CH716331B1 - Arbre horloger à pivot dont le coefficient de frottement est réduit. - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un arbre (1) horloger pour le montage à rotation d'au moins un organe comportant une portée (22) destinée à recevoir l'organe et un pivot (21) à chacune de ses deux extrémités libres destiné à pivoter dans un palier pour rendre mobile à rotation l'organe. Selon l'invention, au moins un des deux pivots (21) comporte, sur au moins une partie de sa surface externe, au moins une composition (25) de matériau selon une épaisseur prédéterminée qui est différente du matériau du reste du pivot (21) afin de minimiser son coefficient de frottement avec le palier.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION

[0001] La présente invention se rapporte à un arbre horloger dont au moins un des pivots est modifié afin d'améliorer sa tribologie dans un palier.

ARRIÈRE-PLAN TECHNIQUE DE L'INVENTION

[0002] Il est constamment recherché de minimiser les coefficients de frottement dans les mouvements horlogers. Dans le cas des arbres horlogers, il est ainsi recherché une perte d'énergie mécanique due aux frottements la plus basse possible.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION

[0003] L'invention a pour but de proposer un arbre horloger dont la tribologie dans un palier est améliorée afin de réduire les pertes d'énergie mécanique.

[0004] À cet effet, l'invention se rapporte à un arbre horloger pour le montage à rotation d'au moins un organe comportant une portée destinée à recevoir l'organe et un pivot à chacune de ses deux extrémités libres destiné à pivoter dans un palier pour rendre mobile à rotation l'organe, caractérisé en ce qu'au moins un des deux pivots comporte, sur au moins une partie de sa surface externe, au moins une composition de matériau selon une épaisseur prédéterminée qui est différente du matériau du reste du pivot afin de minimiser son coefficient de frottement avec le palier.

[0005] Avantageusement selon l'invention, la surface de contact de l'arbre horloger avec le palier, tel que la paroi du trou d'un coussinet, peut donc être modifiée afin d'ajuster les pertes d'énergie mécanique associées.

[0006] L'invention peut également comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison.

[0007] L'épaisseur prédéterminée de la composition de matériau peut être au moins égale à la rugosité maximale du matériau du reste du pivot ce qui permet de garantir que la composition est présente sur la surface de contact avec le palier. Selon un exemple, l'épaisseur prédéterminée de la composition de matériau peut ainsi monter jusqu'à deux micromètres.

[0008] Selon un premier mode de réalisation, la composition de matériau forme un revêtement contre le matériau du reste du pivot afin d'offrir un meilleur coefficient de frottement. Le matériau d'un arbre horloger étant en général en acier du type 20AP, le revêtement est un matériau améliorant la tribologie du couple acier du type 20AP - rubis du coussinet de palier.

[0009] Selon un deuxième mode de réalisation, la composition de matériau forme une zone comprenant l'inclusion d'au moins un élément chimique dans le matériau du reste du pivot afin d'offrir un meilleur coefficient de frottement. Le matériau d'un arbre horloger étant en général en acier du type 20AP, l'élément diffusé dans la matrice du matériau du pivot forme un matériau améliorant la tribologie du couple acier du type 20AP - rubis du coussinet de palier.

[0010] L'arbre horloger peut être formé d'un premier matériau et comporter des extrémités de pivot coniques et une base cylindrique d'au moins un des deux pivots, appelée surface de contact, comprenant la composition de deuxième matériau. Cet exemple particulier appliqué à un axe de balancier permet avantageusement de minimiser les écarts d'amplitude du balancier entre les positions horizontales et verticales.

[0011] Enfin, l'invention se rapporte à un mouvement horloger comportant au moins un pont et une platine munis chacun de paliers et au moins un arbre horloger assemblé entre un palier du pont et un palier de la platine afin d'être monté pivotant, caractérisée en ce que l'arbre horloger est tel que présenté plus haut. À titre nullement limitatif, l'arbre horloger peut être un axe de balancier, une tige d'ancre, un arbre de roue dentée et/ou un arbre de barillet.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

[0012] D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : La figure 1 est une vue schématique d'une pièce d'horlogerie selon l'invention ; La figure 2 est une vue en perspective d'un arbre horloger avec une composition différentiée selon l'invention ; La figure 3 est une vue schématique en coupe d'un pivot selon un premier mode de réalisation de l'invention ; La figure 4 est une vue schématique en coupe d'un pivot selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; La figure 5 est une vue schématique partielle en coupe d'un arbre selon l'invention assemblé dans un palier ; La figure 6 est une vue schématique partielle d'un mécanisme d'échappement d'un mouvement horloger ; La figure 7 est une vue schématique partielle d'un résonateur d'un mouvement horloger.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE D'AU MOINS UN MODE DE RÉALISATION DE L'INVENTION

[0013] Sur les différentes figures, les éléments identiques ou similaires portent les mêmes références, éventuellement additionné d'un indice. La description de leur structure et de leur fonction n'est donc pas systématiquement reprise.

[0014] Dans tout ce qui suit, les orientations sont les orientations des figures. En particulier, les termes „supérieur“, „inférieur“, „gauche“, „droit“, „au-dessus“, „en-dessous“, „vers l'avant“ et „vers l'arrière“ s'entendent généralement par rapport au sens de représentation des figures.

[0015] Par „pièce 2 d'horlogerie“, on entend tous les types d'instruments de mesure ou de comptage du temps tels que les pendules, les pendulettes et les montres.

[0016] Par „mouvement 3 horloger“, on entend tous les types de mécanisme capable de compter le temps qu'ils soient alimentés à base d'énergie mécanique (par exemple un barillet) ou électrique (par exemple une batterie).

[0017] L'invention se rapporte à un arbre 1 pour un mouvement 3 horloger destiné à équiper une pièce 2 d'horlogerie comme illustré à la figure 1. Un exemple de mouvement 3 horloger est représenté partiellement à la figure 5. Il peut ainsi comporter au moins un pont 5 et une platine 6 munis chacun de paliers 7. Il comprend également au moins un arbre 1 horloger assemblé entre un palier 7 du pont 5 et un palier 7 de la platine 6 (une seule extrémité est illustrée à la figure 5 par simplification) afin d'être monté pivotant entre le pont 5 et la platine 6.

[0018] Un palier 7 comprend généralement un corps 8 dans lequel est monté un coussinet 9 dont le trou 10 reçoit une surface 26 externe, appelé surface de contact ci-dessous, du pivot 21 de l'arbre 1. Dans l'exemple de la figure 5, le palier 7 comporte en outre un chaton 12 monté plaqué élastiquement dans le corps 8 du palier 7 comme, par exemple, à l'aide d'un ressort (non représenté) parfois appelé lyre. Le chaton 12 supporte le coussinet 9 et un contre-pivot 11 et peut par son montage élastique amortir les chocs reçus par les pivots 21 de l'arbre 1. Un tel agencement est généralement appelé un palier pare-chocs ou palier parachute et amortit les chocs d'un axe A de balancier 13 afin de limiter les écarts, voire les arrêts, de marche. Le coussinet 9 et le contre-pivot 11 sont généralement à base de rubis et, à ce titre, peuvent être parfois appelés respectivement pierre 9 et pierre contre-pivot 11. Bien entendu, d'autres types de paliers peuvent être prévus tels qu'une crapaudine mais également d'autres types de matériaux que le rubis. Le palier 7 pourrait ainsi être tout ou partie formé d'une céramique et/ou un matériau à base de carbone.

[0019] À titre nullement limitatif dans les exemples des figures 6 et 7, l'arbre 1 horloger peut ainsi former un axe A de balancier 13, une tige B d'ancre 17, un arbre C de roue 18 dentée et/ou un arbre de barillet (non représenté) d'un mouvement 3 horloger. Un exemple d'arbre 1 horloger est représenté à la figure 2. Comme expliqué ci-dessus, l'arbre 1 horloger peut être utilisé pour le montage à rotation d'au moins un organe tel qu'un balancier 13, un spiral 14, un grand plateau 15, un petit plateau 16, une ancre 17, une roue dentée 18, un pignon 19 et/ou un ressort de barillet (non représenté) d'un mouvement 3 horloger.

[0020] L'arbre 1 horloger peut ainsi comporter une portée, également appelée assise 22, destinée à recevoir l'organe, des tiges 23, au moins un tigeron 24 et un pivot 21 à chacune de ses deux extrémités libres destiné à pivoter dans un palier 7 pour rendre mobile à rotation l'organe. Un tel arbre 1 est généralement formé à partir d'acier comme, par exemple, du type 20AP.

[0021] Bien entendu, d'autres géométries d'arbres peuvent être prévues suivant l'application et le nombre d'organes à recevoir. L'assise 22 destinée à recevoir l'organe pourrait ainsi être formée par une autre partie de l'arbre 1. Ainsi, à titre nullement limitatif, la portée pourrait non pas être une assise 22 mais par une des tiges 23. De plus, d'autres types de matériaux que l'acier peuvent être envisagé.

[0022] Selon l'invention, au moins un des deux pivots 21 comporte, sur au moins une partie de sa surface 26 externe, au moins une composition 25 de matériau selon une épaisseur E prédéterminée qui est différente du matériau du reste du pivot 21 afin de minimiser son coefficient de frottement avec le palier 7.

[0023] Avantageusement selon l'invention, la surface de contact de l'arbre 1 horloger avec le palier 7, tel que la paroi du trou 10 d'un coussinet 9, peut donc être modifiée afin d'ajuster les pertes d'énergie mécanique associées.

[0024] L'épaisseur E prédéterminée de la composition 25 de matériau s'entend comme une profondeur de matériau différent du matériau du reste du pivot 21. On comprend ainsi, que suivant la rugosité Ra du matériau du reste du pivot 21, c'est-à-dire la profondeur caractéristique des stries sillonnant sa surface, la grandeur de l'épaisseur E de la composition 25 de matériau peut ne pas permettre qu'elle soit totalement en contact avec le trou 10 du coussinet 9. Par conséquent, de manière préférée, la composition 25 de matériau est au moins égale à la rugosité maximale Ra du matériau du reste du pivot 21 ce qui permet de garantir que la composition 25 est présente sur toute la surface de contact de la surface 26 externe avec le palier 7. Selon un exemple, l'épaisseur E prédéterminée de la composition 25 de matériau peut ainsi monter jusqu'à deux micromètres.

[0025] Selon un premier mode de réalisation illustré dans les exemples des figures 2 et 3, la composition 25 de matériau forme un revêtement 27 contre le matériau du reste du pivot afin d'offrir un meilleur coefficient de frottement. Le matériau d'un arbre horloger étant en général en acier du type 20AP, le revêtement est un matériau améliorant la tribologie du couple acier du type 20AP - rubis du coussinet de palier.

[0026] Selon une première variante, le revêtement 27 peut ainsi être obtenu par un procédé de déposition sous vide comme par exemple un dépôt physique ou chimique en phase vapeur (connu par exemple par les abréviations anglaises „PVD“, „PECVD“, „CVD“, etc.). Le revêtement 27 pourrait ainsi être formé par exemple à base d'au moins un métal (W, Mo, Ti, Ta, Nb, Cr, etc.) avec ajout ou non de carbone, d'azote et/ou d'oxygène, d'une céramique et/ou un matériau à base de carbone (DLC ou diamant synthétique) et/ou tout autre matériau peu sensible aux champs magnétiques.

[0027] Selon une deuxième variante, le revêtement 27 peut ainsi être obtenu par une projection à froid de microparticules ou de nanoparticules. Le revêtement 27 pourrait ainsi être formé par exemple à base de disulfure de molybdène (MoS2), de disulfure de tungstène (WS2), de graphène, de polytétrafluoroéthylène (PTFE), de graphite (représentant plusieurs couches de graphène), de nitrure de bore sous forme hexagonale (hBN) et/ou de trifluorure de cérium (CeF3).

[0028] Selon une troisième variante, le revêtement 27 peut ainsi être obtenu par un procédé du type sol-gel, du type drop-casting, spin coating et/ou dip coating et/ou un procédé mécanique du type usinage et/ou roulage. Le revêtement 27 pourrait ainsi être formé à base d'un matériau auto-lubrifiant comme du disulfure de molybdène (MoS2) et graphène.

[0029] Selon un deuxième mode de réalisation illustré dans les exemples des figures 4 et 5, la composition 25 de matériau forme une zone 29 comprenant l'inclusion d'au moins un élément chimique dans le matériau du reste du pivot 21 afin d'offrir un meilleur coefficient de frottement. Le matériau d'un arbre horloger étant en général en acier du type 20AP, l'élément diffusé dans la matrice du matériau du pivot 21 forme un matériau améliorant la tribologie du couple acier du type 20AP - rubis du coussinet 9 de palier 7. La zone 29 peut ainsi être obtenue par un procédé d'implantation ionique et/ou de diffusion par plasma, éventuellement combiné à un traitement thermique. Bien entendu, selon le procédé utilisé, l'épaisseur E prédéterminée correspondra à une profondeur à laquelle la plupart des éléments diffusés seront présents. Toutefois, à cause du manque de précision dudit procédé, au moins un des éléments peut ainsi, de manière isolée, être située en dehors de ladite épaisseur E sans sortir du cadre de l'invention. La zone 29 pourrait ainsi être formée par le matériau du reste du pivot 21 comprenant l'inclusion d'au moins un élément chimique parmi l'azote, le carbone, le bore et/ou le silicium. Préférentiellement, la zone 29 pourrait comporter des éléments de carbone et d'azote, de bore et d'azote, de carbone et de bore et/ou de carbone et de silicium.

[0030] Quel que soit le mode de réalisation ou la variante de l'invention, l'épaisseur E prédéterminée est préférentiellement comprise entre 1 nm et 2 µm, c'est-à-dire, par exemple, 1 nm, 2 nm, 3 nm, 4 nm, 5 nm, 6 nm, 7 nm, 8 nm, 9 nm, 10 nm, 15 nm, 20 nm, 25 nm, 30 nm, 35 nm, 40 nm, 45 nm, 50 nm, 60 nm, 70 nm, 80 nm, 90 nm, 100 nm, 150 nm, 200 nm, 250 nm, 300 nm, 350 nm, 400 nm, 450 nm, 500 nm, 550 nm, 600 nm, 650 nm, 700 nm, 750 nm, 800 nm, 850 nm, 900 nm, 950 nm, 1 µm, 1,1 µm, 1,2 µm, 1,3 µm, 1,4 µm, 1,5 µm, 1,6 µm, 1,7 µm, 1,8 µm ou 1,9 µm,. Bien entendu, suivant la méthode de dépôt, les dimensions de l'épaisseur E peuvent ne pas être constante le long de la surface 26 externe. De plus, les dimensions de l'épaisseur E peuvent être différentes de ces dimensions préférées sans sortir du cadre de l'invention. À titre nullement limitatif, l'épaisseur E pourrait ainsi être supérieure à 2 µm sans sortir du cadre de l'invention.

[0031] L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation et variantes présentés et d'autres modes de réalisation et variantes apparaîtront clairement à l'homme du métier. Il est notamment possible que la composition 25 de matériau soit présente sur l'ensemble d'un (ou des deux) pivot(s) 21 de l'arbre 1. Il est bien entendu possible que la composition 25 de matériau soit en contact avec le palier 7 de manière lubrifiée ou non, c'est-à-dire que la composition 25 de matériau soit montée dans le palier 7 avec un lubrifiant, par exemple liquide, ou sans lubrifiant.

[0032] Les modes de réalisation et variantes sont combinables entre eux sans sortir du cadre de l'invention. À titre nullement limitatif, il peut par conséquent être envisagé de déposer un revêtement 27 puis d'y former une zone 29 comprenant une inclusion d'au moins un élément chimique.

[0033] Selon une variante de l'exemple de la figure 4, dans un premier temps, la zone 29 pourrait être formée dans la totalité du pivot 21 selon une épaisseur E prédéterminée puis, dans un deuxième temps, l'extrémité 4 pourrait être décolletée sur une épaisseur supérieure à l'épaisseur E de la zone 29.

[0034] Il peut également être envisagé que la composition 25 et/ou l'épaisseur E de la composition 25 évolue(nt) sur la surface externe 26 du pivot 21, par exemple, suivant la localisation sur le pivot 21. À titre nullement limitatif, il pourrait être envisagé que l'épaisseur E de la composition 25 diminue et/ou le coefficient de frottement augmente au fur et à mesure que la surface 26 externe du pivot 21 s'éloigne de l'huilier 20 du coussinet 9, c'est-à-dire aussi bien vers la tige 23 que vers l'extrémité libre du pivot 21.

[0035] Dans l'exemple particulier d'un axe A de balancier 13 visible à la figure 5 dans lequel l'extrémité 4 du pivot 21 est généralement en contact avec le contre-pivot 11, l'invention pourrait apporter un avantage supplémentaire. En effet, il est constamment recherché de minimiser les écarts d'amplitude du balancier 13 (angle maximum du balancier 13 à chaque alternance) entre les positions horizontales (HH, HB) et verticales (VH, VG, VD, VB) de la pièce 2 d'horlogerie. Typiquement, il est en général recherché que les moments de frottement aux deux positions (HH, HB, VH, VG, VD, VB) soient identiques.

[0036] Le moment de frottement à plat s'écrit :

[0037] Le moment de frottement au pendu s'écrit : Mpendu= µpenduPr (2)

[0038] Où: µ est le coefficient de frottement de la position; P est le poids de l'oscillateur; r1est le rayon externe de la surface de frottement à plat ; r0est le rayon interne de la surface de frottement à plat ; r est le rayon de l'axe au contact avec le coussinet au pendu.

[0039] Pour minimiser les écarts, il est cherché d'obtenir : Mplat= Mpendu. (3)

[0040] Ceci se traduit par l'égalité suivante :

[0041] Si soit un coefficient de frottement 33% plus faible en pendu, alors le moment de frottement au pendu sera sensiblement équivalent au moment de frottement à plat. La solution habituellement mise en oeuvre est de réaliser des plats sur les bouts de pivots 21 pour minimiser les amplitudes en positions horizontales, c'est-à-dire qu'on dégrade les amplitudes horizontales pour les rapprocher des valeurs d'amplitudes verticales.

[0042] Avantageusement selon l'invention, au moins un des deux pivots 21 de l'axe A de balancier 13 comporte une composition 25 de sa surface 26 externe au niveau de la base cylindrique du pivot 21 qui entre en contact avec le trou 10 du coussinet 9 afin de minimiser les frottements au pendu pour augmenter les amplitudes à au moins une des positions verticales. De manière inverse à la solution habituellement mise en oeuvre, la composition 25 de matériau différentiée selon l'invention permet de garder une extrémité libre 4 du pivot 21 de forme conique et offre donc un gain en coefficient de frottement permettant au moment de frottement au pendu d'être sensiblement équivalent au moment de frottement à plat sans avoir à dégrader les amplitudes horizontales. On comprend donc que les amplitudes seront identiques entre les positions (écart entre plat et pendu faible ou nul comme précédemment) mais avec une performance chronométrique plus importante notamment par les amplitudes plus élevées obtenues quelles que soient les positions.

Claims (8)

1. Arbre (1) horloger pour le montage à rotation d'au moins un organe comportant une portée (22) destinée à recevoir l'organe et un pivot (21) à chacune de ses deux extrémités libres destiné à pivoter dans un palier (7) pour rendre mobile à rotation l'organe,caractérisé en ce qu'au moins un des deux pivots (21) comporte, sur au moins une partie de sa surface (26) externe, au moins une composition (25) de matériau selon une épaisseur (E) prédéterminée qui est différente du matériau du reste du pivot (21) afin de minimiser son coefficient de frottement avec le palier (7).

2. Arbre (1) horloger selon la revendication précédente, dans lequel l'épaisseur (E) prédéterminée de la composition (25) de matériau est au moins égale à la rugosité maximale du matériau du reste du pivot (21).

3. Arbre (1) horloger selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'épaisseur (E) prédéterminée de la composition (25) de matériau est inférieure ou égale à deux micromètres.

4. Arbre (1) horloger selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la composition (25) de matériau forme un revêtement (27) recouvrant le matériau du reste du pivot (21).

5. Arbre (1) horloger selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel la composition (25) de matériau forme une zone (29) comprenant une inclusion d'au moins un élément chimique dans le matériau du reste du pivot (21).

6. Arbre (1) horloger selon l'une quelconque des revendications précédentes, formé d'un premier matériau et comportant des extrémités (4) de pivot (21) coniques et une base cylindrique d'au moins un des deux pivots (21), appelée surface de contact, comprenant ladite composition (25) de matériau.

7. Mouvement (3) horloger comportant au moins un pont (5) et une platine (6) munis chacun de paliers (7) et au moins un arbre (1) horloger assemblé entre un palier (7) du pont (5) et un palier (7) de la platine (6) afin d'être monté pivotant,caractériséen ce queledit au moins un arbre (1) horloger est selon l'une des revendications 1 à 6.

8. Mouvement (3) horloger selon la revendication précédente, dans lequel ledit au moins un arbre (1) horloger est un axe (A) de balancier (13), une tige (B) d'ancre (17), un arbre (C) de roue (18) dentée ou un arbre de barillet.