CH721449A2 - Procédé de fabrication d'un composant horloger composite à squelettage comblé - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant horloger composite à squelettage comblé, selon lequel dans une première étape on se munit d'un composant horloger squeletté (1) dans un matériau de base ou on le fabrique, notamment par un procédé de micro-fabrication, ledit composant horloger squeletté (1) comportant des cavités de squelettage (2) entre une surface d'appui (3) et une surface de référence (4), dans une deuxième étape on choisit au moins un matériau de remplissage, dans une troisième étape on comble au moins une partie desdites cavités de squelettage (2) avec au moins un dit matériau de remplissage pour former ledit composant horloger composite. L'invention concerne encore un tel composant horloger composite à squelettage comblé.

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant horloger composite à squelettage comblé.

[0002] L'invention concerne encore un mécanisme d'horlogerie comportant au moins un tel composant horloger composite à squelettage comblé.

[0003] L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant au moins un tel mécanisme, et/ou au moins un tel composant horloger composite à squelettage comblé.

[0004] L'invention concerne le domaine de la réalisation de composants horlogers particuliers, comportant un squelettage pour des raisons physiques ou/et esthétiques.

Arrière-plan technologique

[0005] Certaines technologies de fabrication spécifiques mettant en œuvre des procédés de micro-fabrication en silicium, ou nickel-phosphore, ou autre, notamment le procédé „LIGA“ (de l'allemand „Lithographische Galvano Abformung“ structuration galvanique par lithographie), ou similaire, sont particulièrement bien adaptées, notamment en termes de précision, de répétabilité, de production automatisée, à la fabrication de composants horlogers.

[0006] Les composants mis en œuvre par certaines de ces technologies ont des limitations dues aux inconvénients liés à la nature des matériaux des composants utilisés dans ces technologies de fabrication, notamment une inertie de valeur moyenne, et dans certains cas ces composants portent des traces de choc dues à la séparation entre des composants fabriqués à partir d'un substrat et la partie restante du substrat après fabrication, surtout si ces composants sont réalisés en panoplie de plusieurs pièces à partir d'un même substrat.

[0007] Ainsi, pour des composants nécessitant une forte inertie, telle une masse inertielle d'oscillateur comme un balancier, ces procédés de micro-fabrication se révèlent limités, ce qui est dommage, car le balancier, élément parmi les plus visibles du mouvement d'horlogerie (notion d'esthétique), tout en requérant une précision extrême de fabrication (inertie contrôlée finement, précision des éléments d'assemblage, équilibrage) est un composant idéalement adapté aux technologies de fabrication silicium et „LIGA“, mais les matériaux usuellement exploités par ces technologies ne présentent pas des propriétés, notamment leur densité, suffisantes pour atteindre les performances visées, ce qui rend alors nécessaire un couplage avec un autre composant de densité supérieure. De plus, la découpe éventuelle des bras et/ou de la serge d'un balancier pour améliorer son comportement face à d'autres problématiques, par exemple électriques ou magnétiques, ou autres, par une opération de squelettage, accentue la problématique d'inertie faible liée à la nature du matériau.

[0008] En ce qui concerne les composants de mécanismes d'échappement, ces mêmes procédés de micro-fabrication de fabrication silicium et „LIGA“, et similaires, se révèlent là aussi parfaitement adaptés pour leur fabrication, en particulier pour la précision que garantissent ces procédés de micro-fabrication. En outre, ces procédés de micro-fabrication autorisent une grande liberté de forme dans les motifs réalisables, souvent irréalisables avec des moyens d'usinage plus conventionnels, ce qui permet d'envisager des composants fortement squelettés.

[0009] Le squelettage représente un avantage important pour un composant dont on cherche à réduire l'inertie au maximum pour gagner en rendement (phases de démarrage-arrêt constantes de la roue d'échappement à chaque alternance du balancier ou de la masse inertielle de l'oscillateur). En revanche, les micro-composants réalisés par un procédé „LIGA“, lors d'opération en vrac (c'est-à-dire lorsqu'ils sont libérés du substrat à partir desquels ils ont été fabriqués) ont tendance à s'abîmer les uns les autres (chocs, coincement et emmêlement). C'est particulièrement vrai de composants squelettés, dont les ouvertures formées par squelettage vont avoir tendance à accentuer les coincements et les emmêlements. Ce problème d'emmêlement de composants est indirectement résolu en faisant du tri, ce qui est coûteux, et ne protège pas les composants. Les opérations directement impactantes peuvent éventuellement être adaptées, dans une moindre mesure, pour réduire les risques, ce qui a une influence sur le temps et la durée du cycle de fabrication.

[0010] L'incompatibilité de la nature du matériau mis en œuvre dans un procédé „LIGA“, de densité faible, pour une application inertielle par exemple dans une configuration de balancier squeletté, n'a pas de solution en soi, à ce jour.

Résumé de l'invention

[0011] L'invention se propose de mettre au point un procédé permettant de cumuler les avantages d'un procédé de micro-fabrication de type „LIGA“ ou similaire avec des opérations complémentaires permettant de pallier certaines limites de ce procédé de micro-fabrication, notamment en termes d'ajustement d'inertie.

[0012] L'invention se propose d'exploiter la présence des zones évidées, et d'utiliser avantageusement les cavités de squelettage ménagées dans les corps des composants, en les remplissant de façon avantageuse par un matériau adéquat, de façon permanente ou temporaire.

[0013] Pour le cas d'une masse inertielle, telle qu'un balancier ou similaire, l'invention propose un remplissage par un matériau à la fois de densité adéquate (densité haute, par exemple des particules de carbure de tungstène dispersées dans une résine composite) et électriquement médiocre conducteur, pour fournir une masse inertielle esthétique, d'inertie satisfaisante et de sensibilité réduite au magnétisme.

[0014] Pour un composant de mécanisme d'échappement, l'invention propose de combler les cavités sujettes à provoquer de l'emmêlement par un matériau d'apport de densité adéquate (densité faible, par exemple résine composite), et réduire ainsi les problèmes d'emmêlement. Par exemple, pour le cas d'une roue d'échappement, de choisir un matériau de faible densité, pour les raisons mentionnées plus haut.

[0015] En alternative, ce matériau d'apport peut être choisi fusible, ce qui autorise une remise à nu du composant dans le seul matériau mis en œuvre par son procédé de mise en forme, après la séparation des différents composants réalisés dans la même opération.

[0016] A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant horloger composite à squelettage comblé.

[0017] L'invention concerne encore un mécanisme d'horlogerie comportant au moins un tel composant horloger composite à squelettage comblé.

[0018] L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant au moins un tel mécanisme, et/ou au moins un tel composant horloger composite à squelettage comblé.

Brève description des figures

[0019] Les buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où: – la figure 1 est un logigramme qui illustre une séquence d'étapes de ce procédé; – la figure 2 illustre, de façon schématisée et en vue en coupe, un composant horloger squeletté, en appui par une surface d'appui sur une embase, ce composant horloger squeletté comporte des cavités de squelettage, ici non limitativement débouchantes, et, du côté opposé à la surface d'appui, une surface de référence; les cavités de squelettage sont remplies par un matériau de remplissage représenté hachuré, qui est déposé en débord de la surface de référence; – la figure 3 illustre, de façon similaire à la figure 2, le même composant horloger squeletté, mais où les cavités de squelettage sont remplies par un matériau de remplissage représenté hachuré, qui est déposé en retrait ou à fleur de la surface de référence , – la figure 4 illustre, de façon similaire à la figure 2, le composant horloger composite à squelettage comblé issu du même composant horloger squeletté, après durcissement du matériau de remplissage, enlèvement ou destruction de l'embase, et rectification de la surface d'appui; – la figure 5 illustre, de façon similaire à la figure 4, le composant horloger composite à squelettage comblé issu du même composant horloger squeletté, après durcissement du matériau de remplissage, enlèvement ou destruction de l'embase, et rectification de la surface de référence.

Description détaillée de l'invention

[0020] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant horloger composite 1 à squelettage comblé.

[0021] Dans une première étape 100 on se munit d'un composant horloger squeletté 1 réalisé dans un matériau de base ou on le fabrique. Ce composant horloger squeletté 1 comporte des cavités de squelettage 2 entre une surface d'appui 3 et une surface de référence 4.

[0022] Dans une deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage.

[0023] Dans une troisième étape 300 on comble au moins une partie des cavités de squelettage 2 avec au moins un tel matériau de remplissage pour former le composant horloger composite 10.

[0024] Dans une première variante on dépose le matériau de remplissage dans des cavités de squelettage 2, au moins jusqu'à la surface de référence 4 du composant horloger squeletté 1.

[0025] Dans une première variante on dépose le matériau de remplissage dans des cavités de squelettage 2, en retrait ou à fleur de la surface de référence 4 du composant horloger squeletté 1.

[0026] Plus particulièrement, lors de la troisième étape 300, on se munit d'une embase 5 qu'on dispose en appui sur la surface d'appui 3 du composant horloger squeletté 1, et on dépose le matériau de remplissage sur cette embase 5 et dans des cavités de squelettage 2.

[0027] Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, l'embase 5 est réalisée en même temps que le composant horloger squeletté 1, l'embase 5 étant alors solidaire du composant 1.

[0028] Plus particulièrement, on réalise l'embase 5 en tant qu'embase sacrificielle, et, dans une quatrième étape 400, on détruit l'embase 5. Dans une variante, on détache l'embase 5 par des moyens mécaniques.

[0029] Plus particulièrement, dans une cinquième étape 500 on rectifie au moins une première surface 11 du composant horloger composite 10 en retrait ou au niveau de la surface d'appui 3 du composant horloger squeletté 1.

[0030] Plus particulièrement, lors de la troisième étape 300, on dépose le matériau de remplissage sur l'embase 5 et dans des cavités de squelettage 2, avec débord du matériau de remplissage au-dessus de la surface de référence 4 du composant horloger squeletté 1.

[0031] Plus particulièrement, dans une sixième étape 500 on rectifie au moins une deuxième surface 12 du composant horloger composite 10 en retrait ou au niveau de la surface de référence 4 du composant horloger squeletté 1. Selon un mode de réalisation alternatif, cette étape est effectuée avant la cinquième étape, à savoir avant la rectification de la première surface 11 du composant 10.

[0032] Plus particulièrement, on rectifie la première surface 11 et la deuxième surface 12 parallèles.

[0033] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit plusieurs matériaux de remplissage différents, et, lors de la troisième étape 300 on comble les cavités de squelettage 2 avec des matériaux de remplissage différents.

[0034] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit plusieurs matériaux de remplissage différents, et, lors de la troisième étape 300 on comble certaines cavités de squelettage 2 avec une pluralité de matériaux de remplissage différents.

[0035] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage apte à la fabrication additive, et, lors de la troisième étape 300 on comble par fabrication additive au moins une partie des cavités de squelettage 2 avec au moins un matériau de remplissage. Plus particulièrement, on réalise la fabrication additive par impression tridimensionnelle.

[0036] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage apte à l'injection, et, lors de la troisième étape 300 on comble par injection au moins une partie des cavités de squelettage 2 avec au moins un matériau de remplissage.

[0037] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage liquide ou pulvérulent apte à la projection, et, lors de la troisième étape 300 on comble par projection au moins une partie des cavités de squelettage 2 avec au moins ce matériau de remplissage.

[0038] Plus particulièrement, lors de la troisième étape 300, après remplissage des cavités de squelettage 2, on effectue un traitement thermique ou laser pour polymériser au moins un matériau de remplissage.

[0039] Plus particulièrement, après la troisième étape 300, on ajuste la géométrie du composant horloger composite 10 par ablation laser.

[0040] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage de densité voisine de celle du matériau de base.

[0041] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage de densité supérieure à celle du matériau de base.

[0042] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage de densité inférieure à celle du matériau de base.

[0043] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage de conductibilité électrique voisine de celle du matériau de base.

[0044] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage de conductibilité électrique supérieure à celle du matériau de base.

[0045] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage de conductibilité électrique inférieure à celle du matériau de base.

[0046] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage prévu pour former une structure rigide, et dans la troisième étape 300 on double localement le composant horloger squeletté 1 par une couche de ce matériau de remplissage contre la surface d'appui 3 ou/et la surface de référence 4, pour former un composant horloger composite 10 plus rigide que le composant horloger squeletté 1.

[0047] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit au moins un matériau de remplissage constitué par une résine, ou par une résine chargée d'électrets, ou par une résine chargée de magnets, ou par une résine chargée d'éléments lourds ou/et colorés.

[0048] Plus particulièrement, lors de la deuxième étape 200 on choisit chaque matériau de remplissage transparent.

[0049] Plus particulièrement, lors de la première étape 100 on fabrique le composant horloger squeletté 1 par un procédé de micro-fabrication ou un procédé „LIGA“, en silicium et oxyde de silicium, ou en nickel-phosphore.

[0050] L'invention concerne encore un composant horloger composite 10 à squelettage comblé comportant une armature constituée par un composant horloger squeletté 1 et réalisé par ce procédé.

[0051] L'invention concerne encore un mécanisme d'horlogerie comportant au moins un tel composant horloger composite 10 à squelettage comblé, et aussi une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant au moins un tel mécanisme, et/ou au moins un tel composant horloger composite 10 à squelettage comblé.

[0052] L'invention permet ainsi de tirer pleinement profit des avantages de nouvelles méthodes de fabrication comme le silicium et le „LIGA“, tout en palliant leurs limites.

[0053] L'invention permet de fournir une masse inertielle, notamment un balancier, réalisée de façon précise, d'allure esthétique, d'inertie adéquate et ajustable et de balourd maîtrisé, voire compensé. En effet, le ou les matériaux d'apport servant à combler les cavités (ménagées pour raisons esthétiques ou pour lutter contre d'autres phénomènes magnétiques ou électrostatiques ou électriques, par exemple pour contrer l'apparition de courants de Foucault) peut être coloré, peut être disposé en quantité ajustée (correction de balourd, ajustage d'inertie).

[0054] Le matériau d'apport peut être une encre chargée de divers types de poudres (inertie : W ; coloration : TiO2, ou autres).

[0055] La quantité de matériau peut aussi être ajustée par ajout supplémentaire, notamment et non limitativement par projection, ou par enlèvement (par exemple par ablation laser, microlaser, nanolaser, picolaser, ou femtolaser).

[0056] L'invention permet de fournir un composant de mécanisme d'échappement, tel qu'une roue d'échappement, avec un remplissage par une résine, colorable, translucide, ou autre. Le matériau de remplissage peut être conservé, ou bien dans le seul cycle de fabrication à l'issue duquel il est éliminé, ou bien dans toute la vie du composant.

[0057] Dans une variante avantageuse, on réalise la structure de base souple, par le procédé silicium, „LIGA“ ou similaire, et on conçoit sa forme pour permettre un assemblage facile avec un arbre, ou avec toute autre structure complémentaire pour améliorer sa rigidité ou/et son inertie, ou avec des inserts écrous de vis réglante dans un balancier. Plus particulièrement, on choisit le matériau d'apport, et le volume ajouté de ce matériau d'apport, résine ou similaire, pour permettre de mettre une légère contrainte dans la structure qui verrouille les assemblages.

[0058] Dans une autre alternative, on impose à la structure de base une précontrainte, avant la dépose du matériau d'apport, notamment de la résine, qui fige la forme.

[0059] En somme, l'invention résout des problèmes techniques différents selon la nature du composant auquel elle est appliquée.

[0060] L'invention exploite ainsi au mieux des procédés de micro-fabrication permettant de squeletter des composants, tout en palliant les défauts inhérents à ces procédés de micro-fabrication (inertie faible, emmêlement).

Claims (27)

1. Procédé de fabrication d'un composant horloger composite (10) à squelettage comblé, selon lequel dans une première étape (100) on se munit d'un composant horloger squeletté (1) dans un matériau de base ou on le fabrique, ledit composant horloger squeletté (1) comportant des cavités de squelettage (2) entre une surface d'appui (3) et une surface de référence (4), dans une deuxième étape (200) on choisit au moins un matériau de remplissage, dans une troisième étape (300) on comble au moins une partie desdites cavités de squelettage (2) avec au moins un dit matériau de remplissage pour former ledit composant horloger composite (10).

2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que, lors de ladite troisième étape (300), on se munit d'une embase (5) qu'on dispose en appui sur ladite surface d'appui (3) dudit composant horloger squeletté (1), et en ce que l'on dépose ledit matériau de remplissage sur ladite embase (5) et dans des dites cavités de squelettage (2).

3. Procédé de fabrication selon la revendication 1, caractérisé en ce que lors de de la première étape, on se munit d'un composant horloger squeletté (1) solidaire d'une embase (5).

4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce qu'on réalise ladite embase (5) en tant qu'embase sacrificielle, et, dans une quatrième étape (400), on détruit ladite embase (5).

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, dans une cinquième étape (500) on rectifie au moins une première surface (11) dudit composant horloger composite (10) en retrait ou au niveau de ladite surface d'appui (3) dudit composant horloger squeletté (1).

6. Procédé selon l'une des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que, lors de ladite troisième étape (300), on dépose ledit matériau de remplissage sur ladite embase (5) et dans des dites cavités de squelettage (2), avec débord dudit matériau de remplissage au-dessus de ladite surface de référence (4) dudit composant horloger squeletté (1).

7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, dans une sixième étape (500) on rectifie au moins une deuxième surface (12) dudit composant horloger composite (10) en retrait ou au niveau de ladite surface de référence (4) dudit composant horloger squeletté (1).

8. Procédé selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce qu'on rectifie ladite première surface (11) et ladite deuxième surface (12) parallèles.

9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit plusieurs matériaux de remplissage différents, et en ce que, lors de ladite troisième étape (300) on comble lesdites cavités de squelettage (2) avec des dits matériaux de remplissage différents.

10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit plusieurs matériaux de remplissage différents, et en ce que, lors de ladite troisième étape (300) on comble certaines cavités de squelettage (2) avec une pluralité de dits matériaux de remplissage différents.

11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage apte à la fabrication additive, et en ce que, lors de ladite troisième étape (300) on comble par fabrication additive au moins une partie desdites cavités de squelettage (2) avec au moins un dit matériau de remplissage.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'on réalise ladite fabrication additive par impression tridimensionnelle.

13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage apte à l'injection, et en ce que, lors de ladite troisième étape (300) on comble par injection au moins une partie desdites cavités de squelettage (2) avec au moins un dit matériau de remplissage.

14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage liquide ou pulvérulent apte à la projection, et en ce que, lors de ladite troisième étape (300) on comble par projection au moins une partie desdites cavités de squelettage (2) avec au moins ce dit matériau de remplissage.

15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que, lors de ladite troisième étape (300), après remplissage desdites cavités de squelettage (2), on effectue un traitement thermique ou laser pour polymériser au moins un dit matériau de remplissage.

16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que, après ladite troisième étape (300), on ajuste la géométrie dudit composant horloger composite (10) par ablation laser.

17. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage de densité voisine de celle dudit matériau de base.

18. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage de densité supérieure à celle dudit matériau de base.

19. Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage de densité inférieure à celle dudit matériau de base.

20. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage de conductibilité électrique voisine de celle dudit matériau de base.

21. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage de conductibilité électrique supérieure à celle dudit matériau de base.

22. Procédé selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage de conductibilité électrique inférieure à celle dudit matériau de base.

23. Procédé selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage prévu pour former une structure rigide, et en ce que dans ladite troisième étape (300) on double localement ledit composant horloger squeletté (1) par une couche de ce dit matériau de remplissage contre ladite surface d'appui (3) ou/et ladite surface de référence (4), pour former un dit composant horloger composite (10) plus rigide que ledit composant horloger squeletté (1).

24. Procédé selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit au moins un dit matériau de remplissage constitué par une résine ou par une résine chargée d'électrets, ou par une résine chargée de magnets, ou par une résine chargée d'éléments lourds ou/et colorés.

25. Procédé selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisé en ce que, lors de ladite deuxième étape (200) on choisit chaque dit matériau de remplissage transparent.

26. Procédé selon l'une des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que, lors de ladite première étape (100) on fabrique ledit composant horloger squeletté (1) par un procédé de micro-fabrication ou un procédé „LIGA“, en silicium et oxyde de silicium, ou en nickel-phosphore.

27. Composant horloger composite (10) à squelettage comblé comportant une armature constituée par un composant horloger squeletté (1) et réalisé par le procédé selon l'une des revendications 1 à 26.