EP1672436B1 - Cadran pour pièce d'horlogerie et procédés de fabrication de ce cadran - Google Patents

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EP1672436B1
EP1672436B1 EP04405784A EP04405784A EP1672436B1 EP 1672436 B1 EP1672436 B1 EP 1672436B1 EP 04405784 A EP04405784 A EP 04405784A EP 04405784 A EP04405784 A EP 04405784A EP 1672436 B1 EP1672436 B1 EP 1672436B1
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mother
pearl
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dial
coating
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Roland Dubach
Hilario Gomes
Alexandra Prodromides
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Rolex SA
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    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/06—Dials
    • G04B19/12—Selection of materials for dials or graduations markings
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49579—Watch or clock making
    • Y10T29/49583—Watch or clock making having indicia, face, or dial

Definitions

  • the present invention relates to two methods of manufacturing dials for timepieces, whose visible surface comprises a coating of metallic appearance whose surface state has a morphology characteristic of the apparent morphology of the mother-of-pearl.
  • mother-of-pearl used for the dials is available on the market in the form of thin washers or plates that are polished on the side intended to form the obverse of the dial.
  • the translucent nature of mother-of-pearl reveals its stratified structure, which gives it a characteristic, characteristic morphology, even when its surface is polished.
  • a dial which is constituted by a thin base metal plate on which is glued a thin plate of mother-of-pearl.
  • non-electric coating is applied to the back of this mother-of-pearl plate.
  • the hue of the coating or paint layer and the refraction of the mother-of-pearl combine to produce a particular aesthetic effect.
  • the object of the present invention is to allow to renew the appearance of the surface state of the metal surface of the watch dials, thanks to a new use of mother-of-pearl.
  • this invention first of all relates to a method of manufacturing a dial for a timepiece whose visible surface comprises a coating of metallic appearance whose surface state has a morphology characteristic of morphology.
  • It also relates to a method of manufacturing a dial for a timepiece whose visible surface has a coating of metallic appearance whose surface state has a morphology characteristic of the apparent morphology of the mother-of-pearl according to claim 3, both methods having a common inventive concept, one of directly coating the polished and sandblasted mother-of-pearl plate, the other of coating a replica of the polished and sandblasted mother-of-pearl plate.
  • the coating of metallic appearance can be achieved either directly on the mother-of-pearl, or on a replica made using this mother-of-pearl.
  • the morphology of the metallic-looking coating is unique, since each mother-of-pearl plate is different, while in the other case, the same morphology can be reproduced as many times as desired.
  • the attached single figure is a 1000 x magnified scanning electron micrograph, showing the surface state of a nacre wafer having received a metal coating after having been subjected to the preparatory phase of the method which is the subject of the present invention.
  • the dial for a timepiece according to the present invention can be obtained essentially in two ways, or preferably by coating a previously sandblasted mother-of-pearl plate with metal, or by making a replica of a mother-of-pearl plate previously sand-blasted. using a mold obtained by molding the mother of pearl, as will be explained later.
  • This first step consists in subjecting the surface of the mother-of-pearl intended to form the visible surface of the dial to an operation of sanding in an aqueous medium.
  • the sand used is silicon carbide (SiC) with a mean particle size of 27 ⁇ m, varying between 15 and 50 ⁇ m.
  • the aqueous suspension is prepared by mixing 1 liter of SiC with 10 liters of water of the softened urban water network and 400 g of a gel intended to increase the viscosity of the suspension in order to increase the viscosity of the liquid and to maintain the particles of SiC suspended in this liquid.
  • the viscosity of this suspension was measured by placing 100 ml of suspension in a viscosity measuring beaker according to DIN 53 211, provided with a nozzle 4 mm in diameter.
  • the measured flow time is 11 seconds.
  • the suspension is projected against the nacre surface to be treated with a pressure of between 3.10 5 and 5.10 5 Pa, the distance between the projection nozzle of the suspension and the nacre surface to be treated being 10 cm.
  • the mother-of-pearl disks intended to form the dial bottoms are arranged on a working support constituted, in this example, by a turntable.
  • the mother-of-pearl disks of the desired size for the dials of timepieces are distributed on a circle 370 mm in diameter concentric with the axis of rotation of this plate which is driven at the rate of a revolution of the plate in three minutes.
  • This sanding operation is followed by a cleaning operation for three minutes in hard water, one minute in fresh water followed by a cleaning with an alkaline lye of pH 11.
  • the mother-of-pearl used may be white, pearly white or pink mother-of-pearl: PETERIA MARGARITIFERA or MELEAGRINA MARGARITIFERA from Australia and Japan. It can be pink: POTAMILUS PURPURATA from the USA, finally, it can be black: PINCTADA MARGARATIFERA from Polynesia.
  • these substrates can preferably be coated with a layer of pure gold (Au) yellow, platinum (Pt) gray or a gold-copper alloy. (Au-Cu) pink.
  • Au pure gold
  • Pt platinum
  • Au-Cu gold-copper alloy
  • the mother-of-pearl platelets obtained after sanding and cleaning operations are placed on a working support placed in front of a target in a vacuum coating chamber, with the sandblasted faces of the platelets turned towards the target.
  • the surfaces to be coated with wafers intended to form the visible surfaces of the watch dials are first etched. During this stripping operation, the target is separated from the work support carrying the mother-of-pearl wafers by a target mask. This pickling is performed after evacuation of the chamber (8.10 -4 Pa), argon injection (4 Pa) and plasma formation for 10 minutes, the working power used for the plasma being 10 W.
  • the target is then stripped under the same conditions, the working power used for the plasma then being 50 W.
  • the argon pressure is then adjusted to the working pressure (7.10 -1 Pa) and the support of the substrates to be coated is radiofrequency (RF) biased while simultaneously removing the target mask and the radiofrequency deposition is carried out ( RF) for the cathode of the target for 30 minutes.
  • RF radiofrequency
  • the working powers during the deposition operation vary according to the targets (Au, Pt, AuCu) from 30 to 350 W for the targets and from 5 to 150 W for the substrates.
  • the parts are cooled by a circuit of water at ambient temperature, circulating in the support of the parts to be coated, during the entire duration of the deposit.
  • the distance between the target and the substrates is between 4 and 15 cm.
  • the polarization and the plasma are then stopped and the enclosure is cooled by an argon flow.
  • the thickness of the deposited layer may typically vary from 100 nm to 1000 nm (ie 0.1 ⁇ m to 1 ⁇ m). This thickness is chosen to keep as faithfully as possible the morphology of the mother-of-pearl, as revealed by the sanding operation.
  • the result obtained can be seen in the attached figure which refers to a sanded mother-of-pearl substrate coated with a 500 nm pure gold layer.
  • the nacre could be used to make replicas and these replicas would be coated.
  • the disadvantage of this variant is that the resulting product then becomes perfectly standard and that the exclusive character that is obtained in the case where the coated substrate is mother-of-pearl is lost. and which, given the unique surface morphology it achieves, gives this dial the character of a luxury product.
  • the main advantage of the mother of pearl substrate lies in the fact that it allows to obtain, by an industrial process, a dial of metallic appearance whose surface morphology will never be identical from one dial to another, which, obviously, is not the case if one used the alternative method of mother-of-pearl replicas, since one can not make a different mold per dial, each mold being intended to produce an almost unlimited number.
  • replicas Other known techniques for forming replicas would be useful.
  • This mold would be made a replica by injecting or pressing ceramic, such as alumina powder. Let the ceramics dry, unmold, burn the binders contained in the ceramic and sinter.

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Description

  • La présente invention se rapporte à deux procédés de fabrication de cadrans pour pièce d'horlogerie, dont la surface visible comporte un revêtement d'aspect métallique dont l'état de surface présente une morphologie caractéristique de la morphologie apparente de la nacre.
  • On connaît une très grande variété de type de surfaces pour les cadrans de montres. Cette variété qui est dictée par le souci de varier le plus possible un des éléments essentiels de l'habillage d'une pièce d'horlogerie, lui conférant son aspect esthétique, provient du choix des matières, des couleurs, de l'état de surface de ces surfaces qui peut former des motifs décoratifs.
  • Parmi cette variété de matières pour obtenir des effets de surface particuliers, on a déjà utilisé, outre la nacre la plus courante, la nacre lignée, perlée, rose noire ou jaune. La nacre utilisée pour les cadrans est disponible sur le marché sous forme de fines rondelles ou plaquettes qui sont polies du côté destiné à former l'avers du cadran. Outre les reflets irisés de la nacre, la nature translucide de la nacre laisse apparaître sa structure stratifiée qui lui confère une morphologie apparente caractéristique, quand bien même sa surface est polie.
  • On a déjà proposé dans le US 2002/0068148 A1 une plaque décorative pour cadran de pièce d'horlogerie réalisée à partir d'une plaque de nacre sur laquelle un sillon en spirale de section rectangulaire est gravé. L'inclinaison des faces triangulaires de ce sillon change progressivement, ce qui permet de donner l'illusion que la surface plane est bombée. La surface ainsi traitée est ensuite recouverte d'une couche transparente. Une telle surface a donc l'aspect d'une surface de nacre bombée.
  • On a également proposé dans le FR 2162349 un cadran qui est constitué par une mince plaque métallique de base sur laquelle est collée une mince plaque de nacre. Pour éviter de voir par transparence à travers la plaque de nacre les irrégularités dues au collage, un revêtement par voie non électrique est appliqué au dos de cette plaque de nacre. La teinte de la couche de revêtement ou de peinture et la réfraction de la nacre se combinent de manière à produire un effet esthétique particulier.
  • Le but de la présente invention est de permettre de renouveler l'aspect de l'état de surface de la surface métallique des cadrans de montres, grâce à une utilisation nouvelle de la nacre.
  • A cet effet, cette invention a tout d'abord pour objet un procédé de fabrication d'un cadran pour pièce d'horlogerie dont la surface visible comporte un revêtement d'aspect métallique dont l'état de surface présente une morphologie caractéristique de la morphologie apparente de la nacre selon la revendication 1. Elle a également pour objet un procédé de fabrication d'un cadran pour pièce d'horlogerie dont la surface visible comporte un revêtement d'aspect métallique dont l'état de surface présente une morphologie caractéristique de la morphologie apparente de la nacre selon la revendication 3, ces deux procédés ayant un concept inventif commun, l'un consistant à revêtir directement la plaque de nacre polie et sablée, l'autre à revêtir une réplique de la plaque de nacre polie et sablée.
  • On a constaté, de manière fortuite que la métallisation de la nacre selon les procédés objets de la présente invention, permettent de reproduire la morphologie propre à la nacre, telle qu'elle apparaît sur une plaquette de nacre polie grâce au caractère translucide de la nacre et de donner ainsi à la surface d'aspect métallique, un état de surface tout à fait particulier. Cette morphologie est révélée grâce à une rugosité spécifique propre à la nature stratifiée de la nacre et qui permet de faire apparaître des motifs décoratifs qui ont la propriété d'être uniques pour chaque plaquette de nacre puisqu'il s'agit d'une matière naturelle produite par un organisme vivant. Par ailleurs, l'état de surface du substrat qui reçoit le revêtement, caractéristique de la morphologie de la nacre, permet d'assurer un excellent accrochage du revêtement.
  • L'existence de deux procédés distincts ayant un concept inventif commun vient du fait que le revêtement d'aspect métallique peut être réalisé soit directement sur la nacre sablée, soit sur une réplique réalisée à l'aide de cette nacre sablée. Dans un cas, la morphologie du revêtement d'aspect métallique est unique, puisque chaque plaquette de nacre est différente, alors que dans l'autre cas, on peut reproduire la même morphologie autant de fois qu'on le désire.
  • La description qui suit décrit, à titre d'exemple, différentes formes d'exécution des procédés de fabrication d'un cadran pour pièce d'horlogerie, objets de la présente invention.
  • La figure unique annexée est une photo au microscope électronique à balayage agrandie 1000x, montrant l'état de surface d'une plaquette de nacre ayant reçu un revêtement métallique après avoir été soumises à la phase préparatoire du procédé objet de la présente invention.
  • Le cadran pour pièce d'horlogerie selon la présente invention peut être obtenu essentiellement de deux manières, soit, de préférence, en revêtant de métal une plaque de nacre préalablement sablée, soit en réalisant une réplique d'une plaque de nacre préalablement sablée à l'aide d'un moule obtenu par moulage de la nacre, comme on l'expliquera par la suite.
  • Nous allons d'abord décrire les étapes du procédé nécessaires dans tous les cas, à savoir les moyens utilisés pour révéler la morphologie de la nacre qui n'est normalement visible qu'en raison de ses propriétés de translucidité. En effet, si on revêtait une plaque de nacre telle qu'elle est utilisée pour former la surface visible d'un cadran de montre, on obtiendrait simplement une surface lisse et on perdrait toutes les propriétés spécifiques à la morphologie de la nacre, ce qui n'aurait aucun intérêt.
  • Cette première étape consiste à soumettre la surface de la nacre destinée à former la surface visible du cadran à une opération de sablage en milieu aqueux. Le sable utilisé est du carbure de silicium (SiC) de granulométrie moyenne de 27 µm, variant entre 15 et 50 µm. La suspension aqueuse est préparée en mélangeant 1 litre de SiC avec 10 litres d'eau du réseau d'eau urbain adoucie et 400 g d'un gel destiné à augmenter la viscosité de la suspension pour augmenter la viscosité du liquide et maintenir les particules de SiC en suspension dans ce liquide.
  • La viscosité de cette suspension a été mesurée en mettant 100 ml de suspension dans un bécher à mesure de viscosité selon la norme DIN 53 211, muni d'une buse de 4 mm de diamètre. Le temps d'écoulement mesuré est de 11 secondes.
  • La suspension est projetée contre la surface de nacre à traiter avec une pression située entre 3.105 et 5.105 Pa, la distance entre la buse de projection de la suspension et la surface de nacre à traiter étant de 10 cm. Les disques de nacre destinés à former les fonds de cadrans sont disposés sur un support de travail constitué, dans cet exemple, par un plateau tournant. Les disques de nacre de la taille désirée pour les cadrans de pièces d'horlogeries, sont répartis sur un cercle de 370 mm de diamètre concentrique à l'axe de rotation de ce plateau qui est entraîné à raison d'une révolution du plateau en trois minutes.
  • Cette opération de sablage est suivie d'une opération de nettoyage pendant trois minutes à l'eau dure, une minute à l'eau douce suivi d'un nettoyage avec une lessive alcaline de pH 11.
  • La nacre utilisée peut être de la nacre blanche, blanche perlée ou rose: PETERIA MARGARITIFERA ou MELEAGRINA MARGARITIFERA provenant d'Australie et du Japon. Elle peut être rose: POTAMILUS PURPURATA en provenance des USA, enfin, elle peut être noire: PINCTADA MARGARATIFERA en provenance de Polynésie.
  • Suite aux opérations de sablage en milieu aqueux et de nettoyage des substrats de nacre, on peut de préférence revêtir ces substrats d'une couche d'or pur (Au) jaune, de platine (Pt) grise ou d'un alliage or-cuivre (Au-Cu) rose. Ces couches sont réalisées par dépôt physique en phase vapeur (PVD) dans les conditions que l'on expliquera ci-après.
  • Pour réaliser le revêtement des faces des substrats de nacre destinées à former les surfaces visibles des cadrans, par PVD avec pulvérisation magnétron (MS), on place les plaquettes de nacre obtenues suite aux opérations de sablage et de nettoyage sur un support de travail disposé en face d'une cible dans une enceinte de revêtement sous vide, avec les faces sablées des plaquettes tournées vers la cible.
  • On procède tout d'abord au décapage ionique des surfaces à revêtir des plaquettes destinées à former les surfaces visibles des cadrans de montres. Pendant cette opération de décapage, la cible est séparée du support de travail portant les plaquettes de nacre par un cache-cible. Ce décapage est effectué après mise sous vide de l'enceinte (8.10-4 Pa), injection d'argon (4 Pa) et formation d'un plasma pendant 10 minutes, la puissance de travail utilisée pour le plasma étant de 10 W.
  • On procède ensuite au décapage de la cible dans les mêmes conditions, la puissance de travail utilisée pour le plasma étant alors de 50 W.
  • On ajuste alors la pression d'argon à la pression de travail (7.10-1 Pa) et on procède à la polarisation en radiofréquence (RF) du support des substrats à revêtir en écartant simultanément le cache cible et on procède au dépôt en radiofréquence (RF) pour la cathode de la cible pendant 30 minutes.
  • Les puissances de travail pendant l'opération de dépôt varient en fonction des cibles (Au, Pt, AuCu) de 30 à 350 W pour les cibles et de 5 à 150 W pour les substrats.
  • Les pièces sont refroidies par un circuit d'eau à température ambiante, circulant dans le support des pièces à revêtir, pendant toute la durée du dépôt.
  • La distance entre la cible et les substrats se situe entre 4 et 15 cm.
  • On procède ensuite à l'arrêt de la polarisation et du plasma et on refroidit l'enceinte par un flux d'argon.
  • L'épaisseur de la couche déposée peut typiquement varier de 100 nm à 1000 nm (soit 0,1 µm à 1 µm). Cette épaisseur est choisie pour conserver le plus fidèlement possible la morphologie de la nacre, telle qu'elle a été révélée par l'opération de sablage. Le résultat obtenu peut être constaté sur la figure annexée qui se rapporte à un substrat de nacre sablé revêtu d'une couche d'or pur de 500 nm.
  • Il serait aussi possible d'effectuer le revêtement du substrat par PVD en utilisant du courant continu au lieu de courant RF.
  • Selon une variante du procédé qui précède, à la place de revêtir le substrat en nacre, on pourrait utiliser la nacre pour réaliser des répliques et on revêtirait ces répliques. Comme on l'a déjà mentionné précédemment, l'inconvénient de cette variante est que le produit résultant devient alors parfaitement standard et que l'on perd le caractère exclusif que l'on obtient dans le cas où le substrat revêtu est la nacre elle-même et qui, étant donné la morphologie de surface unique qu'il permet d'obtenir, donne à ce cadran le caractère d'un produit de luxe.
  • L'intérêt principal du substrat de nacre réside bien dans le fait qu'il permet d'obtenir, par un processus industriel, un cadran d'aspect métallique dont la morphologie de surface ne sera jamais identique d'un cadran à l'autre, ce qui, évidemment, n'est pas le cas si on utilisait le procédé alternatif des répliques de nacre, étant donné que l'on ne peut pas faire un moule différent par cadran, chaque moule étant destiné à en produire un nombre quasi illimité.
  • Pour réaliser ces répliques on dispose de plusieurs méthodes possibles, notamment les technique d'électroformage, d'injection de céramique ou de métallisation de plastique.
  • Dans tous les cas, on partirait d'une plaquette de nacre soumise aux étapes de sablage en milieu aqueux et de nettoyage susmentionnées.
  • Pour reproduire la morphologie de la surface de nacre ainsi obtenue, on injecterait sur cette surface de nacre, du plastique pour en prendre l'empreinte. On séparerait le plastique injecté de la plaquette de nacre. On procèderait à la métallisation de cette empreinte par dépôt PVD d'une couche mince (typiquement 0,1-1 µm) d'un métal noble ou alliage de métal noble (Au, Pt, AuCu notamment), comme indiqué précédemment et selon un processus opératoire tout à fait comparable. On ferait ensuite croître sur cette couche mince une couche métallique épaisse par galvanoplastie destinée à former le cadran. Cette couche serait de préférence en un métal non noble, tel que le cuivre, le nickel, l'argent et on dissoudrait finalement la matière plastique afin de faire apparaître la réplique de la plaque initiale de nacre sur le substrat formé par la couche épaisse obtenue par galvanoplastie.
  • D'autres techniques connues de formation de répliques seraient utilisables. On pourrait, par exemple, former un moule à l'aide d'une empreinte de la surface de nacre sablée et nettoyée comme décrit précédemment, prise avec du silicone. On réaliserait dans ce moule une réplique en injectant ou en pressant de la céramique, telle que de la poudre d'alumine. On laisserait sécher la céramique, on la démoulerait, on brûlerait les liants contenus dans la céramique et on la fritterait.

Claims (4)

  1. Procédé de fabrication d'un cadran pour pièce d'horlogerie dont la surface visible comporte un revêtement d'aspect métallique dont l'état de surface présente une morphologie caractéristique de la morphologie apparente de la nacre, caractérisé en ce que l'on soumet une plaque de nacre à une opération de sablage pour lui donner un état de surface correspondant à la morphologie apparente de cette nacre, on nettoie cette surface et on la revêt d'une couche métallique ou d'oxyde, nitrure ou carbure métallique.
  2. Procédé selon la revendication 1 selon lequel on revêt la plaque de nacre sablée par dépôt physique en phase vapeur (PVD) avec pulvérisation magnétron d'une cible d'au moins un élément de revêtement.
  3. Procédé de fabrication d'un cadran pour pièce d'horlogerie dont la surface visible comporte un revêtement d'aspect métallique dont l'état de surface présente une morphologie caractéristique de la morphologie apparente de la nacre, caractérisé en ce que l'on soumet une plaque de nacre à une opération de sablage pour lui donner un état de surface caractéristique de sa morphologie apparente, on nettoie cette surface, on prend l'empreinte de cette surface, on forme une réplique de ladite plaque de nacre et on revêt cette réplique d'une couche métallique ou d'oxyde, nitrure ou carbure métallique.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, selon lequel ladite opération de sablage est un sablage en milieu aqueux.
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