ES2236615T3 - Dispositivo de visualizacion y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de visualización de caracteres y símbolos luminosos de un tipo el cual es integral con la superficie que lo rodea de metal ferroso o no ferroso, caracterizado porque se forma una cavidad (5) en el material (6) desde el dorso, dicho dispositivo de visualización cuando se ve desde la superficie frontal (7) y hacia la parte posterior comprende una capa exterior protectora transparente o translúcida (11) integral e idéntica, con respecto al aspecto visual y al tacto, a una capa protectora para la superficie que lo rodea, una capa translúcida de metal ferroso o no ferroso (6) y una estructura de refuerzo para dichas capas, la cual proporciona acceso a fuentes de luz (1) para la visualización de información.

Description

Dispositivo de visualización y procedimiento para su fabricación.

La invención se refiere a un dispositivo de visualización de caracteres y símbolos luminosos de un tipo el cual es integral con la superficie que lo rodea.

Son conocidos los dispositivos de visualización de caracteres, los cuales aparecen como áreas negras las cuales se activan mediante el encendido de unidades luminosas con un modelo adecuado, las cuales están escondidas mediante las áreas de aspecto negro. Un área de este tipo puede estar fabricada, por ejemplo, de vidrio oscuro a través del cual brilla la luz de diodos que emiten luz, dispuestos en una matriz adecuada. En estado inactivo no es evidente que el dispositivo de visualización de caracteres o visualizador esté presente en la superficie y esto se puede utilizar como una característica del diseño industrial de aparatos. Son conocidos dispositivos los cuales son capaces de visualizar caracteres en cualquier superficie, es decir, no depende de que la superficie tenga un aspecto negro. Esto requiere la proyección desde un proyector colocado enfrente del visualizador y esto no es adecuado para los aparatos domésticos. Adicionalmente son conocidas diversas aplicaciones de placas de vidrio como guías de luz, en las cuales la luz que queda en el borde puede proporcionar caracteres los cuales se pueden leer en el plano del elemento plano. Ninguna de estas construcciones mencionadas permite la utilización de, por ejemplo, una superficie metálica, sino que respecto al aparato, la superficie de vidrio es obligatoria. Existe, sin embargo, el deseo de tener la parte frontal de un aparato fabricado por ejemplo de aluminio, la cual se puede estructurar mediante barnizado con pincel, pero posiblemente también puede ser completamente brillante.

Con el objeto de hacer translúcida una lámina de aluminio es necesario taladrar orificios y un gran número de orificios dispuestos muy próximos puede proporcionar una construcción que, bajo ciertas condiciones de la luz, parezca una superficie metálica entera, en la que la activación de una matriz de diodos que emitan luz proporciona caracteres luminosos. Sin embargo, bajo otras ciertas condiciones de iluminación se puede ver claramente que en realidad es una matriz de orificios y los caracteres luminosos sólo se pueden ver en un ángulo estrecho alrededor del eje, es decir casi frontalmente. Además este taladrado crea una destrucción local de la capa protectora de óxido en la superficie y esto refleja la luz y hace evidente la existencia de un área de visualización. Se ha reconocido que el aluminio que se ha depositado por vapor sobre una superficie transparente puede ser tanto translúcido como aparecer completamente metálico reflector, pero la utilización de estas técnicas requiere otra vez la presencia de un material vidrioso, el cual tanto se debe ajustar dentro de la superficie de aluminio que lo rodea como debe cubrir la superficie completa, por lo que la impresión estructural de aluminio entero se destruye.

Ejemplos de dispositivos de visualización de la técnica anterior se describen en los documentos DE 299 24 202 U1 y GB A 2 226 796. Ambos documentos describen dispositivos de visualización con una placa transparente que constituye la superficie de visualización. El documento DE 299 24 202 U1 tiene una placa superior sintética, mientras que el documento GB A 2 226 796 describe una placa superior de vidrio.

En la práctica, es deseable obtener la funcionalidad de una superficie metálica aparentemente entera pero translúcida con respecto a muchos materiales ferrosos (como por ejemplo una aleación de acero inoxidable) o no ferrosos (como por ejemplo aluminio, titanio o cinc y sus aleaciones). Es un propósito de la invención proporcionar un dispositivo de visualización que no esté sometido a las limitaciones en su apariencia anteriormente mencionadas.

Esto se obtiene en una construcción, la cual es particular porque se forma una cavidad en el material desde el dorso, la cual vista desde la superficie frontal y hacia la parte posterior comprende una capa exterior protectora transparente o translúcida integral e idéntica, con respecto al tacto y a la apariencia visual, a la capa protectora de la superficie que lo rodea, una capa translúcida de metal ferroso o no ferroso y una estructura de refuerzo para dichas capas, la cual proporciona acceso a fuentes de luz para la visualización de información.

Una realización de la invención es particular porque la capa exterior protectora transparente o translúcida es una capa de laca del tipo que visualiza la dureza, la resistencia y la trasparencia esperada de una capa de metal adaptada para un metal ferroso o no ferroso en utilización. La elección real de una laca, barniz o esmalte que cumpla tales condiciones es una tarea muy conocida por parte de las personas expertas que trabajan en el ámbito del tratamiento superficial de metales. El esmalte puede ser vítreo para aleaciones y metales puros provistos de un punto de fusión por encima del esmalte en cuestión.

Una realización adicional de la invención que utiliza aluminio es particular porque el fondo de la cavidad visto desde la superficie frontal y hacia el centro comprende una capa exterior de óxido transparente integral con la capa de óxido de la superficie que lo rodea y una capa translúcida de aluminio.

En una realización adicional de la invención la estructura de refuerzo para dichas capas adicionalmente sirve como un transportador para las fuentes de luz.

Una realización ventajosa de la invención es particular porque la construcción de refuerzo está fabricada de un compuesto de fundición dimensionalmente estable, el cual sostiene las capas exteriores y transporta una fijación para las fuentes de luz a fin de que la luz sea llevada durante todo el recorrido hasta las capas exteriores. Es importante que el compuesto de fundición no presente contracción ni expansión durante el endurecido, porque esto puede comportar cambios en el aspecto de la parte frontal del material que sirve de área de visualización. El compuesto de fundición también debe sostener las fuentes de luz a fin de que estén dispuestas tan cerca como sea posible de la parte frontal.

A fin de tener una estabilidad a la temperatura tan grande como sea posible en la construcción, se utilizan materiales de propiedades similares de acuerdo con una realización ventajosa adicional de la invención, en la que la fijación es un elemento en el metal utilizado para la pieza fundida de esencialmente las mismas dimensiones, aunque adecuadamente reducidas, que la cavidad y porque el compuesto de fundición es translúcido y llena los intersticios entre el elemento de metal y la cavidad.

De acuerdo con una construcción simplificada, la cual también causa un menor calentamiento local del dispositivo de visualización, la fijación sostiene los extremos de fibras ópticas las cuales transportan la luz desde fuentes de luz más lejanas.

De acuerdo con una construcción simplificada adicional, se utilizan diodos de emisión de luz de baja potencia cerca de la superficie frontal que funciona como área de visualización.

La invención también se refiere a un procedimiento para la fabricación del dispositivo de visualización y es particular porque comprende por lo menos los siguientes pasos, no necesariamente en el orden enumerado:

1) se forma una cavidad en la pieza fundida, con una forma que corresponde a la cavidad final y una profundidad que deja material suficiente para que la capa protectora en la parte frontal no esté sometida a tensiones, 2) se deposita una capa protectora translúcida o transparente en la superficie frontal de la pieza fundida, 3) se lleva a cabo un proceso de ataque químico o similar, como por ejemplo eliminación de material por ablación por láser o similar, a un nivel atómico en el fondo de la cavidad, hasta que se obtenga una translucidez adecuada, 4) el material restante en el fondo se protege contra la oxidación, 5) se coloca una estructura de refuerzo en la cavidad, 6) se funde un compuesto en el espacio que queda entre la estructura de refuerzo y la cavidad, 7) se disponen fuentes de luz en la estructura de refuerzo. En este procedimiento el proceso real para la provisión de la cavidad será decidido por la persona experta en la técnica de acuerdo con el material seleccionado. Por ejemplo, en algunos materiales puede ser conveniente utilizar el fresado, torneado, o rectificado mientras que otros se pueden trabajar bien con la operación mucho más rápida de punzonado parcial calibrado, en el cual fluye el material. La formación de la cavidad puede ocurrir antes o después de proporcionar textura a la superficie (lo cual se contempla separadamente de la protección de la superficie), lo cual puede tener lugar por cepillado, granallado o rectificado. La creación de la cavidad puede ser un proceso de múltiples pasos que comprende electro erosión. La persona experta en la técnica determinará si todas las partes del proceso comprendidas en el procedimiento son adecuadas para un producto particular.

Un procedimiento ventajoso para utilizarlo con una pieza de fundición fabricada de aluminio es particular porque comprende los siguientes pasos, no necesariamente en el orden enumerado:

1) se fresa una cavidad en la pieza fundida, con una forma que corresponde a la cavidad final y una profundidad que deja material suficiente para que la capa de óxido en la parte frontal no esté sometida a tensiones, 2) se lleva a cabo un proceso de ataque químico o similar, como por ejemplo eliminación de material por ablación por láser o similar, a un nivel atómico en el fondo de la cavidad, hasta que se obtenga una translucidez adecuada, 3) parte del material restante en el fondo se convierte electrolíticamente en óxido de aluminio, 4) se ajusta dentro de la cavidad una fijación para las fuentes de luz, 5) se funde un compuesto en el espacio que queda entre la fijación y la cavidad.

Un procedimiento ventajoso para la eliminación controlada de material consiste en someter el material a impulsos de un láser de alta potencia y, en oposición a muchas otras aplicaciones de esta tecnología, es viable el control de la operación midiendo la translucidez por medio de un sensor de luz adaptativo acoplado al circuito de control del láser desde el lado frontal de la pieza fundida de aluminio, es decir no existe dependencia de la reflexión del material directamente alcanzado por el láser. Dependiendo de la longitud de onda del láser de alta potencia de ablación, puede resultar ventajoso utilizar una fuente de luz distinta para la medición de la translucidez, en particular una fuente de luz provista de la misma distribución de la longitud de onda que la fuente de luz que se incorporará en el visualizador.

La invención se describirá en detalle con referencia a los dibujos, en los cuales:

la figura 1 muestra el aspecto de un visualizador de acuerdo con la invención;

la figura 2 muestra una pieza fundida en la primera etapa de fabricación;

la figura 3 muestra el resultado de una etapa adicional de fabricación;

la figura 4 muestra una etapa adicional de fabricación;

la figura 5 es todavía una etapa adicional de fabricación y de la precisión del trabajo;

las figuras 6a y 6b muestran dos vistas de una cavidad acabada para el dispositivo de visualización de acuerdo con invención;

la figura 6c muestra la misma con mayor detalle; y

la figura 7 muestra una cavidad ajustada con una fijación para las fuentes de luz.

En la figura 1 se representa la estructura de un dispositivo de visualización de acuerdo con la invención. Una placa de aluminio 3 con un acabado apropiado de la superficie está provista con una cavidad dentro de la cual se funde un compuesto de fundición 2 que rodea a un elemento de fijación de la fuente de luz 1. En a) se representa el aspecto del dispositivo de visualización cuando está encendido en un modelo en el que se puede leer ALUDISPLAY. La dimensión de los círculos utilizados para indicar el modelo de la matriz de puntos no es indicativa de la dimensión de cada punto de luz sino de su brillantez percibida. Cuando el dispositivo de visualización está desconectado, no existe una diferencia perceptible entre el área de visualización y el acabado de la superficie que lo rodea de material de aluminio.

En la figura 2 se representa esquemáticamente cómo una fresa 4 prepara una cavidad en la pieza fundida 6 y también se representa que la superficie frontal de la pieza fundida 6 está provista de un acabado particular de la superficie mediante la herramienta 8, la cual puede ser una muela o una muela de pulido o un cepillo de alambre o una operación de granallado. El orden en el cual se llevan a cabo estas operaciones mecánicas será determinado por la persona experta en la técnica. Las fuerzas creadas por el proceso de corte determinan la profundidad que puede alcanzar el fresado, ya que la prueba es que no debe influir en la capa de óxido en la parte frontal del dispositivo de visualización, es decir no tiene que haber agrietamiento de la capa de óxido lo cual indicaría muy claramente la localización del dispositivo de visualización.

A continuación de esto la pieza fundida con la sección previamente mecanizada 9 se somete a un anodizado o recubrimiento/lacado decorativo con un recubrimiento transparente a fin de proteger la superficie frontal antes de las etapas finales de fabricación. El resultado intermedio se representa esquemáticamente en la figura 3 en la que 11 indica la capa de óxido anodizado la cual tiene un grosor de típicamente
5-25 \mum y 10 indica la superficie de aluminio por debajo.

A fin de reducir el grosor del aluminio en el área de visualización sin que se produzcan tensiones en la capa de óxido frontal se obtiene una eliminación gradual del material mediante un proceso de ablación por láser (el proceso preferido). En la figura 4 esto se representa esquemáticamente mediante el rayo láser 12, las ópticas láser 13 y las diversas profundidades que alcanza el rayo láser. Se notará que la capa de óxido anodizado 14 en el fondo de la cavidad se elimina simultáneamente (y hasta el punto en el que el proceso tenga lugar en una atmósfera oxidante y es reemplazada por una capa delgada de óxido).

En la figura 5 se muestra una representación esquemática del proceso final en la provisión de la cavidad adecuada: en ubicaciones seleccionadas (puntos distribuidos de acuerdo con alguna regla o en un rastreador) un láser de alta potencia, como por ejemplo un láser femtosegundo se utiliza para "taladrar" orificios que están a 10-30 nm de la superficie frontal (la trasferencia desde el aluminio metálico al óxido decorativo). El taladrado se supervisa por medio del sensor de luz 17 el cual proporciona una señal de entrada al control de la potencia y a la profundidad del láser 15, 16. En a) se representa en detalle a mayor escala que una capa muy delgada de aluminio translúcido permanece en el fondo de cada orificio o vacío de la capa de aluminio depositado en la capa de óxido transparente. Ventajosamente eliminará casi todo el aluminio en un modelo previamente definido, ya que proporcionará una visibilidad ligeramente "flotante" de ese modelo en una iluminación ordinaria, mientras que el modelo también se puede reforzar encendiéndolo como se describe en la presente solicitud, o el modelo se puede extinguir mediante un modelo diferente creado por las fuentes de luz.

En las figuras 6a y 6b finalmente se representa cómo se presenta el armazón del dispositivo de visualización de acuerdo con la invención después de la fabricación.

En la figura 7 se representa cómo una fijación para un número de fuentes de luz individualmente dirigibles se ajusta y se sostiene en una cavidad hasta que el compuesto de fundición se ha endurecido alrededor de ella, después de lo cual el dispositivo de visualización como tal está preparado para ser utilizado. El dispositivo de visualización acabado sostiene completamente la capa de óxido frontal y el coeficiente térmico de expansión es tal que se obtiene en una gama de temperaturas muy amplia. Siempre que la capacidad térmica de la fijación sea similar al aluminio, la superficie en el área de visualización no se podrá distinguir del aluminio entero, incluso ni al tacto.

La invención se documentará adicionalmente por medio del siguiente ejemplo:

Una lámina delgada de 10 mm de diámetro se preparó en una pieza de aluminio mediante torneado en un torno hasta un grosor de 100 \mum. Ésta fue subsiguientemente anodizada a un grosor de 15 \mum de la capa de óxido en cada lado. Este semiproducto se expuso al tratamiento láser de ablación de acuerdo con un aspecto de la invención llevado a cabo en el Laser-Laboratorium Göttingen e.V., P.O. Box 2619, D-37016 Göttingen, Alemania. Se formó una serie de "puntos" cuadrados de 1 mm x 1 mm en la lámina delgada preparada hasta que se obtuvo una translucidez de 0,1% para cada "punto". Cada punto consiste en una rejilla de 10 x 10 micro cavidades esencialmente cilíndricas (pero en la práctica ligeramente cónicas) cada una de 40 \mum de diámetro y una distancia entre centros de 100 \mum. Una inspección más próxima de una cavidad visualiza una sección transversal ligeramente con aristas vivas. Se utilizó un láser excímer ultravioleta femtosegundo y se utilizó una cámara CCD en el lado de la lámina que no se estaba tratando a fin de determinar cuándo se obtenía la translucidez apropiada para cada micro cavidad, después de lo cual el rayo láser se paró y se desplazó a la siguiente localización en la rejilla. En algunos casos, la transparencia final de las micro cavidades individuales era considerablemente más alta, debido al empobrecimiento del aluminio a causa de la rugosidad de la superficie. Sin embargo la inspección visual de la parte frontal de los artículos acabados, incluso bajo un microscopio (x 100 aumentos) y una iluminación en ángulo desde el lado, no reveló la ubicación de estas manchas de transparencia más elevada y por lo tanto se consideran insignificantes en el producto práctico. La figura 6c, la cual no está a escala, muestra la distribución en planta de las micro cavidades y los nervios de refuerzo en la estructura en el fondo de la cavidad.

Un diodo de emisión de luz se ajustó en la cavidad en un lado de la lámina delgada y el otro lado
- el frontal - se observó tanto con luz del día como a oscuras. El modelo de los puntos era claramente visible emanando desde la superficie de aluminio entero en una vista con un ángulo de 120º, y en plena luz del día una luz roja era claramente visible a una distancia de un máximo de 3-4 metros. Un diodo azul era menos visible, siendo la distancia máxima de sólo 1 metro. Cuando se desconectó el LED, no había traza visible del tratamiento de ablación del láser en la superficie frontal la cual aparecía totalmente uniforme, incluso cuando se utilizó una lupa de mano.

Queda dentro del ámbito de la invención proporcionar un visualizador aparentemente entero pero translúcido de diversos tipos, como por ejemplo un visualizador de una matriz de puntos, un visualizador de texto o símbolos estáticos, o un visualizador de texto o símbolos dinámicos. La selección del tipo puede influir en la forma real de las piezas translúcidas, porque el fondo de la cavidad puede ser predominantemente suave y translúcido (proporcionando una resolución infinita aparente de los caracteres o de los símbolos visualizados) o predominantemente constituido por islas translúcidas rodeadas por una estructura en forma de rejilla o nervios de metal (por ejemplo correspondiente a un visualizador del tipo de matriz de puntos). Una estructura en forma de rejilla de este tipo sólo visible desde el dorso del visualizador proporciona un refuerzo de la estructura y mejora la unión entre insertos y la pieza de metal.

Claims (15)

1. Dispositivo de visualización de caracteres y símbolos luminosos de un tipo el cual es integral con la superficie que lo rodea de metal ferroso o no ferroso, caracterizado porque se forma una cavidad (5) en el material (6) desde el dorso, dicho dispositivo de visualización cuando se ve desde la superficie frontal (7) y hacia la parte posterior comprende una capa exterior protectora transparente o translúcida (11) integral e idéntica, con respecto al aspecto visual y al tacto, a una capa protectora para la superficie que lo rodea, una capa translúcida de metal ferroso o no ferroso (6) y una estructura de refuerzo para dichas capas, la cual proporciona acceso a fuentes de luz (1) para la visualización de información.

2. Dispositivo de visualización de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la capa exterior protectora transparente o translúcida (11) es una capa de laca del tipo que presenta la dureza, resistencia y transparencia esperada de una laca de metal adaptada para un metal ferroso o no ferroso (6) al utilizarlo.

3. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la capa exterior protectora transparente o translúcida (11) es un esmalte vítreo o una cerámica.

4. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la capa exterior protectora transparente o translúcida (11) es un óxido del tipo obtenido por anodizado.

5. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 4 en el que el metal es aluminio caracterizado porque el fondo de la cavidad visto desde la superficie frontal y hacia el centro comprende una capa exterior de óxido transparente integral con la capa de óxido de la superficie que lo rodea y una capa translúcida de aluminio.

6. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque parte de la capa translúcida de metal ferroso o no ferroso es esencialmente transparente en un modelo previamente determinado.

7. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la estructura de refuerzo para dichas capas adicionalmente sirve como un transportador para las fuentes de luz (1).

8. Dispositivo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque la construcción de refuerzo está fabricada de un compuesto de fundición dimensionalmente estable (2) el cual sostiene las capas exteriores y transporta una fijación para las fuentes de luz (1) a fin de que la luz sea llevada en todo el recorrido hasta las capas exteriores.

9. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 caracterizado porque la fijación es un elemento de metal utilizado por la pieza de fundición (6) de esencialmente las mismas dimensiones que la cavidad, aunque adecuadamente reducidas, y porque el compuesto de fundición (2) es translúcido y llena los intersticios entre el elemento de metal y la cavidad.

10. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 8 caracterizado porque la fijación sostiene los extremos de fibras ópticas las cuales transportan la luz desde fuentes de luz más remotas.

11. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7 caracterizado porque se utilizan diodos de emisión de luz de baja potencia cerca de la superficie frontal que funciona como área de visualización.

12. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 ó 6 caracterizado porque está provisto en una parte exterior prominentemente visible de una caja de un equipo electrónico.

13. Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 12 caracterizado porque dicha parte exterior de la caja es un elemento estructural de dicha
caja.

14. Proceso para la fabricación de un dispositivo de visualización de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque comprende los pasos siguientes:

1)

se forma una cavidad (5) en la pieza fundida (6), con una forma que corresponde a la cavidad final y una profundidad que deja material suficiente para que la capa protectora en la parte frontal no esté sometida a tensiones,

2)

se deposita una capa protectora translucida o transparente (11) en por lo menos la superficie frontal de la pieza fundida (6),

3)

se lleva a cabo un proceso de ataque químico o similar, como por ejemplo eliminación de material por ablación por láser o similar, a un nivel atómico en el fondo de la cavidad, hasta que se obtenga una translucidez adecuada,

4)

el material restante en el fondo se protege contra la oxidación,

5)

se coloca una estructura de refuerzo en la cavidad,

6)

se funde un compuesto (2) en el espacio que queda entre la estructura de refuerzo y la cavidad,

7)

se disponen fuentes de luz (1) en la estructura de refuerzo.

15. Proceso para la fabricación de un dispositivo de visualización de acuerdo con la reivindicación 5 caracterizado porque comprende los pasos siguientes:

1)

se forma una cavidad (5) en la pieza fundida (6), con una forma que corresponde a la cavidad final y una profundidad que deja material suficiente para que la capa protectora en la parte frontal no esté sometida a tensiones,

2)

se lleva a cabo un proceso de ataque químico o similar, como por ejemplo eliminación de material por ablación por láser o similar, a un nivel atómico en el fondo de la cavidad, hasta que se obtenga una translucidez adecuada,

3)

parte del material restante en el fondo se convierte electrolíticamente en óxido de aluminio,

4)

se ajusta dentro de la cavidad (5) una fijación para las fuentes de luz (1),

5)

se funde un compuesto (2) en el espacio que queda entre la fijación y la cavidad (5).