EP3729201B1 - Unruh für uhr, und herstellungsverfahren einer solchen unruh - Google Patents

Unruh für uhr, und herstellungsverfahren einer solchen unruh

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EP3729201B1
EP3729201B1 EP18808035.2A EP18808035A EP3729201B1 EP 3729201 B1 EP3729201 B1 EP 3729201B1 EP 18808035 A EP18808035 A EP 18808035A EP 3729201 B1 EP3729201 B1 EP 3729201B1
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amorphous metal
zirconium
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Alexandre Haemmerli
François Gueissaz
Jean-Claude Martin
Lionel Paratte
Yves Winkler
Gianni Di Domenico
Pascal Winkler
Jean-Luc Helfer
Lionel TOMBEZ
Baptiste Hinaux
Donald William Corson
Michel Willemin
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Swatch Group Research and Development SA
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Swatch Group Research and Development SA
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    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/20—Compensation of mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/22—Compensation of mechanisms for stabilising frequency for the effect of variations of temperature
    • G04B17/222—Compensation of mechanisms for stabilising frequency for the effect of variations of temperature with balances
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
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    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/20—Compensation of mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/22—Compensation of mechanisms for stabilising frequency for the effect of variations of temperature
    • G04B17/227—Compensation of mechanisms for stabilising frequency for the effect of variations of temperature composition and manufacture of the material used

Definitions

  • the invention relates to a balance for a timepiece comprising a rim, a hub and at least one arm connecting the hub to said rim, at least part of the balance being made of a partially or totally amorphous metal alloy.
  • the present invention also relates to a method of manufacturing such a balance as well as a resonator comprising such a balance.
  • Such an amorphous metal alloy balance wheel is described for example in the published application EP 2 466 396 .
  • the balance wheel is associated with a steel balance spring and an amorphous iron-based metal alloy is used for the balance wheel, for its ferromagnetic properties.
  • the problem that the invention which is the subject of the application seeks to solve EP 2 466 396 therefore concerns the protection of the hairspring against external disturbing magnetic fields which are likely to affect the frequency stability of the resonator.
  • the present invention relates to another parameter that may affect the frequency stability of the resonator, and not addressed in the application EP 2 466 396 , namely thermal variations.
  • thermal variations vary the stiffness of the hairspring, as well as the geometries of the hairspring and the balance wheel, which modifies the spring constant and the inertia, and therefore the oscillation frequency.
  • Watchmakers have worked hard to have temperature-stable oscillators and several avenues have been explored/exploited, one of which earned a Nobel Prize for Charles-Edouard Council for the development of the Elinvar alloy whose modulus of elasticity increases with temperature and compensates for the increase in inertia of the balance wheel.
  • a resonator comprising a balance spring formed in a single-crystal quartz crystal and cooperating with a balance wheel in which the coefficient of expansion of the balance wheel is between +6 ppm.°C -1 and +12 ppm.°C -1 and the cutting angle of the balance wheel relative to the z axis of said single-crystal quartz crystal is between -5° and +5° in order to pair the balance wheel with the balance spring.
  • the balance wheel according to this document comprises titanium and/or durimphy and/or platinum.
  • the invention relates firstly to balance wheels for timepieces as defined in independent claims 1 and 2.
  • the elastic properties characteristic of at least partially amorphous metals are used to overmould or integrate functional and/or decorative elements in the rim and/or at the arms and/or at the hub, for example by means of corresponding inserts placed in the mould before the introduction of the metal alloy heated between its glass transition temperature and its crystallisation temperature to be at least partially amorphous.
  • the method of the invention may comprise a step of overmolding the first inertia adjustment elements 10 in the felloe 2, by means of inserts placed in the mold before the introduction of the metal alloy heated between its glass transition temperature and its crystallization temperature to be at least partially amorphous and overmolded.
  • the method of the invention may also comprise a step of overmolding the flexible centering elements 16, 17 on the hub 4, on its inner periphery or on its surface.
  • the method of the invention may also comprise a step of overmolding the third flexible inertia adjustment elements 19, 20, 22a, 22b in the arm 8.
  • the molding process also allows for the provision of a mold that has microstructures forming a decoration or a photonic network so as to obtain the structured surface states on the arms and/or the hub and/or the rim as described above. It is also possible to add a logo to the mold.
  • the present invention also relates to a resonator comprising a balance wheel as defined above and a monocrystalline quartz hairspring.

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Claims (21)

  1. Unruh (1) für Zeitmesser, mit einer Felge (2), einer Nabe (4) und mindestens einem Arm (8), der die Nabe (4) mit der Felge (2) verbindet, wobei mindestens ein Teil der Unruh (1) aus einer zumindest teilweise amorphen Metalllegierung besteht, die auf einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Zirkonium und Titan basiert und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 7 ppm/°C und 12 ppm/°C aufweist, wobei die Nabe (4) und der Arm (8) aus der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung bestehen und die Felge (2) aus einem ersten Material mit einer höheren Dichte als die zumindest teilweise amorphe Metalllegierung gefertigt ist.
  2. Unruh (1) für Zeitmesser, mit einer Felge (2), einer Nabe (4) und mindestens einem Arm (8), der die Nabe (4) mit der Felge (2) verbindet, wobei mindestens ein Teil der Unruh (1) aus einer zumindest teilweise amorphen Metalllegierung besteht, die auf einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Zirkonium und Titan basiert und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 7 ppm/°C und 12 ppm/°C aufweist, wobei in der Unruh die Felge (2), die Nabe (4) und der Arm (8) aus der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung bestehen und wobei die Felge (2) überformte erste Trägheitseinstellelemente (10) umfasst, wobei die ersten Trägheitseinstellelemente (10) aus einem zweiten Material bestehen, dessen Dichte größer ist als die Dichte der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung.
  3. Unruh (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (2) überformte erste Trägheitseinstellelemente (10) umfasst, wobei die ersten Trägheitseinstellelemente (10) aus einem zweiten Material bestehen, dessen Dichte größer ist als die Dichte der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung.
  4. Unruh (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (2) Betten (12) für zweite Trägheits- und/oder Unwuchteinstellelemente (14, 15) aufweist.
  5. Unruh (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Felge (2) Aufnahmen (12) für dekorative und/oder lumineszierende Elemente aufweist.
  6. Unruh (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabe (4) integrierte elastische Zentrierelemente (16, 17) aufweist.
  7. Unruh (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die integrierten elastischen Zentrierelemente (16) am Innenumfang der Nabe (4) vorgesehen sind.
  8. Unruh (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Arm (8) dritte integrierte elastische Trägheitseinstellelemente (19, 20, 22a, 22b) trägt.
  9. Unruh (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entweder der Arm (8), die Felge (2) oder die Nabe (4) einen strukturierten Oberflächenzustand aufweist.
  10. Unruh (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise amorphe Metalllegierung auf Platin basiert und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 8 ppm/°C und 12 ppm/°C aufweist.
  11. Unruh (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise amorphe Metalllegierung auf Platinbasis in Atom-%-Anteilen zusammengesetzt ist aus:
    - einer Platinbasis, deren Gehalt den Rest bildet,
    - 13 bis 17 % Kupfer
    - 3 bis 7 % Nickel
    - 20 bis 25 % Phosphor.
  12. Unruh (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise amorphe Metalllegierung auf Zirkonium basiert und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 8 ppm/°C und 11 ppm/°C aufweist.
  13. Unruh (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise amorphe Metalllegierung auf Zirkoniumbasis in Atom- %-Anteilen zusammengesetzt ist aus:
    - einer Zirkoniumbasis, deren Gehalt den Rest bildet,
    - 14 bis 20 % Kupfer
    - 12 bis 13 % Nickel
    - 9 bis 11 % Aluminium
    - 2 bis 4 % Niobium.
  14. Unruh (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise amorphe Metalllegierung auf Titan basiert und einen Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen 8 ppm/°C und 11 ppm/°C aufweist.
  15. Unruh (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise amorphe Metalllegierung auf Titanbasis in Atom-%-Anteilen zusammengesetzt ist aus:
    - einer Titanbasis, deren Gehalt den Rest bildet,
    - 5 bis 45 % Cu
    - 2 bis 25 % Ni
    - 2 bis 30 % Zr
    - 2 bis 15 % Sn
    - 0 bis 5 % Si
    - 0 bis 5 % Hf.
  16. Verfahren zur Herstellung einer Unruh (1), umfassend eine Felge (2), eine Nabe (4) und mindestens einen Arm (8), der aus einer zumindest teilweise amorphen Metalllegierung hergestellt ist, basierend auf einem Element, das aus der Gruppe bestehend aus Platin, Zirkonium und Titan ausgewählt ist, nach Anspruch 2, umfassend die folgenden Schritte:
    a) Herstellen einer Form mit der Negativform der Unruh (1)
    b) Einbringen der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung in die Form, basierend auf einem Element, das aus der Gruppe bestehend aus Platin, Zirkonium und Titan ausgewählt ist, wobei die Metalllegierung auf eine Temperatur zwischen ihrer Glasübergangstemperatur und ihrer Kristallisationstemperatur erhitzt wird, um heißverformt zu werden.
    c) Kühlen der Metalllegierung mit einer Kühlrate, die so gewählt ist, dass eine Unruh (1) entsteht, die aus der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung auf Basis eines Elements aus der Gruppe bestehend aus Platin, Zirkonium und Titan hergestellt ist.
    d) Entformen der in Schritt c) erhaltenen Unruh (1) aus ihrer Form, wobei das Verfahren ferner einen Schritt des Überformens erster Trägheitseinstellelemente (10) in der Felge (2) umfasst.
  17. Verfahren zur Herstellung einer Unruh, umfassend eine Nabe und mindestens einen Arm, die aus einer zumindest teilweise amorphen Metalllegierung hergestellt sind, basierend auf einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Zirkonium und Titan, nach Anspruch 1, umfassend die folgenden Schritte:
    a) Herstellen einer Form mit der Negativform der Unruh
    a') Einsetzen einer Felge oder von Felgenelementen in die Form, die aus einem Material bestehen, das eine höhere Dichte als die Dichte der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung aufweist, basierend auf einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Zirkonium und Titan.
    b) Einführen der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung in die Form, basierend auf einem Element aus der Gruppe bestehend aus Platin, Zirkonium und Titan, wobei die Metalllegierung auf eine Temperatur zwischen ihrer Glasübergangstemperatur und ihrer Kristallisationstemperatur erwärmt wird, um heißverformt zu werden.
    c) Kühlen der Metalllegierung mit einer Kühlrate, die so gewählt ist, dass eine Unruh aus der zumindest teilweise amorphen Metalllegierung hergestellt wird, basierend auf einem Element aus der Gruppe bestehend aus Zirkonium und Titan.
    d) Entformen der in Schritt c) erhaltenen Unruh aus ihrer Form.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Überformens elastischer Zentrierelemente (16, 17) auf der Nabe (4) umfasst.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt des Überformens dritter elastischer Trägheitseinstellelemente (19, 20, 22a, 22b) im Arm (8) umfasst.
  20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Form Mikrostrukturen aufweist, die eine Dekoration oder ein photonisches Gitter bilden.
  21. Resonator, der eine Unruh nach einem der Ansprüche 1 bis 15 und eine monokristalline Quarzspiralfeder umfasst.
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Inventor name: HINAUX, BAPTISTE

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