CH698230B1 - Montre. - Google Patents
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Abstract
L’invention se rapporte à une montre, notamment à une montre mécanique, dont certaines des pièces mobiles au moins sont lubrifiées par des agents ou composés à très faible coefficient de frottement. Cette montre comprend une première pièce en glissement relatif sur une deuxième pièce, la première pièce étant formée d’oxyde ou comportant une couche d’oxyde en surface. Elle comprend aussi, situé sur la surface de glissement de la première pièce, au moins un composé contenant un ou plusieurs groupes hydrophiles choisis parmi les polyols en C 3 –C 9 ayant un tiers au moins de groupes –OH par rapport au nombre d’atomes de carbone. La première pièce peut-être en rubis ou zircone, la deuxième pièce en acier, ou vice-versa, et le composé contenant un ou plusieurs groupes hydrophiles peut être du glycérol ou du glycérol aqueux.
Description
[0001] La présente invention se rapporte à une montre, notamment à une montre mécanique, dont certaines des pièces mobiles au moins sont lubrifiées par des agents à très faible coefficient de frottement.
[0002] On sait que l’un des problèmes majeurs qui se pose en horlogerie, particulièrement dans le domaine de la montre-bracelet chronomètre, est d’assurer un frottement aussi bas que possible entre les pièces en mouvement relatif les unes par rapport aux autres, compte tenu de la faible réserve d’énergie dont on dispose.
[0003] Habituellement, la lubrification est assurée, entre les pièces en mouvement relatif, généralement en acier et en rubis, par des huiles bien connues dans le domaine technique considéré, qui produisent des coefficients de frottement bas, par exemple < 0,1 à la température de 23 °C. On citera à cet égard l’huile connue sous le nom de Huile 941, à côté d’autres lubrifiants qui peuvent être également utilisés, en particulier des mélanges d’huiles synthétiques de type polyalphaoléfine (PAO) comprenant comme additifs du monooléate de glycérol (GMO).
[0004] Comme cela est décrit par ailleurs par Kano et al, Tribology Letters 18 (2) février 2005, il s’est avéré possible d’obtenir de meilleurs coefficients de frottement encore, typiquement ≤ 0,06, de préférence ≤ 0,05, à la température de 80°C, en intercalant un film de carbone entre les surfaces en frottement, c’est-à-dire en combinant le dépôt d’un film de carbone dur sur au moins l’une des surfaces en glissement avec l’utilisation d’un additif à groupe –OH comme le GMO dans le lubrifiant. Dans cet article, il est question de glissement de surfaces contenant des groupes –OH et les auteurs font l’hypothèse, qu’ils indiquent immédiatement comme étant à vérifier par des travaux analytiques, que les groupes –OH glissent les uns contre les autres en étant accrochés sur la surface par l’intermédiaire du film contenant les groupes C.
[0005] On a cependant vite remarqué que l’interposition d’un film contenant du carbone, si elle donnait d’excellents résultats pour le frottement de pièces travaillant à haute température, par exemple à 80 °C, en particulier dans des moteurs d’automobiles, ne convenait pas en revanche pour des pièces travaillant à basse température comme dans l’horlogerie. La lubrification obtenue ne montre aucun progrès par rapport à une lubrification de type traditionnel.
[0006] De façon surprenante, on a alors constaté que l’on pouvait obtenir des résultats nettement meilleurs en supprimant la couche de carbone intermédiaire, et en associant directement une ou des surfaces d’oxyde ayant une affinité pour les groupes hydrophiles et un composé contenant un ou plusieurs groupes hydrophiles. C’est précisément l’objet de l’invention, qui concerne donc une montre, notamment une montre mécanique, dont certaines des pièces mobiles au moins sont lubrifiées par des agents à très faible coefficient de frottement. On parlera ici et dans la suite de l’exposé de «très faible coefficient de frottement» pour des valeurs de ce coefficient inférieures ou égales à 0,06.
[0007] Une telle montre comprend une première pièce en glissement relatif sur une deuxième pièce, la première pièce étant formée d’oxyde ou comportant une couche d’oxyde en surface, la surface de glissement ayant une affinité chimique avec des groupes hydrophiles, ainsi que, sur la surface de glissement de la première pièce, au moins un composé contenant un ou plusieurs groupes hydrophiles choisis parmi les polyols en C3–C9ayant un tiers au moins de groupes –OH par rapport au nombre d’atomes de carbone.
[0008] Ce composé peut être un mélange et peut contenir, par exemple, une autre substance contenant des groupes hydrophiles, telle que l’eau.
[0009] Le polyol en C3–C9 peut être choisi par exemple dans le groupe comprenant le glycérol (C3H8O3), le propylène glycol (C3H8O2), le diéthylène glycol (C4H10O3), le 1,6-hexanediol (C8H14O2), le 1,2,6-hexanetriol (C6H14O3), le triéthylène glycol (C8H14O4), le diglycérol (C6H14O5), le triglycérol (C9H20O7), la triéthanolamine (C6H15NO3). Comme on le voit, la chaîne carbonée du polyol peut comprendre des atomes de O ou de N.
[0010] Le glycérol est un alcool en C3 contenant 3 groupes –OH, le propylène glycol un alcool en C3 contenant 2 groupes –OH, le diéthylène glycol un alcool en C4comprenant 2 groupes –OH et 1 atome de O dans la chaîne, le 1,6-hexanediol un alcool en C6 comprenant 2 groupes –OH, le 1,2,6-hexanetriol un alcool en C6comprenant 3 groupes –OH, le triéthylène glycol un alcool en C6 comprenant 2 groupes –OH et deux atomes de O dans la chaîne, le diglycérol un alcool en C6comprenant 4 groupes –OH et 1 atome de O dans la chaîne, le triglycérol un alcool en C9 comprenant 5 groupes –OH et 2 atomes de O dans la chaîne et la triéthanolamine un alcool en C6 comprenant 3 groupes –OH et un atome de N.
[0011] La deuxième surface peut avoir, elle aussi, une affinité chimique avec des groupes hydrophiles et être, par exemple formée d’oxyde ou comporter en surface une couche d’oxyde, au même titre que la première surface. Elle peut être également métallique ou en alliage métallique.
[0012] Ainsi, l’une des pièces en glissement relatif peut être en céramique, notamment en alumine ou en zircone, plus particulièrement en rubis ou saphir, et l’autre des pièces en glissement relatif peut être en fer, acier, par exemple en acier 20AP, ou autre alliage de fer, ou encore en laiton, aluminium, titane, cuprobéryllium, silicium, nickel, nickel-phosphore ou leurs alliages. La pièce en question peut être une pièce présentant un revêtement de surface, obtenu par exemple par dépôt galvanique d’or, d’or-cuivre-cadmium et or, de nickel, de rhodium, d’étain-nickel. Elle peut également présenter une surface traitée par anodisation, comme dans le cas des pièces en alliage d’aluminium ou de titane.
[0013] Elle peut aussi être modifiée par un traitement de surface comme l’oxydation, la carburation ou la nitruration. Entre les deux pièces en glissement relatif peut aussi se trouver une couche intermédiaire dite «épilame», bien connue en horlogerie et utilisée pour éviter l’étalement des lubrifiants.
[0014] On peut ainsi réaliser un excellent glissement entre une palette d’ancre en rubis ou zircone et une roue d’échappement en acier, ou encore entre un axe en acier et un palier en rubis ou zircone.
[0015] De préférence, le composé comprenant un ou plusieurs groupes hydrophiles est un polyol de bas poids moléculaire, par exemple du glycérol ou du glycérol aqueux. Ce composé agit comme lubrifiant en formant un film ou une pellicule entre les deux surfaces en mouvement.
[0016] On explique les propriétés de glissement exceptionnelles obtenues par l’interaction entre les groupes hydrophiles et les groupes oxygène au moyen de liaisons hydrogène. Il est possible aussi que les forces de Van der Waals interviennent aussi dans le phénomène.
[0017] L’invention sera mieux comprise en référence aux exemples 1 à 16 qui suivent, donnés à titre non limitatif, ainsi qu’à la figure unique annexée. Ces exemples, pour meilleure lisibilité, sont repris sous forme d’un tableau unique qui est complété par un exemple 17 concernant l’éthylène glycol et une série d’exemples comparatifs 18 à 24.
[0018] Les exemples 1 à 6 indiquent les résultats obtenus avec le glycérol aqueux sur divers couples de surfaces, tandis que les exemples 7 à 17 donnent les résultats obtenus avec d’autres composés que le glycérol pour le même couple de surfaces rubis-acier 20AP.
[0019] Ces résultats ont été obtenus sur tribomètre rectiligne alternatif, à l’aide d’un pion et d’un disque pour une force normale de 1.5 N correspondant à une pression de Hertz de 0.8 GPa, et une vitesse de 61.2 mm/s, pour une dizaine de milliers de cycles (soit une course totale de 200 m) au moins. Chaque valeur est une moyenne de 3 essais au moins. La température est typiquement de 23 °C et le taux d’humidité relative typiquement de 35%. La quantité de lubrifiant déposée est de 1 µl. Par cycle, on entend un frottement aller-retour d’une pièce contre l’autre.
[0020] Le coefficient de frottement, mesure standard en horlogerie, exprime le frottement dynamique et correspond au rapport entre la force tangentielle exercée pour maintenir le mouvement relatif entre les deux pièces et la force perpendiculaire exercée sur celles-ci.
[0021] L’acier 20AP est un acier au carbone trempable, composé de 1% de carbone, 0.4% de manganèse, 0.2% de plomb, 0.15% de silicium, 0.05% de soufre, et de fer pour le solde. Par «acier 20AP épilamé», on entend désigner un acier 20AP sur lequel a été déposé un épilame horloger classique, en l’occurrence celui vendu sous la marque Fixodrop FK/BS-10 par la maison Moebius et Fils à Allschwil (Suisse).
[0022] Le rubis est un rubis synthétique tel qu’utilisé habituellement en horlogerie et «glycérol à 85 %» signifie un liquide composé de glycérol à 85% en poids et 15% en poids d’eau (mutatis mutandis pour les exemples 13, 14 et 16).
[0023] «L’huile 941» est une huile commerciale, fabriquée par cette même maison Moebius, et correspond à un mélange d’un alkyl-aryl-monooléate et de deux diesters C10–C13, avec additifs anti-usure et extrême pression; sa viscosité mesurée à 20 °C est de 100 mm<2>/s.
[0024] «PAO+GMO» est un mélange d’huiles synthétiques de type polyalphaoléfine (PAO) avec une viscosité mesurée à 20 °C de 100 mm<2>/s, et de 1% d’additif GMO (monooléate de glycérol).
[0025] Enfin «DLC», pour «diamond like carbon», désigne une couche de carbone très dur de type diamant, déposée en phase vapeur, en référence à l’article de Kano cité précédemment.
Tableau
[0026]
<tb><sep>Lubrifiant<sep>Matériau du pion<sep>Matériau du disque<sep>Coef. frottement
<tb>1
2
3
4
5
6<sep>Glycérol à 85%
Glycérol à 85%
Glycérol à 85%
Glycérol à 85%
Glycérol à 85%
Glycérol à 85%<sep>Acier 20AP
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis<sep>Rubis
Acier 20AP
Rubis
Si
Ni électro formé
Acier 20AP épilamé<sep>0,02
0,02
0,03
0,06
0,04
<0,02
<tb>7
8
9
10
11
12
13
14
15
16<sep>Glycérol à 100%
1,2,6-hexanetriol
Propylène glycol
Triéthanolamine
Triéthylène glycol
α-α ́-diglycerol
Triglycérol à 68%
1,6-hexanediol à 86%.
Diéthylène glycol
1.6-hexanediol à 67.5%<sep>Rubis
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis<sep>Acier 20AP
Acier 20AP
Acier 20AP
Acier 20AP
Acier 20AP
Acier 20AP
Acier 20AP
Acier 20AP
Acier 20AP
Acier 20AP<sep><0,02
0,05
0,05
0.05
0,05
0,06
0,06
0,06
0,06
0.06
<tb>17<sep>Ethylène glycol<sep>Rubis<sep>Acier 20AP<sep>0,10
<tb>18
19
20
21
22
23
24<sep>à sec
à sec
à sec
Huile 941
Huile 941
PAO+GMO
PAO+GMO<sep>Acier 20AP
Acier 20AP+DLC
Acier 20AP+DLC
Acier 20AP
Acier 20AP+DLC
Acier 20AP
Acier 20AP+DLC<sep>Rubis
Rubis
Rubis+DLC
Rubis
Rubis
Rubis
Rubis<sep>0,64
0,17
0,09
0,08
0,09
0,08
0,08
[0027] A la lecture du tableau, on ne pourra que constater les excellents résultats obtenus et l’abaissement des valeurs de coefficient de frottement par rapport aux solutions des exemples comparatifs 18 à 24 servant de valeurs de référence, les exemples «à sec» correspondant au glissement direct pièce contre pièce, sauf l’exemple 20 où est présente une couche de DLC. Le glycérol est le polyol qui donne parmi les meilleurs résultats et il s’agit d’un produit courant et aisé de mise en œuvre. En revanche, on constatera à la lecture de l’exemple 17 que l’utilisation de Péthylène glycol (C2) n’est pas satisfaisante.
[0028] On se rapportera également à la figure unique annexée qui permet d’apprécier les résultats obtenus sur la durée et démontre que ceux-ci sont stables, même après de nombreux cycles.
Claims (11)
1. Montre dont certaines des pièces mobiles au moins sont lubrifiées par des agents à très faible coefficient de frottement, caractérisée en ce qu’elle comprend:
une première pièce en glissement relatif sur une deuxième pièce, la première pièce étant formée d’oxyde ou présentant une couche d’oxyde en surface, la surface de glissement ayant une affinité chimique avec des groupes hydrophiles,
ainsi que, sur la surface de glissement de la première pièce, au moins un composé contenant un ou plusieurs groupes hydrophiles choisis parmi les polyols en C3–C9 ayant un tiers au moins de groupes –OH par rapport au nombre d’atomes de carbone.
2. Montre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième pièce est, elle aussi, formée d’oxyde ou présente une couche d’oxyde en surface, la surface de glissement ayant, elle aussi, une affinité chimique avec des groupes hydrophiles.
3. Montre selon la revendication 1, caractérisée en ce que la deuxième pièce est métallique ou en alliage métallique.
4. Montre selon la revendication 1 à 3, caractérisée en ce que le polyol en C3–C9 est choisi dans le groupe comprenant le glycérol, le propylène glycol, le diéthylène glycol, le 1,6-hexanediol, le 1,2,6-hexanetriol, le triethylène glycol, le diglycérol, le triglycérol, la triéthanolamine.
5. Montre selon la revendication 1 ou 4, caractérisée en ce que le polyol contient de l’eau.
6. Montre selon la revendication 5, caractérisée en ce que le polyol est du glycérol ou du glycérol aqueux.
7. Montre selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que l’une des pièces au moins contient de l’oxyde d’aluminium ou de l’oxyde de zirconium.
8. Montre selon la revendication 7, caractérisée en ce que l’une des pièces est en rubis ou en zircone.
9. Montre selon l’une des revendications 7 à 8, caractérisée en ce que l’autre pièce est en fer, acier, laiton, aluminium, titane, cuprobéryllium, silicium, nickel, nickel-phosphore ou leurs alliages, avec un revêtement de surface galvanique ou non, avec un traitement de surface anodique, d’oxydation, de carburation ou de nitruration ou non, ou une couche épilame intercalaire.
10. Montre selon l’une des revendications 1, 8 et 9, caractérisée en ce que la pièce en rubis ou en zircone est une palette d’ancre et la pièce en acier est une roue d’échappement.
11. Montre selon l’une des revendications 1, 8 et 9, caractérisée en ce que la pièce en rubis ou en zircone est un palier et la pièce en acier est un axe.
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