CH715419A2 - Palier pour pièce horlogère et procédé pour la fabrication d'un tel palier. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un palier (100) pour pièce d’horlogerie, réalisé en un seul bloc dans un substrat transparent à la longueur d’onde d’un laser, et comportant une partie centrale (106) délimitant un trou (107) destiné à guider un pivot (21), le trou (107) comprenant une surface de guidage (107a). Au moins une portion de la surface de guidage (107a) comporte une surface de contact structurée (107b), destinée à venir en contact avec le pivot (21) qu’il guide. L’invention concerne également un procédé de fabrication dudit palier. La structure du substrat est modifiée dans une zone définie par exposition à un laser femtoseconde, cette structure modifiée étant retirée de préférence par gravure chimique, pour ainsi former par exemple des protubérances (107b) à effet capillaire ou des organes élastiques maintenant la partie centrale (106) de manière amortissante de choc.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un palier pour le guidage d’une pièce d’horlogerie, notamment d’un balancier, caractérisé par une géométrie de type tridimensionnelle, qui peut avantageusement être réalisée en une seule étape d’un procédé de microfabrication, et présentant des propriétés tribologiques avantageuses lors de son fonctionnement avec l’arbre avec lequel il est destiné à coopérer. L’invention concerne également un palier amortisseur ou palier antichoc.

Etat de la technique

[0002] Dans un mouvement d’horlogerie mécanique, les axes du balancier et des mobiles de l’échappement et du rouage sont terminés par des pivots guidés dans des paliers. Ces pivots sont généralement assez fins, et donc fragiles. Par ailleurs, du fait de ce mouvement relatif de rotation, il existe une certaine usure des deux surfaces en contact et leur frottement relatif amoindrit les performances du système.

[0003] Les paliers antichoc sont conçus pour protéger les pivots en autorisant, lors d’un choc, un mouvement axial et/ou radial de l’axe du mobile à l’encontre de moyens élastiques jusqu’à ce qu’une partie de l’axe plus résistante que les pivots bute contre un appui fixe du palier, les moyens élastiques ramenant l’axe dans sa position initiale après le choc.

[0004] Le document JP 2011 180 006 décrit un palier amortisseur à roulement sur billes. Dans ce cas, du fait des différentes pièces en présence pour former le palier, et notamment des billes, il existe de nombreuses étapes de fabrication et de montage. De plus, il faut adapter les dimensions et la gamme de fabrication du palier et de ses billes pour chaque palier de la pièce d’horlogerie.

[0005] Le document WO 2013 092 924 décrit un composant d’horlogerie, notamment un palier ou une palette d’ancre, réalisé par un procédé de structuration sélective et comportant un réservoir destiné à contenir du liquide qui coopère au travers d’un canal débouchant sur le logement du pivot afin de lubrifier celui-ci. Or, les canaux reliant les réservoirs au trou doivent être dimensionnés de manière à assurer le débit idéal du liquide vers le trou, ce qui rend les opérations de remplissage et de changement du liquide ainsi que du nettoyage du palier très compliquées. De plus, la surface de contact du palier décrit dans ce document n’est pas structurée de sorte à limiter les frottements avec le tigeron auquel il est associé, contrairement à l’objet de la présente invention.

[0006] Le document CH 702 314 décrit un palier monobloc réalisé dans un matériau cristallin et comprenant un trou évasé pour accueillir un tigeron, ce trou comportant des surfaces planes résultant directement du procédé d’usinage et situées dans des plans cristallins de la pièce. Cette limitation exclut la texture des parois/surfaces du trou.

[0007] Le document JP 2012 117 842 décrit un palier associé à un axe, ainsi qu’un moyen de le lubrifier. Le palier est structuré sur la surface coopérant avec une portée de l’arbre, ceci afin de favoriser la lubrification. Ce document propose donc de réaliser des structurations sur une surface plane d’appui du pivot, avec une partie de ces structurations qui coopère avec le pivot pour dispenser l’huile, mais ne propose en aucun cas ni ne suggère de structurer l’alésage prévu pour recevoir le pivot.

[0008] Le document EP 2 226 689 décrit un pont fait en matériau micro-usiné. Le pont comporte des trous usinés destinés à recevoir un axe. L’olivage du trou permet de maintenir une réserve de lubrifiant aux abords. Cette géométrie n’est toutefois pas une structuration, et les procédés de fabrications décrits pour réaliser l’olivage ne permettent pas de réaliser des structures complexes le long de la paroi du trou.

[0009] Le document CH 710 846 décrit un composant horloger dont une surface est une surface formée par un réseau de microcavîtés, celles-ci étant configurées pour servir de réservoir pour une substance lubrifiante. Les procédés combinés aux matériaux ne permettent cependant pas d’obtenir des géométries complexes.

Bref résumé de l’invention

[0010] Un but de la présente invention est de proposer une solution exempte des limitations des paliers connus.

[0011] Un autre but de l’invention est de proposer un palier facile à fabriquer, que ce soit pour des petites séries ou des grandes séries.

[0012] Un autre but de l’invention est de proposer un palier dont les propriétés tribologiques soient satisfaisantes lors de son fonctionnement avec le pivot avec lequel il doit coopérer.

[0013] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d’un palier pour pièce d’horlogerie, réalisé en un seul bloc dans un substrat transparent à la longueur d’onde d’un laser, et comportant une partie centrale délimitant un trou destiné à guider un tigeron, le trou comprenant une surface de guidage; au moins une portion de la surface de guidage comportant une surface de contact structurée, destinée à venir en contact avec le tigeron qu’il guide. On comprend que la géométrie de ce palier permet de disposer d’une surface de contact réduite entre le palier et l’arbre qu’il reçoit et qu’il guide. En effet, la surface de la paroi du trou, qui peut être basée sur une surface de révolution (telle qu’un cylindre de section circulaire ou une hyperboloïde à une nappe) ou sur une surface facettée de section constante (telle un prisme polygonal) ou variable, comporte de préférence des portions saillantes en direction de l’axe du trou. Ainsi, ce sont ces portions saillantes qui sont les points, lignes ou surfaces de contact privilégiés. Un autre mode d’exécution de l’invention consiste à réaliser une structuration submicronique sur la surface, ce qui résulte également en des surfaces de contact privilégiées. En effet, dans tous les cas l’étendue des surfaces en contact entre l’arbre et le pivot est réduite.

[0014] Cette solution présente notamment l’avantage par rapport à l’art antérieur de disposer d’un palier ayant des propriétés tribologiques améliorées, qu’il soit utilisé en combinaison avec un lubrifiant liquide ou non.

[0015] De préférence, ladite structuration géométrique comporte l’un au moins des objets géométriques suivants: anneau sphérique, calotte de sphère, portion de surface convexe quelconque ou toute autre géométrie résultant en des points, lignes ou surfaces de contact agencés sur au moins un cercle coaxial avec l’axe du trou. Ces objets géométriques forment des surfaces, lignes et/ou points de contact possibles entre la paroi du trou et le pivot. La surface de contact structurée résultant de l’intersection précitée peut comporter plusieurs de ces objets, notamment plusieurs anneaux sphériques, calottes de sphère ou portions de surface convexe, distants entre eux.

[0016] Dans un mode de réalisation, la surface de contact structurée comporte des protubérances de forme hémisphérique. De telles protubérances apportent une géométrie qui réduit fortement les surfaces de contact, et donc les forces de frottement entre le palier et le pivot de l’arbre, et ce dans différentes positions relatives entre le palier et le pivot qu’il reçoit.

[0017] Avantageusement, la surface de contact structurée comporte au moins trois protubérances réparties dans un plan orthogonal à l’axe du pivot. La présence de trois points de contact ou plus entre le palier et le tigeron, dans un même plan orthogonal à l’axe du pivot, procure un frottement réduit.

[0018] Dans un mode de réalisation, ledit palier comporte en outre des organes élastiques autorisant une translation de la partie centrale délimitant le trou selon au moins un axe. De tels organes élastiques sont de préférence disposés entre la partie centrale et la bordure du palier, ce par quoi le palier est un palier amortisseur de choc. De cette façon, on réalise un palier permettant à la fois de réaliser des fonctions tribologiques améliorées et formant également un amortisseur antichoc. Avantageusement, les organes élastiques sont tridimensionnels, c’est-à-dire que leur composante élastique n’est pas contenue dans un plan unique, ce qui permet d’accommoder des géométries très variées et former un amortissement plus ou moins souple ou rigide, fonctionnant selon une ou plusieurs directions privilégiées. Ceci a aussi pour avantage de pouvoir réduire l’encombrement du palier sans réduire la longueur active des bras élastiques, en recourant à des géométries s’étendant sur plusieurs plans, comme par exemple des géométries de type serpentin.

Brève description des figures

[0019] Des exemples de mise en œuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: <tb>la fig. 1<SEP>illustre un premier mode de réalisation d’un palier pour une pièce d’horlogerie selon l’invention; <tb>la fig. 2<SEP>illustre le détail II de la fig. 1 ; <tb>la fig. 3<SEP>illustre un deuxième mode de réalisation d’un palier pour une pièce d’horlogerie selon l’invention; <tb>les fig. 4a et 4b<SEP>illustrent un troisième et un quatrième mode de réalisation d’un palier pour une pièce d’horlogerie selon l’invention; <tb>les fig. 5a et 5b<SEP>illustrent un cinquième et un sixième modes de réalisation d’un palier pour une pièce d’horlogerie selon l’invention; <tb>les fig. 6a et 6b<SEP>montrent la vue en coupe partielle du palier selon le cinquième mode de réalisation, respectivement selon la coupe A–A et B–B de la fig. 5a ; <tb>la fig. 7<SEP>montre en perspective partiellement écorchée, une géométrie possible de palier pour la variante du sixième mode de réalisation, depuis la face du palier recevant le pivot, <tb>la fig. 8<SEP>illustre le palier de la fig. 7 en perspective depuis l’autre face du palier; <tb>la fig. 9<SEP>montre en perspective sectionnée une géométrie possible de palier pour une variante partiellement similaire au premier mode de réalisation; <tb>la fig. 10<SEP>illustre un détail non sectionné du palier de la fig. 9 ; <tb>la fig. 11<SEP>illustre un septième mode de réalisation d’un palier pour une pièce d’horlogerie selon l’invention; et <tb>la fig. 12<SEP>illustre une des phases du procédé selon l’invention en comparaison avec une technique de l’art antérieur.

Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention

[0020] La fig. 1 illustre un premier mode de réalisation d’un palier de pièce d’horlogerie selon l’invention. Il est rappelé que ce palier est un élément servant de pivot pour un arbre de la pièce d’horlogerie.

[0021] Ce palier 100 forme à lui seul un système pivot comprenant, en partie basse, une base 102 avec un trou 103 pour le passage de l’arbre 20 terminé par un tigeron 21, la base 102 comprenant une bordure annulaire 104 formant la paroi radialement extérieure du palier 100. Le palier 100 comprend en partie haute une partie centrale 106 avec un trou 107 d’axe P, ici un trou borgne, pour recevoir le tigeron 21 du pivot. Entre la partie centrale 106 et l’extrémité supérieure de la bordure annulaire 104 de la base 102, s’étendent des bras 108 formés d’organes élastiques tridimensionnels. Lorsqu’un palier revêt un antichoc, c’est-à-dire que des organes élastiques permettent des déplacements relatifs du pivot, il est important de pouvoir limiter la course des déplacements radiaux et axiaux du mobile guidé pour éviter une rupture du tigeron 21 lors de chocs importants. Cette fonction est assurée par la base 102 qui comporte un trou 103 pour limiter les déplacements radiaux en retenant l’arbre 20 et une portée 111 pour limiter les déplacements axiaux. Dans le reste du texte, le terme «pivot» est utilisé pour décrire indifféremment l’arbre 20 ou tigeron 21, destiné à coopérer avec l’un des trous 103 et/ou 107.

[0022] Selon l’invention, le palier 100 est monobloc, formé d’une seule pièce. De préférence l’évidement 110 existant entre la base 102, les bras et la partie centrale 106 est un volume continu, débouchant vers une surface au moins de la pièce et qui est obtenu par gravure dans la masse d’un bloc de matière ou substrat initialement plein.

[0023] De préférence, les paliers selon l’invention sont réalisés par la technique «Sélective Laser-induced Etching» (SLE) ou «In-Volume Sélective Laser- induced Etching» (ISLE).

[0024] A cet effet, on obtient l’évidement 110 de la façon suivante: <tb>a)<SEP>on fournit un substrat de dimensions supérieures aux dimensions du palier; <tb>b)<SEP>on fournit un laser avec une durée d’impulsions qui peut aller de la femtoseconde (10»15 seconde) à la picoseconde (10»12 seconde); <tb>c)<SEP>on modifie la structure du substrat sur au moins un volume définissant une frontière entre la géométrie du palier désiré et la matière à retirer; <tb>d)<SEP>on fournit un agent chimique qui permet à la matière du volume du substrat dont la structure a été modifiée par le laser dans l’étape précédente, d’être dissoute plus rapidement que les autre zones de matière dont la structure n’a pas été modifiée; <tb>e)<SEP>on expose, par exemple dans un bain, le substrat avec le volume de structure modifiée à l’agent chimique pendant un temps prédéterminé de sorte que l’ensemble de la matière du volume de structure modifiée est dissout; et <tb>f)<SEP>on arrête l’exposition de la pièce ainsi formée, en la retirant par exemple du bain, et on retire, par exemple en la lavant, toute trace de l’agent chimique et stoppant ainsi la réaction entre l’agent chimique et le matériau du substrat.

[0025] On obtient alors directement le palier 100 représenté à la fig. 1 .

[0026] La modification de la structure du substrat à l’étape c) n’est possible qu’en utilisant un matériau pour le substrat qui est transparent pour la longueur d’onde du laser. En pratique, on parcourt avec le point focal du laser, point à point, au moins le contour défini par la frontière entre le volume du substrat destiné à former l’évidement 110 et le volume du palier 100 désiré. Ce procédé présente notamment l’avantage, par rapport à de nombreux procédés de gravure chimique, que seule une zone frontière entre deux volumes de substrat à séparer doit être exposée et gravée, et non l’ensemble du volume à retirer, ce qui accélère grandement la vitesse du procédé. Évidemment, ceci n’est valable que pour des volumes qui peuvent se retirer de manière entière, c’est-à-dire que leur géométrie doit être extradable du substrat après séparation. Dans le cas contraire, l’exposition par laser devra se faire sur des zones supplémentaires, en recourant notamment à des découpages intermédiaires, voire une exposition totale dans certains cas, afin de retirer la partie du substrat non désirée. On réalise ainsi une modification de la structure du matériau par absorption à plusieurs photons, laquelle nécessite une densité d’énergie particulièrement élevée.

[0027] Dans l’étape d), la modification locale de la structure par le laser permet de choisir un agent chimique qui est plus réactif dans le volume de structure modifiée que dans les autres zones non modifiées. À titre d’exemple, dans le cas d’un verre borosilicate, la zone irradiée peut être dissoute à une vitesse pouvant atteindre 300 fois que la vitesse de dissolution de la zone non exposée.

[0028] Ainsi, de préférence, les paliers selon l’invention sont obtenus par un procédé d’attaque chimique sélective, mis en œuvre après une étape préalable de modification de la structure d’une partie au moins de la zone tridimensionnelle du substrat devant être retirée. La zone modifiée du substrat peut être retirée de la zone modifiée du substrat par tout autre moyen équivalent à la gravure chimique.

[0029] La fig. 12 illustre l’avantage du procédé de production employé dans le cadre de cette invention. Le faisceau laser représenté en trait plein correspond à celui utilisé dans le présent procédé. Il permet en l’occurrence d’atteindre des points internes au substrat, à des profondeurs variables, ou disposés sur des surfaces non directement accessibles. Un exemple de procédé conventionnel, représenté par le trait en pointillé, met en évidence ses limitations. Les zones masquées ou non directement accessibles par un faisceau laser, en particulier les fonds de gorges ou de trous, ne peuvent être texturées. De plus, les zones potentiellement atteignables par un laser traditionnel ne peuvent être texturées avec la précision ou la reproductibilité adéquate. Le faisceau incident devant être incliné d’un angle a pour atteindre la paroi du trou, les flancs des texturations ne peuvent être perpendiculaires à la surface du trou. De plus, certaines géométries de texturation ne peuvent être obtenues, notamment les structurations circulaires.

[0030] La surface cylindrique de la paroi du trou peut aussi entraîner des déformations ou une complexité à répliquer le motif de la structuration tout autour de la paroi. Ainsi, pour un diamètre de trou d’une valeur D, avec un angle a d’environ 10°, la profondeur maximale de structuration de la paroi du trou pouvant être obtenue par une méthode traditionnelle ne peut raisonnablement dépasser une hauteur e = D • tan (α = 10°), soit moins de 20% du diamètre du trou, ce qui n’est pas suffisant pour des paliers à guidage plus profond. La présente méthode permet d’obtenir un palier comportant un trou de diamètre D comportant les structurations ayant une hauteur e dépassant 20% du diamètre du trou.

[0031] Le présent procédé permet en outre de réaliser des géométries complexes ne pouvant pas être obtenues par une méthode traditionnelle, notamment grâce à la possibilité de focaliser le laser sur une zone interne au substrat. Cela offre en plus une grande flexibilité quant à l’orientation du laser incident, qui peut être dirigé sur le point à focaliser depuis plusieurs endroits. La fig. 12 illustre quelques exemples de structurations complexes réalisables par le procédé de l’invention. Dételles structurations, de par leurs géométries, leurs emplacements et leur nombre, permettent de contrôler les zones de contact du palier avec l’arbre. De surcroît les dimensions et les géométries précisément contrôlées, comprenant notamment des arrêtes qui limitent l’étalement du lubrifiant, peuvent permettre de retenir efficacement le lubrifiant sur les surfaces structurées.

[0032] Le matériau utilisé pour former le substrat permettant d’obtenir l’un ou l’autre des paliers selon l’invention appartient de préférence au groupe comprenant le quartz, les céramiques naturelles et synthétiques (comprenant notamment le saphir, le rubis synthétique, le rubis polycristallin), les verres, les vitrocéramiques, la silice, les composites et les polymères.

[0033] Avantageusement, le matériau utilisé pour former le substrat permettant d’obtenir l’un ou l’autre des paliers selon l’invention est un matériau non métallique qui présente une dureté supérieure à 1200 Hv, cette dureté correspondant notamment à des exigences décrites dans la norme ISO 1112-2009 ou la norme NIHS 94-10.

[0034] Comme on le voit plus précisément sur la fig. 2 , une surface de guidage 107a de la paroi du trou 107 comporte une structuration géométrique, ici des protubérances 107b. Dans cet exemple, la surface de guidage 107a comprend toute la paroi du trou 107, y compris la paroi du fond du trou 107. La surface de guidage 107a définit avantageusement un cylindre de révolution destiné à recevoir le pivot, et à la paroi du fond du trou 107 qui reçoit l’extrémité du tigeron 21a. La surface de guidage 107a est destinée à coopérer avec le tigeron 21 de manière le guider lorsque ce dernier est reçu dans le trou 107.

[0035] Dans l’exemple des fig. 1 et 2 , la structuration géométrique comprend des protubérances hémisphériques disposées selon un premier groupe sur la paroi de fond du trou 107 (en haut sur les fig. 1 et 2 ) et selon un deuxième groupe sur la paroi latérale du trou 107. Dans ce dernier cas, les protubérances 107b sont réparties en couronne, à savoir dans un plan orthogonal à l’axe P du pivot. De cette façon, il existe une série de points de contact entre ces protubérances 107b disposées en couronne et le tigeron 21, ces points de contact étant répartis sur un cercle concentrique au trou 107 et à l’axe du pivot. De préférence, ces protubérances 107b sont distribuées de façon équidistante entre elles, avec le même secteur angulaire mesuré depuis l’axe P entre deux protubérances voisines.

[0036] On comprend que ces protubérances délimitent des surfaces très réduites, la plupart du temps ponctuelles ou linéaires, pour le contact avec la surface du tigeron 21, ce qui limite grandement la friction.

[0037] Ainsi, le premier groupe de protubérances 107b (en haut sur les fig. 1 et 2 ) est susceptible de venir en contact avec l’extrémité du tigeron 21 formée dans ce cas d’une face plate 21a. Dans la position représentée sur les fig.  1 et  2 , le tigeron 21 n’est pas assez engagé dans le trou 100 pour qu’il y ait un contact entre le premier groupe de protubérances 107b et la face plate 21a. De la même façon, le deuxième groupe de protubérances 107b est susceptible de venir en contact avec la paroi latérale cylindrique du tigeron 21. Dans la pratique, ce contact intervient sur un nombre de points pouvant être inférieur au nombre de protubérances 107b. Dans les positions dans lesquelles l’arbre est à l’horizontale et soumis à l’action de la gravité, celui-ci tendra à s’appuyer sur un nombre de protubérances 107b du deuxième groupe réduit, comme le montre la fig. 6b . Dans les positions où l’arbre est à la verticale, le contact se fera sur les protubérances 107b du premier groupe, et partiellement (selon l’existence ou non de déplacements du mobile sur un plan perpendiculaire à l’axe du pivot) sur des protubérances 107b du deuxième groupe.

[0038] D’une manière générale, la structuration géométrique comporte des protubérances 107b en forme de portion de sphère, de portion de forme ovoïde, de portion de paraboloïde ou de portion de forme convexe quelconque.

[0039] Dans un mode de réalisation, au moins une portion de la surface de la paroi du trou 107 est convexe, comme par exemple une surface hyperboloïde à 2 nappes. Cette convexité créé une surface de contact réduite avec l’arbre 20.

[0040] Les protubérances 107b peuvent être dimensionnées et réparties de telle manière qu’elles génèrent des couples de frottements contrôlés sur le tigeron 21. Ainsi, il est par exemple possible de calculer les couples de frottements générés par les premier et second groupes de protubérances sur le tigeron et agencer ces premier et second groupes de protubérances de sorte à obtenir des couples de frottements qui compensent, voire annulent, les variations des variations de vitesse (mobile), d’amplitude et/ou de marche (balancier) entre les positions horizontales et verticales; ces calculs peuvent tenir compte de paramètres comprenant notamment les coefficients de frottements respectifs des surfaces en contact, les rayons respectifs des surfaces des protubérances et du tigeron, le rayons des zones de contacts respectives par rapport à l’axe de rotation du pivot et le nombre de ces zones de contact effectives dans chacune des positions.

[0041] Dans un mode de réalisation, les protubérances 107b ont un effet capillaire retenant un film d’huile autour du point (ou ligne, ou surface) de contact avec le tigeron 21.

[0042] Selon le deuxième mode de réalisation de la fig. 3 , la différence avec le premier mode de réalisation qui vient d’être décrit réside dans le fait que seul le premier groupe de protubérances 107b situé sur la paroi de fond du trou borgne 107 est présent. Ici, le tigeron 21 présente une extrémité 21a en pointe, en particulier en forme de cône, de sorte que le guidage en rotation s’effectuant essentiellement par cette extrémité 21a Le deuxième groupe de protubérances 107b de la paroi latérale a été omis.

[0043] Dans les premier et deuxième modes de réalisation qui viennent d’être décrits, le trou 107 du palier est borgne. Dans ce cas, de préférence, le palier 100 comporte des protubérances 107b sur la paroi de fond du trou borgne 107.

[0044] Selon une autre forme d’exécution illustrée à la fig. 11 , le trou 107 n’est pas un trou borgne mais un trou débouchant.

[0045] Les fig. 4a et 4b illustrent un troisième et quatrième mode de réalisation, respectivement. Selon le troisième mode de réalisation du palier 100 illustré en fig. 4a , la structuration géométrique comporte des ablations submicroniques 107d qui ont pour effet de réduire la surface de contact avec le tigeron 21.

[0046] Selon le quatrième mode de réalisation du palier 100 illustré en fig. 4b , le trou 107 est un trou olive. La paroi 107c de ce trou olive est convexe entre les deux extrémités du trou 107 avec un diamètre de trou qui va en se réduisant entre chacune des deux extrémités du trou 107 et une portion intermédiaire, située par exemple au milieu de la longueur du trou 107. Cette forme olivée permet de concentrer la zone de contact sur une bande circulaire étroite, située environ au milieu de la longueur du trou 107. Un autre avantage connu de cette géométrie est qu’elle autorise un comportement relativement stable même si l’axe du tigeron 21 n’est pas parallèle à l’axe du palier.

[0047] Selon une disposition réalisable pour tous les modes de réalisation et visible au niveau du trou 103 de la base 102 des troisième et quatrième modes de réalisation du palier 100 (fig. 4a et 4b ), un congé 112 peut être ajouté directement dans le palier dans la même opération sur l’ensemble des arrêtes requérant une telle géométrie, qu’il s’agisse de faciliter le guidage du tigeron 21 lors de sa mise en place, de faciliter le chassage du palier 100 dans son support, de limiter les risques d’usure liés à une arrête vive contre une surface en contact mobile, ou de manière générale, pour adoucir ces arrêtes afin d’éviter des amorces de rupture pouvant survenir lors de l’emploi de matériaux fragiles et cassants. De cette façon, la paroi du trou 103 comporte une extrémité arrondie du côté où l’arbre 20 s’engage dans le trou, ce congé 112 étant favorable à la limitation des frottements et au guidage du tigeron 21 lors de son introduction dans le trou 103.

[0048] Dans la fig. 4b , les bras 108 sont représentés en coupe dans une variante sous forme de bras 108 ́ dont l’épaisseur (dimension dans la direction de l’axe P de la partie centrale 106) n’est pas constante comme pour les bras 108, mais est variable en direction radiale, ceci afin de répartir les contraintes. Cette variation d’épaisseur peut aller d’un simple congé dans les angles à un profil de type poutre à section variable.

[0049] Dans la fig. 4a , des bras complémentaire 109 sont représentés en coupe, en traits mixtes. Ces bras complémentaires 109 relient la partie centrale 106 à la bordure annulaire 104, dans le bas du palier 100, à savoir du côté du trou 107 par lequel le tigeron 21 est introduit.

[0050] Les fig. 5a et 5b représentent un cinquième et un sixième modes de réalisation avec une partie centrale 106 similaire à celle du premier mode de réalisation, avec la différence que le tigeron est terminé par un profil arrondi. On y voit les deux séries de protubérances 107b de la paroi du trou borgne 107. Les fig. 6a et 6b montrent une vue en coupe partielle du palier 100 montrant la partie centrale 106 selon le cinquième mode de réalisation, respectivement selon la coupe A–A et B–B de la fig. 5a . Ainsi, sur la fig. 6a , on retrouve les trois protubérances hémisphériques 107b de la paroi de fond du trou borgne 107, en contact avec l’extrémité arrondie du tigeron 21. Sur la fig. 6b , la coupe est réalisée dans la partie médiane de la hauteur du trou 107 et il y a huit protubérances hémisphériques 107b de la paroi latérale du trou borgne 107, dont 2 sont en contact avec le tigeron 21 (indiquées par le symbole 107b’ dans la fig. 6b ).

[0051] Dans la fig. 5a , une exposition par laser femtoseconde d’une zone des organes élastiques résulte en une modification du volume local de la matière. Dans cette figure, un exemple de zone exposée est montrée par la portion grisée 1008. Ce changement local de la matière peut entraîner une modification des propriétés élastiques locales. Selon l’orientation et l’emplacement des contraintes ou précontraintes dans les organes élastiques 108, il est aussi possible de modifier la linéarité de leur réponse à des déplacements, en favorisant par exemple une réponse différente à des petits déplacements de la réponse à des grands déplacements.

[0052] Cette modification de structure peut être réalisée dans une étape supplémentaire antérieure à la gravure du palier 100, si les zones exposées ne s’étendent pas jusqu’à la surface du palier, afin de pas exposer ces zones à l’agent chimique de gravure, les paramètres d’exposition de cette zone modifiée 1008 du palier 100 variant cependant des paramètres d’exposition de la zone à retirer pour obtenir la géométrie du palier. Cette opération peut aussi s’opérer à tout moment ultérieur à la découpe du palier par le procédé décrit précédemment.

[0053] Dans la fig. 5b , une variante du premier mode réalisation est proposée, avec là aussi des organes élastiques 108 s’étendant sur une longueur supérieure à la longueur disponible entre la bordure annulaire 104 et la partie centrale 106, la répartie de cette géométrie dans l’espace étant choisie sous une forme rappelant un accordéon.

[0054] On se reporte sur les fig. 7 et 8 représentant en perspective une géométrie possible de palier pour la variante du cinquième mode de réalisation. Sur la fig. 7 , ce palier 100 est vu depuis sa face par laquelle le tigeron 21 (non représenté dans les fig. 7 et 8 ) est introduit. On y retrouve le trou 103, le trou borgne 107 équipé de protubérances 107b, la bordure annulaire 104, la base 102 et les bras 108 formant des lames radiales ondulées entre la partie centrale 106 et la bordure 104.

[0055] Sur la fig. 8 , ce palier 100 est représenté depuis l’autre face du palier, le trou 107 d’introduction du tigeron 21 étant alors caché par sa paroi de fond.

[0056] La fig. 9 montre en perspective sectionnée une géométrie possible du palier 100 pour une variante partiellement similaire au premier mode de réalisation. La fig. 10 illustre un détail non sectionné du palier de la fig. 9 .

[0057] Selon le troisième mode de réalisation (fig. 4a ), les protubérances 107b, ou d’une façon plus générale les zones de la paroi du trou 107 du pivot central en contact avec le tigeron 21, présentent une surface avec une structuration submicronique contrôlée 107d. Par l’expression «structuration submicronique contrôlée» on entend une structuration fabriquée volontairement à la surface de la paroi du trou 107, par des moyens de structuration, les moyens de structuration étant dans ce cas directement ceux du procédé de gravure initiale du palier, et ces structurations submicroniques contrôlées 107d pouvant être réalisées lors de la découpe initiale du palier, ou en une étape ultérieure. En effet, l’une des propriétés de l’exposition à un laser femtoseconde réside dans des gravures pouvant être largement plus petite que le diamètre du faisceau qui les génère, des structurations submicroniques contrôlées 107d sont réalisables en surface de la matière, Alternativement, la structuration submicronique contrôlée peut être usinée par une méthode DLIP (Direct Laser Interférence Patterning). La structuration submicronique contrôlée 107d permet d’améliorer au moins localement les propriétés tribologiques entre la paroi du trou 107 et le tigeron 21. La structuration submicronique contrôlée 107d permet également de faire varier la mouillabilité de la surface de la paroi du trou 107. En effet, certaines structurations peuvent être dimensionnées de sorte à revêtir une fonction oléophile 107d ́, pour retenir l’huile, alors que d’autres peuvent être dimensionnées de sorte à revêtir une fonction oléophobe 107d ́ ́, pour éviter l’étalement de l’huile. La variation des tensions de contact obtenues peuvent avantageusement compléter, voire remplacer, d’autres types de solutions visant un effet similaire, comme par exemple un traitement épilame.

[0058] Une telle structuration de la surface est spécifiquement contrôlée contrairement aux structures correspondant à la rugosité intrinsèque d’une surface dans son état naturel ou après une étape de fabrication (par exemple la gravure) pour la mise en forme de l’âme du matériau. Pour cela des structures sont formées sur la surface par une étape de mise en forme de la surface qui permet un contrôle de leur géométrie (hauteur, largeur, angle d’inclinaison, forme générale), de leur distribution et de leur densité. Ces structures peuvent avoir différentes polarités vis-vis de la surface, c’est-à-dire qu’elles peuvent être en forme de pilier/colline (polarité positive) ou en forme de trou/vallée (polarité négative). Par exemple, la surface de la paroi du trou comporte un revêtement réalisé dans un matériau différent du matériau du substrat, et présentant des propriétés tribologiques plus favorables que le matériau du substrat.

[0059] Cette structuration submicronique contrôlée est réalisée en adaptant les dimensions en surface et en profondeur des aspérités obtenues selon les caractéristiques dynamiques et géométriques de l’arbre 20 guidé par le palier 100. Sans sortir de l’invention, les différents types de structuration proposés 107b, 107c et 107d, 107d ́ et 107d ́ ́ peuvent être combinés entre eux.

[0060] Selon un autre mode de réalisation, la surface de la paroi du trou 107 comporte un revêtement réalisé dans un matériau différent du matériau du substrat, et présentant des propriétés tribologiques plus favorables que le matériau du substrat. Par exemple, un tel revêtement est obtenu par un procédé de croissance, notamment un procédé de croissance épitaxique.

[0061] Dans un mode de réalisation combinable avec l’un quelconque des modes de réalisation précédents, on procède à un polissage d’une ou plusieurs surfaces du palier 100 par une opération de refonte locale du matériau, connue sous le terme «laser polishing». En effet, par exposition à un faisceau laser ayant des propriétés différentes (longueur d’onde, niveau d’énergie, fréquence et durée des impulsions) des faisceaux utilisés pour les opérations précédentes, il est possible de refondre la matière en surface.

[0062] Cette opération de polissage par refonte de la matière, permet d’une part de réduire la rugosité de manière très importante. En effet, en refondant la matière en surface, les crêtes de rugosité sont aplanies pour remplir les aspérités, ce qui offre une surface très lisse mais aussi respectant au mieux les cotes nominales, puisqu’il n’y a pas d’enlèvement de matière contrairement à des opérations de polissage conventionnelles. L’opération de polissage par refonte permet ainsi d’améliorer les propriétés tribologiques des zones en contact avec le pivot 21 qu’il reçoit. L’opération de polissage par refonte permet d’autre part de réduire ou d’éliminer des microfissures ou autres défauts en surface du palier 100, ce qui, dans le cas de matières fragiles comme les verres par exemple, renforce la résistance du palier, notamment de ses organes élastiques.

[0063] Ce polissage par refonte peut être réalisé par exposition à un laser au dioxyde de carbone, un laser au monoxyde de carbone, ou toute autre source permettant d’atteindre le même but.

[0064] Le palier 100 de l’invention peut être est intégré à un composant horloger présentant au moins une fonction supplémentaire.

Numéros de référence employés sur les figures

[0065] <tb>p<SEP>Axe du pivot, axe du palier <tb>20<SEP>Arbre de pièce d’horlogerie <tb>21<SEP>Pivot, tigeron <tb>21a<SEP>Extrémité du pivot (tigeron) <tb>100<SEP>Palier <tb>102<SEP>Base <tb>103<SEP>Trou <tb>104<SEP>Bordure <tb>106<SEP>Partie centrale <tb>107<SEP>Trou <tb>107a<SEP>Surface de guidage <tb>107b<SEP>Protubérances <tb>107c<SEP>Paroi de trou olive <tb>107d<SEP>structuration submicronique <tb>107d ́<SEP>structuration submicronique oléophile <tb>107d ́ ́<SEP>structuration submicronique oléophobe <tb>108<SEP>Bras <tb>108 ́<SEP>Bras <tb>108 ́ ́<SEP>Bras <tb>108 ́ ́ ́<SEP>Bras <tb>1008<SEP>Zone exposée du bras <tb>109<SEP>Bras complémentaire <tb>110<SEP>Evidement <tb>111<SEP>Portée <tb>112<SEP>Congé

Claims (26)

1. Palier (100) pour pièce d’horlogerie, réalisé en un seul bloc dans un substrat transparent à la longueur d’onde d’un laser, et comportant une partie centrale (106) délimitant un trou (107) destiné à guider un tigeron (21), le trou (107) comprenant une surface de guidage (107a), caractérisé en ce qu’au moins une portion de la surface de guidage (107a) comporte une surface de contact structurée (107a–10d), destinée à venir en contact avec le tigeron (21) qu’il guide.

2. Palier (100) selon la revendication 1, dans lequel la surface de contact structurée est obtenue par un procédé comprenant une étape d’attaque chimique sélective.

3. Palier (100) selon l’une des revendications 1 ou 2, dans lequel le trou (107) est un trou borgne terminé par une paroi.

4. Palier (100) selon la revendication précédente, dans lequel la géométrie de la paroi terminant le trou (107) peut être un plan, une surface de révolution ou une surface facettée.

5. Palier (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la surface de guidage (107a) comprend une pluralité de protubérances (107b) formant chacune un contact avec au moins une surface du tigeron (21) qu’il reçoit.

6. Palier (100) selon la revendication précédente, dans lequel ledit contact est un contact ponctuel ou linéaire.

7. Palier (100), selon la revendication précédente, dans lequel lesdites protubérances (107b) ont un effet capillaire retenant un film d’huile autour du point de contact avec le tigeron (21).

8. Palier (100) selon l’une des revendications 5 à 7, dans lequel les protubérances sont réparties sur au moins un plan orthogonal à l’axe (P) du trou (107).

9. Palier (100) selon la revendication précédente, dans lequel les protubérances sont dimensionnées et réparties de telle manière qu’elles génèrent des couples de frottements contrôlés sur le tigeron (21).

10. Palier (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit trou (107) est un trou olive.

11. Palier (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins une surface du palier (100) présente au moins une configuration de structuration submicronique contrôlée.

12. Palier (100) selon la revendication 11, dans lequel la structuration submicronique contrôlée permet de faire varier la mouillabilité de la surface.

13. Palier (100) selon la revendication 12, dans lequel la structuration submicronique revêt au moins une fonction oléophile et/ou une fonction oléophobe.

14. Palier (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel au moins une surface comporte un revêtement réalisé dans un matériau différent que celui du substrat, ledit matériau présentant des propriétés tribologiques plus favorables que celles du substrat.

15. Palier (100) selon l’une des revendications précédentes, comprenant en outre des organes élastiques (108, 108 ́, 108 ́ ́, 108 ́ ́ ́) autorisant une translation de la partie centrale (106) selon au moins un axe (P).

16. Palier (100) selon la revendication précédente, dans lequel les organes élastiques (108, 108 ́, 108 ́ ́, 108 ́ ́ ́) sont disposés entre la partie centrale (106) et la bordure (104) du palier (100), de sorte que le palier (100) a une fonction amortisseur de choc.

17. Palier (100) selon la revendication précédente, dans lequel les organes élastiques (108, 108 ́, 108 ́ ́, 108 ́ ́ ́ ́) sont formés au-delà d’un plan unique.

18. Palier (100) selon l’une des revendications 15 à 17, dans lequel les organes élastiques (108, 108 ́, 108 ́ ́, 108 ́ ́ ́ ́) comporte un volume local modifié par laser femtoseconde modifiant les propriétés élastiques et/ou dimensionnelles de ces derniers.

19. Palier (100) selon l’une des revendications précédentes, réalisé dans un matériau choisi parmi le quartz, les céramiques naturelles ou synthétiques, les verres, les vitrocéramiques, la silice, les composites et les polymères.

20. Palier (100) selon l’une des revendications précédentes, réalisé dans un matériau non métallique qui présente une dureté supérieure à 1200 Hv.

21. Palier (100) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le palier est intégré à un composant horloger présentant au moins une fonction supplémentaire.

22. Pièce d’horlogerie comportant un palier (100) selon l’une des revendications précédentes.

23. Procédé de fabrication du palier (100) selon l’une des revendications 1 à 20, comprenant les étapes de: modifier la structure d’au moins une zone du substrat par exposition à un laser femtoseconde; et retirer la zone modifiée du substrat.

24. Le procédé selon la revendication 23, dans lequel la zone modifiée est retirée du substrat par gravure chimique.

25. Le procédé selon la revendication 23 ou 24, dans lequel au moins une surface du palier est exposée à une opération de polissage par refonte localisée du matériau.

26. Le procédé selon la revendication précédente, dans lequel le polissage par refonte est réalisé par exposition à un laser au dioxyde de carbone ou au monoxyde de carbone.