TWI764125B - 裝飾機械零件之方法 - Google Patents

裝飾機械零件之方法

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TWI764125B TW109111736A TW109111736A TWI764125B TW I764125 B TWI764125 B TW I764125B TW 109111736 A TW109111736 A TW 109111736A TW 109111736 A TW109111736 A TW 109111736A TW I764125 B TWI764125 B TW I764125B
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瑞士商柯瑪豆股份有限公司
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Abstract

本發明關於裝飾機械零件之至少一待裝飾表面(4)的方法，其包括以下步驟： 取得待裝飾的機械零件，根據決定的厚度和輪廓而在該機械零件上尋求製造至少一裝飾元件(2a、2b)； 在機械零件的待裝飾表面(4)上結構化遮罩層(6)，其具有的厚度至少等於待製造之裝飾元件(2a、2b)的厚度； 在遮罩層(6)中製作至少一開口(14a、14b)，其與機械零件的待裝飾表面(4)上待製造之裝飾元件(2a、2b)的位置重合，該開口(14a、14b)具有的輪廓相同於待製造之裝飾元件(2a、2b)的輪廓，並且以待裝飾的機械零件來界定體積； 藉由尋求製造裝飾元件(2a、2b)的填充材料來填充遮罩層(6)和機械零件之待裝飾表面(4)所侷限的體積；以及 移除遮罩層(6)。

Description

裝飾機械零件之方法
本發明關於裝飾機械零件的方法。更特定而言，本發明有關裝飾用於鐘錶或珠寶領域之機械零件的方法。
先前技術已知在機械零件(例如手錶針盤或錶框)之表面上製作突起裝飾的許多種方法。這些已知方法中的特定幾種在於與待裝飾的機械零件分開製造裝飾元件，然後將這些裝飾元件固定於它們所意欲的機械零件。
另一種裝飾例如針盤之機械零件的方法得知自Swatch集團研究和發展有限公司所申請的歐洲專利申請案第2 370 865 A1號。此裝飾方法由以下所構成： 取得待裝飾的機械零件； 製作板型遮罩，其厚度至少等於裝飾元件所欲的厚度，並且其中加工出開口，其輪廓對應於所欲裝飾元件的形狀； 將遮罩定位在機械零件的待裝飾表面上，使得遮罩的開口與意欲接收裝飾元件之機械零件的位置重合； 厚度至少對應於裝飾元件之所欲厚度的遮罩則與待裝飾的機械零件形成模子，其將以填充材料來填充；以及 移除遮罩以顯露所裝飾之機械零件表面上的裝飾元件。
此裝飾方法的一個優點在於其實施是相對簡單。更特定而言，於許多裝飾方法的情形，裝飾元件是與待裝飾的機械零件分開製造，然後僅固定於此機械零件；而於使用遮罩的情形，裝飾元件在方法的同一步驟中直接製造且固定於待裝飾的機械零件，這節省時間。
無論如何，可以看到使用放置在待裝飾之機械零件表面上的遮罩之裝飾方法的一個缺點在於：無法排除遮罩不緊密接觸待裝飾之機械零件表面的風險，以及當填充不同的模子時，則有漏出一些填充材料在機械零件表面上的風險，這使某些機械零件必須丟棄。當指望裝飾用於時計的針盤時這尤其有問題，因為此種針盤是昂貴的機械零件。
本發明的目的是藉由提出一種裝飾機械零件(例如手錶針盤或錶框)的方法來克服前述以及其他問題，而尤其避免固定於待裝飾之機械零件表面的裝飾元件具有必須消除的髒污，其甚至導致要丟棄某些機械零件。
為此目的，本發明關於裝飾機械零件之至少一表面的方法，其包括以下步驟： 取得待裝飾的機械零件，根據決定的厚度和輪廓而在該機械零件上尋求製造至少一裝飾元件； 在機械零件的待裝飾表面上結構化遮罩層，其具有的厚度至少等於待製造之裝飾元件的厚度； 在遮罩層中製作至少一開口，其與機械零件的表面上待製造之裝飾元件的位置重合，該開口具有的輪廓相同於待製造之裝飾元件的輪廓，並且以待裝飾的機械零件來界定體積； 藉由尋求製造裝飾元件的填充材料來填充遮罩層和機械零件之待裝飾表面所侷限的體積； 移除遮罩層。
多虧這些特徵，本發明提供一種裝飾例如時計的針盤或錶框之機械零件的方法，其中遮罩層直接形成在待裝飾的機械零件之表面上。遮罩層因此保證是緊密接觸待裝飾的機械零件之表面，而避免待製造之裝飾元件的填充材料在遮罩層和待裝飾的機械零件表面之間流動的任何風險，這允許獲得以高精確度所界定的裝飾元件。尤其，裝飾元件的形狀和厚度經過仔細調整。再者，犧牲性遮罩直接形成在要結構化之物體的表面上要比與待裝飾的機械零件分開加工遮罩然後將此遮罩定位和壓在機械零件上來得簡單、快速、花費少。類似而言，相較於固定於待裝飾之機械零件表面的遮罩必須機械維持定位，一旦凹穴已填充了尋求製造裝飾元件的材料，則看到用於光製裝飾元件之頂表面的作業在遮罩層的存在下比較容易進行。也看到因此製造的裝飾元件極佳地附著於待裝飾的機械零件之表面。再者，當凹穴加工於待裝飾的機械零件之表面中而在必須接收裝飾元件的位置時，進一步改善了此附著強度。更特定而言，多虧有了凹穴，裝飾元件深深錨固在待裝飾的機械零件裡，並且裝飾元件變成從此機械零件脫離的風險極低。
根據特定具體態樣，根據本發明之裝飾機械零件的方法之特徵在於包括以下步驟： 填充材料是結晶金屬或非晶質金屬； 非晶質金屬是非晶質鉑合金、非晶質鈀合金或非晶質鋯合金； 透過遮罩層中製作的開口而於機械零件的待裝飾表面中蝕刻出凹穴； 遮罩層中的開口和待裝飾之機械零件中的凹穴使用雷射光束而同時蝕刻； 機械零件之待裝飾表面中所蝕刻的凹穴之深度大致等於200微米； 機械零件之待裝飾表面中所蝕刻的凹穴包括用於錨固填充材料的手段； 凹穴是由至少一壁所侷限，其相關於與機械零件之待裝飾表面垂直的垂直平面，而隨著該壁移動離開機械零件的該待裝飾表面，該壁漸進地偏離於此垂直平面； 搪鑽至少一圓錐孔，其經由相反於機械零件之待裝飾表面的後表面而打開朝向凹穴； 在沉積遮罩層之前，沉積結合層在機械零件的待裝飾表面上； 結合層是由鉻(Cr)層所形成，上面則沉積了金(Au)層； 鉻層和金層各具有大致等於50奈米的厚度； 遮罩層藉由電鍍生長而製作在機械零件的待裝飾表面上； 遮罩層是金屬或聚合物； 遮罩層是由銀(Ag)或銅(Cu)所製成； 遮罩層的厚度至少等於400微米； 在填充遮罩層和機械零件之待裝飾表面所侷限的體積之前，整平遮罩層以獲得平行於機械零件之待裝飾表面的平坦表面； 在使用填充材料填充遮罩層和機械零件之待裝飾表面所侷限的體積和底下凹穴體積之後，加工和光製(finishing)遮罩層和填充材料的待裝飾表面； 在加工和光製之後，遮罩層和填充材料的殘餘厚度等於約200微米； 在加工和光製之後，移除遮罩層； 遮罩層藉由於化學浴液中蝕刻而移除； 填充材料被磨光或拋光。
本發明來自以下所構成的一般發明想法：在待裝飾的機械零件之表面上形成裝飾元件，該機械零件除了珠寶以外尤其是手錶針盤且更一般而言是時計的外部元件，例如錶框、中間件或甚至是鍊帶。為了達成此結果，本發明揭示犧牲型遮罩直接沉積在機械零件的待裝飾表面上，也就是說，遮罩意欲在裝飾機械零件的作業結束時移除。一旦遮罩已沉積而緊密接觸待裝飾的機械零件之表面則被結構化以致當中生成開口，其將填充待製造之裝飾元件的材料；遮罩頂部和裝飾元件所形成的表面經歷加工和可能的修飾，之後則移除遮罩，習用而言是在化學浴液中蝕刻來移除。
依據本發明，首先取得待裝飾的機械零件。於圖式所示範例，此待裝飾的機械零件是手錶針盤1。不用說此範例僅是為了示範而提供，並且絕不限制本發明的範圍，其中待裝飾的機械零件能夠是任何類型，例如時計的外部元件(錶框、鍊帶、中間件…等)、橋接器、碟盤、鐘擺或甚至是珠寶品項。尋求裝飾的這機械零件僅受到的限制是它必須由機械性質不在本發明方法所實施之溫度範圍中被修改的材料所製成。換言之，機械零件在根據本發明的裝飾作業期間不可變形、軟化或熔化。
依照本發明，手錶針盤1意欲裝配有至少一裝飾元件，其尺寸和厚度取決於所需。舉例來說，在待裝飾的機械零件是手錶針盤1的情形，裝飾元件可以用來形成鐘點符號：如圖1所示，第一尺寸的四個第一裝飾元件2a舉例而言可以用來表示手錶針盤1上的正午、三點、六點、九點，而第二尺寸的八個第二裝飾元件2b可以用來表示其他整點和完整鐘點循環。
一旦配備於手錶針盤1，則意欲形成犧牲型遮罩的遮罩層6沉積在此手錶針盤1的待裝飾表面4上，典型而言在此手錶針盤1的頂表面上(見圖2)。「犧牲」(sacrificial)一詞在此理解成是指遮罩層在已滿足其目的之後被移除。此遮罩層6將具有的厚度乃取決於一旦加工作業已進行則裝飾元件2a、2b最終將突出於手錶針盤1之待裝飾表面4上的所欲高度。僅為了示範，遮罩層6的厚度決定為400微米。此遮罩層6是以任何適合的技術(例如電鍍生長)而沉積在手錶針盤1上。
僅以較佳範例來說，遮罩層6可以由聚合物層或金屬層所形成。於遮罩層6是金屬的情形，它尤其可以由銀、銅或甚至鎳所製成。應注意根據本發明一較佳具體態樣，在沉積遮罩層6之前，結合層8沉積在手錶針盤1的待裝飾表面4上以便優化遮罩層6的附著(見圖3)。優選而言，此結合層8是由鉻層10所形成，上面則沉積了金層12。關於遮罩層6在手錶針盤1上的附著強度，一系列測試已決定鉻層10和金層12各約50奈米的厚度則提供優異的結果。結合層8優選而言也由電鍍生長所沉積。
一旦結合層8和遮罩層6已一個接一個沉積在手錶針盤1的待裝飾表面4上，則至少一開口製作於遮罩層6和結合層8中，其位置與待製造之裝飾元件的手錶針盤1之待裝飾表面4上的位置重合(見圖4)，並且其輪廓和高度對應於所欲裝飾元件的形狀和尺寸。於在此所述的例子，有十二個此種開口，四個開口14a對應於用來在手錶針盤1上表示正午、三點、六點、九點的首四個裝飾元件2a，並且八個開口14b對應於用來在手錶針盤1上表示其他整點和完整鐘點循環的裝飾元件2b。雖然十二個開口14a、14b可以考慮為具有相同形狀，舉例而言為方形或矩形，但四個開口14a的尺寸可以考慮為大於八個開口14b。這十二個開口14a、14b以任何適合的手段(例如雷射光束)而切入遮罩層6和結合層8中。
根據本發明一較佳但非限制性的具體態樣，凹穴16透過製作於遮罩層6和結合層8中的開口14a、14b而蝕刻於手錶針盤1的待裝飾表面4中(見圖5)。這些凹穴16較佳而言與開口14a、14b同時加工，其意欲改善裝飾元件2a、2b在手錶針盤1之待裝飾表面4上的固定性。僅為了示範，這些凹穴16的深度選擇成等於約200微米。
為了進一步改善裝飾元件2a、2b的固定性，凹穴16設有錨固手段。根據本發明的第一具體態樣(見圖6)，這些錨固手段是由凹穴16之壁20的至少一面18所形成，其相關於與手錶針盤1之待裝飾表面4垂直的垂直平面P，隨著該面18移動離開手錶針盤1的該待裝飾表面4而漸進地偏離於此垂直平面P。多虧有了此傾斜面18，了解到一旦凹穴16已填充了填充材料，則所得的裝飾元件2a、2b可以不再從凹穴16移位且因此永久錨固於手錶針盤1。
本發明的另一具體態樣之目的也是改善裝飾元件2a、2b在手錶針盤1之待裝飾表面4上的錨固，而提供的是在凹穴16的底部24搪鑽至少一圓錐孔22，這些圓錐孔22朝向手錶針盤1的後表面26張開而相反於待裝飾表面4 (見圖7)。在此情形也了解到一旦凹穴16和圓錐孔22已填充了填充材料，則裝飾元件2a、2b可以不再移位。
一旦已切出開口14a、14b並且可能蝕刻了凹穴16，則以填充材料來填充它們(圖8)。視情況而定，填充材料可以是結晶金屬或非晶質金屬。於非晶質金屬類型之填充材料的情形，較佳而言使用非晶質鉑合金、非晶質鈀合金或非晶質鋯合金。
根據本發明的第一具體態樣，開口14a、14b和凹穴16的填充是以熱加工來進行，該技術在於調整用於允許開口14a、14b和凹穴16被完全填充之填充材料的黏滯性，以及允許裝飾元件2a、2b均質且精確地製造。
以熱加工來製造裝飾元件2a、2b則須使用例如金屬或金屬合金的材料，其為貴重或他者，較佳而言使之為非晶質。更特定而言，結構是非晶質的金屬或金屬合金已知在其冷卻和固化期間所受到的收縮現象少於具有晶體結構的金屬。因此了解到為了本發明的目的，使用具有非晶質結構的材料乃特別有興趣。為此目的，選擇製造裝飾元件2a、2b的材料在超過其熔點的溫度被帶到液態，然後極快速地冷卻以避免原子重組成晶體結構。
在非晶質材料的製造期間，根據所需來優選地塑形它。由於在此所述範例的裝飾元件2a、2b意欲形成鐘點符號，故這些裝飾元件2a、2b在多數情形下將以環狀方式而配置在手錶針盤1上。因此可以有利的是使非晶質材料呈環狀，其寬度和厚度則配合待填充之開口14a、14b的尺寸。
覆蓋於遮罩層6中的手錶針盤1後續置於熱壓機中，並且非晶質材料的環配置在手錶針盤1上方而對齊待填充的開口14a、14b。該總成然後加熱到落在非晶質材料的玻璃轉變溫度Tg和結晶溫度Tx之間的溫度範圍。於此溫度區間，非晶質材料的黏滯性大致增加而不喪失其非晶質結構。非晶質材料的環因此變得較易塑形，使得它可以壓靠著開口14a、14b並且採取其幾何架構。一旦已填充開口14a、14b，則非晶質材料夠快地冷卻以保存其非晶質狀態。
根據本發明的第二具體態樣，製作於遮罩層6中的開口14a、14b是以電鍍所填充。此技術乃用於尋求製造由結晶金屬所製成之裝飾元件2a、2b的情事。為此目的，使用當中分散了相關金屬離子和鹽類的浴液。待裝飾的手錶針盤1是導電的，其連接到電極，然後浸沒於浴液中。使用輔助電極，則電流在金屬離子遷移到手錶針盤1之導電零件的效應下通過浴液，以便形成裝飾元件2a、2b。
根據本發明的第三具體態樣，裝飾元件2a、2b是以注射金屬來製作。遮罩層6所覆蓋的手錶針盤1置於注射機中，其能夠以液態金屬來填充凹穴16a、16b以便生成裝飾元件2a、2b。於優選的方式，所用的金屬被帶到至少大於其玻璃轉變溫度Tg的溫度，並且夠快地冷卻以避免其原子重組成晶體結構。
應注意在填充遮罩層6和手錶針盤1之待裝飾表面4所侷限的體積之前，可以整平遮罩層6以獲得平行於手錶針盤1之待裝飾表面4的平坦表面。
如上所已規定，遮罩層6的厚度舉例而言可以決定為400微米。在本發明的這階段，裝飾元件2a、2b的厚度因此等於約400微米。若裝飾元件2a、2b的厚度最終意欲為在待裝飾表面4上200微米，則此意謂提供了約200微米厚的多餘填充材料以便加工裝飾元件2a、2b且使其完工表面完美，這尤其藉由磨光或拋光來做(見圖9)。
一旦裝飾元件2a、2b的光製作業完成，則移除遮罩層6，典型而言是於化學浴液中蝕刻來移除，並且完整顯露裝飾元件2a、2b (見圖10)。
不用說本發明不限於上述的具體態樣，並且熟於此技術者可以考慮多樣的簡單替代和修改，而不離開本發明如伴隨請求項所界定的範圍。
1:手錶針盤 2a,2b:裝飾元件 4:待裝飾表面 6:遮罩層 8:結合層 10:鉻層 12:金層 14a,14b:開口 16:凹穴 18:面 20:壁 22:圓錐孔 24:底部 26:後表面
在參考伴隨圖式來閱讀下面根據本發明方法之一範例性具體態樣的詳述時，將更清楚顯現本發明的其他特徵和優點，該範例僅是為了示範而提供並且不欲限制本發明的範圍，其中： [圖1]是依據本發明方法所裝飾之手錶針盤的俯視圖； [圖2]是手錶針盤的立視圖，而在其待裝飾表面上已沉積了遮罩層； [圖3]是圖2手錶針盤的立視圖，而在手錶針盤的待裝飾表面和遮罩層之間插入了結合層； [圖4]是根據圖1的線IV–IV之手錶針盤的立視截面圖，其中開口已製作於遮罩層和結合層中而在要製造裝飾元件的位置； [圖5]是圖4之圈選區域的較大比例圖，其中凹穴已蝕刻於手錶針盤的待裝飾表面中以改善裝飾元件的錨固； [圖6]是類似圖5的圖，其中凹穴具有傾斜內壁以改善裝飾元件的錨固； [圖7]是類似圖5的圖，其中搪鑽於手錶針盤中且打開朝向凹穴底部的圓錐孔乃意欲改善裝飾元件的錨固； [圖8]是手錶針盤的立視圖，上面顯示的開口和凹穴已填充了填充材料； [圖9]是手錶針盤的立視圖，上面看到遮罩層和裝飾元件的厚度在裝飾元件之頂表面上所進行的光製作業期間已減少一半；以及 [圖10]是手錶針盤的立視圖，上面已移除遮罩層和結合層。
1:手錶針盤
2a,2b:裝飾元件
6:遮罩層
8:結合層
10:鉻層
12:金層
14a,14b:開口
22:圓錐孔
24:底部

Claims (21)

  1. 一種裝飾機械零件之至少一待裝飾表面(4)的方法，其包括以下步驟：取得待裝飾的該機械零件，根據決定的厚度和輪廓而在該機械零件上尋求製造至少一裝飾元件(2a、2b)；在該機械零件的該待裝飾表面(4)上沉積遮罩層(6)，其具有的厚度至少等於待製造之該裝飾元件(2a、2b)的厚度；在該遮罩層(6)中製作至少一開口(14a、14b)，其與該機械零件的該待裝飾表面(4)上待製造之該裝飾元件(2a、2b)的位置重合，該開口(14a、14b)具有的輪廓相同於待製造之該裝飾元件(2a、2b)的輪廓，並且以待裝飾的該機械零件來界定體積；透過該遮罩層(6)中製作的該開口(14a、14b)而於該機械零件的該待裝飾表面(4)中蝕刻出凹穴(16)，該機械零件之該待裝飾表面(4)中所蝕刻的該凹穴(16)包括用於錨固該填充材料之該裝飾元件(2a、2b)的手段；藉由尋求製造之該裝飾元件(2a、2b)的填充材料來填充該遮罩層(6)和該機械零件之該待裝飾表面(4)所侷限的該體積；以及移除該遮罩層(6)。
  2. 根據請求項1的方法，其中該填充材料是結晶金屬或非晶質金屬。
  3. 根據請求項2的方法，其中該非晶質金屬是非晶質鉑合金、非晶質鈀合金或非晶質鋯合金。
  4. 根據請求項1的方法，其中該遮罩層(6)中的該開口(14a、14b)和待裝飾的該機械零件中的該凹穴(16)使用雷射光束而同時蝕刻。
  5. 根據請求項1的方法，其中該機械零件之該待裝飾表面(4)中所蝕刻的該凹穴(16)之深度大致等於200微米。
  6. 根據請求項4的方法，其中該機械零件之該待裝飾表面(4)中所蝕刻的該凹穴(16)之深度大致等於200微米。
  7. 根據請求項1的方法，其中該凹穴(16)由壁(20)所侷限，而隨著此壁(20)移動離開該機械零件的該待裝飾表面(4)，該壁(20)的至少一面(18)漸進地偏離於與該機械零件之該待裝飾表面(4)垂直的平面(P)。
  8. 根據請求項1的方法，其中至少一圓錐孔(22)搪鑽於該凹穴(16)的底部(24)，此圓錐孔(22)張開朝向該機械零件的後表面(26)而相反於該待裝飾表面(4)。
  9. 根據請求項7的方法，其中至少一圓錐孔(22)搪鑽於該凹穴(16)的底部(24)，此圓錐孔(22)張開朝向該機械零件的後表面(26)而相反於該待裝飾表面(4)。
  10. 根據請求項1的方法，其中在沉積該遮罩層(6)之前，結合層(8)沉積在該機械零件的該待裝飾表面(4)上。
  11. 根據請求項10的方法，其中該結合層(8)是由鉻層(10)所形成，上面則沉積了金層(12)。
  12. 根據請求項11的方法，其中該鉻層(10)和該金層(12)各具有大致等於50奈米的厚度。
  13. 根據請求項10的方法，其中該結合層(8)和該遮罩層(6)藉由電鍍生長而沉積在該機械零件的該待裝飾表面(4)上。
  14. 根據請求項13的方法，其中該遮罩層(6)是由銀、銅或鎳所製成。
  15. 根據請求項14的方法，其中該遮罩層的該厚度至少等於400微米。
  16. 根據請求項1的方法，其中在填充該遮罩層(6)和該機械零件之該待裝飾表面(4)所侷限的該體積之前，整平該遮罩層(6)以獲得平行於該機械零件(1)之該待裝飾表面(4)的平坦表面。
  17. 根據請求項1的方法，其中在以該填充材料填充該遮罩層(6)中製作之該開口(14a、14b)所侷限的該體積之後，加工和光製該裝飾元件(2a、2b)的頂表面。
  18. 根據請求項17的方法，其中該裝飾元件(2a、2b)被磨光或拋光。
  19. 根據請求項17的方法，其中在加工和光製之後，該遮罩層(6)和該裝飾元件(2a、2b)的殘餘厚度等於約200微米。
  20. 根據請求項17的方法，其中在加工和光 製該裝飾元件(2a、2b)之後，移除該遮罩層(6)。
  21. 根據請求項20的方法，其中該遮罩層(6)藉由於化學浴液中蝕刻而移除。
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