CH706654A2

CH706654A2 - Main spring for barrel of timepiece, has metal strip whose external surface is hardened with respect to rest of strip according to preset depth in order to harden strip on level of main stress zones while maintaining low elastic modulus

Info

Publication number: CH706654A2
Application number: CH00912/12A
Authority: CH
Inventors: Christian Charbon; Maxime Govaerts; Cedric Von Gruenigen
Original assignee: Nivarox Sa
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2012-06-28
Publication date: 2013-12-31

Abstract

The main spring has a strip (3) made of metal e.g. austenitic steel (5), in order to limit sensitivity of the spring to magnetic field. An external surface (7) of the strip is hardened with respect to rest of the strip according to predetermined depth in order to harden the strip on level of main stress zones while maintaining low elastic modulus, where the predetermined depth is represented between 5 and 40 % of total thickness (e) of the strip. The hardened external surface comprises diffused atoms of non-metal e.g. nitrogen and/or carbon. An independent claim is also included for a method for manufacturing a main spring.

Description

Domaine de l’inventionField of the invention

[0001] L’invention se rapporte à un ressort-moteur pour une pièce d’horlogerie et notamment pour un ressort-moteur destiné à être intégré à un barillet. The invention relates to a motor spring for a timepiece and in particular for a motor spring intended to be integrated in a barrel.

Arrière-plan de l’inventionBackground of the invention

[0002] Il est connu d’utiliser le Nivaflex 45/5 pour former un ressort-moteur de barillet. Ce matériau offre une limite élastique élevée typiquement de 3100 MPa et un module élevé typiquement de 220 GPa. It is known to use the Nivaflex 45/5 to form a mainspring barrel. This material offers a high elastic limit typically of 3100 MPa and a high modulus typically of 220 GPa.

Résumé de l’inventionSummary of the invention

[0003] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie les inconvénients cités précédemment en proposant un ressort-moteur monobloc alternatif permettant à la fois de limiter la sensibilité aux champs magnétiques, d’obtenir un module élastique moins élevé tout en ayant dans les zones de contrainte principales une limite élastique améliorée. The object of the present invention is to overcome all or part of the drawbacks mentioned above by proposing an alternating monobloc motor spring for both limiting sensitivity to magnetic fields, to obtain a lower elastic modulus while having in the main stress zones an improved elastic limit.

[0004] A cet effet, l’invention se rapporte à un ressort-moteur comportant une lame en métal caractérisé en ce que le métal est de l’acier du type austénitique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques et en ce qu’au moins la surface externe de la lame est durcie par rapport au reste de la lame selon une profondeur prédéterminée afin de durcir la lame au niveau des zones de contrainte principales tout en gardant un bas module élastique. For this purpose, the invention relates to a motor spring comprising a metal blade characterized in that the metal is austenitic type steel to limit its sensitivity to magnetic fields and in that less the outer surface of the blade is cured relative to the remainder of the blade to a predetermined depth to harden the blade at the main stress zones while keeping a low elastic modulus.

[0005] Par conséquent, une zone superficielle ou la totalité de la lame est durcie c’est-à-dire que le cœur de la lame peut rester peu ou pas modifié. Par ce durcissement sélectif de la lame, le ressort-moteur permet de cumuler les avantages comme la faible sensibilité aux champs magnétiques, un module élastique peu élevé et, dans les zones de contrainte principales, une haute limite élastique, en plus d’une bonne résistance à la corrosion et à la fatigue. Therefore, a surface area where the entire blade is hardened that is to say that the heart of the blade can remain little or no change. By this selective hardening of the blade, the motor-spring allows to cumulate the advantages like the low sensitivity to the magnetic fields, a low elastic modulus and, in the zones of principal stress, a high elastic limit, in addition to a good resistance to corrosion and fatigue.

[0006] Conformément à d’autres caractéristiques avantageuses de l’invention: – la profondeur prédéterminée représente entre 5% et 40% de l’épaisseur e totale de la lame; – la surface externe durcie comporte des atomes diffusés d’au moins un non-métal comme de l’azote et/ou du carbone; – la surface externe durcie comporte une dureté supérieure à 1100 HV; – la surface externe durcie comporte une limite élastique supérieure à 3500 MPa. According to other advantageous features of the invention: The predetermined depth represents between 5% and 40% of the total thickness e of the blade; The hardened outer surface comprises diffused atoms of at least one non-metal such as nitrogen and / or carbon; The hardened outer surface has a hardness greater than 1100 HV; The hardened outer surface has an elastic limit greater than 3500 MPa.

[0007] De plus, l’invention se rapporte à un barillet pour une pièce d’horlogerie caractérisé en ce qu’il comprend un ressort-moteur selon l’une des variantes précédentes. In addition, the invention relates to a barrel for a timepiece characterized in that it comprises a motor spring according to one of the preceding variants.

[0008] Enfin, l’invention se rapporte à un procédé de fabrication d’un ressort-moteur comportant les étapes suivantes: a) former une lame à base d’acier du type austénitique pour limiter sa sensibilité aux champs magnétiques; b) diffuser des atomes selon une profondeur prédéterminée à la surface externe de la lame afin de durcir la lame au niveau des zones de contrainte principales tout en gardant un bas module élastique. Finally, the invention relates to a method of manufacturing a motor spring comprising the following steps: a) forming a steel-based blade of the austenitic type to limit its sensitivity to magnetic fields; b) scattering atoms at a predetermined depth to the outer surface of the blade to harden the blade at the main stress zones while keeping a low elastic modulus.

[0009] Par conséquent, par diffusion d’atomes dans l’acier, une zone superficielle ou la totalité de la lame est durcie sans avoir à déposer un deuxième matériau par-dessus la lame. En effet, le durcissement est réalisé directement dans le matériau de la lame ce qui permet avantageusement selon l’invention d’éviter tout délaminage postérieur. Therefore, by diffusion of atoms in the steel, a surface area or the entire blade is cured without having to deposit a second material over the blade. Indeed, the hardening is carried out directly in the material of the blade which advantageously allows according to the invention to avoid any subsequent delamination.

[0010] Conformément à d’autres caractéristiques avantageuses de l’invention: – la profondeur prédéterminée représente entre 5% et 40% de l’épaisseur totale e de la lame; – les atomes comportent au moins un non-métal comme de l’azote et/ou du carbone; – l’étape b) effectue un traitement thermochimique de diffusion; – l’étape b) effectue un processus d’implantation ionique et de traitement de diffusion; – la lame est enroulée lors de l’étape a) ou après l’étape b). According to other advantageous features of the invention: The predetermined depth represents between 5% and 40% of the total thickness e of the blade; The atoms comprise at least one non-metal such as nitrogen and / or carbon; Step b) carries out a thermochemical diffusion treatment; Step b) performs an ion implantation and diffusion treatment process; The blade is wound during step a) or after step b).

Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings

[0011] 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: <tb>la fig. 1<sep>est une représentation d’un ressort-moteur selon l’invention; <tb>la fig. 2<sep>est une coupe schématique d’un ressort-moteur selon l’invention.Other features and advantages will become apparent from the description which is given below, for information only and not limiting, with reference to the accompanying drawings, in which: <tb> fig. 1 <sep> is a representation of a mainspring according to the invention; <tb> fig. 2 <sep> is a schematic section of a motor spring according to the invention.

Description détaillée des modes de réalisation préférésDetailed Description of the Preferred Embodiments

[0012] L’invention se rapporte à un ressort-moteur comme pour un barillet d’une pièce d’horlogerie. Bien évidemment, d’autres applications nécessitant un ressort-moteur sont envisageables comme par exemple un automate. The invention relates to a motor spring as for a barrel of a timepiece. Of course, other applications requiring a mainspring are possible such as an automaton.

[0013] Le ressort-moteur 1 selon l’invention comporte une lame 3 en métal et préférentiellement enroulée sur elle-même. Lors de développements et de simulations, il a été trouvé que de tels ressorts-moteur subissent des contraintes qui sont essentiellement appliquées sur la surface externe de la lame 3, c’est-à-dire selon la longueur /, la hauteur h et l’épaisseur e. Ainsi, les contraintes diminuent depuis la surface externe jusqu’au centre de la lame 3 où les contraintes sont nulles. The motor spring 1 according to the invention comprises a blade 3 of metal and preferably wound on itself. During developments and simulations, it has been found that such motor springs undergo stresses which are essentially applied to the outer surface of the blade 3, that is to say along the length /, the height h and the thickness e. Thus, the stresses decrease from the outer surface to the center of the blade 3 where the stresses are zero.

[0014] Par conséquent, il a été trouvé que s’il était important que la lame 3 possède une haute limite élastique, il n’est pas nécessaire que cette valeur soit homogène et pouvait être limitée selon une profondeur prédéterminée de la surface externe. Therefore, it was found that if it was important that the blade 3 has a high yield point, it is not necessary that this value is homogeneous and could be limited to a predetermined depth of the outer surface.

[0015] De plus, avec le magnétisme induit par les objets rencontrés au quotidien, il est important de limiter la sensibilité des ressorts-moteur 1 sous peine d’influencer la marche de la pièce d’horlogerie dans lequel il est incorporé. Toutefois, un matériau à haute limite élastique est généralement très sensible aux champs magnétiques. In addition, with the magnetism induced by the objects encountered on a daily basis, it is important to limit the sensitivity of the motor springs 1 under penalty of influencing the operation of the timepiece in which it is incorporated. However, a high-yielding material is generally very sensitive to magnetic fields.

[0016] 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 5 est de l’acier du type austénitique et, préférentiellement, inoxydable, afin de limiter de manière avantageuse sa sensibilité aux champs magnétiques. De plus, au moins la surface externe 7 de la lame est durcie par rapport au reste de la lame selon une profondeur prédéterminée afin d’offrir, avantageusement selon l’invention, une haute limite élastique au niveau de ladite surface externe tout en gardant un bas module élastique. Surprisingly, the invention solves both problems at the same time without compromise and providing other benefits. Thus, the metal 5 is austenitic type steel and, preferably, stainless, in order to advantageously limit its sensitivity to magnetic fields. In addition, at least the outer surface 7 of the blade is hardened with respect to the remainder of the blade to a predetermined depth to advantageously according to the invention, a high elastic limit at said outer surface while maintaining a low elastic modulus.

[0017] En effet, selon l’invention, la limite élastique de la surface externe durcie 7 comporte une limite élastique comprise entre 3500 et 4500 MPa alors que le module élastique reste inférieur à 190 MPa pour un durcissement en surface supérieur à 1100 HV et avantageusement compris entre 1200 HV et 2000 HV. Les valeurs ci-dessus ont été obtenues à partir de l’acier austénitique inox nickel chrome du type 316L. Bien évidemment, d’autres aciers austénitiques sont envisageables. Indeed, according to the invention, the elastic limit of the cured outer surface 7 has an elastic limit of between 3500 and 4500 MPa while the elastic modulus remains less than 190 MPa for surface curing greater than 1100 HV and advantageously between 1200 HV and 2000 HV. The above values were obtained from 316L stainless steel nickel chromium austenitic steel. Of course, other austenitic steels are possible.

[0018] Il a été montré empiriquement qu’une profondeur de durcissement 7 comprise entre 5% et 40% de l’épaisseur e totale de la lame 3 suffit pour l’application à un ressort-moteur. A titre d’exemple, si la demiépaisseur e/2 est de 50 µm, la profondeur de durcissement est préférentiellement autour de 15 µm tout autour de la lame 3. Bien évidemment, suivant les applications, une profondeur différente de durcissement 7 comprise entre 5% et 80% de l’épaisseur e totale peut être prévue. It has been empirically shown that a curing depth 7 of between 5% and 40% of the total thickness e of the blade 3 is sufficient for application to a motor spring. For example, if the thickness e / 2 is 50 microns, the depth of hardening is preferably around 15 microns all around the blade 3. Of course, depending on the application, a different depth of hardening 7 between 5 % and 80% of the total thickness e may be provided.

[0019] Préférentiellement selon l’invention, la surface externe durcie 7 comporte des atomes diffusés d’au moins un non-métal comme de l’azote et/ou du carbone. En effet, comme expliqué ci-dessous, par sursaturation interstitielle d’atomes dans l’acier 5, une zone superficielle 7 est durcie sans avoir à déposer un deuxième matériau par-dessus la lame 3. En effet, le durcissement 7 est réalisé directement dans le matériau 5 de la lame 3 ce qui permet avantageusement selon l’invention d’éviter tout délaminage postérieur. Preferably, according to the invention, the hardened outer surface 7 comprises diffused atoms of at least one non-metal such as nitrogen and / or carbon. Indeed, as explained below, by interstitial supersaturation of atoms in the steel 5, a surface area 7 is cured without having to deposit a second material over the blade 3. Indeed, the curing 7 is carried out directly in the material 5 of the blade 3 which advantageously allows according to the invention to avoid any posterior delamination.

[0020] Par conséquent, au moins une zone superficielle 7 est durcie c’est-à-dire que le cœur de la lame 3 peut rester peu ou pas modifié sans modification notable des qualités du ressort-moteur. Par ce durcissement sélectif de la lame 3, le ressort-moteur 1 permet de cumuler les avantages comme la faible sensibilité aux champs magnétiques, un module élastique peu élevé et, dans les zones de contrainte principales, une haute limite élastique tout en ayant une bonne résistance à la corrosion et à la fatigue. Therefore, at least one surface area 7 is cured that is to say that the heart of the blade 3 can remain little or no change without significant changes in the qualities of the motor spring. By this selective hardening of the blade 3, the motor spring 1 can accumulate the advantages such as low sensitivity to magnetic fields, a low elastic modulus and, in the main stress zones, a high elastic limit while having good resistance to corrosion and fatigue.

[0021] L’invention se rapporte également au procédé de fabrication d’un ressort-moteur comme expliqué ci-dessus. Le procédé comporte avantageusement selon l’invention les étapes suivantes: a) former une lame 3 à base d’un acier du type austénitique pour limiter sa sensibilité aux champs magnétiques; b) diffuser des atomes selon une profondeur prédéterminée 7 à la surface externe de la lame 3 afin de la durcir au niveau des zones de contrainte principales. The invention also relates to the method of manufacturing a motor spring as explained above. The process advantageously comprises according to the invention the following steps: a) forming a blade 3 based on austenitic type steel to limit its sensitivity to magnetic fields; b) scattering atoms at a predetermined depth 7 to the outer surface of the blade 3 to harden at the major stress zones.

[0022] Selon un premier mode préférentiel de réalisation, la lame 3 est enroulée lors de l’étape a) afin de diffuser directement les atomes selon la forme finale du ressort-moteur 1. According to a first preferred embodiment, the blade 3 is wound during step a) in order to directly diffuse the atoms according to the final shape of the motor spring 1.

[0023] Toutefois, selon un deuxième mode préférentiel de réalisation, la lame 3 peut également être enroulée après l’étape b) afin de diffuser les atomes selon une ébauche intermédiaire du ressort-moteur 1. However, according to a second preferred embodiment, the blade 3 may also be wound after step b) in order to diffuse the atoms according to an intermediate blank of the mainspring 1.

[0024] Avantageusement selon l’invention, quel que soit le mode de réalisation, le procédé peut être appliqué en vrac. Ainsi, l’étape b) peut consister en un traitement thermochimique comme une cémentation ou une nitruration de plusieurs ressorts-moteur et/ou de plusieurs ébauches de ressorts-moteur. On comprend que l’étape b) peut consister à diffuser interstitiellement dans l’acier 5, des atomes de non-métaux comme de l’azote et/ou du carbone. Enfin, avantageusement, il a été trouvé que les contraintes compressives du procédé améliorent la résistance à la fatigue. Advantageously according to the invention, whatever the embodiment, the method can be applied in bulk. Thus, step b) may consist of a thermochemical treatment such as a carburizing or nitriding of several motor springs and / or several blanks of motor springs. It is understood that step b) may consist in interstitially diffusing into the steel 5, nonmetallic atoms such as nitrogen and / or carbon. Finally, advantageously, it has been found that the compressive stresses of the process improve the fatigue resistance.

[0025] L’étape b) pourrait également consister en un processus d’implantation ionique et de traitement de diffusion. Cette variante possède l’avantage de ne pas limiter le type d’atomes diffusés et permettre une diffusion aussi bien interstitielle que substitutionnelle. Step b) could also consist of an ion implantation process and diffusion treatment. This variant has the advantage of not limiting the type of diffused atoms and allowing an interstitial as well as a substitutional diffusion.

[0026] 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 la lame 3, c’est-à-dire traiter un pourcentage supérieur à 80% de l’épaisseur e de la lame 3 même si cela n’est pas nécessaire pour l’application à un ressort-spiral. Of course, the present invention is not limited to the example shown but is susceptible to various variations and modifications that will occur to those skilled in the art. In particular, it can be envisaged to totally or almost totally treat the blade 3, that is to say treat a percentage greater than 80% of the thickness e of the blade 3 even if it is not necessary for the application to a spiral spring.

Claims

Motor spring (1) comprising a blade (3) made of metal, characterized in that the metal is steel (5) of the austenitic type in order to limit its sensitivity to magnetic fields and in that at least the surface outer blade (3) is cured relative to the remainder of the blade to a predetermined depth (7) to harden the blade (3) at the main stress zones while keeping a low elastic modulus.

2. Motor spring (1) according to the preceding claim, characterized in that the predetermined depth (7) is between 5% and 40% of the total thickness (e) of the blade (3).

3. Motor spring (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the cured outer surface (7) comprises diffused atoms of at least one non-metal.

4. Motor spring (1) according to the preceding claim, characterized in that said at least one non-metal is nitrogen and / or carbon.

5. Motor spring (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the hardened outer surface (7) has a hardness greater than 1100 HV.

6. Motor spring (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the hardened outer surface (7) has an elastic limit greater than 3500 MPa.

7. Barrel for a timepiece characterized in that it comprises a motor spring (1) according to one of the preceding claims.

8. A method of manufacturing an engine spring (1) comprising the following steps: a) forming a steel blade (3) of the austenitic type to limit its sensitivity to magnetic fields; b) diffusing atoms at a predetermined depth (7) to the outer surface of the blade (3) to harden the blade (3) at the main stress zones while keeping a low elastic modulus.

9. Method according to the preceding claim, characterized in that the predetermined depth (7) is between 5% and 40% of the total thickness (e) of the blade (3).

10. The method of claim 8 or 9, characterized in that the atoms comprise at least one non-metal.

11. Method according to the preceding claim, characterized in that said at least one non-metal is nitrogen and / or carbon.

12. Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that step b) performs a thermochemical diffusion treatment.

13. Method according to one of claims 8 to 11, characterized in that step b) performs a process of ion implantation and diffusion treatment.

14. Method according to one of claims 8 to 13, characterized in that the blade (3) is wound during step a) or after step b).