防水表壳的制作方法

本发明涉及一种尤其用于潜水表的防水表壳。

背景技术：

为了在水下使用机械表或电子表，容纳钟表机芯或基于时间的钟表模块的表壳必须密封封闭。为此，表壳包括密封地紧固在中间部件的第一侧的后盖和紧固在中间部件的相对的第二侧的表镜。手表的后盖、中间部件和表镜的组件设置有密封件。在休息位置，穿过表壳的中间部件的手表功能控制或设定构件也被密封地安装。

通常，表壳不会被构造或组装成承受例如潜水时的高水压，因为表壳内的压力接近大气压力。常规手表的简单密封不足以保证潜水到很深的水下时表壳具有良好的防水性能。

可以参考专利申请ch690870a5，其描述了一种防水表壳。表壳由在上侧紧固在中间表圈上的表镜和通过拧入中间部件的内螺纹而紧固在中间部件上的后盖组成。表镜通过环形的环形密封件紧固至中间部件，并支撑在中间部件的边缘上。在后盖的外缘和中间部件的下表面之间也设置有密封件。由于螺纹在高水压下会被损坏，所以还提供了由坚固金属制成的圆顶，该圆顶抵靠在后盖的内表面和中间部件的内边缘上。然而，即使采用这种表壳布置，也不能保证表壳在潜入水下很大深度时具有良好的防水性，这是一个缺点。

专利ch372606描述了一种防水表壳，其具有围绕后盖并由表镜封闭的中央部分或中间部件。螺纹环抵靠后盖的倾斜外表面以保持它，并且螺纹环被拧到连接到中间部件的紧固部分。采用这种布置，在潜水到水下很深的深度时，这不能保证表壳具有良好的防水性，这是一个缺点。

技术实现要素：

因此，本发明的主要目的是，通过提出一种防水表壳来克服上述现有技术的缺点，该表壳适于承受高水压以潜水到水下的大深度。

为此，本发明涉及一种防水表壳，其包括独立权利要求1的特征。

在从属权利要求2至16中限定了防水表壳的特定实施例。

防水表壳的一个优点在于，表镜通过单件式金属垫圈以及中间部件和表镜的倾斜的接触表面紧固至中间部件。在将表镜紧固到中间部件的操作之前，金属紧固垫圈具有与紧固表面互补的形状。在总体为圆筒形的中间部件的情况下，在表镜和中间部件上设置圆锥形的支承表面，或者也在安装在中间部件相对侧的后盖上设置圆锥形的支承表面。通过这种方式，作用在表镜和后盖上的压力通过圆锥形的支承表面和单件式金属垫圈传递到中间部件。

有利的是，在由非晶态金属制成的单件式垫圈的情况下，通过紧固垫圈将表镜紧固到中间部件尤其可以通过热加工进行。这防止了应力集中，为表镜提供了高强度，并为表壳创造了非常好的密封。

有利的是，在将表镜紧固到中间部件的操作过程中，受热的非晶态金属垫圈处于软化状态，以便被适当地施加到表镜的接触表面和中间部件的接触表面，同时填充每个接触表面的面层中的任何空隙。此外，当冷却紧固到中间部件的表镜时，非晶态金属垫圈充当中间部件和表镜之间的应力界面，因为例如由钛制成的中间部件的热膨胀系数大于例如由蓝宝石制成的表镜的热膨胀系数。

附图说明

防水表壳的目的、优点和特征将在以下参照附图的描述中以非限制性的方式更好地显现，其中:

-图1a和1b以简化的方式示出了具有根据本发明的防水表壳的手表的一个实施例的截面图，以及根据本发明的将表镜紧固到中间部件的局部细节部分，

-图2a至2c示出了紧固垫圈的局部三维截面图和根据本发明的通过表壳的紧固垫圈将表镜紧固到中间部件的不同步骤，

-图3示出了根据本发明的用于将表镜紧固到中间部件的一种变型的局部细节截面图，

-图4示意性地示出了根据本发明的表壳的一个实施例的俯视图，以及

-图5a和5b示出了具有金属涂层的表镜，该金属涂层能够被激光蚀刻以在用于将表镜紧固到中间部件的表面上产生铭文，以及根据本发明的表镜上的金属涂层的具有铭文的一部分。

具体实施方式

在下面的描述中，本领域技术人员所熟知的防水手表——特别是潜水表——的表壳的所有部件仅以简化的方式进行说明。

图1a和1b示出了表壳1的一个实施例，其可用于潜水表。表壳1主要包括紧固在中间部件2上侧的由蓝宝石或矿物晶体制成的表镜3，以及可能地安装在中间部件2下侧的后盖4。表圈7也可以安装在中间部件2的上侧。钟表机芯或模块10设置在表壳1中并位于壳体环8中，并且用于设置潜水表的时间、日期或其他功能的至少一个控制构件(未示出)在休息位置可以密封地安装在中间部件2上或穿过中间部件2。

在设置表壳1的后盖4的情况下，结实的后盖4可以包括具有内螺纹的环形边缘14，以便拧到中间部件2下侧的螺纹26上。当将后盖4安装在中间部件2上时，后盖4的环形支承表面24与中间部件2的具有与支承表面24互补的形状的内环形表面32接触。支承表面24和内环形表面32相对于垂直于表壳1的平面的轴线以确定的角度倾斜。在大致圆筒形的中间部件的情况下，表面24、32是圆锥形的，并且相对于表壳1的中心轴线以确定的角度朝向表壳1的内部倾斜。这意味着每个圆锥形的顶部都在表壳1的内部的方向上。中间部件2的下侧还包括环形槽16，该环形槽16容纳环形的密封件6，当后盖4安装在中间部件2上时，密封件6与支承表面24接触。对于由诸如钛的材料制成的中间部件2和后盖4，相对于中心轴线的角度可以是约60°±5°。这允许在潜水到水下大深度期间由于水压而在后盖4和中间部件2之间产生的应力分布是良好的。

表镜3包括环形外周表面13，该外周表面13通过单件式金属紧固垫圈5、5’紧固在中间部件2上侧的内环形表面12上。内环形表面12优选具有与环形外周表面13互补的形状。垫圈5、5’作为中间部件2和表镜3之间的界面，也可以在紧固操作之前以与中间部件2上的表镜3的接触表面互补的形状制造。表镜3的环形外周表面13相对于垂直于表壳1的平面的轴线以小于90°的限定角度倾斜。优选地，内环形表面12相对于中心轴线以与环形外周表面13相同的角度大致朝向表壳1的内部倾斜。

如果中间部件2是大致圆筒形的，则环形外周表面13和内环形表面12是圆锥形的，并且以限定的角度朝着表壳的内部倾斜。这意味着每个圆锥形的顶部都在表壳1的内部的方向上。表面12和13相对于中心轴线的限定的倾斜角度可以是约43°±5°。这允许在潜入水下大深度期间由于水压而在表镜3和中间部件2之间产生的应力分布是良好的。由于接触表面朝向表壳1的内部倾斜，水压与表壳1内的压力之间的压力差趋向于封闭紧固垫圈5、5’以及相接触的表面12、13之间的任何间隙。这保证了良好的防水性能并能经受高压。

在该实施例中，单件式金属紧固垫圈5、5’由非晶态金属或金属玻璃或非晶态金属合金制成。它可以包括第一部分5和第二部分5’。紧固垫圈5、5’是环形的，用于密封中间部件2上的表镜3。对于大致圆筒形的中间部件2，垫圈的第一部分5为圆锥形的，而第二部分5’为圆筒形的。一旦表镜3被紧固在中间部件2上，第一部分5就被紧固在中间部件2和表镜3的倾斜表面上，而第二部分5’被紧固至在表镜3的环形外周表面13之上的表镜3的外环形壁23和中间部件2的内环形壁22上。第二部分5’可以停止在恰好位于表圈7下方的表镜3的中间高度处，而垫圈的第一部分5可以延伸到表镜3的底部和中间部件2之间的连接处之下。

以非限制性的方式，第一部分5的截面长度可以为约5毫米，而垫圈5、5’的第二部分的高度可以为约2.5毫米。垫圈的厚度可以是约0.65毫米。

通常，环形的单件式金属紧固垫圈5、5’由非晶态金属合金制成，以便例如通过热加工将表镜3紧固到中间部件2。当将表镜3紧固到中间部件2时，表镜3和中间部件2之间的空间将被完全填充。因此，通过垫圈的这种热加工并同时将表镜3压到中间部件2上，表镜3的接触表面和中间部件2的接触表面的光洁度被热软化的垫圈复制。因此，在表镜3的环形外周表面13处可以考虑一定的粗糙度，该粗糙度足以使垫圈5、5’更好地粘附到表镜3和中间部件2上。以这种方式，热软化的非晶态金属垫圈完美地呈现出表镜3和中间部件2的光洁度，这保证了良好的密封封闭。

此外，该金属进一步补偿表镜3的锥形表面和中间部件2的锥形表面之间的潜在角度误差，并因此确保表镜3完美地靠在中间部件2上，这显著降低了加压期间的应力集中。这非常重要，因为表镜3通常由诸如蓝宝石或矿物玻璃之类的易碎材料制成。因此，当在水下受压时，表镜3在中间部件2上的非常局部的接触可能导致破裂。

如上所述，由非晶态金属制成的垫圈5、5’充当中间部件2和表镜3之间的界面。在通过热软化垫圈5、5’将表镜3加热紧固到中间部件2的操作过程中，该垫圈还用于在冷却操作中积累应力。这是重要的，因为由钛制成的中间部件2的热膨胀系数大于由蓝宝石制成的表镜3的接触表面的热膨胀系数。

几种类型的非晶态金属合金可用于制造整个单件式金属垫圈5、5’。在最常见的情况下，该非晶态金属合金可以主要由锆组成，这允许在高于350℃的温度(也就是说高于合金的玻璃化转变温度)下形成垫圈。锆基非晶态金属合金可由锆(52.5％)、铜(17.6％)、镍(14.9％)、铝(10％)和钛(5％)组成。锆基非晶态金属合金还可以包含锆(58.5％)、铜(15.6％)、镍(12.8％)、铝(10.3％)和铌(2.8％)。锆基非晶态金属合金还可以包含锆(44％)、钛(11％)、铜(9.8％)、镍(10.2％)和铍(25％)，或者包含锆(58％)、铜(22％)、铁(8％)和铝(12％)。优选地，为了便于生产这种垫圈，非晶态金属合金可以主要由铂(pt)组成，这允许垫圈在高于230℃的温度下形成。铂基非晶态金属合金可以包含铂(57.5％)、铜(14.7％)、镍(5.3％)和磷(22.5％)。还可以提供主要基于钯(pd)的非晶态金属合金的单件式金属垫圈5、5’，这允许在高于300℃的温度下形成垫圈。

也可以采用其他非晶态金属合金。钛基非晶态金属合金可包含钛(41.5％)、锆(10％)、铜(35％)、钯(11％)和锡(2.5％)。钯基非晶态金属合金可以包含钯(43％)、铜(27％)、镍(10％)和磷(20％)，或者包含钯(77％)、铜(6％)和硅(16.5％)，或者包含钯(79％)、铜(6％)、硅(10％)和磷(5％)。镍基非晶态金属合金可包含镍(53％)、铌(20％)、钛(10％)、锆(8％)、钴(6％)和铜(3％)，或包含镍(67％)、铬(6％)、铁(4％)、硅(7％)、碳(0.25％)和硼(15.75％)，或包含镍(60％)、钯(20％)、磷(17％)和硼(3％)。铁基非晶态金属合金可包含铁(45％)、铬(20％)、钼(14％)、碳(15％)和硼(6％)，或包含铁(56％)、钴(7％)、镍(7％)、锆(8％)、铌(2％)和硼(20％)。金基非晶态金属合金可包含金(49％)、银(5％)、钯(2.3％)、铜(26.9％)和硅(16.3％)。

由非晶态金属制成的这种垫圈5、5’的生产可以通过不同的成形方法来完成，即:

-直接由熔融金属制成，例如通过压力注射、重力铸造、离心铸造、反重力铸造、抽吸铸造、添加剂粉末制造(additivepowdermanufacturing)，

-通过高于玻璃化转变温度的热变形由非晶态预成型件制成，例如电磁成形、通过电容放电成形、在气体压力下成形、机械成形。该步骤的目的是获得具有正确尺寸和足够比例的非晶态相的预成型件，以允许其在下述组装步骤中变形。

在图2a中以局部三维剖视图的方式示出了环形紧固垫圈，其具有圆锥形的第一部分5和圆筒形的第二部分5’。如图2b和2c所示，由两个部分5、5’制成的垫圈用于将表镜3紧固到中间部件2。

在图2b中，首先将垫圈5、5’放置在中间部件2的上侧。垫圈的第一部分5与内环形表面12接触，而第二部分5’靠近中间部件2的内环形壁22。然后将表镜3安装在垫圈5、5’上。表镜3的环形外周表面13与垫圈的第一部分5接触，而表镜3的在环形外周表面13上方的外环形壁23靠近垫圈的第二部分5’。以这种方式，垫圈5、5’设置在中间部件2和表镜3之间。

为了通过完全由非晶态金属合金制成的垫圈5、5’将表镜3紧固到中间部件2上，在中间部件2的上侧放置防重叠工具mc，该防重叠工具mc与表镜3的外环形壁23接触。该防重叠工具mc的目的是，防止垫圈的非晶态金属合金从中间部件2的上侧出来。另一防重叠工具(未示出)也可以设置在表壳的下面且内侧上，以防止垫圈的非晶态金属合金从下侧出来。顶部工具mh朝向中间部件2按压表镜3，而底部工具mb支撑中间部件2的下侧。

对于用于垫圈的锆基非晶态金属合金，使用大约10,000至80,000牛顿的压力在大约480℃的温度下将表镜3施加在中间部件2上30-250秒。因此，表镜3施加在垫圈的部分5上的压力导致垫圈的部分5中包含的材料朝着部分5’以及向下蠕变。结果是表镜3向下移动，垫圈的部分5变薄，直到垫圈完全填充位于中间部件2、防重叠工具mc、内部防重叠工具和表镜3之间的空间。在蠕变过程中，非晶态金属垫圈将模制表面12、13、22和23的所有细节。当在垫圈变形步骤结束时冷却组件时，中间部件2、垫圈5、5’和表镜3的尺寸将以各自的膨胀系数α成比例地减小。然而，表镜3(例如由蓝宝石制成，其中α＝5～8ppm)的膨胀系数小于中间部件2的膨胀系数(例如:钛的α＝8.5～11ppm，不锈钢的α＝12～18ppm，金的α＝12～16ppm)以及由非晶态金属制成的垫圈5，5’的膨胀系数(α＝9～18ppm)。这产生了力，该力将中间部件2和由非晶态金属制成的垫圈5、5’压在垫圈的圆筒形的第二部分5’处的表镜3上。这种压缩确保了组件在环境温度下具有非常高的强度和非常好的密封。

此外，非晶态金属的特定机械性能，特别是其非常高的屈服强度σe(例如:对于zr基为1,700mpa；钯基为1,550mpa；铂基为1,350mpa)与非常高的弹性变形εe(对于所有非晶态金属为1.5-2％)相结合，防止了垫圈5、5’当在非常高的压力下受到应力作用时在其与表镜3的接触区域中塑化。中间部件2，其机械性能(例如5级钛:σe为850mpa；εe为0.5～0.8％)低于为垫圈选择的非晶态金属，也不会塑化，因为由非晶态金属制成的垫圈5、5’允许应力均匀化，因此在垫圈-中间部件界面处的应力减小。

对于主要由钯组成的非晶态金属合金，通过垫圈5、5’将表镜3紧固到中间部件2上是在大约380℃的温度下进行的，同时施加大约10,000-80,000牛顿的压力30-250秒。

对于主要由铂组成的非晶态金属合金，通过垫圈5、5’将表镜3紧固到中间部件2上是在大约280℃的温度下进行的，同时施加大约10,000-80,000牛顿的压力30-250秒。

如上所述，由于中间部件2和表镜3之间膨胀系数的差异，在冷却过程中在表镜3中产生应力。这些力取决于组件的几何结构、(中间部件、非晶态金属、表镜)选择的材料以及组装过程中使用的温度。尽管这些应力有助于确保组件的强度和密封性，但如果应力过高或过于局部化，会导致表镜破裂。这就是为什么选择合适的非晶态金属以防止这一问题很重要。更具体地，例如使用铂基非晶态金属允许减小这些力，因为组装方法的温度将较低(大约280℃)，因此中间部件2相对于表镜3的不同收缩将较低。

如上所述，在组装方法之后降低表镜3中应力的另一种方法包括部分或全部地使由非晶态金属制成的垫圈5、5’结晶。更具体地说，结晶减小了非晶态金属的体积，从而减小了垫圈5、5’的体积，这稍微分离了中间部件-垫圈和垫圈-表镜接触表面。在冷却过程中，在开始夹紧表镜3之前，中间部件2的差异收缩必须首先补偿非晶态金属结晶留下的空隙。相对于100％非晶态垫圈，最终存在于蓝宝石中的残余应力较低。

垫圈5、5’的结晶可以通过在加工阶段之后保持组件的温度一延长的时间段来实现。例如，对于锆基合金，在480℃下保持5分钟会使垫圈结晶。在蠕变阶段之后，也可以使温度增加20℃至100℃，以便加速结晶或改变其性质(不同的晶相)。在蠕变阶段之后也可以降低温度，以获得更慢和更精细的结晶。

图2c示出了在移除了所使用的工具之后，将表镜3紧固在中间部件2上的结果。表圈7覆盖中间部件2的上侧。垫圈的第一部分5将表镜3的环形外周表面13刚性连接到中间部件2的内环形表面12。垫圈的第二部分5’刚性连接中间部件2的内环形壁22和表镜3的外环形壁23。通常，垫圈的第一部分5延伸到表镜3的底部与中间部件2之间的连接处之下，因此不包括图2b和2c所示的内喙状部。

图3示出了用于将表镜3紧固到中间部件2的一种变型的局部细节截面图。表镜3包括环形外周表面13，该环形外周表面13通过单件式金属紧固垫圈5、5’紧固在中间部件2上侧的内环形表面12上。虽然中间部件2总体上是圆筒形的，但是表镜3的外周表面13是圆锥形的，而中间部件2的内环形表面12在表壳1的平面中是圆盘的一部分。垫圈的第一部分5在外周表面13和内环形表面12之间，而垫圈的第二部分5’在中间部件2的内环形壁22和表镜3的外环形壁23之间。

图4示意性地示出了表壳1的一个实施例的俯视图。表壳1包括中间部件2、表镜3、表圈7和穿过中间部件2的柄轴-冠部形式的控制构件9。柄轴-冠部包括锥形表面(未示出)，该锥形表面在休息位置与中间部件2的锥形内表面接触，以确保水密密封并在潜水期间承受水压的能力。在表镜3的环形外周表面13和紧固垫圈的第一部分之间的连接处制造有单词或数字或图画形式的铭文103。

如图5a和5b所示，为了产生铭文103，还可以提供表镜3的结构化的接触表面和/或也可以在其表面上沉积装饰层。该结构化部和/或沉积物63可以设置在表镜3的环形外周表面13上。一个或多个单词、数字或图画也可以通过利用来自激光装置50的激光束l蚀刻沉积物63来书写。沉积物63可以具有与紧固垫圈的第一部分不同的颜色。结果，在沉积物63上蚀刻铭文103之后，表镜3的环形外周表面13可以被放置或紧固到紧固垫圈的第一部分上，该第一部分具有与沉积物63不同的颜色。

也可以通过对表镜3的表面进行选择性结构化而在表镜3的接触表面上产生图案。该表面可以通过例如激光、化学方法或甚至机械方法(例如磨削或铣削)来结构化。因此，一旦表镜3被紧固到中间部件2，产生的铭文就可以透过表镜3被读取，这也可以指示手表的品牌。

还应当注意，通过将表镜3紧固在上述变型实施例的中间部件2上，并且通过表镜3和中间部件2之间的锥形表面的接触，保证了表镜3和中间部件2之间良好的耐水性和良好的应力分布。这是必要的，因为该手表是潜水表，它必须承受由于手表内部和水下大深度的水压之间的压力差造成的高应力。由于在这种圆锥形形状下中间部件2、垫圈5、5’和表镜3之间的接触表面相当大，所以在更大的区域上更好地传递应力，这对于当潜入水下深处时减少表镜中的应力集中并因此防止其破裂是很重要的。这也确保了表壳的防水性。通过这种布置，表壳上的水压会封闭接触表面之间的任何空隙。此外，这防止了紧固垫圈的挤压。

根据刚刚进行的描述，本领域技术人员可以设计表壳的多个替代实施例，而不脱离由权利要求限定的本发明的范围。表壳通过其中间部件可以具有不同于圆柱的总体形状。