EP3968096B1

EP3968096B1 - Composant de micromécanique, notamment un mobile d horlogerie, notamment un mobile d' échappement, avec surface de contact optimisée

Info

Publication number: EP3968096B1
Application number: EP20196229.7A
Authority: EP
Inventors: Serge Nicoud; Samuel VIGNIER; Sébastien RODER; Jean-Luc Helfer; Christian Charbon; Frédéric Kohler
Original assignee: ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Current assignee: ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Priority date: 2020-09-15
Filing date: 2020-09-15
Publication date: 2026-04-01
Anticipated expiration: 2040-09-15
Also published as: KR20230047479A; EP4214580B1; KR102848471B1; CN116018564B; CN116018564A; JP7649374B2; EP3968096A1; JP2023539069A; EP4214580A1; WO2022058159A1; US20230305492A1

Description

Domaine de l'invention

L'invention concerne un composant de micromécanique, notamment un mobile d'horlogerie avec surface de contact optimisée, notamment un mobile d'échappement.
L'invention concerne encore un mécanisme d'échappement d'horlogerie comportant au moins un mobile à caractère amagnétique constituant une roue d'échappement ou une ancre.
L'invention concerne le domaine des mécanismes d'horlogerie, et plus particulièrement des mécanismes d'échappement comportant au moins une roue d'échappement et au moins une ancre, dont au moins l'un d'eux est à caractère amagnétique.

Arrière-plan de l'invention

Dans les mécanismes d'échappement d'horlogerie à ancre suisse, les roues d'échappement à ancre suisse sont historiquement en acier nickelé, et sont sensibles aux champs magnétiques. Le document CH 514 873 A montre un composant horloger métallique revêtu de nickel.
On connaît des alternatives avec des matériaux comme le nickel-phosphore NiP12 mis en oeuvre par procédé « LIGA » (Lithographie und Galvano-Abformung », qui ont un comportement amagnétique.
Toutefois l'emploi de tels matériaux, nickel-phosphore, ou analogues, peut se révéler sensible dans certaines conditions climatiques, qui sont susceptibles d'entraîner une dégradation des performances, notamment en termes de régularité d'amplitude, d'arrêts, ou encore de vieillissement, surtout quand les deux composants antagonistes du couple de frottement sont réalisés dans des matériaux LIGA similaires. Le dépôt d'une couche d'or superficielle, quoique favorable à la stabilisation de l'amplitude, ne résout pas le problème global, voire aggrave le phénomène de vieillissement, et peut influer sur la stabilité de la marche.

Résumé de l'invention

L'invention se propose de résoudre le problème technique de la tenue du lubrifiant horloger habituel, et plus particulièrement de garantir un effet épilame, dans les conditions climatiques usuelles, sur des composants en LIGA NiP12, ou similaire, non ferromagnétique, en particulier sur des roues d'échappement à ancre suisse.
A cet effet, l'invention concerne un composant micromécanique avec surface de contact optimisée, notamment un mobile d'horlogerie, notamment un mobile d'échappement, selon la revendication 1.
L'invention concerne encore un mécanisme d'échappement d'horlogerie comportant au moins un tel mobile constituant une roue d'échappement ou une ancre.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

L'invention concerne le domaine des composants de micromécanique, et plus particulièrement des mobiles d'horlogerie.
L'invention se propose de résoudre notamment le problème technique de la tenue du lubrifiant horloger habituel, dans les conditions climatiques usuelles, sur des composants en LIGA NiP12, ou similaire, non ferromagnétique, en particulier sur des roues d'un mécanisme d'échappement à ancre suisse.
Le contact entre la levée en rubis de l'ancre et la dent de la roue d'échappement est particulièrement sensible.
Il s'agit en particulier de prévenir toute pollution de l'ancre, notamment de la fourchette d'ancre, et d'assurer la présence de lubrifiant sur les surfaces de contact de la roue d'échappement et de l'ancre, et de réduire le vieillissement de la roue d'échappement et de l'ancre.
Le problème principal est la perte d'effet épilame sur la planche de la roue d'échappement, qui provoque un étalement de l'huile et une perte de lubrification au contact entre la dent de la roue et la levée en rubis.
La stabilité de la lubrification au contact entre les levées de l'ancre et la roue d'échappement doit permettre de garantir la constance de l'amplitude.
A cet effet, l'ajout d'une couche de nickel galvanique (Ni), ou de nickel chimique (par exemple NiP6-9), ou encore de nickel-bore déposé par voie chimique, sur une roue d'échappement en LIGA NiP12 permet d'améliorer grandement les performances des mouvements. Il a été démontré par différents tests que cette amélioration notable est liée à une meilleure tenue de l'épilame en conditions climatiques, en particulier température et humidité, un meilleur accrochage de l'épilame sur la matière, quand la quantité de phosphore en surface est réduite, et la tenue du lubrifiant est d'autant meilleure que la quantité de phosphore est faible. Notamment le comportement tribologique d'une couche superficielle de nickel pur est meilleur que celui d'une couche NiP6-9, dont le comportement est lui-même meilleur que celui d'une couche NiP12 ou de NiP13.
Dans une variante, le revêtement de nickel galvanique peut être un alliage, par exemple Ni-Fe, ou Ni-W, ou autre.
Ainsi l'invention concerne un composant de micromécanique, notamment un mobile d'horlogerie.
Ce composant est avantageusement réalisable par un procédé de fabrication de mobile d'horlogerie, selon lequel on réalise un substrat avec un premier matériau comportant au moins du nickel et du phosphore, on met en forme ce substrat à la géométrie du mobile, et on effectue un revêtement du substrat, par voie galvanique et/ou chimique, au niveau d'au moins une surface du substrat du mobile, avec au moins un deuxième matériau de faible épaisseur, notamment inférieure à 10 micromètres, qui constitue la couche périphérique du mobile au niveau cette au moins une surface du substrat du mobile, et qui comporte au moins du nickel et qui est plus pauvre en phosphore que le premier matériau, ou qui comporte du nickel et est dépourvu de phosphore.
Plus particulièrement, ce premier matériau est amagnétique.
Plus particulièrement, ce deuxième matériau est amagnétique.
On remarque que le nickel n'est pas amagnétique, et que le NiP6-9% ne l'est pas forcément, c'est la faible épaisseur du dépôt qui conserve à la pièce son caractère amagnétique
Selon l'invention, le substrat est un nickel-phosphore de formulation NiPx, avec x compris entre 1% et 15% en masse, bornes comprises, ou plus particulièrement avec x compris entre 10% et 15% en masse, bornes comprises, cette dernière plage permettant de garantir le caractère amagnétique du revêtement.
Ce substrat est recouvert d'un revêtement pauvre en phosphore, selon l'invention, dont l'épaisseur est plus particulièrement et non limitativement comprise entre 0.2 micromètre et 5.0 micromètre, bornes comprises, et, plus particulièrement encore comprise entre 0.2 micromètre et 2.0 micromètre, bornes comprises.
Le traitement de recouvrement avec un revêtement pauvre en phosphore, selon l'invention, peut se faire par voie galvanique.
Il est possible d'appliquer un traitement thermique au substrat avant l'opération de dépôt, notamment galvanique, ou bien, encore, d'appliquer un traitement thermique à l'ensemble formé par le substrat et son revêtement après l'opération de dépôt, notamment galvanique.
Il est aussi possible d'appliquer un traitement chimique au substrat pour modifier ses caractéristiques superficielles de façon à faciliter l'accroche du revêtement, notamment par voie galvanique.
En alternative, le traitement de recouvrement avec un revêtement pauvre en phosphore, selon l'invention peut se faire par voie chimique, selon un procédé d'application de nickel chimique, qui peut être du nickel pur, ou bien un nickel-phosphore pauvre en phosphore, par exemple de NiP6-9, avec de 6% à 9% en masse de phosphore, ou bien encore un nickel-bore NiB.
L'ajout d'une couche de nickel, ou de NiP6-9, ou de NiB, permet d'augmenter la stabilité de l'épilame en conditions climatiques, l'accroche de l'épilame et donc la tenue de n'importe quel lubrifiant horloger usuel.
Plus particulièrement, l'épilame utilisé est une formulation à base de fluor.
Le lubrifiant peut, encore, être déposé sur un mobile d'échappement avec un complément sous forme d'une pâte à base de bisulfure de molybdène MoS2, qui joue le rôle de lubrifiant et d'éponge à lubrifiant.
De façon avantageuse, le mobile d'échappement concerné a une géométrie permettant de réduire au minimum les surfaces de contact, par exemple on privilégie l'emploi d'une ancre bercée, qui est une ancre dont les faces actives de la fourchette, destinées à venir en contact avec l'ellipse et les butées, sont arrondies, ce qui permet d'avoir un point de contact à la place d'une ligne de contact.
Une réalisation innovante de mécanisme d'échappement comporte une ancre en LIGA, ou une ancre dont au moins les palettes sont en LIGA. Dans un tel cas, les parties en LIGA de l'ancre sont soumises au même problème, et la même solution est applicable.
L'invention permet de garantir des conditions de vieillissement normal, une constance de l'amplitude, et l'absence d'arrêt, notamment en présence d'ancres en nickel-phosphore LIGA bercées, lesquelles assurent une meilleure tenue au choc que des ancres en silicium, par exemple.
Ainsi, de façon préférée, on met en œuvre un procédé de fabrication d'un tel composant de micromécanique, notamment un mobile d'horlogerie, selon lequel :

on fabrique un substrat avec un premier matériau comportant au moins du nickel et du phosphore, et
on effectue un revêtement de ce substrat, au niveau d'au moins une surface du substrat du mobile, avec au moins un deuxième matériau qui constitue la couche périphérique du mobile au niveau de cette au moins une surface du substrat ;
cet au moins un deuxième matériau comporte au moins du nickel, et est plus pauvre en phosphore que le premier matériau, ou bien cet au moins un deuxième matériau comporte du nickel et est dépourvu de phosphore.

Plus particulièrement, on effectue ce revêtement du substrat, au niveau d'au moins une surface jouxtant une surface frottante du mobile, avec cet au moins un deuxième matériau, qui constitue la couche périphérique du mobile au niveau de cette au moins une surface jouxtant une surface frottante. Par « jouxtant » on entend que les deux surfaces sont contiguës, ou au moins tangentes, leur intersection n'est pas vide, même si elle est limitée à un isthme de très petite section.
Un tel composant micromécanique, notamment un mobile d'horlogerie, comporte ainsi une surface de contact optimisée.
Ce composant de micromécanique, et plus particulièrement ce mobile d'horlogerie, comporte un substrat dans un premier matériau comportant au moins du nickel et du phosphore. Selon l'invention, ce substrat est recouvert, au niveau d'au moins une surface du substrat du mobile, par un revêtement d'un deuxième matériau comportant au moins du nickel et plus pauvre en phosphore que le premier matériau, ou comportant du nickel et étant dépourvu de phosphore, et le deuxième matériau constitue la couche périphérique du mobile au niveau de la au moins une surface du substrat.
Plus particulièrement, le revêtement du substrat recouvre le substrat au niveau de surfaces du mobile autres que les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique. Plus particulièrement encore, le revêtement du substrat recouvre le substrat au niveau de toutes les surfaces du mobile autres que les surfaces de guidage.
Plus particulièrement, le substrat est recouvert, au niveau d'au moins une surface jouxtant une surface frottante du mobile, par un revêtement d'un deuxième matériau comportant au moins du nickel et plus pauvre en phosphore que le premier matériau, ou comportant du nickel et étant dépourvu de phosphore, et le deuxième matériau constitue la couche périphérique du mobile au niveau de la au moins une surface jouxtant une surface frottante. Plus particulièrement, le revêtement du substrat recouvre le substrat au niveau de surfaces jouxtant des surfaces frottantes du mobile autres que les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique. Plus particulièrement encore, le revêtement du substrat recouvre le substrat au niveau de toutes les surfaces jouxtant des surfaces frottantes du mobile autres que les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique. Encore plus particulièrement, le revêtement du substrat recouvre le substrat au niveau de toutes les surfaces jouxtant des surfaces frottantes du mobile y compris les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique.
Plus particulièrement, le revêtement du substrat recouvre le substrat au niveau de toutes les surfaces du mobile y compris les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique.
Plus particulièrement, le premier matériau comporte uniquement du nickel et du phosphore.
Selon l'invention, le premier matériau comporte du phosphore avec une proportion en masse comprise entre 1% et 15%, bornes comprises. Plus particulièrement encore, le premier matériau est amagnétique et comporte du phosphore avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 10% et 15%, bornes comprises.
Plus particulièrement, on choisit le deuxième matériau avec une proportion en masse de phosphore inférieure ou égale à 15%. Plus particulièrement, on choisit le deuxième matériau amagnétique avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 10% et 15%, bornes comprises.
Dans une alternative, on choisit le deuxième matériau avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 6% et 12%, bornes comprises. Dans une autre alternative, on choisit le deuxième matériau avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 1% et 6%, bornes exclues. Dans une autre alternative encore, on choisit le deuxième matériau avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 0% et 1%, bornes comprises.
Plus particulièrement, le deuxième matériau comporte uniquement du nickel et du phosphore.
Plus particulièrement, le deuxième matériau comporte du bore. Plus particulièrement encore, le deuxième matériau comporte uniquement du nickel et du bore.
Plus particulièrement, le deuxième matériau est constitué de nickel pur.
Plus particulièrement, le deuxième matériau a une épaisseur inférieure à 10 micromètres. Plus particulièrement encore, le deuxième matériau a une épaisseur inférieure à 5 micromètres. Encore plus particulièrement, le deuxième matériau a une épaisseur comprise entre 0.2 micromètre et 2.0 micromètres, bornes comprises.
Dans une autre variante encore, on applique le deuxième matériau avec une épaisseur comprise entre zéro et 0.2 micromètre, bornes exclues, notamment au voisinage de 0.1 micromètre.
L'invention concerne encore un mécanisme d'horlogerie, notamment mais non limitativement un mécanisme d'échappement. Dans cette application avantageuse, le mécanisme d'échappement d'horlogerie comporte au moins un tel mobile, constituant une roue d'échappement ou une ancre. Et ce mobile comporte un substrat avec un premier matériau comportant au moins du nickel et du phosphore, et dont le substrat est recouvert, au niveau de toutes les surfaces jouxtant les surfaces frottantes du mobile, par un revêtement d'un deuxième matériau comportant au moins du nickel et plus pauvre en phosphore que le premier matériau, ou comportant du nickel et étant dépourvu de phosphore, et le deuxième matériau constitue la couche périphérique du mobile au niveau des surfaces jouxtant les surfaces frottantes que comporte le mobile pour coopérer avec une ancre ou une roue d'échappement ou un balancier.

Claims

Mobile d'horlogerie comportant un substrat dans un premier matériau comportant au moins du nickel et du phosphore, avec une proportion de phosphore en masse comprise entre 1% et 15%, bornes comprises, ledit substrat étant recouvert, au niveau d'au moins une surface par un revêtement d'un deuxième matériau comportant au moins du nickel et plus pauvre en phosphore que ledit premier matériau, ou comportant du nickel et étant dépourvu de phosphore, et en ce que ledit deuxième matériau constitue la couche périphérique dudit mobile au niveau de ladite au moins une surface du substrat dudit mobile.
Mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit substrat est recouvert, au niveau d'au moins une surface jouxtant une surface frottante dudit mobile, par un revêtement dudit deuxième matériau, qui constitue la couche périphérique dudit mobile au niveau de ladite au moins une surface jouxtant une surface frottante dudit mobile.
Mobile selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit premier matériau est amagnétique et comporte du phosphore avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 10% et 15%, bornes comprises.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit premier matériau comporte uniquement du nickel et du phosphore.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau est amagnétique et comporte une proportion en masse de phosphore comprise entre 10% et 15%, bornes comprises.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau comporte une proportion en masse de phosphore comprise entre 6% et 12%, bornes comprises.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau comporte une proportion en masse de phosphore comprise entre 1% et 6%, bornes exclues.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau comporte une proportion en masse de phosphore comprise entre 0% et 1%, bornes comprises.
Mobile selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau est dépourvu de phosphore.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau comporte uniquement du nickel et du phosphore.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau comporte du bore.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau comporte uniquement du nickel et du bore.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau est constitué de nickel pur.
Mobile selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau a une épaisseur inférieure à 10 micromètres.
Mobile selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau a une épaisseur inférieure à 5 micromètres.
Mobile selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit deuxième matériau a une épaisseur comprise entre 0.2 micromètre et 2.0 micromètres, bornes comprises.
Mécanisme d'échappement d'horlogerie comportant au moins un mobile selon l'une des revendications 1 à 16, constituant une roue d'échappement ou une ancre, caractérisé en ce que ledit mobile comporte le substrat avec le premier matériau comportant au moins du nickel et du phosphore, et dont ledit substrat est recouvert, au niveau de toutes les surfaces jouxtant des surfaces frottantes dudit mobile, par le revétement du deuxième matériau comportant au moins du nickel et plus pauvre en phosphore que ledit premier matériau, ou comportant du nickel et étant dépourvu de phosphore, et en ce que ledit deuxième matériau constitue la couche périphérique dudit mobile au niveau desdites surfaces jouxtant des surfaces frottantes que comporte ledit mobile pour coopérer avec une ancre ou une roue d'échappement ou un balancier.