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EP3273305B1 - Pièce pour mouvement d'horlogerie - Google Patents

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Publication number
EP3273305B1
EP3273305B1 EP16180228.5A EP16180228A EP3273305B1 EP 3273305 B1 EP3273305 B1 EP 3273305B1 EP 16180228 A EP16180228 A EP 16180228A EP 3273305 B1 EP3273305 B1 EP 3273305B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pivot
arbor
magnetic
pivots
movement
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP16180228.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3273305A1 (fr
Inventor
Christian Charbon
Alexandre Fussinger
Marco Verardo
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nivarox Far SA
Original Assignee
Nivarox Far SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nivarox Far SA filed Critical Nivarox Far SA
Priority to EP16180228.5A priority Critical patent/EP3273305B1/fr
Priority to JP2017135240A priority patent/JP6543659B2/ja
Priority to US15/651,295 priority patent/US11131965B2/en
Priority to RU2017125568A priority patent/RU2752293C2/ru
Priority to CN201710584232.XA priority patent/CN107632511B/zh
Publication of EP3273305A1 publication Critical patent/EP3273305A1/fr
Priority to HK18107787.2A priority patent/HK1248326A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of EP3273305B1 publication Critical patent/EP3273305B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G—PHYSICS
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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
    • G04B1/00—Driving mechanisms
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • 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
    • G04B1/00—Driving mechanisms
    • G04B1/10—Driving mechanisms with mainspring
    • G04B1/16—Barrels; Arbors; Barrel axles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C21/00—Alloys based on aluminium
    • C22C21/10—Alloys based on aluminium with zinc as the next major constituent
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    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
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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
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    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel
    • G—PHYSICS
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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
    • G04B17/32—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton
    • G—PHYSICS
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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
    • G04B43/00—Protecting clockworks by shields or other means against external influences, e.g. magnetic fields
    • G04B43/007—Antimagnetic alloys
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0069—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for working with non-mechanical means, e.g. chemical, electrochemical, metallising, vapourising; with electron beams, laser beams

Definitions

  • the invention relates to a part for a timepiece movement and in particular to a non-magnetic pivot pin for a mechanical timepiece movement and more particularly to a non-magnetic balance pin, anchor rod and escapement pinion.
  • the manufacture of a watchmaking pivot pin consists, from a hardenable steel bar, in performing bar-turning operations to define different active surfaces (bearing, shoulder, pivots, etc.) then in subjecting the bar-turned pin to heat treatment operations comprising at least one quench to improve the hardness of the pin and one or more tempers to improve its toughness.
  • the heat treatment operations are followed by a rolling operation of the axle pivots, an operation consisting in polishing the pivots to bring them to the required dimensions. During the rolling operation, the hardness and the roughness of the pivots are further improved. It will be noted that this rolling operation is very difficult or even impossible to perform with most materials whose hardness is low, that is to say less than 600HV.
  • Pivot axes for example balance axes, conventionally used in mechanical watch movements are made of free-cutting steel grades which are generally martensitic carbon steels including lead and manganese sulphides to improve their machinability.
  • a steel of this type designated 20AP is typically used for these applications.
  • This type of material has the advantage of being easily machinable, in particular of being suitable for bar turning and has, after quenching and tempering treatments, high mechanical properties which are very advantageous for the production of horological pivot axes.
  • These steels have in particular a high wear resistance and hardness after heat treatment.
  • the hardness of the pivots of an axle made of 20 AP steel can reach a hardness exceeding 700 HV after heat treatment and rolling.
  • this type of material has the disadvantage of being magnetic and of being able to disturb the rate of a watch after having been subjected to a magnetic field, and this in particular when this material is used for the production of a balance shaft cooperating with a spiral balance made of ferromagnetic material. This phenomenon is well known to those skilled in the art. It will also be noted that these martensitic steels are also sensitive to corrosion.
  • austenitic stainless steels which have the particularity of being non-magnetic, that is to say of the paramagnetic or diamagnetic or antiferromagnetic type.
  • these austenitic steels have a crystallographic structure that does not allow them to be quenched and to achieve hardnesses and therefore wear resistances compatible with the requirements required for the production of horological pivot axes.
  • One way to increase the hardness of these steels is work hardening, however this hardening operation does not make it possible to obtain hardnesses greater than 500 HV. Consequently, in the context of parts requiring high resistance to wear by friction and having to have pivots presenting little or no risk of deformation, the use of this type of steel remains limited.
  • a similar approach, described in the patent FR 2 015 873 , provides for the production of a balance shaft of which at least the main part is made of certain non-magnetic materials.
  • the pivots can be in this same material or in steel. It is also possible to provide for the deposition of an additional layer applied by galvanic or chemical means, or from the gaseous phase (for example in Cr, Rh, etc.). This additional layer presents a significant risk of delamination.
  • This document also describes a balance shaft made entirely of hardenable bronze. However, no information is given on the manufacturing process of the pivots. In addition, a part made of hardenable bronze has a hardness of less than 450 HV. Such a hardness appears to those skilled in the art as insufficient to carry out a treatment by rolling.
  • Requirement US 2004/231159 describes the use of a soft metal which can be hardened by "direct hardening" by ion implantation to produce an external element of a watch, such as a watch case, a bezel, a back, a bracelet, a clasp, or a crown.
  • hardening by ion implantation is described as generating rough surfaces, which could be detrimental to a pivot axis of a watch movement.
  • the object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks mentioned above by proposing a pivot axis making it possible both to limit the sensitivity to magnetic fields and to obtain an improved hardness compatible with the requirements of resistance to wear and shocks in the watchmaking field.
  • the invention also aims to provide a non-magnetic pivot pin having improved corrosion resistance.
  • Another object of the invention is to provide a non-magnetic pivot pin which can be manufactured in a simple and economical manner.
  • the invention relates to a pivot axis of a balance wheel, an anchor or an escapement pinion for a watch movement comprising at least one metal pivot at at least one of its ends.
  • the metal is a non-magnetic aluminum alloy in order to limit its sensitivity to magnetic fields, and at least the outer surface of said at least one pivot is hardened in depth relative to the core of the axle according to a predetermined depth .
  • the pivot pin makes it possible to combine advantages such as low sensitivity to magnetic fields, and in the main stress zones, hardness, in addition to good corrosion resistance. while maintaining good overall tenacity. Furthermore, the use of such a non-magnetic aluminum alloy is advantageous insofar as the latter have good machinability.
  • the invention relates to a clock movement comprising a pivot axis according to one of the preceding variants.
  • a surface area or the entire surface of the pivots is hardened without having to deposit a second material over the pivots.
  • the hardening is carried out directly in the material of the pivot pin, which advantageously allows, according to the invention, to avoid any subsequent delamination as can occur in the case of the deposition of a hard layer on the pin. .
  • the term “amagnetic” material means a paramagnetic or diamagnetic or antiferromagnetic material, the magnetic permeability of which is less than or equal to 1.01.
  • An aluminum alloy is an alloy containing at least 50% by weight of aluminum.
  • the invention relates to a part for a clock movement and in particular to a non-magnetic pivot axis for a mechanical clock movement.
  • non-magnetic balance shaft 1 a non-magnetic balance shaft 1.
  • other types of horological pivot shafts are possible, such as for example escapement pinion shafts, or more anchor rods.
  • Parts of this type have, at the level of the body, diameters preferably less than 2 mm, and pivots with a diameter less than preferably 0.2 mm, with an accuracy of a few microns.
  • a balance shaft 1 which comprises a plurality of sections 2 of different diameters, preferably formed by turning or any other machining technique by chip removal, and conventionally defining bearing surfaces 2a and shoulders 2b arranged between two end portions defining two pivots 3. These pivots are each intended to pivot in a bearing, typically in an orifice of a stone or ruby.
  • the metal 4 of the pivot 3 is a non-magnetic aluminum alloy in order to advantageously limit its sensitivity to magnetic fields.
  • at least the outer surface 5 of the pivots 3 ( Figure 2 ) is hardened in depth with respect to the rest of the pivot 3 according to a predetermined depth advantageously by means of an ion implantation process in order to offer, advantageously according to the invention, a high hardness at the level of said external surface while keeping high tenacity.
  • the outer surface hardened in depth of the pivots 3 has a hardness greater than 600 HV.
  • the non-magnetic aluminum alloy is chosen from the group comprising an aluminium-copper-lead alloy, an aluminium-silicon-magnesium-manganese alloy, an aluminium-zinc-magnesium-copper alloy, the proportions of the various elements of the alloys being chosen to give them non-magnetic properties as well as good machinability.
  • the aluminum alloy 7449 with the formula AIZn8Mg2Cu can also be used.
  • composition values are indicated in mass percentage.
  • the elements without indication of composition value are either the remainder (Aluminum) or elements for which the percentage in the composition is less than 1% by weight.
  • non-magnetic aluminum-based alloys can be envisaged when the proportion of their constituents gives them non-magnetic properties as well as good machinability.
  • a hardening depth of between 5% and 40% of the total diameter d of the pivots 3 is sufficient for application to a balance shaft.
  • the hardening depth is preferably around 15 ⁇ m all around the pivots 3.
  • a different hardening depth of between 5 % and 80% of the total diameter d can be provided.
  • the outer surface 5 hardened in depth of the pivots 3 comprises diffused atoms of at least one chemical element.
  • this chemical element can be a non-metal such as nitrogen, argon and/or helium.
  • the outer surface 5 of the pivot 3 comprises a hard surface layer but has no additional hardening layer deposited directly on said surface. external 5. It is obvious that other layers having no hardening function can be deposited. Thus, it is possible to deposit on the external surface of the pivot a layer of lubrication for example.
  • At least one superficial zone of the pivot is hardened, that is to say that the core of the pivots 3 and/or the rest of the axis, can remain little or not modified without significant modification of the mechanical properties of the balance shaft 1.
  • This selective hardening of the pivots 3 of the balance shaft 1 makes it possible to combine the advantages such as low sensitivity to magnetic fields, high hardness and toughness, in the main stress zones while having good resistance corrosion and fatigue.
  • Diffusion step b) comprises the diffusion of atoms of at least one chemical element, for example a non-metal, such as nitrogen, argon and/or helium.
  • a non-metal such as nitrogen, argon and/or helium.
  • the depth of hardening of the outer surface 5 can advantageously be increased using a heat treatment carried out during or after step b) of treatment by ion implantation.
  • the pivots 3 are rolled or polished after step b) in order to achieve the dimensions and the final surface condition desired for the pivots 3.
  • This rolling operation after treatment makes it possible to obtain axles having improved resistance to wear and shock compared to axles whose pivots have only undergone a hardening operation. Therefore, at least the outer surface 5 of the pivots 3 of the invention is rolled.
  • the method can be applied in bulk.
  • the compressive stresses of the process improve the fatigue resistance and the impact resistance.
  • the method according to the invention does not include any step of depositing, directly on the outer surface 5 of the pivot 3, an additional hardening layer.
  • the pivot pin according to the invention may comprise pivots treated as seen above or be made entirely of non-magnetic aluminum alloy.
  • the diffusion treatment of step b) can be carried out on the surface of the pivots or on all of the surfaces of the pivot axis.
  • the pivot axis according to the invention can be advantageously produced by bar turning or any other machining technique by removing chips from non-magnetic aluminum alloy bars with a diameter preferably less than 3 mm, and preferably less than 2 mm. mm.
  • Aluminum alloys are known to those skilled in the art for being too soft to be able to be rolled and for resistance to wear in motion.
  • the use of such materials according to the invention makes it possible, in a surprising and unexpected way, to achieve pivot axes with a hardness greater than 600 HV allowing rolling and satisfactory longevity in motion.
  • the process of the invention makes it possible to obtain a watchmaking pivot axis, at least the pivots of which are formed by bar turning (or any other machining technique by chip removal) and rolling from an alloy of non-magnetic aluminum.
  • the present invention is not limited to the example illustrated but is susceptible to various variants and modifications which will become apparent to those skilled in the art.
  • it can be envisaged to totally or almost totally treat the pivots 3, that is to say treat a percentage greater than 80% of the diameter d of the pivots 3 even if this is not necessary for the application.
  • pivot axes such as watch pendulum axes.

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Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention se rapporte à une pièce pour mouvement d'horlogerie et notamment à un axe de pivotement amagnétique pour un mouvement d'horlogerie mécanique et plus particulièrement à un axe de balancier, une tige d'ancre et un pignon d'échappement amagnétiques.
    • Arrière-plan de l'invention
  • La fabrication d'un axe de pivotement horloger consiste, à partir d'une barre en acier trempable, à réaliser des opérations de décolletage pour définir différentes surfaces actives (portée, épaulement, pivots etc.) puis à soumettre l'axe décolleté à des opérations de traitement thermique comprenant au moins une trempe pour améliorer la dureté de l'axe et un ou plusieurs revenus pour en améliorer la ténacité. Les opérations de traitements thermiques sont suivies d'une opération de roulage des pivots des axes, opération consistant à polir les pivots pour les amener aux dimensions requises. Au cours de l'opération de roulage la dureté ainsi que la rugosité des pivots sont encore améliorées. On notera que cette opération de roulage est très difficile voire impossible à réaliser avec la plupart des matériaux dont la dureté est faible c'est-à-dire inférieure à 600HV.
  • Les axes de pivotement, par exemple les axes de balancier, utilisés classiquement dans les mouvements d'horlogerie mécaniques sont réalisés dans des nuances d'aciers de décolletage qui sont généralement des aciers martensitiques au carbone incluant du plomb et des sulfures de manganèse pour améliorer leur usinabilité. Un acier de ce type désigné 20AP est typiquement utilisé pour ces applications.
  • Ce type de matériau a l'avantage d'être facilement usinable, en particulier d'être apte au décolletage et présente, après des traitements de trempe et de revenu, des propriétés mécaniques élevées très intéressantes pour la réalisation d'axes de pivotement horlogers. Ces aciers présentent en particulier une résistance à l'usure et une dureté après traitement thermique élevées. Typiquement la dureté des pivots d'un axe réalisé en acier 20 AP peut atteindre une dureté dépassant les 700 HV après traitement thermique et roulage.
  • Bien que fournissant des propriétés mécaniques satisfaisantes pour les applications horlogères décrites ci-dessus, ce type de matériau présente l'inconvénient d'être magnétique et de pouvoir perturber la marche d'une montre après avoir été soumis à un champ magnétique, et ce notamment lorsque ce matériau est utilisé pour la réalisation d'un axe de balancier coopérant avec un balancier spiral en matériau ferromagnétique. Ce phénomène est bien connu de l'homme du métier. On notera également que ces aciers martensitiques sont également sensibles à la corrosion.
  • Des essais pour tenter de remédier à ces inconvénients ont été menés avec des aciers inoxydables austénitiques qui présentent la particularité d'être amagnétiques c'est-à-dire du type paramagnétique ou diamagnétique ou antiferromagnétique. Toutefois, ces aciers austénitiques présentent une structure cristallographique ne permettant pas de les tremper et d'atteindre des duretés et donc des résistances à l'usure compatibles avec les exigences requises pour la réalisation d'axes de pivotement horlogers. Un moyen d'augmenter la dureté de ces aciers est l'écrouissage, toutefois cette opération de durcissement ne permet pas d'obtenir des duretés supérieure à 500 HV. Par conséquent, dans le cadre de pièces nécessitant une grande résistance à l'usure par frottement et devant avoir des pivots ne présentant pas ou peu de risque de déformation, l'utilisation de ce type d'aciers reste limitée.
  • Une autre approche pour tenter de remédier à ces inconvénients a consisté à déposer sur les axes de pivotements des couches dures de matériaux tels que le carbone amorphe connu sous la dénomination anglaise diamond like carbone (DLC). Or, on a constaté des risques importants de délamination de la couche dure et donc la formation de débris qui peuvent circuler à l'intérieur du mouvement horloger et venir perturber le fonctionnement de ce dernier, ce qui n'est pas satisfaisant.
  • Une approche similaire, décrite dans le brevet FR 2 015 873 , prévoit de réaliser un axe de balancier dont au moins la partie principale est réalisé en certains matériaux amagnétiques. Les pivots peuvent être dans ce même matériau ou en acier. Il est également possible de prévoir le dépôt d'une couche supplémentaire appliquée par voie galvanique, chimique, ou à partir de la phase gazeuse (par exemple en Cr, Rh, etc.). Cette couche supplémentaire présente un risque important de délamination. Ce document décrit également un axe de balancier fabriqué entièrement en bronze durcissable. Toutefois, aucune information n'est donnée sur le procédé de fabrication des pivots. De plus, une pièce réalisée en bronze durcissable présente une dureté inférieure à 450 HV. Une telle dureté apparait pour l'homme du métier comme insuffisante pour réaliser un traitement par roulage.
  • On connait également de la demande EP 2 757 423 des axes de pivotements réalisés en alliage de cobalt ou de nickel du type austénitique et présentant une surface externe durcie selon une certaine profondeur. Toutefois, de tels alliages peuvent s'avérer difficiles à usiner par enlèvement de copeaux. De plus, ils sont relativement coûteux en raison du prix élevé du nickel et du cobalt.
  • On connait également de la demande CH 707 504 des axes de pivotements réalisés en titane ou alliage de titane amagnétique et présentant une surface externe durcie selon une certaine profondeur.
  • La demande US 2004/231159 décrit l'utilisation d'un métal mou pouvant être durci par « durcissement direct » par implantation ionique pour réaliser un élément extérieur d'une montre, tel qu'une boite de montre, une lunette, un fond, un bracelet, un fermoir, ou une couronne. Toutefois, le durcissement par implantation ionique est décrit comme générant des surfaces rugueuses, qui pourraient être néfastes pour un axe de pivotement d'un mouvement horloger.
    • Résumé de l'invention
  • Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients cités précédemment en proposant un axe de pivotement permettant à la fois de limiter la sensibilité aux champs magnétiques et d'obtenir une dureté améliorée compatible avec les exigences de résistance à l'usure et aux chocs dans le domaine horloger.
  • L'invention a également pour but de fournir un axe de pivotement amagnétique ayant une résistance à la corrosion améliorée.
  • L'invention a encore pour but de fournir un axe de pivotement amagnétique qui puisse être fabriqué de manière simple et économique.
  • A cet effet, l'invention se rapporte à un axe de pivotement d'un balancier, d'une ancre ou d'un pignon d'échappement pour mouvement horloger comportant au moins un pivot en métal à au moins une de ses extrémités.
  • Selon l'invention, le métal est un alliage d'aluminium amagnétique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques, et au moins la surface externe dudit au moins un pivot est durcie en profondeur par rapport au coeur de l'axe selon une profondeur prédéterminée.
  • Par conséquent, une zone superficielle ou la totalité de la surface de l'axe est durcie c'est-à-dire que le coeur de l'axe peut rester peu ou pas modifié. Par ce durcissement sélectif de portions de l'axe, l'axe de pivotement permet de cumuler les avantages comme la faible sensibilité aux champs magnétiques, et dans les zones de contrainte principales, une dureté, en plus d'une bonne résistance à la corrosion tout en conservant une bonne ténacité générale. Par ailleurs l'utilisation d'un tel alliage d'aluminium amagnétique est avantageuse dans la mesure où ces derniers présentent une bonne usinabilité.
  • Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :
    • la profondeur prédéterminée représente entre 5% et 40% du diamètre d total du pivot, typiquement entre 5 et 35 microns;
    • la surface externe durcie en profondeur comporte des atomes diffusés d'au moins un élément chimique;
    • la surface externe durcie en profondeur comporte une dureté de préférence supérieure à 600 HV.
  • De plus, l'invention se rapporte à un mouvement d'horlogerie comprenant un axe de pivotement selon l'une des variantes précédentes.
  • Enfin, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un axe de pivotement comportant les étapes suivantes :
    1. a) former, de préférence par décolletage ou toute autre technique d'usinage par enlèvement de copeaux, un axe de pivotement d'un balancier, d'une ancre ou d'un pignon d'échappement comportant au moins un pivot en métal à au moins une de ses extrémités, ledit métal étant un alliage d'aluminium amagnétique, pour limiter sa sensibilité aux champs magnétiques;
    2. b) diffuser des atomes par un processus d'implantation ionique selon une profondeur prédéterminée au moins dans la surface externe dudit pivot afin de durcir en profondeur l'axe de pivotement au niveau des zones de contraintes principales tout en gardant une ténacité élevée.
  • Par conséquent, par diffusion d'atomes dans l'alliage d'aluminium, une zone superficielle ou la totalité de la surface des pivots est durcie sans avoir à déposer un deuxième matériau par-dessus les pivots. En effet, le durcissement est réalisé directement dans le matériau de l'axe de pivotement ce qui permet avantageusement selon l'invention d'éviter tout délaminage ultérieur comme cela peut se produire dans le cas du dépôt d'une couche dure sur l'axe.
  • Conformément à d'autres caractéristiques avantageuses de l'invention :
    • la profondeur prédéterminée représente entre 5% et 40% du diamètre d total du pivot ;
    • les atomes comportent au moins un élément chimique ;
    • les pivots sont roulés ou polis après l'étape b).
    Description sommaire des dessins
  • D'autres particularités et avantages 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 représentation d'un axe de pivotement selon l'invention ; et
    • la figure 2 est une coupe partielle d'un pivot d'axe de balancier selon l'invention après l'opération de traitement de diffusion par implantation ionique et après l'opération de roulage ou de polissage.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés
  • Dans la présente description, le terme matériau « amagnétique » signifie un matériau paramagnétique ou diamagnétique ou antiferromagnétique, dont la perméabilité magnétique est inférieure ou égale à 1.01.
  • Un alliage d'aluminium est un alliage contenant au moins 50% en poids d'aluminium.
  • L'invention se rapporte à une pièce pour mouvement d'horlogerie et notamment à un axe de pivotement amagnétique pour un mouvement d'horlogerie mécanique.
  • L'invention sera décrite ci-après dans le cadre d'une application à un axe de balancier amagnétique 1. Bien évidemment, d'autres types d'axes de pivotement horlogers sont envisageables comme par exemple des axes de pignons d'échappement, ou encore des tiges d'ancre. Les pièces de ce type présentent au niveau du corps des diamètres inférieurs de préférence à 2 mm, et des pivots de diamètre inférieur de préférence à 0.2 mm, avec une précision de quelques microns.
  • En se référant à la figure 1 on peut voir un axe de balancier 1 selon l'invention qui comporte une pluralité de sections 2 de diamètres différents, formées de préférence par décolletage ou toute autre technique d'usinage par enlèvement de copeaux, et définissant classiquement des portées 2a et des épaulements 2b arrangés entre deux portions d'extrémité définissant deux pivots 3. Ces pivots sont destinés à venir chacun pivoter dans un palier, typiquement dans un orifice d'une pierre ou rubis.
  • Avec le magnétisme induit par les objets rencontrés au quotidien, il est important de limiter la sensibilité de l'axe de balancier 1 sous peine d'influencer la marche de la pièce d'horlogerie dans laquelle il est incorporé.
  • De manière surprenante, l'invention permet de résoudre les deux problèmes en même temps sans compromis et en apportant d'autres avantages. Ainsi, le métal 4 du pivot 3 est un alliage d'aluminium amagnétique afin de limiter de manière avantageuse sa sensibilité aux champs magnétiques. De plus, au moins la surface externe 5 des pivots 3 (Figure 2) est durcie en profondeur par rapport au reste du pivot 3 selon une profondeur prédéterminée avantageusement au moyen d'un processus d'implantation ionique afin d'offrir, avantageusement selon l'invention, une dureté élevée au niveau de ladite surface externe tout en gardant une ténacité élevée.
  • En effet, selon l'invention, la surface externe durcie en profondeur des pivots 3 présente une dureté supérieure à 600 HV.
  • De préférence, l'alliage d'aluminium amagnétique est choisi parmi le groupe comprenant un alliage aluminium-cuivre-plomb, un alliage aluminium-silicium-magnésium-manganèse, un alliage aluminium-zinc-magnésium-cuivre, les proportions des différents éléments des alliages étant choisies pour leur conférer des propriétés amagnétiques ainsi qu'une bonne usinabilité.
  • Par exemple les alliages d'aluminium amagnétiques utilisés dans la présente invention, désignés selon la norme DIN EN-573-3, sont :
    • EN AW-2007 de formule AlCu4PbMgMn (désigné Avional Pb118)
    • EN AW-2011 de formule AlCu6BiPb (désigné Decoltal 500)
    • EN AW-6082 de formule AISi1 MgMn (désigné Anticorodal 100/112)
    • EN AW-7075 de formule AIZn5.5MgCu (désigné Perunal 215).
  • L'alliage d'aluminium 7449 de formule AIZn8Mg2Cu peut également être utilisé.
  • Les valeurs de composition sont indiquées en pourcentage massique. Les éléments sans indication de valeur de composition sont soit le reste (Aluminium) soit des éléments pour lesquels le pourcentage dans la composition est inférieur à 1% en poids.
  • Bien évidemment, d'autres alliages à base d'aluminium amagnétiques sont envisageables dès lors que la proportion de leurs constituants leur confère des propriétés amagnétiques ainsi qu'une bonne usinabilité.
  • Il a été montré empiriquement qu'une profondeur de durcissement comprise entre 5% et 40% de diamètre d total des pivots 3 suffit pour l'application à un axe de balancier. A titre d'exemple, si le rayon d/2 est de 50 µm, la profondeur de durcissement est préférentiellement autour de 15 µm tout autour des pivots 3. Bien évidemment, suivant les applications, une profondeur différente de durcissement comprise entre 5% et 80% du diamètre d total peut être prévue.
  • Préférentiellement selon l'invention, la surface externe 5 durcie en profondeur des pivots 3 comporte des atomes diffusés d'au moins un élément chimique. Par exemple, cet élément chimique peut être un non-métal comme de l'azote, l'argon et/ou l'hélium. En effet, comme expliqué ci-dessous, par sursaturation interstitielle d'atomes dans l'alliage d'aluminium amagnétique 4, une zone superficielle 5 est durcie en profondeur sans avoir à déposer un deuxième matériau par-dessus les pivots 3. En effet, le durcissement est réalisé directement dans le matériau 4 des pivots 3 ce qui permet avantageusement selon l'invention d'éviter tout délaminage ultérieur en cours d'utilisation. De ce fait, la surface externe 5 du pivot 3 comprend une couche superficielle dure mais ne présente aucune couche de durcissement supplémentaire déposée directement sur ladite surface externe 5. Il est bien évident que d'autres couches n'ayant pas de fonction de durcissement peuvent être déposées. Ainsi, il est possible de déposer sur la surface externe du pivot une couche de lubrification par exemple.
  • Par conséquent, au moins une zone superficielle du pivot est durcie c'est-à-dire que le coeur des pivots 3 et/ou le reste de l'axe, peut rester peu ou pas modifié sans modification notable des propriétés mécaniques de l'axe de balancier 1. Ce durcissement sélectif des pivots 3 de l'axe de balancier 1 permet de cumuler les avantages comme la faible sensibilité aux champs magnétiques, une dureté et une ténacité élevée, dans les zones de contrainte principales tout en ayant une bonne résistance à la corrosion et à la fatigue.
  • L'invention se rapporte également au procédé de fabrication d'un axe de balancier comme expliqué ci-dessus. Le procédé comporte avantageusement selon l'invention les étapes suivantes :
    1. a) former, de préférence par décolletage ou toute autre technique d'usinage par enlèvement de copeaux, un axe de balancier 1 comportant un pivot 3 en métal à chacune de ses extrémités, ledit métal étant un alliage d'aluminium amagnétique pour limiter sa sensibilité aux champs magnétiques et;
    2. b) diffuser des atomes par un processus d'implantation ionique selon une profondeur prédéterminée au moins dans la surface externe 5 des pivots 3 afin de durcir en profondeur les pivots au niveau des zones de contraintes principales.
  • L'étape b) de diffusion comprend la diffusion d'atomes d'au moins un élément chimique, par exemple un non-métal, comme de l'azote, l'argon et/ou l'hélium. Ce procédé possède l'avantage de ne pas limiter le type d'atomes diffusés et permettre une diffusion aussi bien interstitielle que substitutionnelle.
  • La profondeur de durcissement de la surface externe 5 peut avantageusement être augmentée à l'aide d'un traitement thermique effectué pendant ou après l'étape b) de traitement par implantation ionique.
  • Selon un mode préférentiel de réalisation, les pivots 3 sont roulés ou polis après l'étape b) afin d'atteindre les dimensions et l'état de surface finaux désirés pour les pivots 3. Cette opération de roulage après traitement permet d'obtenir des axes présentant une résistance à l'usure et aux chocs améliorée par rapport à des axes dont les pivots n'ont subi qu'une opération de durcissement. De ce fait, au moins la surface externe 5 des pivots 3 de l'invention est roulée.
  • Avantageusement selon l'invention, quel que soit le mode de réalisation, le procédé peut être appliqué en vrac. Enfin, avantageusement, il a été trouvé que les contraintes compressives du procédé améliorent la résistance à la fatigue et la tenue aux chocs.
  • Le procédé selon l'invention ne comprend aucune étape de dépôt, directement sur la surface externe 5 du pivot 3, d'une couche de durcissement supplémentaire.
  • L'axe de pivotement selon l'invention peut comprendre des pivots traités comme vu ci-dessus ou être réalisé entièrement en alliage d'aluminium amagnétique. De plus, le traitement de diffusion de l'étape b) peut être réalisé à la surface des pivots ou sur la totalité des surfaces de l'axe de pivotement.
  • L'axe de pivotement selon l'invention peut être réalisé avantageusement par décolletage ou toute autre technique d'usinage par enlèvement de copeaux à partir de barres en alliage d'aluminium amagnétique de diamètre de préférence inférieur à 3 mm, et préférentiellement inférieur à 2 mm. Les alliages d'aluminium sont connus de l'homme du métier pour être trop mous pour pouvoir être roulés et pour la tenue à l'usure en mouvement. Toutefois, l'utilisation de tels matériaux selon l'invention permet d'une manière surprenante et inattendue de réaliser des axes de pivotement présentant une dureté supérieure à 600 HV permettant d'effectuer un roulage et d'atteindre une longévité satisfaisante en mouvement. Pour réaliser la présente invention, l'homme du métier a dû vaincre le préjugé à utiliser un alliage à base d'aluminium amagnétique pour réaliser une pièce de très faibles dimensions au moyen d'un procédé comprenant une étape de décolletage (ou toute autre technique d'usinage par enlèvement de copeaux) et de roulage.
  • Contre toute attente, le procédé de l'invention permet d'obtenir un axe de pivotement horloger dont au moins les pivots sont formés par décolletage (ou toute autre technique d'usinage par enlèvement de copeaux) et roulage à partir d'un alliage d'aluminium amagnétique.
  • Bien entendu, la présente invention ne se limite pas à l'exemple illustré mais est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, il peut être envisagé de totalement ou quasi-totalement traiter les pivots 3, c'est-à-dire traiter un pourcentage supérieur à 80% du diamètre d des pivots 3 même si cela n'est pas nécessaire pour l'application à des axes de pivotements tels que des axes de balanciers horlogers.

Claims (15)

  1. Axe de pivotement (1) d'un balancier, d'une ancre ou d'un pignon d'échappement pour mouvement horloger comportant au moins un pivot (3) en métal à au moins une de ses extrémités, caractérisé en ce que le métal est un alliage d'aluminium amagnétique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques, et en ce qu'au moins la surface externe (5) dudit pivot (3) est durcie en profondeur par rapport au coeur de l'axe selon une profondeur prédéterminée.
  2. Axe de pivotement (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la profondeur prédéterminée représente entre 5% et 40% du diamètre total(d) du pivot (3).
  3. Axe de pivotement (1) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la surface externe (5) durcie en profondeur comporte des atomes diffusés d'au moins un élément chimique.
  4. Axe de pivotement (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la surface externe (5) durcie en profondeur présente une dureté supérieure à 600 HV.
  5. Axe de pivotement (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'alliage d'aluminium amagnétique est choisi parmi le groupe comprenant un alliage aluminium-cuivre-plomb, un alliage aluminium-silicium-magnésium-manganèse, un alliage aluminium-zinc-magnésium -cuivre.
  6. Axe de pivotement (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite surface externe (5) dudit pivot (3) ne présente aucune couche de durcissement déposée directement sur ladite surface externe.
  7. Axe de pivotement (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins la surface externe (5) dudit pivot (3) est roulée.
  8. Axe de pivotement (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend deux pivots.
  9. Mouvement pour pièce d'horlogerie, caractérisé en ce qu'il comprend un axe de pivotement (1) selon l'une des revendications précédentes.
  10. Mouvement pour pièce d'horlogerie caractérisé en ce qu'il comprend un axe de balancier (1), une tige d'ancre et/ou un pignon d'échappement comprenant un axe selon l'une des revendications 1 à 8.
  11. Procédé de fabrication d'un axe de pivotement (1) d'un balancier, d'une ancre ou d'un pignon d'échappement pour mouvement horloger comportant les étapes suivantes :
    a) former un axe de pivotement (1) comportant au moins un pivot (3) en métal à au moins une de ses extrémités, ledit métal étant un alliage d'aluminium amagnétique pour limiter sa sensibilité aux champs magnétiques,
    b) diffuser des atomes par un processus d'implantation ionique selon une profondeur prédéterminée au moins dans la surface externe (5) dudit pivot (3) afin de durcir en profondeur l'axe de pivotement (1) au niveau des zones de contraintes principales tout en gardant une ténacité élevée.
  12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la profondeur prédéterminée représente entre 5% et 40% du diamètre total (d) du pivot (3).
  13. Procédé selon l'une des revendications 11 ou 12, caractérisé en ce que l'étape de diffusion comprend la diffusion d'atomes d'au moins un élément chimique.
  14. Procédé selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il ne comprend aucune étape de dépôt, directement sur la surface externe (5) du pivot (3), d'une couche de durcissement.
  15. Procédé selon l'une des revendications 11 à 14, caractérisé en ce que le pivot (3) subit une opération de roulage/polissage après l'étape b).
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