.00mm的孔。可用1.5mm的钻形成最终直径为1.8到2.3mm的大的孔3和4。该工具由于重力而下降，并且该下降可通过一平衡锤和该制动器进行调节。对于非圆形的孔9，仅进行圆形穿孔，并在稍后的步骤中扩大该孔。为了从一个孔转到下一个孔，将该支承件放置在在穿孔步骤中不转动的转台的中心销上。很明显，用钻穿孔不能使各个孔的尺寸具有很好的精度。

当已形成底板上的所有孔并且可能已扩大其中的某些孔之后，如稍后将要说明的，后面的步骤包括精磨每个孔的侧壁，这样将使该孔的周向壁的各部分位于该部分在该底板中应有的精确位置。因此，每个孔的轴线从而位于相对于该底板的其它孔的精确的所需位置，此外可确保该孔的直径的精确性。

在精磨一圆柱形孔的该步骤中，在刀架轴上安装一圆柱形金刚石砂轮，该砂轮的直径小于该钻出的孔的直径，其差值在例如0.05和0.2mm之间。该砂轮的旋转轴线是大致垂直的。将该砂轮引入该孔并使该转台水平地——例如沿X方向——移动，以使该砂轮与该孔的壁相接触。在喷水的条件下，使砂轮开始沿轴向往复运动(因此在该情况下是垂直的)，使该转台在与砂轮的旋转方向相反的方向上旋转，从而该孔的壁缓慢地围绕该砂轮旋转，然后以0.01mm的步幅沿X方向逐渐移动该转台直到得到所需要的孔的直径。当该转台的旋转轴线与接合在该支承件的定位孔中的销的轴线重合时，该孔的经过精磨的壁以很高的精度定心在该定位孔上，并且该孔的半径还可通过与该转台相连的X比较器以很高的精度被限定。该砂轮的轴向往复运动不仅用于使该砂轮在相当宽的表面上进行打磨，并且还有利于修正稍微倾斜的孔，以及总的来说不完全垂直于该底板表面的孔的任何壁。这里所述的方法允许使用者有-0.000/+0.0006mm的孔的直径误差和±0.01mm的底板其它侧上的误差。此外，该方法消除了钻孔可能在孔的边缘上产生的碎片。

该精磨(过程)产生一粗面，该粗面适合于将在其中粘合一轴承衬套的孔，该轴承衬套承载该机芯的宝石轴承(stone)。在其它孔中，在比所要求的最终直径小0.02mm的直径处停止该精磨，并用一铸铁工具在供应由金刚砂混合在油中的悬浮液的条件下进行研磨，同时使该工具和该转台进行与在精磨步骤中相似的运动。

对于非圆形的孔例如该椭圆孔9，在进行精磨之前执行一个通过磨削扩大的步骤，在该过程中使用一金刚石砂轮，该砂轮的直径等于该椭圆形孔的临时宽度，并且该砂轮进行垂直的往复运动。通过手动操作使该转台向前运动。这样，可形成任何形状的孔，例如T形、L形或新月形。

为了加工凹部和埋头孔，对这些孔进行定位；将在该支承件中在该框架的位置处形成的定位孔插在该转台的销上，然后将该支承件固定在该转台上。首先加工最深的凹部，以消除在加工较浅的表面时可能产生的边缘碎片。

在进行喷水且转台旋转的同时，利用一圆柱形金刚石砂轮挖出该凹部，该砂轮相对于该凹部适当地偏心。优选地，该空心处的直径比最终直径小大约0.06mm，以便可进行精整和研磨。工具例如每6秒下降0.01mm，且下降到一个没有完全到达所需要的完成位置的深度，例如下降到距离该完成位置0.03mm处以便可进行研磨。

在用刷子供应混合在油中的金刚石砂的条件下，使用一偏心的铸铁砂轮可对每个凹部的侧面和埋头孔进行精整和研磨。其运动与挖出(凹部)时的运动类似。下一步是利用木制或Resofil旋转工具在用刷子供应非常细的金刚石砂的条件下对埋头孔上光，这样可形成极佳的透明外观。

然后，将该部件(即机芯坯体)从该支承件上松开，清洗并将其倒置放回到该支承件上，以便用和第一面相同的方式加工该另一面的凹部。

最后，通过利用常规技术依次研磨该两个平的外表面10和19，以使该底板的厚度达到其最终值，并检查该凹部的深度。

这样可得到一底板，该底板的所有表面不仅具有极佳的外观，而且每个表面还位于所需要的精确位置以确保该钟表机构尽可能最好地运行。为此，不仅使用于机芯的轴承的孔，而且使用于在该底板和每个桥夹板内接纳桥夹板的支脚的孔获得精确定位是很重要的，因为桥夹板的精确定位对于相对于该底板中对应的轴承精确定位由该桥夹板承载的每个轴承是绝对必要的。

图3和4示出一普通的蓝宝石桥夹板30，该桥夹板可与上述底板1相连。该桥夹板30呈现为一形状不规则的板，在此示例中，在研磨后其长度为大约15mm，最大厚度为大约1.3mm。该桥夹板的端部31的厚度由于一凹部32而减小到大约0.6mm，该凹部32的底部形成一埋头孔33并包括一直径为1.30mm的孔34。在该桥夹板的厚的部分内设有直径为1.00mm的固定孔35。

除了优选用一矩形板作为该机芯坯体以外，以和在底板1中相同的方式在桥夹板30中形成孔34和35。然后在一标准的CNC机器上形成该桥夹板的轮廓36，该机器具有一可在平行于该板的X和Y两个方向上移动的转台。至少这些孔中的两个孔与固定在该移动转台上的一支承件的销无间隙接合，以便可以指示该机芯坯体相对于该转台(的位置)。首先用直径尽可能大的砂轮粗加工出轮廓36，然后用一小直径的砂轮精确地定形，例如对于轮廓36的凹部的最小曲率半径为3mm的情况(该砂轮的直径是)5mm，该砂轮高速旋转，例如为80000rpm，并优选地通过轴向往复运动而驱动。

为了用与在底板1中形成凹部的相同的方法形成凹部32，将桥夹板30固定在一支承件上，该支承件具有无间隙接合在孔34和35内的销。该支承件的底面包括一位于与限定该凹部的圆形壁37的中心相对的位置的定位孔，该孔接合在该转台的中心销上。所述(圆形壁37的)中心可完全位于该桥夹板的轮廓36的外部。精整步骤是像对该底板一样对该桥夹板的两个外表面38和39进行最后的研磨。

本发明的应用范围不局限于制造固定的钟表机构部件，例如底板或桥夹板，而是还可以扩展到制造活动部件例如轮、摆轮机构、显示盘或主发条盖。

Claims (11)

1.用于制造由硬晶体材料制成的钟表机构部件，尤其是由蓝宝石制成的一底板(1)或一桥夹板(30)的方法，在该方法中准备一由所述硬材料制成的板并在该板上形成孔(3到9，34，35)，其特征在于，形成一个在该板上具有精确位置的孔包括以下步骤：

(a)钻出一其直径小于该最终孔的尺寸的临时孔；

(b)然后利用一砂轮精磨该孔的周向壁，以便通过该板和该砂轮之间的相对运动使该壁位于所需要的精确位置。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在步骤(b)之前执行至少一个通过磨削以扩大该临时孔的步骤(a1)，以便修改该孔的形状和/或尺寸。

3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于，至少在步骤(a)到(b)期间，将所述板固定在一支承件上，该支承件包括一平行于该板的底部，该底部具有多个相同直径的定位孔，每个该定位孔限定该板内的一孔或一凹部的位置，并且设置成与放置在一机器转台的旋转轴线处的一垂直销无间隙接合。

4.根据权利要求3的方法，其特征在于，在步骤(a)中使用一旋转工具，该工具的轴线与该转台的轴线重合，并且在步骤(b)中使用一旋转砂轮，该砂轮的轴线相对于该转台的轴线横向偏移或者反过来该转台的轴线相对于该砂轮的轴线横向偏移，并使该转台围绕其轴线转动。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于，在该板的一部分厚度内通过使用一旋转工具并使该转台围绕其轴线旋转而围绕在该板内的至少一个所述孔形成一圆形凹部，该旋转工具的轴线相对于该转台的轴线横向偏移或者反过来该转台的轴线相对于该旋转工具的轴线横向偏移。

6.根据权利要求5的方法，其特征在于，在该板的一个面内依次形成多个所述凹部，该凹部相交叉并具有不同的深度，并且与较深的凹部相交叉的凹部在该较深的凹部形成之后形成。

7.根据前述权利要求之一的方法，其特征在于，在已形成在该板上具有精确位置的至少两个孔(34、35)之后，通过将所述孔无间隙接合在销上而将该板固定在一CNC机器的移动转台上，以便指示该板相对于该转台的位置，并且用该砂轮定形该板的边缘以便通过该转台的运动使该砂轮具有所需要的轮廓(36)。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，用一具有垂直于该板的旋转轴线的砂轮进行该边缘的定形，该砂轮还被一轴向往复运动装置所驱动。

9.根据权利要求8的方法，其特征在于，所述砂轮的直径为5mm或更小，并且以至少80000rpm的转速转动。

10.利用根据前述权利要求之一的方法得到的由硬晶体材料制成的钟表机构部件，尤其是由蓝宝石制成的底板或桥夹板。

11.根据权利要求10的部件，其特征在于，该部件在其两个面内包含平底凹部(11到18)。

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