车辆的彩虹色徽章及其制造方法与流程

本发明总体上涉及车辆的彩虹色徽章、饰件和其他外部表面以及制造该车辆的彩虹色徽章、饰件和其他外部表面——特别是具有宝石般外观的机动车辆徽章——的方法。

背景技术：

豪华和高端车辆的汽车爱好者和所有者不断地要求至少部分地证明这样的车辆的高成本的新的审美。车辆徽章可以设计为反映特定车辆模型的豪华和高端性质。例如，具有含有宝石般外观的徽章的某些车辆模型对车辆爱好者和所有者来说可以是更可取的。

宝石和/或贵金属直接并入车辆徽章可以在某些方面满足这些需求。这些元素可以包封在半透明徽章内以用于豪华审美。然而，仅添加宝石和贵金属到常规徽章将显著地增加徽章的成本，并且除成本最不敏感的汽车爱好者之外其余汽车爱好者都将可能反对这些材料的显著增加成本。此外，包含到车辆徽章中的宝石和/或贵金属增加它们作为目标被贼移除的相对机会的可能性。

升级车辆徽章的审美的其他方法已经集中于在成型塑料部件内模仿钻石和宝石的外观。例如，制造试图近似于实际的钻石和宝石的外观的刻面的塑料徽章是可行的。不幸的是，这样的方法的结果不被看好。通常，这样的徽章似乎看起来像人造珠宝并且可以说减损豪华车辆的整体美感而不是提高整体美感。

因此，需要在没有与提高有关的显著成本增加的情况下，显示彩虹色或宝石般外观的车辆徽章、饰件和其他外部表面(以及制造它们的方法)。此外，这些彩虹色的车辆徽章应该在车辆寿命期间同时暴露于典型的车辆环境时保持它们的外观。

技术实现要素：

根据本发明的一方面，提供一种彩虹色车辆徽章，该彩虹色车辆徽章包括具有非平面形状并且包含内部和外部表面的半透明的聚合物徽章。此外，徽章的表面中的至少一个是非平面的并且包含与该徽章构成整体的衍射光栅，该光栅具有从250nm到1000nm的厚度以及从50nm到5微米的周期(period)。

根据本发明的另一方面，提供一种彩虹色车辆徽章，该彩虹色车辆徽章包括具有非平面形状并且包含内部和外部表面的半透明的聚合物徽章。此外，徽章的表面中的至少一个包含与该徽章构成整体的多个衍射光栅，每个衍射光栅具有从250nm到1000nm的厚度以及从50nm到5微米的不同周期。

根据本发明的又一方面，提供一种制造彩虹色车辆徽章的方法，该方法包括以下步骤：形成具有相应于徽章的内部和外部表面的模具表面的模具；烧蚀模具表面中的至少一个以形成衍射光栅模具表面；以及用聚合物材料在模具表面上形成具有含有从250nm到1000nm的厚度以及从50nm到5微米的周期的衍射光栅的徽章。

通过研究下面的说明书、权利要求和附图，本发明的这些和其他方面、目的和特征将被本领域技术人员理解和领会。

附图说明

在附图中：

图1是根据本公开的一方面的固定到车辆的前部的彩虹色车辆徽章的正透视图；

图2是根据本公开的一方面的彩虹色车辆徽章的俯视平面示意图；

图2a是通过线iia-iia截取的在图2中描绘的徽章的剖视示意图；

图2b是合并到在图2中描绘的徽章的内部表面中的衍射光栅的放大的剖视示意图；

图3是根据本公开的一方面的具有非平面的外部和内部表面的彩虹色车辆徽章的俯视平面示意图；

图3a是通过线iiia-iiia截取的在图3中描绘的徽章的剖视示意图；

图3b是合并到在图3中描绘的徽章的非平面的内部表面中的衍射光栅的放大的剖视示意图；以及

图4是具有不同周期的衍射光栅的放大的剖视示意图。

具体实施方式

为了在此描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“后”、“前”、“垂直”、“水平”、“内部”、“外部”、“车辆前部”、“车辆后部”以及其派生词应该如图1中所取向地与本发明相关。然而，本发明可以采取各种可选方向，除非另有明确规定。同样，在附图中说明并且在下面的说明书中描述的具体装置和总成仅是在所附权利要求中限定的发明构思的示例性实施例。因此，与在此公开的实施例相关的具体尺寸和其他物体特性不被认为是限制性的，除非权利要求另有明确规定。

在本公开中描述了车辆的彩虹色徽章、饰件和其他外部表面(总体地，“彩虹色车辆元件”)(以及制造该车辆的彩虹色徽章、饰件和其他外部表面的方法)。彩虹色车辆元件包含与元件的主要部件(例如，徽章构件)构成整体的一个或多个衍射光栅，该一个或多个衍射光栅中的每一个为元件提供闪耀和彩虹色。在光栅内可以添加或调整各种微观特征以实现不同的审美效果。光栅也可以合并到车辆元件内的各种区域中以实现其他不同的审美效果。此外，这些彩虹色徽章、饰件和其他彩虹色车辆元件可以注塑成型为一个部分，并且花费通常仅略微超过常规的徽章和饰件。

参考图1，提供根据本公开的一方面的固定至车辆1的前部的彩虹色车辆徽章100、100a的正透视图。如图所描绘的，徽章100、100a通过在环境照明(例如，来自太阳)下的彩虹色或宝石般外观来表征。配置在徽章100、100a的外部和/或内部表面内的一个或多个衍射光栅20(参照图2和3)提供彩虹色或宝石般外观。

如图2所示，彩虹色车辆徽章100可以包括半透明的聚合物徽章元件10。徽章元件10包括一个或多个外部表面12以及一个或多个内部表面14。在某些方面，徽章元件10通过在整个可见光谱(例如，390到700nm)内的85％或更高的光学透射率来表征。优选地，徽章元件10通过在整个可见光谱内的90％或更高——以及甚至更优选地95％或更高——的光学透射率来表征。此外，徽章元件10可以是没有实质着色的光学透明的。在其他实施例中，徽章元件10可以被着色或与它的外部表面12和/或内部表面14上的一个或多个滤光器固定在一起以获取所需的色调(例如，蓝色、红色、绿色等)。

再次参考图2，彩虹色车辆徽章100的徽章元件10是由聚合物材料制成的。这些聚合物材料包括热塑性的和热固的聚合物材料，例如，聚硅氧烷、丙烯酸树脂和聚碳酸酯。优选地，用于制作徽章元件10的前驱材料在比如注塑成型这样的成型工艺期间具有高流速和/或低粘度。在某些方面，例如玻璃珠和颗粒这样的填料(未示出)，可以添加到用作基体的聚合物材料以在对元件的光学性能无显著损害的情况下形成徽章元件10。这些填料可以向彩虹色车辆徽章100提供增加的耐久性和/或附加审美效果。优选地，玻璃填料以1到15％的体积范围添加，这取决于填料的性质和所需效果(例如，增加的耐久性、增加的光散射等)。

彩虹色车辆徽章100的徽章元件10可以呈现各种形状中的任何一个，这取决于徽章的性质、车辆标志以及其他设计考虑。例如，在某些实施例中，徽章元件10的外部和内部表面12、14中的一个或多个是平面的(例如，刻面的)、非平面的、弯曲的或通过其他形状表征的。如同样由本领域普通技术人员所理解的，外部和内部表面12、14可以用具有平面特征的部分和具有非平面特征的部分来表征。如图2和2a所示，例如，当在截面上观看时，徽章元件10具有包含衍射光栅20的平面的(例如，刻面的)外部和内部表面12、14，同时具有在形成车辆徽章100的整体设计中的一些弯曲部分。

仍然参考图2，在优选实施例中彩虹色车辆徽章100的徽章元件10可以由单个部件组成。例如，徽章元件10可以从单个模具形成为具有集成衍射光栅20的单件。在其他方面，在对元件10的整体光学性能无显著损害的情况下，元件10可以由多个部分制成，优选地用结合的部件制成。

现在参考图2a，彩虹色车辆徽章100的徽章元件10的外部和内部表面12、14包括优选地与徽章元件10构成整体的一个或多个衍射光栅20。如在图2a中以示例性方式描绘的，彩虹色车辆徽章100包括具有分别在外部和内部表面12、14的平面部分上的外部和内部表面衍射光栅22、24的徽章元件10。车辆徽章100的某些方面包括具有在外部表面12的一个或多个平面部分上的外部表面光栅22形式的一个或多个衍射光栅20的徽章元件10。车辆徽章100的其他方面包括具有在内部表面14的一个或多个平面部分上的内部表面光栅24形式的一个或多个衍射光栅20的徽章元件10。

如在图2b中以截面形式示意性地显示，彩虹色车辆徽章100的徽章元件10的衍射光栅20是以微观层面形成的。在实施例中，衍射光栅20(即，包括外部和内部表面衍射光栅22、24)具有范围从250nm到1000nm的厚度38。衍射光栅20的厚度38例如应该保持在250到1000nm的范围中以确保一俟在直接环境照明中的照亮，彩虹色车辆徽章100(参照图2和2a)就通过光衍射显示出宝石般外观，同时在非直接环境照明下还具有对徽章100的光学透明的最小影响。优选地，衍射光栅20的厚度38的范围从大约390nm到700nm。在其他实施例中，衍射光栅20的厚度38的范围从500nm到750nm。

同样如在图2b中示意性地显示，在彩虹色车辆徽章100的徽章元件10内的衍射光栅20的槽可以以各种形状配置以衍射入射光并且产生彩虹色的和宝石般的外观。如在图2b中以示例性形式描绘的，光栅20具有锯齿或三角形形状。在三维中，这些光栅20可以以在没有成角特征(即，在图2b中描绘的对该成角特征的方向法线)的情况下的阶梯或锯齿形状、锥体形状、或阶梯和锥体形状的一些组合呈现。衍射光栅20的其他形状包括山形特征(未示出)—例如具有一个或多个弯曲特征的阶梯特征。衍射光栅20还可以包括具有三角形和山形特征的组合的部分。更具体地说，光栅20的形状应该是使得至少15度的有效闪耀角θb呈现给衍射光栅20的每个光栅、齿或槽的一个或多个部分。闪耀角θb是梯级法线(即，对光栅20的每个梯级或齿的方向法线)和对具有光栅20的外部和内部表面12、14的方向法线40之间的角度。

通常，闪耀角θb被优化以最大化入射光——典型地环境阳光——的波长的效率，以确保最大光学功率集中在一个或多个衍射级同时以其他级(例如，指示环境光本身的零级)最小化剩余功率。使外部和内部表面衍射光栅22、24(参照图2a)位于外部和内部表面12、14的平面部分或形状上(例如，如在图2a中以示例性形式针对内部表面14的平面部分上的衍射光栅24显示的)的优势是恒定的闪耀角θb和周期36将导致从衍射光栅产生的一致的反射和衍射光。这样的一致性可以被彩虹色车辆徽章100(参照图2)的设计者采用以确保特定宝石般效果可被在距离徽章100的不同位置和距离处的个人观察。

同样如在图2b中示意性地显示，彩虹色车辆徽章100的徽章元件10的衍射光栅20通过一个或多个周期36(在衍射光栅的标准术语中也被称为d)来表征。在车辆徽章100(参照图2)的大多数方面，衍射光栅20的周期36保持在大约50nm到大约5微米之间。通常，给定衍射光栅20可以衍射的最大波长等于两倍的周期36。因此，具有保持在大约50nm和大约5微米之间的周期36的衍射光栅20可以衍射在100nm到大约10微米的光学范围中的光。在优选实施例中，衍射光栅20的周期36保持从大约150nm到大约400nm，确保光栅20可以有效地衍射在大约300nm到大约800nm的光学范围中的光，粗略地覆盖可见光谱。

再次参考图2b，以示例性形式描绘沿着徽章元件10的内部表面14的一部分的内部表面衍射光栅24。入射光50(典型的环境阳光)以入射角α对准具有厚度38、周期36和闪耀角θb的锯齿形衍射光栅24。更具体地说，以入射角α照在光栅24上的入射光50的一部分(优选地，小部分)以相同的角度α反射为反射光50r，并且入射光50的剩余部分以相应于衍射光60n、60n+1等的特定波长以相应衍射角βn、βn+1等衍射。反射光50r指示零级(即，n＝0)并且衍射光60n、60n+1、60n+2指示根据标准衍射光栅术语的第n级衍射，其中n是相应于特定波长的反射或衍射光的整数。

比如在图2b中以放大的示意格式描绘的内部表面光栅24，由于它们的受保护位置而在彩虹色车辆徽章100(参照图2和2a)内是有利的。特别地，这些光栅24通常由于在徽章元件10的背部上的它们的位置而防止受到损坏、改变和/或磨损。假定入射光50必须穿过元件10以到达光栅24并且衍射光60n、60n+1等也必须穿过元件10以产生彩虹色效果，则光栅24的衍射效率由于在元件10内的光吸收而可以稍微低于外部表面光栅22(参照图2a)的衍射效率。另一方面，外部表面光栅22当配置在元件10的外部表面12内时比内部表面光栅24更容易损坏、改变和/或磨损。因此，车辆徽章100的优选实施例包括外部和内部表面衍射光栅22、24两者以平衡衍射效率和耐磨性。

参考图3-3b，描绘根据本公开的一方面的包含具有非平面的外部和内部表面12a、14a的半透明的聚合物徽章元件10a的彩虹色车辆徽章100a。在图3和3a中显示的彩虹色车辆徽章100a与在图2和2a中描绘的彩虹色车辆徽章100相似，并且相同编号的元件具有相同的结构和功能。徽章100a和徽章100之间的主要差别是前者具有有内部和外部表面12a、14a(或穿过它们的整个表面区域是大体上非平面的这样的表面12a、14a)的非平面部分以及在这样的非平面特征上的衍射光栅20a的徽章元件10a。相比之下，车辆徽章100具有有位于外部和内部表面12、14的平面部分上的衍射光栅20的徽章元件10。通过使衍射光栅20a位于内部和外部表面12a、14a的非平面部分上，用徽章100a可以获取与用徽章100获取的那些宝石般和彩虹色效果不同的特定宝石般和彩虹色效果。然而，在所有其他方面中，彩虹色车辆徽章100和100a具有相同的结构和功能。

参考图3a，彩虹色车辆徽章100a包括具有一个或多个衍射光栅20a的徽章元件10a。此外，衍射光栅20a包括分别位于元件10a的外部和内部表面12a、14a的非平面部分内或以其他方式位于元件10a的外部和内部表面12a、14a的非平面部分上的外部和内部表面衍射光栅22a和24a。车辆徽章100a的某些方面包括具有在外部表面12a的一个或多个非平面部分上的外部表面光栅22a形式的一个或多个衍射光栅20a的徽章元件10a。车辆徽章100a的其他方面包括具有在内部表面14a的一个或多个非平面部分上的内部表面光栅24a形式的一个或多个衍射光栅20a的徽章元件10a。

现在参考图3b，彩虹色车辆徽章100a的徽章元件10a内的衍射光栅20a的剖视图与图2b中的衍射光栅20相似。入射光50(典型的环境阳光)以入射角α(参照图2b)对准具有厚度38、周期36和闪耀角θb(参照图2b)的锯齿形衍射光栅24a。更具体地说，以入射角α照在光栅24a上的入射光50的一部分(优选地，小部分)以相同的角度α(参照图2b)反射为反射光50r，并且入射光50的剩余部分以相应于衍射光60n、60n+1等的特定波长以相应衍射角βn和βn+1(参照图2b)等衍射。反射光50r指示零级(即，n＝0)并且衍射光60n、60n+1等指示根据标准衍射光栅术语的第n级衍射，其中n是相应于特定波长的反射或衍射光的整数。假定内部表面14a在图3b中描绘的徽章10a中是非平面的，然而，入射光50以稍微不同的角度照在每个齿上，甚至在闪耀角(在图3b中未示出)和周期36保持恒定的时候。结果是衍射光栅20a的每个齿可以以独特或不同的衍射级产生衍射光。例如，如图3b所示，衍射光栅的一个齿可以产生衍射光60n和60n+1，并且不同的齿可以产生衍射光60n+2和60n+3，全部来自相同的入射光50。因此，内部表面衍射光栅24a、以及更具体地说衍射光栅20a可以在徽章100a(参照图3和3a)的小区域内有利地产生宽广的不同波长的宝石般效果。

现在参考图4，以截面形式描绘根据本公开的一方面的可以在彩虹色车辆徽章100、100a(或与本公开的原则一致的其他徽章)中采用的具有不同周期(例如，当包括一组周期时)的衍射光栅120。衍射光栅120在大多数方面与在图2-2b和3-3b中描绘的衍射光栅20、20a相似，其中相同编号的元件具有相同的结构和功能。衍射光栅120与衍射光栅20、20a不同，因为该衍射光栅120在相同的光栅内包含不同的周期。特别地，衍射光栅120可以具有两组或两组以上的齿或槽，每个齿或槽具有特定周期(例如，周期136a)，该周期可以以独特的或不同的衍射级产生光。如在图4中以示例性形式显示，光栅120配置为具有三个周期—周期136a、周期136b和周期136c。具有周期136a的衍射光栅120的一组齿可以产生衍射光60n和60n+1，具有周期136b的不同组的齿可以产生衍射光60n+2和60n+3，并且具有周期136c的第三组齿可以产生衍射光60n+4和60n+5，全部来自相同的入射光50。因此，衍射光栅120——不论在元件10、10a(参照图2a和3a)内部和/或外部表面12、12a、14、14a(参照图2a和3a)上采用——可以在包含这样的光栅的徽章100、100a(参照图2a和3a)的各种区域内有利地产生宽广的不同波长的宝石般效果。

在某些方面，衍射光栅120包括在两到十个离散值之间——或更优选地在两到五个离散值之间——变化的不同周期。根据另一方面，具有不同周期的衍射光栅120可以在徽章元件10、10a的外部和/或内部表面12、12a、14、14a的一个或多个部分中采用，并且具有恒定周期的一个或多个衍射光栅20、20a在徽章元件10、10a的外部和/或内部表面的其他部分中采用，以形成由采用光栅的车辆徽章100、100a产生的有吸引力的宝石般外观效果。在另一实施例中，衍射光栅120包括在任意数量的值之间变化的不同周期，仅被光栅120的总长度和/或处理能力限制以通过模具尺寸的精确控制来开发这样的变化。

转回到彩虹色车辆徽章100、100a，更普遍地，可选涂层(未示出)可以施加在徽章元件10、10a的外部表面12、12a的上面。例如，光学透明密封层(例如，聚氨酯密封件)可以施加在这样的外部表面的上面以为徽章100、100a——特别为包括在这些徽章的外部表面中的任何衍射光栅20、20a——进一步地添加机械和/或紫外线保护。有利地，附加的相对薄的保护涂层可以保护衍射光栅同时在衍射效率和通过徽章100、100a获取的整体彩虹色方面保持光栅定位在徽章的外部表面上的益处。

在彩虹色车辆徽章100、100a的另一方面，可选背板或背层可以应用于这些徽章的徽章元件10、10a的内部表面14、14a。这样的背板或层可以是镜面反射的(例如，镜子般的)或非镜面反射的(例如，光散射)，这取决于徽章100、100a所需的审美效果。同样地，背板或层可以是白色、灰色、黑色或任何可想到的颜色。例如，徽章设计者可以采用红色背板来产生红色色调的彩虹色，同时徽章100、100a配置在拥有这样的徽章的蓝色着色的车辆的引擎上。

根据本公开的另一方面，提供制造彩虹色车辆徽章(例如，彩虹色车辆徽章100、100a)的方法，该方法包括形成具有相应于徽章的内部和外部表面(例如，外部和内部表面12、12a、14、14a)的模具表面的模具的步骤。优选地，在这个步骤模具由足以承受与注塑成型适合于彩虹色车辆徽章的徽章元件(例如，元件10、10a)有关的温度和环境条件的金属或金属合金制成。在优选的实施例中，进行制造模具步骤使得模具能够注塑成型单件徽章元件10、10a。

制造彩虹色车辆徽章的方法还包括烧蚀模具表面中的至少一个以形成一个或多个衍射光栅模具表面的步骤。例如，进行烧蚀步骤以形成旨在相应于衍射光栅(例如，光栅20、20a和120)的一个或多个这样的衍射光栅表面，该衍射光栅旨在合并到徽章(例如，徽章100、100a)的外部和/或内部表面的一部分中。在优选实施例中，用激光烧蚀工艺进行烧蚀步骤。激光烧蚀工艺——例如采用来自georgfischerltd.(乔治费歇尔有限责任公司)的agiecharmilles(阿奇米夏尔)激光p切割装置——特别擅长于在模具中开发衍射光栅模具表面，规定精确地把微观特征烧蚀到金属和金属合金模具表面中的它们的能力。

再次参考制造彩虹色车辆徽章的方法，该方法还包括用聚合物材料(例如，具有高流速的光学透明聚硅氧烷)在模具表面上形成具有含有从250nm到1000nm的厚度以及从50nm到5微米的周期的衍射光栅(例如，衍射光栅20、20a、120)的徽章的步骤。优选地，用注塑成型工艺进行形成徽章的步骤。在优选方面，邻近一个或多个衍射光栅模具表面的模具的一部分在形成徽章的步骤之前被加热。添加附加热量到模具的这些部分用于进一步地减低聚合物材料的粘度使得该聚合物材料可以在衍射光栅模具表面的非常小范围的形状内流动。

根据本公开的其他方面，前述彩虹色车辆徽章100、100a的构思可以应用于其他彩虹色车辆元件。这些元件包括外部和内部车辆饰件、车牌支架、毂盖、钥匙罩板以及任何其他特征，该任何其他特征例如可以在环境照明下受益于彩虹色外观效果。采用制造这样的彩虹色车辆元件的模具也是可行的，该彩虹色车辆元件可以产生独一无二或近似独一无二的宝石般外观效果。例如，具有完全对称的徽章元件的彩虹色车辆徽章100、100a可以为模具所设计，该徽章元件具有一个或多个对称定位的衍射光栅，该衍射光栅在每个方向上不同地衍射光。一旦已经形成给定徽章，与车辆上的手动或机器人驱动安装有关的随机取向就可以形成独一无二或近似独一无二的宝石般外观。

在又一方面，彩虹色车辆徽章100、100a可以配置为具有衍射光栅20、20a使得它们在白天的环境照明下产生彩虹色外观同时平衡在白天或夜间状况下对迎面驾驶员的闪耀和炫光的减少。显著地，衍射光栅20、20a可以放置在外部和/或内部表面12、12a、14、14a的特定位置内以产生预期的宝石般外观，但仅当观察者位于不典型的迎面车辆的位置中时。

在不背离本发明的构思的情况下，可以对上述结构做出变化和修改。这样的变化和修改、以及在本公开的范围内的本领域技术人员理解的其他实施例，旨在由下面的权利要求覆盖，除非这些权利要求通过它们的语言另有明确规定。