CH722188A2

CH722188A2 - Procédé de réalisation d'un élément horloger ayant une surface de contact recouverte d'un revêtement de caractère hydrophobe

Info

Publication number: CH722188A2
Application number: CH001077/2024A
Authority: CH
Inventors: Dubugnon Dominique
Original assignee: Eta Sa Mft Horlogere Suisse
Priority date: 2024-09-27
Filing date: 2024-09-27
Publication date: 2026-04-15

Abstract

L'invention concerne également un ensemble horloger comprenant deux éléments issus d'un tel procédé, ainsi qu'une montre comprenant un tel ensemble.

Description

Domaine technique de l'invention

[0001] L'invention concerne un procédé de réalisation d'un élément horloger destiné à être en contact par frottement avec un autre élément horloger (élément horloger de contact).

[0002] L'invention concerne également un ensemble horloger comprenant au moins deux éléments horlogers mobiles l'un par rapport à l'autre et comprenant respectivement une surface de contact destinée à frotter entre elles, ainsi qu'une montre comprenant un tel ensemble horloger.

Arrière-plan technologique

[0003] Le bon fonctionnement du mouvement horloger dépend notamment de la lubrification des mécanismes. Afin d'assurer une lubrification suffisante et durable dans la zone de fonctionnement souhaitée, une couche d'épilame, généralement sous la forme d'une couche moléculaire invisible hydrophobe et oléophobe, est déposée sur les éléments concernés.

[0004] L'épilame est un revêtement de surface qui modifie dans un sens ou dans un autre la tension superficielle apparente du support sur lequel il est apposé. Ainsi, soit le revêtement accroche le lubrifiant pour qu'il reste en place, soit il le repousse pour le maintenir dans des zones bien déterminées. Le revêtement épilame empêche ainsi l'étalement du lubrifiant sur la surface des éléments horlogers, et donc de fuir en dehors de la zone de frottement. Le revêtement épilame permet ainsi de maintenir la localisation du lubrifiant dans des zones spécifiques afin de réduire les frottements de manière durable entre les différents éléments mécaniques en mouvement.

[0005] Actuellement, les revêtements épilame utilisés contiennent du fluor. Compte tenu des risques de contamination, l'emploi des composants fluorés va cependant être progressivement interdit.

[0006] Dans cette perspective, il a été proposé des solutions visant à remplacer le fluor dans les couches épilames par des composants de substitution. Les performances de telles couches s'avèrent cependant moindres à celle couches épilames fluorées.

[0007] Il existe donc un besoin de trouver des solutions alternatives aux traitements épilames.

[0008] Parmi les solutions alternatives connues, il peut être cité la demande de brevet EP300267A2 décrivant un système horloger dans lequel la topographie de la surface d'au moins une première zone fonctionnelle d'un premier composant et/ou la topographie de la surface d'au moins une seconde zone fonctionnelle d'un deuxième composant est modifiée par au moins l'une des méthodes comprenant une gravure sélective de la surface exposée, une lithographie colloïdale, une méthode DLIP, une technique de réplication, un procédé d'anodisation, une déposition de couches tribologiques sur des nanostructures préalablement usinées, ou une immobilisation de lubrifiants solides ou de débris dans des structures préalablement usinées. Bien que ces méthodes présentent des avantages, certaines requièrent des étapes de traitement préalables des structures (usinage). Il peut s'avérer également difficile avec certaines d'entre elles de contrôler de manière uniforme et répétable la déposition de composants.

[0009] On connait également de la demande internationale WO2021/005564 un ensemble horloger comprenant au moins deux éléments en contact et mobiles relativement l'un par rapport à l'autre, l'un des éléments présentant au moins une surface de contact destinée à frotter contre au moins une surface de contact de l'autre élément dans des conditions de lubrification sèche, l'une au moins des surfaces de contact étant recouverte d'un revêtement hydrophobe présentant un angle de contact avec l'eau supérieur à 90°, de préférence supérieur à 100°, et de préférence supérieur à 110°, et un coefficient de friction inférieur à 0.15, de préférence inférieur à 0.12, et de préférence inférieur à 0.1, la variation dudit coefficient de friction en fonction de l'humidité relative étant inférieure à 25%, de préférence inférieure à 10%, et de préférence inférieure à 5%. Les lubrifiants secs présentent cependant l'inconvénient d'offrir généralement une capacité de réduction de la friction inférieure à celle des lubrifiants liquides, pouvant entraîner alors une usure plus rapide des éléments.

[0010] L'invention vise à remédier à ces problèmes en proposant un procédé de réalisation d'un élément horloger destiné à venir en contact par frottement avec une autre élément de contact dépourvu de fluor, un ensemble horloger comprenant des éléments horlogers de contact non fluorés ainsi qu'une montre comprenant un tel ensemble horloger, offrant des propriétés tribologiques (frottement, usure) améliorées, ou à tout le moins équivalentes à celles obtenues avec un revêtement épilame.

[0011] Le procédé de réalisation selon l'invention a également pour objet de permettre de réaliser un élément horloger non fluoré de manière simple, rapide et précise.

[0012] L'invention a également pour objet de proposer un ensemble horloger comprenant des éléments horlogers de contact non fluorés et une montre comprenant un tel ensemble horloger destiné à être utilisé en condition de lubrification humide.

Résumé de l'invention

[0013] Dans ce dessein, l'invention concerne dans un premier aspect un procédé de réalisation d'un élément horloger, dans un deuxième aspect un ensemble comprenant une surface de contact destinée à être en contact par frottement avec une surface de contact d'un autre élément horloger et dans un troisième aspect une montre comprenant un tel ensemble. Ces trois aspects de l'invention étant conformes à l'objet des revendications.

Brève description des figures

[0014] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée de l'invention qui va suivre, donnée à titre d'exemple et faite en référence aux figures annexées dans lesquelles :

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la figure 1 est un logigramme relatif au procédé de réalisation d'un élément horloger comprenant une surface de contact structurée destinée à être en contact par frottement avec une surface de contact d'un autre élément horloger, selon un mode de réalisation de l'invention ;

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la figure 2 est une vue schématique d'un exemple de cet élément horloger pourvu d'une telle surface, selon le mode de réalisation de l'invention.

Description détaillée de l'invention

[0015] En référence aux figures 1 et 2, cette invention porte sur un procédé de réalisation ou de fabrication d'un élément horloger 1 comprenant une surface de contact 2 comprenant un revêtement structuré. Une telle surface 2 également appelée une surface de contact 2 structurée. Cette surface 2 est destinée à être en contact par frottement avec une surface de contact 2 d'un autre élément horloger. Autrement dit, cette surface de contact 2 est une surface du corps 4 de l'élément horloger 1 qui se distingue des autres surfaces du corps 4 de cet élément 1, en ce que cette surface est spécifiquement prévue pour participer à la réalisation de la fonction attendue de cet élément horloger 1 en coopérant par exemple avec au moins une surface de contact 2 d'un autre élément horloger lorsque ces éléments horlogers sont des maillons d'une chaine cinématique.

[0016] Dans ce mode de réalisation de l'invention, cet élément horloger 1 peut être une pièce d'un objet tel qu'une pièce mécanique ou micromécanique en déplacement relatif par rapport à une autre pièce de cet objet en ayant sa surface de contact 2 qui coopère avec une surface de contact 2 d'un autre élément de cet objet. Un tel élément horloger 1 est notamment défini pour coopérer avec un autre élément horloger 1 pièce mécanique au niveau de surfaces de contact et ce, grâce en particulier à l'utilisation d'un lubrifiant ayant pour rôle de séparer les surfaces en contact en déplacement relatif tout en réduisant les dissipations d'énergie et l'usure. Cet élément horloger 1 peut être à titre d'exemple une pièce mécanique d'un mouvement horloger autrement appelée „pièce mécanique horlogère“. Une telle pièce mécanique horlogère peut être une roue dentée ou encore une roue d'échappement, une ancre ou encore tous autres pièces pivotées comme les arbres.

[0017] Pour ce faire, un tel procédé comprend une étape de construction 10 d'une ébauche dudit élément horloger 1 comportant au moins une surface de contact 2. Cette étape 10 du procédé comprend une sous-étape d'édification 11 d'un corps de ladite ébauche. Une telle sous-étape 11 peut par exemple prévoir la mise en œuvre d'un processus de gravure de couches/substrats à base par exemple d'une matière comme le silicium de manière similaire au processus effectué dans le document WO9815504A1. Cette sous-étape 11 peut aussi prévoir de manière alternative la réalisation de ce corps de l'ébauche selon un processus de fabrication du corps de cette ébauche en silicium renforcé selon la technologie mise en œuvre dans le document CH701499A2. Dans une autre alternative, cette sous-étape peut également prévoir la mise en œuvre d'une technologie d'impression en trois dimensions pour la réalisation de ce corps de l'ébauche comme par exemple celle décrite dans le document WO2019106407A1. Ce corps de l'ébauche est préférentiellement réalisé dans une matière amagnétique et/ou avoir un indice de perméabilité magnétique faible voire nul. Cette matière peut être de manière non limitative et non exhaustive:

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Verres: silice fondue, quartz fondu, aluminosilicate, borosilicate, etc;

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Matériaux sous forme cristalline ou polycristalline: Silicium, Germanium, carbure de Silicium, nitrure de Silicium, quartz, etc;

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Matériaux cristallins: rubis, saphir, diamant, etc;

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Matériaux céramiques et vitrocéramiques;

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Matériaux polymères y compris les verres organiques comme les polycarbonates ou les acryliques;

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Matériaux métalliques sous formes cristalline ou amorphe.

[0018] Un tel corps de l'ébauche présente la forme ainsi que toutes les caractéristiques de cet élément horloger 1 pourvu d'au moins une surface de contact 2.

[0019] Ainsi dans ce contexte, le procédé comprend donc une étape de transformation 12 de ladite ébauche en l'élément horloger 1 comprenant une une surface de contact 2 structurée 2.

[0020] Pour ce faire cette étape 12 comprend une sous-étape de formation 13 d'un revêtement 3 sur la surface de contact 2 de cette ébauche. Cette sous-étape 13 comprend une phase de dépôt 14 d'au moins une couche formée de métaux, d'oxydes métalliques ou d'un mélange de ceux-ci sur la surface de contact 2, et ce sur une partie de cette surface ou la totalité de cette dernière. Cette couche, qui est de préférence un film, est déposée dans des conditions contrôlées de sorte à texturer ou structurer la surface de contact 2 en formant des rugosités nanométriques sur ladite surface pour conférer un caractère hydrophobe au revêtement.

[0021] Cette phase de dépôt 14 de ladite au moins une couche peut être réalisée à partir de méthodes chimiques ou physiques de dépôt utilisant de manière non limitative et non exhaustive les technologies de dépôt suivantes:

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dépôt chimique de couche en phase vapeur (plus connue sous l'acronyme CVD pour „chemical vapor deposition“);

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dépôt de couche atomique (plus connue sous l'acronyme ALD pour „atomic layer deposition“), mettant en œuvre par exemple les procédés Plasma-ALD (acronyme P-ALD) ou encore Thermal-ALD (acronyme T-ALD);

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dépôt de couche moléculaire (plus connue sous l'acronyme MLD pour „molecular layer deposition“);

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dépôt de couche par pulvérisation cathodique (plus connue sous la dénomination en langue anglaise „sputtering method“);

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une combinaison d'au moins deux de ces types de technologie de dépôt de couche.

[0022] Dans le présent mode de réalisation, la méthode mise en œuvre lors de cette phase 14 prévoit l'utilisation de la technologie du dépôt de couche atomique ALD. Bien évidemment, les autres types de technologie peuvent être également mises en œuvre seule ou en combinaison avec d'autres dans le cadre de cette invention.

[0023] Ainsi que nous l'avons évoqué, la couche déposée à partir de cette méthode à une surface de contact 2 texturée comprenant des rugosités nanométriques conférant un caractère hydrophobe audit revêtement. Par „hydrophobe“, on entend, au sens de la présente invention, un matériau ayant un angle de contact statique avec l'eau supérieur à 100°, de préférence supérieur à 120°. On notera que l'angle de contact est mesuré par dépôt d'une goutte d'eau sur une surface plane du matériau et mesure de l'angle que fait la tangente de la goutte avec le matériau.

[0024] Ainsi, grâce à la technique de dépôt employée et le type de matériau mis en œuvre, l'élément horloger 1 est réalisé/fabriqué rapidement, aisément et de manière précise tout en offrant des propriétés tribologiques améliorée. La texturation de la surface de contact 2 par l'intermédiaire d'un revêtement pourvu de rugosités dont la forme peut être contrôlée en fonction de l'accroche souhaitée assure ainsi une accroche du lubrifiant optimale et durable pour empêcher ce dernier de fuir. De plus, la couche est réalisée directement sur la surface de contact 2 de l'élément horloger 1, aucune couche d'accroche intermédiaire n'étant nécessaire. Par ailleurs, le dépôt est réalisé sans usinage ou texturation préalable de la surface de contact 2.

[0025] Afin d'augmenter le caractère hydrophobe du revêtement, la couche déposée est avantageusement constituée d'un matériau hydrophobe. Une telle couche de matériau hydrophobe est déposée pour présenter des rugosités de forme sensiblement conique, les rugosités présentant elles-mêmes des rugosités nanométriques (nanocônes). Selon une configuration préférée, la couche déposée sera structurée pour présenter une structure de feuille de lotus. Avantageusement, la couche de matériau hydrophobe est déposée par la méthode de dépôt de couche atomique thermique (T-ALD), sous des conditions contrôlées pour former des rugosités nanométriques sur la surface comme venant d'être décrit.

[0026] Selon une variante de réalisation, la couche déposée peut être constituée d'un matériau hydrophile. Dans ce cas, afin de conférer le caractère hydrophobe à la couche, celle-ci sera déposée nécessairement par la méthode de dépôt de couche atomique thermique (T-ALD). Le matériau privilégié sera l'oxyde d'aluminium. Bien que considéré comme matériau hydrophile, les couches T-ALD Al<2>O<3>présentent une surface hydrophobe. Le dépôt de la couche hydrophile sera contrôlé de manière à texturer la surface du substrat pour former des rugosités nanométriques de forme sensiblement conique, les rugosités présentant elles-mêmes des rugosités nanométriques (nanocônes). Selon une configuration préférée, la couche déposée est structurée pour présenter une structure de feuille de lotus, la structure de feuille de lotus présentant une rugosité hiérarchique de la surface conjointement microscopique et nanoscopique.

[0027] La couche déposée est formée d'oxydes métalliques choisis dans le groupe constitué de l'oxyde d'aluminium (Al<2>O<3>), de l'oxyde de silicium (SiO<2>) et de l'oxyde de titane (TiO<2>) et leurs mélanges. Le matériau privilégié sera cependant l'oxyde d'aluminium.

[0028] Un autre aspect de l'invention concerne un ensemble horloger comprenant un premier élément horloger 1 et un deuxième élément horloger 1. Ces éléments horlogers sont mobiles l'un par rapport à l'autre.

[0029] Dans ce contexte, le premier élément comprend une première surface de contact 2 destinée coopérer par frottement avec une deuxième surface de contact 2 du deuxième élément horloger 1. Dans cette configuration, l'une au moins des première et deuxième surfaces de contact est recouverte d'un revêtement hydrophobe. Un tel revêtement comprend au moins une couche mince d'épaisseur nanométrique formée de métaux, d'oxydes métalliques ou d'un mélange de ceux-ci sur la totalité ou une partie de cette surface de contact 2. Cette couche présente de préférence des rugosités nanométriques structurées pour conférer le caractère hydrophobe audit revêtement.

[0030] Ainsi que nous l'avons vu, cette couche est constituée d'un matériau hydrophobe. Une telle configuration de cette couche a pour avantage d'augmenter le caractère hydrophobe du revêtement.

[0031] Par ailleurs, cette couche de matériau présente des rugosités nanométriques sur la surface. Ces rugosités ont chacune une forme sensiblement conique. On notera que ces rugosités comportent elles-mêmes des rugosités nanométriques notamment des nanocônes. Selon une configuration préférée, cette couche présente une structure de feuilles de lotus.

[0032] De manière alternative, cette couche peut être constituée d'un matériau hydrophile présentant des rugosités nanométriques structurées pour conférer le caractère hydrophobe à la couche. Dans ce contexte, la couche présente des rugosités de forme sensiblement conique, ces rugosités présentant elles-mêmes des rugosités nanométriques notamment des nanocônes. Selon une configuration préférée, la couche présente une structure de feuilles de lotus. Dans cet exemple de réalisation, le caractère hydrophobe de la couche est conféré par la structure même de la couche.

[0033] Dans cet ensemble horloger, cette couche comprise sur la surface de contact 2 de l'élément horloger 1, est constituée d'oxydes métalliques choisis dans le groupe constitué de l'oxyde d'aluminium (Al<2>O<3>), de l'oxyde de silicium (SiO<2>) et de l'oxyde de titane (TiO<2>) et leurs mélanges, et de manière préférée d'oxyde d'aluminium.

[0034] Une telle couche présente une épaisseur inférieure à 15 nm et de préférence inférieure à 5 nm.

[0035] Ainsi que nous l'avons vu dans ce mode de réalisation, l'élément horloger 1 comprend donc une surface de contact 2 destinée à être en contact par frottement avec une surface de contact 2 d'un autre élément horloger 1. Cet élément horloger 1 est réalisé/fabriqué suivant le procédé constituant un premier aspect de cette invention.

[0036] L'invention concerne également dans un autre aspect, une montre comprenant un tel ensemble horloger tel que décrit précédemment.

Claims

1. Procédé de réalisation d'un élément horloger (1) comprenant une surface de contact (2) destinée à être en contact par frottement avec une surface de contact d'un autre élément horloger, ledit procédé comprenant une étape de construction (10) d'une ébauche dudit élément horloger (1) comportant une surface de contact (2) et une étape de transformation (12) de cette surface de contact (2) en une surface de contact (2) structurée, ladite étape (12) comprenant la formation (13) d'un revêtement (3) sur la surface de contact (2) de l'ébauche lors de laquelle un dépôt (14) d'au moins une couche de matériau est effectué sur la surface de contact (2) par une méthode de dépôt chimique et/ou physique de couche, la couche étant déposée dans des conditions contrôlées de sorte à texturer la surface de contact (2) en formant des rugosités nanométriques sur ladite surface (2) pour conférer un caractère hydrophobe au revêtement (3).

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche déposée est constituée d'un matériau hydrophobe.

3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la couche déposée est constituée d'un matériau hydrophile.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau est formé de métaux, d'oxydes métalliques ou d'un mélange de ceux-ci.

5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le matériau est formée d'oxydes métalliques choisis dans le groupe constitué de l'oxyde d'aluminium (Al<2>O<3>), de l'oxyde de silicium (SiO<2>) et de l'oxyde de titane (TiO<2>) et leurs mélanges.

6. Procédé de réalisation d'un élément horloger (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la couche est déposée pour former un revêtement ayant une structure de feuille de lotus.

7. Procédé de réalisation d'un élément horloger (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel ladite méthode est une méthode de dépôt de couche atomique (ALD).

8. Procédé de réalisation d'un élément horloger (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la couche est déposée sur la surface par la méthode de dépôt de couche atomique thermique (T-ALD).

9. Procédé de réalisation d'un élément horloger (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de formation du revêtement (3) est effectuée sur la totalité de la surface de contact (2) ou sur une partie de cette surface (2).

10. Ensemble horloger comprenant un premier élément horloger et un deuxième élément horloger, mobiles l'un par rapport à l'autre, le premier élément comprenant une première surface de contact destinée à frotter avec une deuxième surface de contact du deuxième élément horloger, l'une au moins des première et deuxième surfaces de contact (2) étant recouverte d'un revêtement (3) comprenant au moins une couche mince, d'épaisseur nanométrique, formée de métaux, d'oxydes métalliques ou d'un mélange de ceux-ci sur de la surface de contact (2), ladite couche présentant des rugosités nanométriques structurées pour conférer un caractère hydrophobe au revêtement.

11. Ensemble horloger selon la revendication 10, dans lequel la couche est constituée d'un matériau hydrophobe.

12. Ensemble horloger selon la revendication 10, dans lequel la couche est constituée d'un matériau hydrophile.

13. Ensemble horloger selon l'une quelconque des revendications 10 à 12, dans lequel la couche de matériau présente une structure de feuille de lotus.

14. Ensemble horloger selon l'une quelconque des revendications 10 à 13, dans lequel la couche est constituée d'oxydes métalliques choisis dans le groupe constitué de l'oxyde d'aluminium (Al<2>O<3>), de l'oxyde de silicium (SiO<2>) et de l'oxyde de titane (TiO<2>) et leurs mélanges, et de manière préférée d'oxyde d'aluminium.

15. Ensemble horloger selon l'une quelconque des revendications 10 à 14, dans lequel la couche est déposée par la méthode de dépôt de couche atomique (ALD), et en particulier par la méthode de dépôt de couche atomique thermique (T-ALD).

16. Ensemble horloger selon l'une quelconque des revendications 10 à 15, dans lequel le revêtement comprend au moins une couche mince, d'épaisseur nanométrique, formée de métaux, d'oxydes métalliques ou d'un mélange de ceux-ci sur la totalité de la surface de contact (2) ou sur une partie de cette surface.

17. Montre comprenant un ensemble horloger selon l'une quelconque des revendications 10 à 16.