CH708926A2 - diamond mechanical parts and method of manufacturing a mechanical part in diamond for watch movement. - Google Patents
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Abstract
Pièce mécanique fonctionnelle en diamant pour mouvement de montre, réalisée en diamant monocristallin synthétique dopé.Functional mechanical diamond part for watch movement, made of doped synthetic monocrystalline diamond.
Description
Domaine techniqueTechnical area
[0001] La présente invention concerne une pièce mécanique en diamant et un procédé de fabrication d’une pièce mécanique pour mouvement de montre, par exemple une roue, un pignon, une roue d’ancre, une ancre d’échappement, un ressort-spiral, ou un autre composant fonctionnel micro-mécanique dans l’organe réglant, dans le rouage ou dans une complication du mouvement. La présente invention concerne également une telle pièce réalisée en diamant. The present invention relates to a mechanical diamond part and a method of manufacturing a mechanical part for watch movement, for example a wheel, a pinion, an anchor wheel, an exhaust anchor, a spring spiral, or other micro-mechanical functional component in the regulating organ, in the gear train or in a complication of movement. The present invention also relates to such a piece made of diamond.
Etat de la techniqueState of the art
[0002] Les pièces mécaniques pour mouvements de montre mécaniques sont le plus souvent réalisées en métal. Les pièces mobiles, par exemple les axes, les roues, les pignons, l’ancre d’échappement, la roue d’échappement, le balancier et le spiral sont fréquemment réalisés en acier, ou en acier elinvar pour le spiral. La platine et les ponts sont généralement réalisés en laiton ou en acier. D’autres composants sont employés de manière plus marginale, par exemple des rubis pour les paliers ou les palettes, ou la céramique pour certains roulements. [0002] Mechanical parts for mechanical watch movements are most often made of metal. The moving parts, for example the axles, the wheels, the gears, the anchor of escape, the escape wheel, the balance and the spiral are frequently made of steel, or steel elinvar for the spiral. The plate and bridges are usually made of brass or steel. Other components are used more marginally, for example rubies for bearings or pallets, or ceramics for some bearings.
[0003] Des recherches intensives ont été menées afin de remplacer ces matériaux conventionnels et d’éviter certains de leurs inconvénients. A titre d’exemple, le silicium est aujourd’hui utilisé de manière industrielle pour la fabrication des organes de l’échappement ou du spiral notamment. EP 732 635 A1 (CSEM) décrit une pièce micro-mécanique, par exemple une ancre pour mouvement d’horlogerie, découpée dans une plaque en silicium par attaque au moyen d’un gaz plasma autour d’un masque de forme ménagé préalablement sur la face de la plaque. [0003] Extensive research has been conducted to replace these conventional materials and to avoid some of their disadvantages. For example, silicon is today used industrially for the manufacture of the bodies of the escapement or spiral in particular. EP 732 635 A1 (CSEM) discloses a micro-mechanical part, for example an anchor for a watch movement, cut in a silicon wafer by etching by means of a plasma gas around a mask formed previously on the face of the plate.
[0004] Le silicium a l’avantage d’être facile à usiner, de manière reproductible, avec des technologies parfaitement maîtrisées pour la fabrication de circuits intégrés ou de MEMS notamment. Il présente cependant certains inconvénients, notamment un état de surface tribologique insuffisant et un coefficient de frottement relativement élevé. Silicon has the advantage of being easy to machine, reproducibly, with technologies perfectly mastered for the manufacture of integrated circuits or MEMS in particular. However, it has certain disadvantages, including an insufficient tribological surface state and a relatively high coefficient of friction.
[0005] CH 669 109 A1 (The Swatch Group R&D Ltd) suggère d’améliorer cet état de surface en déposant une couche de carbone DLC («Diamond Like Carbon») sur le silicium. De manière similaire, US 2002/114 225 (Damasko) décrit notamment une ancre d’échappement en acier revêtu d’une couche DLC («Diamond Like Carbon»). US 2012/0 263 909 (Diamaze Microtechnology SA et al.) décrit un autre exemple de pièce mécanique revêtue de diamant ou d’une couche DLC. [0005] CH 669 109 A1 (The Swatch Group R & D Ltd) suggests improving this surface state by depositing a layer of carbon DLC ("Diamond Like Carbon") on the silicon. Similarly, US 2002/114 225 (Damasko) describes in particular a steel exhaust anchor coated with a DLC ("Diamond Like Carbon") layer. US 2012/0263909 (Diamaze Microtechnology SA et al.) Discloses another example of a diamond coated mechanical part or a DLC layer.
[0006] Les revêtements DLC possèdent certaines des propriétés du diamant naturel, bien que leur structure cristalline soit très différente. De manière générale, ces revêtements sont produits à l’aide d’un procédé de déposition de carbone par plasma, par arcs filtrés, par faisceaux ioniques, par pulvérisation cathodique etc. Ces procédés rapides, à haute énergie, ne permettent pas aux atomes de carbones de s’arranger selon la disposition cubique sp3 typique du diamant; l’arrangement des atomes est globalement amorphe, avec un enchevêtrement de micro-structures cristallines orientées différemment les unes des autres. [0006] DLC coatings have some of the properties of natural diamond, although their crystalline structure is very different. In general, these coatings are produced using a method of carbon deposition by plasma, filtered arcs, ion beams, cathode sputtering, and the like. These fast, high energy processes do not allow the carbon atoms to be arranged according to the typical sp3 cubic disposition of the diamond; the arrangement of the atoms is globally amorphous, with an entanglement of crystalline micro-structures oriented differently from each other.
[0007] Par ailleurs, les procédés de déposition de revêtement DLC connus génèrent un matériau comportant des proportions importantes, supérieure à 10%, d’hydrogène, de carbone graphitique ou d’autres composants. Furthermore, the known DLC coating deposition processes generate a material having significant proportions, greater than 10%, of hydrogen, graphitic carbon or other components.
[0008] Une pièce en acier ou en silicium revêtue d’une couche DLC présente donc des états de surface tribologiques qui sont certes améliorés, mais encore loin d’être parfaits. L’adhésion du revêtement DLC sur le substrat constitue en outre un point de faiblesse. En tous les cas, l’étape supplémentaire nécessaire pour la déposition de cette couche DLC complique la fabrication. Par ailleurs, il est difficile de contrôler précisément la forme de la pièce après le dépôt du revêtement. A piece of steel or silicon coated with a DLC layer thus has tribological surface conditions which are certainly improved, but still far from perfect. The adhesion of the DLC coating to the substrate is also a weak point. In any case, the additional step required for the deposition of this DLC layer complicates the manufacture. Moreover, it is difficult to precisely control the shape of the part after the deposition of the coating.
[0009] On connaît par ailleurs des pièces micromécaniques fabriquées en diamant. Ainsi, WO 2004/029 733 A2 (Fore Eagle Co Ltd) décrit des composants horlogers réalisés au moins partiellement dans ce matériau. Ce document énumère différents avantages du diamant, notamment sa dureté, un faible coefficient de frottement, une bonne résistance aux chocs, une résistance mécanique élevée, un module d’élasticité élevé, un faible coefficient de dilatation thermique, la transparence et la capacité de ne pas se rayer. [0009] Micromechanical parts made of diamond are also known. Thus, WO 2004/029 733 A2 (Fore Eagle Co Ltd) describes watch components made at least partially in this material. This document lists various advantages of diamond, including its hardness, low coefficient of friction, good impact resistance, high mechanical strength, high modulus of elasticity, low coefficient of thermal expansion, transparency and the ability to not get scratched.
[0010] EP 2 407 831 A1 (Rolex SA) décrit un spiral pour oscillateur horloger qui peut être réalisé dans un matériau à faible densité comme le silicium, le diamant ou le quartz. Le spiral peut être réalisé par un procédé de gravage chimique à l’aide d’un plasma («DRIE, Deep Reactive Ion Etching»). [0010] EP 2 407 831 A1 (Rolex SA) describes a hairspring for a watch oscillator which can be made of a low-density material such as silicon, diamond or quartz. The spiral can be made by a process of chemical etching using a plasma ("DRIE, Deep Reactive Ion Etching").
[0011] CH 701 155 B1 (Complitime SA) décrit un balancier pour pièce d’horlogerie comportant une planche qui peut être en diamant, en quartz, en silicium ou en corindon. CH 701 155 B1 (Complitime SA) describes a pendulum for a timepiece comprising a board that can be diamond, quartz, silicon or corundum.
[0012] WO 2005/017 631 (Fore Eagle Co Ltd) décrit un autre balancier constitué de diamant et obtenu par gravage chimique à l’aide d’un plasma. [0012] WO 2005/017 631 (Fore Eagle Co Ltd) describes another rocker made of diamond and obtained by chemical etching using a plasma.
[0013] EP 2 107 434 A1 décrit une pièce mécanique, notamment une roue d’ancre pour l’horlogerie, en silicium ou en diamant. EP 2 107 434 A1 discloses a mechanical part, including an anchor wheel for watchmaking, silicon or diamond.
[0014] EP 2 233 989 (Ulysse Nardin Le Locle SA) décrit un ressort spiral en diamant obtenu par gravure profonde. EP 2 233 989 (Ulysse Nardin Le Locle SA) describes a spiral spring diamond obtained by deep etching.
[0015] CH 701 369 décrit un ressort de barillet en diamant. CH 701 369 discloses a diamond barrel spring.
[0016] Le type de diamant utilisé pour les pièces ci-dessus n’est généralement pas précisé dans ces documents. En pratique, il s’agit toujours de diamant synthétique polycristallin dont le coût est 10 à 50% plus bas que celui du diamant naturel, et qui peut être produit dans des formes convenant à l’usage prévu. The type of diamond used for the above parts is generally not specified in these documents. In practice, it is always polycrystalline synthetic diamond whose cost is 10 to 50% lower than that of natural diamond, and which can be produced in forms suitable for the intended use.
[0017] On connait différentes méthodes de fabrication de diamant synthétique. US 8 088 221 B2 (Z. Shapiro) décrit un procédé de fabrication de diamant synthétique à basse température et relativement basse pression. EP 2 189 555 A2 (Appollo Diamond Inc) décrit un autre procédé de production de diamant synthétique. Des procédés par déposition CVD ou par détonation d’explosifs ont aussi été suggérés. We know different methods of manufacturing synthetic diamond. US 8,088,221 B2 (Z. Shapiro) discloses a low temperature and relatively low pressure synthetic diamond manufacturing process. EP 2 189 555 A2 (Appollo Diamond Inc) discloses another method for producing synthetic diamond. CVD or explosive detonation methods have also been suggested.
Bref résumé de l’inventionBrief summary of the invention
[0018] Il existe un besoin, notamment dans l’horlogerie de moyen de gamme et de haut de gamme, pour des composants micro-mécaniques réalisés dans des matériaux offrant un meilleurs compromis entre les propriétés recherchées de dureté, résistance mécanique, légèreté, faible dilatation thermique, stabilité du module d’élasticité, et facilité d’usinage à haute précision. There is a need, especially in the mid-range and high-end watchmaking, for micro-mechanical components made of materials offering a better compromise between the desired properties of hardness, mechanical strength, lightness, low thermal expansion, stability of the modulus of elasticity, and high precision machining facility.
[0019] Un but de la présente invention est donc de proposer un procédé de fabrication d’une pièce mécanique pour application horlogère qui offre un tel compromis entre ces différentes propriétés. An object of the present invention is therefore to provide a method of manufacturing a mechanical part for horological application that offers such a compromise between these different properties.
[0020] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d’une pièce mécanique fonctionnelle en diamant pour mouvement de montre réalisée en diamant monocristallin naturel ou synthétique dopé. According to the invention, these objects are achieved in particular by means of a functional mechanical diamond piece for watch movement made of natural or doped synthetic monocrystalline diamond.
[0021] Par pièce mécanique fonctionnelle, on entend dans la présente demande une pièce qui remplit une fonction mécanique, en sorte qu’il n’est pas possible de retirer cette pièce, sans affecter au moins une fonction du mouvement de montre. Une pièce purement décorative, ou un élément d’habillage horloger, n’est donc pas considérée comme une pièce mécanique fonctionnelle. By functional mechanical part is meant in the present application a part that performs a mechanical function, so that it is not possible to remove this part, without affecting at least one function of the watch movement. A purely decorative piece, or a piece of watchmaking clothing, is therefore not considered as a functional mechanical part.
[0022] Les diamants polycristallins connus dans l’art antérieur pour la fabrication de pièces mécaniques sont extrêmement durs, plus durs que les diamants naturels monocristallins usuels. Cependant, contrairement aux préjugés, une dureté aussi importante n’est pas toujours nécessaire ni même avantageuse pour un composant horloger. Cette dureté entraîne un coût de polissage élevé, et une usure plus rapide des pièces moins dures en contact. The polycrystalline diamonds known in the prior art for the manufacture of mechanical parts are extremely hard, harder than the usual natural monocrystalline diamonds. However, contrary to prejudices, such a high degree of hardness is not always necessary or even advantageous for a watch component. This hardness results in a high polishing cost, and faster wear of the less hard parts in contact.
[0023] Les diamants polycristallins sont en outre le plus souvent transparents ou gris; en raison des multiples interfaces entre les différents grains de cristaux avec différentes orientations, ils produisent peu ou pas de reflets, et pratiquement pas d’effets d’irisation. The polycrystalline diamonds are moreover often transparent or gray; because of the multiple interfaces between different crystal grains with different orientations, they produce little or no glare, and virtually no iridescence effects.
[0024] L’invention part notamment de la constatation que le diamant monocristallin présente de nombreux avantages par rapport au diamant polycristallin plus répandu, et encore davantage par rapport aux revêtements DLC. The invention in particular based on the finding that monocrystalline diamond has many advantages over more widespread polycrystalline diamond, and even more compared to DLC coatings.
[0025] En particulier, les diamants monocristallins ont l’avantage par rapport aux diamants polycristallins d’être extrêmement solides; aucune amorce de fente n’existe en effet entre les différents grains. Cette solidité permet de réaliser avec la même solidité des pièces plus fines et donc plus légères. Par exemple, il est possible de réaliser en diamant monocristallin des pièces telles que, sans limitation, des roues d’ancres ou des ancres avec une épaisseur inférieure à 120 microns, de préférence inférieure à 100 microns, par exemple entre 20 et 60 microns. De telles épaisseurs ne seraient pratiquement pas réalisables avec des pièces en acier, en silicium ou en diamant polycristallin, car ces pièces seraient trop fragiles et très difficiles à monter sans les casser. In particular, monocrystalline diamonds have the advantage over polycrystalline diamonds to be extremely strong; no split primer exists between the different grains. This strength allows to achieve with the same strength of the finer parts and therefore lighter. For example, it is possible to make monocrystalline diamond parts such as, without limitation, anchor wheels or anchors with a thickness less than 120 microns, preferably less than 100 microns, for example between 20 and 60 microns. Such thicknesses would not be practically achievable with steel, silicon or polycrystalline diamond parts, because these parts would be too fragile and very difficult to mount without breaking them.
[0026] Grâce à cette finesse extrême, il est possible d’une part de réduire l’épaisseur du mouvement, et surtout de réduire l’inertie des pièces en mouvement. Cela permet d’augmenter la réserve de marche de la montre, et d’augmenter la fréquence d’oscillation de l’organe réglant. With this extreme finesse, it is possible on the one hand to reduce the thickness of the movement, and especially to reduce the inertia of moving parts. This makes it possible to increase the power reserve of the watch, and to increase the frequency of oscillation of the regulating organ.
[0027] Les diamants monocristallins peuvent être réalisés dans une grande variété de couleur, notamment transparent, noir, bleu, jaune, rouge etc. D’autre part, les jeux de lumière qui se reflètent sur différentes faces orientées de diverses façons produisent des effets d’irisation très appréciés. Monocrystalline diamonds can be made in a wide variety of colors, including transparent, black, blue, yellow, red and so on. On the other hand, the play of light that is reflected on different faces oriented in various ways produces very popular iridescence effects.
[0028] D’autre part, les diamants monocristallins ont généralement un état de surface plus lisse que les diamants polycristallins ou les revêtements DLC, dont la structure en grains ne permet pas d’obtenir une surface tribologique optimale. On the other hand, monocrystalline diamonds generally have a smoother surface state than polycrystalline diamonds or DLC coatings, whose grain structure does not provide an optimal tribological surface.
[0029] Des diamants synthétiques monocristallins peuvent par exemple être obtenus en faisant croître du carbone par déposition CVD autour d’une amorce en diamant monocristallin. Il est important que l’amorce soit en diamant monocristallin pour que la structure qui se dépose soit elle-même monocristalline. Le carbone peut être obtenu à partir de méthane dans un réacteur CVD. Monocrystalline synthetic diamonds can for example be obtained by growing carbon by CVD deposition around a monocrystalline diamond primer. It is important that the primer is monocrystalline diamond so that the structure that is deposited is itself monocrystalline. Carbon can be obtained from methane in a CVD reactor.
[0030] Le diamant synthétique monocristallin peut aussi être obtenu par compression de carbone à haute pression et haute température. Monocrystalline synthetic diamond can also be obtained by compression of carbon at high pressure and high temperature.
[0031] L’invention part aussi de la constatation que le dopage permet de contrôler différentes propriétés mécaniques et/ou optiques de la pièce, par exemple sa dureté, son module d’élasticité, la variation du module d’élasticité en fonction de la température, sa couleur etc. The invention also starts from the observation that the doping makes it possible to control different mechanical and / or optical properties of the part, for example its hardness, its modulus of elasticity, the variation of the modulus of elasticity as a function of the temperature, color etc.
[0032] Le diamant comporte de préférence au maximum 3% d’impuretés de dopage, sans affecter sa structure monocristalline. Ce seuil permet de modifier les propriétés mécaniques désirées du diamant sans pour autant affecter sa structure monocristalline. The diamond preferably comprises at most 3% of doping impurities, without affecting its monocrystalline structure. This threshold makes it possible to modify the desired mechanical properties of the diamond without affecting its monocrystalline structure.
[0033] Le diamant monocristallin dopé est obtenu en introduisant volontairement un élément dopant dans le diamant, soit lors de la croissance d’un diamant synthétique, soit dans un diamant synthétique ou naturel déjà formé. The doped monocrystalline diamond is obtained by deliberately introducing a doping element into the diamond, either during the growth of a synthetic diamond, or in a synthetic or natural diamond already formed.
[0034] L’opération de dopage permet ainsi de produire un diamant différent des diamants que l’on trouve dans la nature, et différents des diamants monocristallins synthétiques non dopés. La différence provient du type d’impuretés, de leur répartition et/ou de leur concentration. Le dopage est choisi de manière à modifier les propriétés mécaniques et tribologiques de la pièce en diamant. The doping operation thus makes it possible to produce a diamond different from the diamonds found in nature, and different from undoped synthetic monocrystalline diamonds. The difference comes from the type of impurities, their distribution and / or their concentration. The doping is chosen so as to modify the mechanical and tribological properties of the diamond piece.
[0035] Au moins un dopage est avantageusement effectué dans la masse de la pièce, de manière homogène, de manière à affecter les propriétés mécaniques de l’ensemble de la pièce, en profondeur. At least one doping is advantageously carried out in the mass of the part, homogeneously, so as to affect the mechanical properties of the entire part, in depth.
[0036] Ce dopage peut être effectué pratiquement sans coût additionnel lors de la croissance d’un diamant synthétique monocristallin. This doping can be performed virtually without additional cost during the growth of a monocrystalline synthetic diamond.
[0037] Un dopage peut aussi être effectué en surface. Le dopage peut être différent en surface et en profondeur. La densité de dopage peut être différente en profondeur et en surface. Le produit dopant peut être différent en surface et en profondeur. Les impuretés peuvent être introduites différemment en surface et en profondeur. Doping can also be carried out on the surface. Doping can be different in surface and depth. The density of doping can be different in depth and on the surface. The doping product may be different in surface and in depth. Impurities can be introduced differently at the surface and at depth.
[0038] Le diamant peut être un diamant noir dopé au bore. The diamond may be a black diamond doped with boron.
[0039] Les impuretés peuvent être introduites dans le diamant lors de la croissance organique du diamant. The impurities can be introduced into the diamond during the organic growth of the diamond.
[0040] Dans un mode de réalisation, la pièce mécanique fabriquée en diamant monocristallin dopé peut être une pièce plate, par exemple une pièce utilisée dans l’organe réglant d’une montre mécanique, par exemple une ancre ou une roue d’ancre. In one embodiment, the mechanical part made of doped monocrystalline diamond may be a flat part, for example a part used in the regulating member of a mechanical watch, for example an anchor or an anchor wheel.
[0041] La pièce mécanique peut être une pièce plate réalisée par découpe à partir d’une plaque plate. La découpe peut être effectuée par laser. The mechanical part may be a flat part made by cutting from a flat plate. The cutting can be performed by laser.
[0042] La pièce mécanique peut être une pièce à plusieurs niveaux plats obtenus par attaque thermochimique à partir d’une pièce plate à un seul niveau. The mechanical part may be a multi-level flat part obtained by thermochemical etching from a flat piece at a single level.
[0043] La pièce mécanique plate peut être un ressort spiral pour l’organe réglant d’une montre mécanique. La rigidité élevée du diamant monocristallin permet d’obtenir des fréquences d’oscillation élevées avec des spiraux de petit diamètre. The flat mechanical part may be a spiral spring for the regulating member of a mechanical watch. The high rigidity of monocrystalline diamond makes it possible to obtain high oscillation frequencies with small diameter spirals.
[0044] La pièce mécanique peut aussi être une palette destinée à équiper une ancre d’échappement dans un autre matériau, par exemple une ancre en acier. The mechanical part may also be a pallet intended to equip an escape anchor in another material, for example a steel anchor.
[0045] La pièce plate peut être réalisée par découpe d’une plaque (wafer) de diamant monocristallin dopé. The flat part can be made by cutting a wafer plate doped monocrystalline diamond.
[0046] L’invention concerne aussi un mouvement d’horlogerie comportant au moins une pièce en diamant monocristallin dopé, par exemple une ancre, une palette d’ancre, une roue d’ancre ou un spiral en diamant monocristallin dopé. The invention also relates to a watch movement comprising at least one piece of doped monocrystalline diamond, for example an anchor, an anchor pallet, an anchor wheel or a doped monocrystalline diamond spiral.
[0047] Différents pièces mécaniques du même mouvement peuvent être réalisées en différentes variétés de diamant monocristallin. Par exemple, différentes pièces mécaniques du même mouvement peuvent être réalisées en différentes couleurs de diamant monocristallin. Il a été relevé dans le cadre de l’invention que la couleur du diamant monocristallin, qui est due aux impuretés, influence sa dureté. Par exemple, le diamant monocristallin transparent est moins dur que le diamant monocristallin noir, dopé avec des ions de bore. Le type ou la couleur de diamant monocristallin choisi pour différentes pièces d’un même mouvement est donc déterminé en fonction de la dureté désirée, ou en fonction d’autres propriétés mécaniques dépendant de cette couleur. Different mechanical parts of the same movement can be made in different varieties of monocrystalline diamond. For example, different mechanical parts of the same movement can be made in different colors of monocrystalline diamond. It has been pointed out in the context of the invention that the color of the monocrystalline diamond, which is due to the impurities, influences its hardness. For example, transparent monocrystalline diamond is less hard than black monocrystalline diamond, doped with boron ions. The type or color of monocrystalline diamond chosen for different pieces of the same movement is therefore determined according to the desired hardness, or according to other mechanical properties depending on this color.
[0048] Afin de réduire l’usure, il est avantageux que les palettes de l’ancre d’échappement, ou l’ancre complète si les palettes sont intégrées, soit plus dure que la roue d’ancre avec laquelle elle collabore; une roue d’ancre moins dure que les palettes permet d’amortir les chocs. Dans un mode de réalisation, le mouvement de montre comporte par exemple une ancre ou une palette d’ancre dans un diamant monocristallin dur, et une roue d’ancre dans un diamant monocristallin moins dur. L’ancre ou les palettes peuvent être par exemple en diamant monocristallin noir dopé au bore tandis que la roue d’ancre peut être en diamant monocristallin transparent ou jaune. In order to reduce wear, it is advantageous that the pallets of the exhaust anchor, or the complete anchor if the pallets are integrated, be harder than the anchor wheel with which it collaborates; an anchor wheel lasts less than the pallets makes it possible to absorb shocks. In one embodiment, the watch movement comprises, for example, an anchor or pallet of anchor in a hard monocrystalline diamond, and an anchor wheel in a less hard monocrystalline diamond. The anchor or the pallets may be, for example boron-doped black monocrystalline diamond while the anchor wheel may be transparent or yellow monocrystalline diamond.
[0049] De manière générale, le mouvement peut comporter plusieurs pièces en diamant monocristallin avec des dopages différents. In general, the movement may comprise several pieces of monocrystalline diamond with different doping.
[0050] L’invention concerne aussi un procédé de fabrication d’une pièce mécanique fonctionnelle en diamant synthétique monocristallin, comprenant les étapes suivantes: Mise à disposition d’une amorce de diamant monocristallin; Déposition de carbone au moyen d’un arc filtré ou par procédé CVD sur ladite amorce de diamant; Simultanément, introduction d’impuretés de dopage lors de la déposition du carbone. The invention also relates to a method for manufacturing a functional mechanical piece made of monocrystalline synthetic diamond, comprising the following steps: Providing a monocrystalline diamond primer; Carbon deposition by means of a filtered arc or CVD process on said diamond primer; Simultaneously, introduction of doping impurities during carbon deposition.
[0051] Le procédé peut comporter une étape supplémentaire de dopage superficiel par injection d’ions dopants en surface au moyen d’un faisceau d’ions. The method may comprise an additional step of surface doping by injection of doping ions at the surface by means of an ion beam.
[0052] Les impuretés peuvent comporter du bore qui permet d’augmenter la dureté sans affecter la structure cristalline du diamant. The impurities may comprise boron which makes it possible to increase the hardness without affecting the crystalline structure of the diamond.
[0053] Le procédé peut comporter une étape de polissage d’une surface par traitement thermique à une température inférieure à 680°C Cela permet de brûler les impuretés, les pointes, les déchets de coupe, et le carbone sous forme de graphite en surface. The method may comprise a step of polishing a surface by heat treatment at a temperature below 680 ° C. This makes it possible to burn the impurities, the tips, the cutting waste, and the carbon in the form of graphite on the surface. .
[0054] Le procédé peut comporter une étape supplémentaire de polissage d’une surface par faisceaux d’ions. The method may comprise an additional step of polishing a surface by ion beams.
[0055] La pièce mécanique peut en outre comporter des surfaces latérales. Au moins une partie de ces surfaces mécaniques peut être polie ou corrigée, par exemple avec un faisceau laser ou un faisceau d’ions. De manière avantageuse, au moins une portion de ces surfaces est corrigée afin d’avoir un état tribologique meilleur qu’avant la correction. Au moins une portion peut être corrigée de manière à ce que cette portion soit sensiblement perpendiculaire aux faces inférieures et supérieures de la pièce. The mechanical part may further comprise lateral surfaces. At least a part of these mechanical surfaces can be polished or corrected, for example with a laser beam or an ion beam. Advantageously, at least a portion of these surfaces is corrected in order to have a better tribological state than before the correction. At least one portion may be corrected so that this portion is substantially perpendicular to the lower and upper faces of the part.
Brève description des figuresBrief description of the figures
[0056] Des exemples de mise en œuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: <tb>Les fig. 1A à 1E<SEP>illustrent différentes étapes successives d’un procédé de fabrication d’une pièce mécanique selon l’invention. <tb>La fig. 2<SEP>illustre un exemple de pièce mécanique selon l’invention. <tb>Les fig. 3A à 3B<SEP>illustrent schématiquement une opération de polissage ou de rectification d’au moins une portion des flancs latéraux d’une pièce selon l’invention. <tb>Les fig. 4A à 4C<SEP>illustrent schématiquement un procédé de découpe en tranche de diamant. <tb>La fig. 5<SEP>illustre schématiquement la découpe d’une palette selon l’invention.Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which: <tb> Figs. 1A to 1E <SEP> illustrate different successive steps of a method of manufacturing a mechanical part according to the invention. <tb> Fig. 2 <SEP> illustrates an example of a mechanical part according to the invention. <tb> Figs. 3A to 3B <SEP> schematically illustrate a polishing or grinding operation of at least a portion of the lateral flanks of a workpiece according to the invention. <tb> Figs. 4A to 4C <SEP> schematically illustrate a method of cutting into a diamond slice. <tb> Fig. <SEP> schematically illustrates the cutting of a pallet according to the invention.
Exemple(s) de mode de réalisation de l’inventionExample (s) of embodiment of the invention
[0057] Les fig. 1 à 3 illustrent schématiquement un procédé de fabrication d’une pièce mécanique fonctionnelle selon l’invention. Figs. 1 to 3 schematically illustrate a method of manufacturing a functional mechanical part according to the invention.
[0058] La fig. 1A illustre un diamant monocristallin 1 non taillé employé pour fabriquer une ou plusieurs pièces selon l’invention. Le diamant monocristallin peut être un diamant naturel ou un diamant synthétique, d’un poids avantageusement supérieur à 1 carat, de préférence supérieur à 3 carats. FIG. 1A illustrates an uncut monocrystalline diamond 1 used to manufacture one or more pieces according to the invention. The monocrystalline diamond may be a natural diamond or a synthetic diamond, with a weight advantageously greater than 1 carat, preferably greater than 3 carats.
[0059] Dans le cas d’un diamant naturel, il peut s’agir d’un diamant ayant une forme ou d’autres propriétés le rendant impropre à une valorisation pour un usage en joaillerie. In the case of a natural diamond, it may be a diamond having a shape or other properties rendering it unfit for recovery for use in jewelry.
[0060] Un diamant monocristallin synthétique peut être produit par exemple au moyen d’un arc filtré afin de déposer du carbone sur une amorce de diamant monocristallin, sans apport d’hydrogène ou d’autres matériaux. Une autre possibilité est d’effectuer un dépôt CVD de carbone produit à partir d’un hydrocarbure tel que le méthane sur une amorce de diamant monocristallin. L’amorce peut être réutilisée après découpe de plaques dans la masse déposée au-dessus de l’amorce. A synthetic monocrystalline diamond can be produced for example by means of a filtered arc to deposit carbon on a monocrystalline diamond primer without the addition of hydrogen or other materials. Another possibility is to make a CVD deposit of carbon produced from a hydrocarbon such as methane on a monocrystalline diamond primer. The primer can be reused after cutting plates in the mass deposited above the primer.
[0061] Une troisième possibilité, moins avantageuse, est de produire un diamant monocristallin synthétique en soumettant une source de carbone à une haute température et à une haute pression simultanée. D’autres procédés pourront être utilisés. A third, less advantageous, possibility is to produce a synthetic monocrystalline diamond by subjecting a carbon source to a high temperature and a high simultaneous pressure. Other methods may be used.
[0062] Le diamant monocristallin ainsi formé peut être dopé. Dans un mode de réalisation, le produit dopant peut être introduit au cours de la formation du diamant synthétique, par exemple en ajoutant des traces de produit dopant dans l’arc filtré respectivement dans le réacteur CVD. Dans un autre mode de réalisation, le produit dopant est ajouté après la formation du diamant synthétique, par exemple au moyen d’un faisceau d’ions à haute énergie. Le dopage peut être effectué de manière homogène dans toute la masse du diamant, et/ou uniquement en surface. Un premier dopage peut être effectué dans la masse et un dopage différent, par exemple avec un autre produit dopant et/ou avec une autre concentration, peut être effectué en surface. The monocrystalline diamond thus formed can be doped. In one embodiment, the doping product can be introduced during the formation of the synthetic diamond, for example by adding traces of dopant in the filtered arc respectively in the CVD reactor. In another embodiment, the dopant is added after formation of the synthetic diamond, for example by means of a high energy ion beam. The doping can be carried out homogeneously throughout the mass of the diamond, and / or only at the surface. A first doping may be carried out in the mass and a different doping, for example with another doping product and / or with another concentration, may be carried out on the surface.
[0063] Le dopage peut être sélectionné afin de modifier la dureté des pièces produites à partir de ce diamant; selon le produit dopant, il est possible d’augmenter ou de réduire cette dureté. Le dopage peut aussi être sélectionné de manière à contrôler la couleur du diamant. Le dopage peut être choisi de manière à contrôler le module d’Young du diamant. Le dopage peut être choisi de manière à réduire la sensibilité du module d’Young à la température, afin de produire des pièces dont la rigidité soit aussi indépendante que possible de la température. Le dopage peut être choisi de manière à réduire le coefficient de dilatation du diamant, afin de produire des pièces dont les dimensions soient aussi indépendantes que possible de la température. The doping can be selected in order to modify the hardness of the pieces produced from this diamond; depending on the doping product, it is possible to increase or reduce this hardness. Doping can also be selected to control the color of the diamond. Doping can be chosen to control the Young's modulus of the diamond. The doping can be chosen so as to reduce the sensitivity of the Young's modulus to the temperature, in order to produce parts whose rigidity is as independent as possible from the temperature. The doping can be chosen so as to reduce the coefficient of expansion of the diamond, in order to produce pieces whose dimensions are as independent as possible from the temperature.
[0064] Le produit dopant et la concentration de ce produit sont en outre choisis de manière à ne pas interférer avec la structure monocristalline du diamant, ou à limiter au maximum cette interférence. Dans un mode de réalisation, le diamant est dopé avec des ions de bore. Différents diamants utilisés pour la production de différentes pièces dans une même montre peuvent être dopés différemment en fonction des propriétés recherchées. The doping product and the concentration of this product are further selected so as not to interfere with the monocrystalline diamond structure, or to minimize this interference. In one embodiment, the diamond is doped with boron ions. Different diamonds used for the production of different pieces in the same watch can be doped differently depending on the desired properties.
[0065] Le dopage au bore effectué lors de la croissance organique du diamant synthétique a l’avantage de produire un diamant noir non radioactif, au contraire des procédés de dopage par introduction d’ions à haute énergie. Boron doping performed during the organic growth of synthetic diamond has the advantage of producing a non-radioactive black diamond, unlike doping processes by introducing high energy ions.
[0066] Le diamant monocristallin 1 est ensuite découpé comme illustré sur la fig. 1B , par exemple au moyen d’une scie à diamant, ou fendu à l’aide d’un marteau et d’une lame, d’un arc électrique, d’un faisceau ionique, ou de préférence découpé au moyen d’un laser de façon à obtenir une surface 10 plane. Le laser est avantageusement un laser puisé, par exemple un laser puisé à une fréquence de 5 à 40 GHz. The monocrystalline diamond 1 is then cut as illustrated in FIG. 1B, for example by means of a diamond saw, or slit by means of a hammer and a blade, an electric arc, an ion beam, or preferably cut by means of a laser to obtain a planar surface. The laser is advantageously a pulsed laser, for example a laser pulsed at a frequency of 5 to 40 GHz.
[0067] Dans le mode de réalisation illustré sur les fig. 4A à 4C , le diamant est découpé en tranche depuis un premier côté au moyen d’un premier faisceau laser 20. Le faisceau laser est pivoté au moyen d’un miroir mobile, de manière à émettre dans un cône avec un angle d’ouverture inférieur à 5°. Le diamant est ensuite attaqué depuis l’autre côté au moyen d’un autre faisceau laser 21 pivoté dans un cône (fig. 4B ). Il est aussi possible d’utiliser le même faisceau laser pour attaquer les deux côtés de la pièce, en la retournant entre les deux découpes. Cet usinage en cône permet d’élargir la zone d’ablation et d’éviter les mauvais états de surface et la destruction de la structure cristalline qui risque de se produire si l’ablation était effectuée dans un canal étroit, en provoquant une élévation de température excessive. Le procédé est comparable, toutes proportions gardées, à celui d’un bûcheron tronçonnant un tronc au moyen de deux entailles en biais depuis chaque côté du tronc. In the embodiment illustrated in FIGS. 4A to 4C, the diamond is sliced from a first side by means of a first laser beam 20. The laser beam is rotated by means of a movable mirror, so as to emit in a cone with an opening angle less than 5 °. The diamond is then etched from the other side by means of another laser beam 21 rotated in a cone (Fig. 4B). It is also possible to use the same laser beam to attack both sides of the room, by turning it between the two cuts. This cone machining allows the ablation zone to be enlarged and to avoid poor surface conditions and the destruction of the crystalline structure which may occur if the ablation is performed in a narrow channel, causing a rise in excessive temperature. The process is comparable, proportionately, to that of a lumberjack cutting a trunk by means of two notches sloping from each side of the trunk.
[0068] La surface convexe ainsi produite par ce tronçonnage est ensuite rectifiée ou aplatie, comme illustré sur la fig. 4C , au moyen d’un faisceau laser orienté parallèlement à la surface de la plaque que l’on souhaite produire. La fréquence de pulsation de ce laser peut être par exemple entre 10 et 100 KHz, afin d’obtenir une découpe précise sans les problèmes de modifications de la structure cristalline causés par la haute énergie des lasers puisés plus rapidement. The convex surface thus produced by this cutting is then rectified or flattened, as shown in FIG. 4C, by means of a laser beam oriented parallel to the surface of the plate that is to be produced. The pulsation frequency of this laser can be for example between 10 and 100 KHz, to obtain a precise cut without the problems of changes in the crystalline structure caused by the high energy lasers pulsed more quickly.
[0069] Il est possible de scanner le diamant brut au préalable à l’aide d’un scanner 3D afin de déterminer le plan de coupe optimal permettant d’obtenir le maximum de pièces 3 et/ou de faciliter le clivage; par exemple, une coupe selon un plan tétraédrique du cristal sera préférée car elle est plus rapide et permet d’obtenir une surface plus propre. It is possible to scan the rough diamond in advance using a 3D scanner to determine the optimal cutting plane to obtain the maximum of parts 3 and / or facilitate cleavage; for example, a tetrahedral section of the crystal will be preferred because it is faster and provides a cleaner surface.
[0070] Dans un premier mode de réalisation, le plan de coupe est déterminé afin d’obtenir une surface active de la pièce orientée selon le plan cristallin {111} qui est généralement le plus dur. Dans le cas d’une plaque destinée à la fabrication d’un ressort spiral horloger, le plan de coupe est de préférence parallèle au plan {111} du diamant. Dans le cas d’une plaque destinée à la fabrication de palettes pour ancre d’horlogerie, le plan de coupe est de préférence distinct du plan {111} et choisi de manière à permettre la découpe de palettes dont la surface d’impulsion, obtenue dans la tranche des plaques découpées, est parallèle au plan d’orientation cristalline {111}. In a first embodiment, the section plane is determined in order to obtain an active surface of the workpiece oriented along the crystalline plane {111} which is generally the hardest. In the case of a plate intended for the manufacture of a clockwork spiral spring, the cutting plane is preferably parallel to the {111} plane of the diamond. In the case of a plate intended for the manufacture of pallets for a watch anchor, the plane of section is preferably distinct from the plane {111} and chosen so as to allow the cutting of pallets whose impulse surface, obtained in the slice of the cut plates, is parallel to the {111} crystalline orientation plane.
[0071] Il a cependant été constaté dans le cadre de l’invention que même si le plan cristallin {111} est le plus dur, cette dureté décroit très brusquement en cas de légère déviation par rapport à ce plan idéal. Par exemple, une pièce découpée ou polie selon un plan qui dévie ne serait-ce que de quelques degrés par rapport au plan {111} présente une dureté et un état de surface nettement diminués. Il est cependant difficile, notamment dans le cadre d’une fabrication industrielle, de fabriquer des pièces comportant des surfaces orientées précisément selon le plan {111}, sans aucune déviation. However, it has been found in the context of the invention that even if the crystalline plane {111} is the hardest, this hardness decreases very abruptly in case of slight deviation from this ideal plane. For example, a piece cut or polished in a plane that deviates even a few degrees from the plane {111} has a significantly reduced hardness and surface condition. However, it is difficult, especially in the context of industrial manufacture, to manufacture parts with surfaces oriented precisely along the {111} plane, without any deviation.
[0072] Par conséquent, dans un mode de réalisation préférentiel, le plan de coupe est déterminé afin de d’obtenir une surface active de la pièce orientée sensiblement selon le plan cristallin {001} ou selon le plan {011}; bien que moins durs que le plan idéal {111}, ces plans sont moins sensibles aux déviations par rapport à la surface idéale. Dans le cas d’une plaque destinée à la fabrication d’un ressort spiral horloger, le plan de coupe est de préférence sensiblement parallèle au plan {001} ou {011} du diamant. Dans le cas d’une plaque destinée à la fabrication de palettes pour ancre d’horlogerie, le plan de coupe est de préférence choisi de manière à permettre la découpe de palettes dont la surface d’impulsion, obtenue dans la tranche des plaques découpées, est sensiblement parallèle au plan d’orientation cristalline {001} ou au plan {011}. Sensiblement parallèle signifie ici que la déviation après polissage est au maximum de +-5°. Therefore, in a preferred embodiment, the section plane is determined in order to obtain an active surface of the workpiece oriented substantially along the {001} crystalline plane or along the {011} plane; although less hard than the ideal plane {111}, these planes are less sensitive to deviations from the ideal surface. In the case of a plate intended for the manufacture of a clockwork spiral spring, the cutting plane is preferably substantially parallel to the {001} or {011} plane of the diamond. In the case of a plate intended for the manufacture of pallets for a watch anchor, the cutting plane is preferably chosen so as to allow the cutting of pallets whose impulse surface, obtained in the edge of the cut plates, is substantially parallel to the {001} crystal orientation plane or {011} plane. Substantially parallel means here that the deflection after polishing is at most + 5 °.
[0073] Il est possible de maintenir le diamant 1 pendant la coupe par exemple en le cimentant ou en le collant sur un support temporaire. It is possible to maintain the diamond 1 during cutting for example by cementing or gluing on a temporary support.
[0074] La face brute 10 obtenue au terme de cette découpe est ensuite rectifiée et/ou polie de manière à obtenir une face plane polie 11 comme illustrée sur la fig. 1C The rough face 10 obtained at the end of this cut is then ground and / or polished so as to obtain a polished flat face 11 as shown in FIG. 1 C
[0075] La rectification de la face 11 peut être effectuée, comme indiqué, au moyen d’un laser, par exemple d’un laser puisé entre 10 et 100KHz. The rectification of the face 11 can be performed, as indicated, by means of a laser, for example a laser pulsed between 10 and 100KHz.
[0076] Le polissage de la face 11 peut être effectué sur une meule rotative couverte de poudre de diamant synthétique, par exemple de poudre de diamant polycristallin. The polishing of the face 11 can be performed on a rotary grinding wheel covered with synthetic diamond powder, for example polycrystalline diamond powder.
[0077] La rugosité de la face 11 peut aussi être réduite au moyen d’un faisceau d’ions à haute énergie parallèle à la surface. The roughness of the face 11 can also be reduced by means of a high energy ion beam parallel to the surface.
[0078] Le diamant est ensuite découpé selon une nouvelle coupe parallèle à la première coupe, de manière à obtenir une plaque fine 2 comme illustrée sur la fig. 1D . Cette découpe délicate est avantageusement effectuée par laser pour éviter des chocs qui pourraient casser la plaque. Comme la découpe de la face supérieure, cette découpe peut être effectuée selon le procédé illustré sur les fig. 4A à 4C , C ’est-à-dire au moyen d’un ou deux faisceaux lasers déviés par un miroir pour produire une zone d’ablation conique. The diamond is then cut according to a new section parallel to the first section, so as to obtain a thin plate 2 as shown in FIG. 1D. This delicate cut is advantageously performed by laser to avoid shocks that could break the plate. As the cutting of the upper face, this cutting can be performed according to the method illustrated in Figs. 4A-4C, ie by means of one or two laser beams deflected by a mirror to produce a conical ablation zone.
[0079] Selon le type de pièce désiré, ce procédé permet de tailler des plaques extrêmement fines dans un diamant monocristallin, par exemple des plaques d’une épaisseur inférieure à 400 microns, par exemple des plaques d’une épaisseur comprise entre 100 et 400 microns dans le cas de plaques destinées à l’usinage de palettes, et des plaques d’une épaisseur comprise entre 20 et 80 microns, par exemple de 60 microns, dans le cas de fabrication de roues d’ancres ou d’ancres. Depending on the type of part desired, this process makes it possible to cut extremely thin plates in a monocrystalline diamond, for example plates with a thickness of less than 400 microns, for example plates with a thickness of between 100 and 400. microns in the case of plates for machining pallets, and plates with a thickness of between 20 and 80 microns, for example 60 microns, in the case of manufacture of anchor wheels or anchors.
[0080] Cette caractéristique permet de fabriquer des pièces extrêmement légères et donc de réduire l’énergie nécessaire pour les mettre en déplacement. This feature allows to manufacture extremely lightweight parts and thus reduce the energy required to put them in motion.
[0081] La face inférieure 12 de la plaque 2 est relativement brute. Pour beaucoup d’applications, notamment en horlogerie, cet aspect non parfaitement poli est entièrement satisfaisant puisque cette face est non visible. Il est cependant envisageable en réalisant une pièce légèrement plus épaisse de polir également cette face 12, par exemple par polissage mécanique sur une meule et/ou laser. Dans un mode de réalisation, la pièce est tenue sans colle lors de son polissage, de préférence par vacuum. Il est ainsi possible de contrôler très précisément l’épaisseur de la pièce après polissage, sans que cette épaisseur ne dépende de l’épaisseur de la colle. The lower face 12 of the plate 2 is relatively crude. For many applications, especially in watchmaking, this aspect not perfectly polished is entirely satisfactory since this face is not visible. However, it is conceivable by making a slightly thicker piece to also polish this face 12, for example by mechanical polishing on a grinding wheel and / or laser. In one embodiment, the part is held without glue during polishing, preferably by vacuum. It is thus possible to very precisely control the thickness of the piece after polishing, without this thickness depending on the thickness of the glue.
[0082] La plaque 2 produite peut être contrôlée visuellement afin d’éliminer les plaques qui présentent trop d’impuretés ou une structure non monocristalline. Dans un mode de réalisation, ce contrôle est effectué en illuminant la plaque avec une lumière polarisée faisant ressortir les imperfections. Le contrôle peut être manuel ou effectué à au moyen d’une caméra et d’un logiciel d’analyse d’images. The plate 2 produced can be visually inspected to remove the plates that have too much impurity or non-monocrystalline structure. In one embodiment, this control is performed by illuminating the plate with a polarized light that highlights the imperfections. The control can be manual or done by means of a camera and an image analysis software.
[0083] Au cours de l’étape illustrée sur la fig. 1E , la pièce 3 est découpée dans la surface de la plaque 2. Cette découpe est par exemple obtenue au moyen d’un faisceau laser perpendiculaire à l’une des surfaces 11, 12 ou au plan médian de la plaque 2. Dans l’exemple des fig. 1E et 2 , la pièce 3 ainsi découpée est une ancre d’échappement pour mouvement de montre. Il est aussi possible de réaliser d’autres pièces micromécaniques à l’aide du procédé décrit ci-dessus, par exemple une roue d’ancre ou un ressort spiral ou une autre roue. Plusieurs pièces différentes peuvent être découpées dans une seule plaque. During the step illustrated in FIG. 1E, the piece 3 is cut in the surface of the plate 2. This cut is for example obtained by means of a laser beam perpendicular to one of the surfaces 11, 12 or the median plane of the plate 2. In the example of figs. 1E and 2, the piece 3 thus cut is an escapement anchor for watch movement. It is also possible to make other micromechanical parts using the method described above, for example an anchor wheel or a spiral spring or another wheel. Several different pieces can be cut into a single plate.
[0084] La fig. 5 illustre un exemple de trajectoire possible du faisceau laser 6 lors de l’usinage d’une palette dans une plaque 11. Le faisceau laser peut avoir une dimension relativement grande, par exemple un diamètre maximal de l’ordre de 20 microns. La forme de ce faisceau 6 est généralement non circulaire, par exemple elliptique. La trajectoire de découpe est donc avantageusement déterminée par un logiciel agencé pour déterminer une trajectoire du faisceau lumineux qui tienne compte de la dimension, de la forme et de l’orientation de ce faisceau par rapport à la pièce à découper, de manière à obtenir une pièce après libération dont les dimensions correspondent aux dimensions souhaitées. FIG. 5 illustrates an example of possible trajectory of the laser beam 6 during the machining of a pallet in a plate 11. The laser beam may have a relatively large size, for example a maximum diameter of the order of 20 microns. The shape of this beam 6 is generally non-circular, for example elliptical. The cutting trajectory is therefore advantageously determined by software designed to determine a trajectory of the light beam which takes into account the size, shape and orientation of this beam with respect to the piece to be cut, so as to obtain a piece after release whose dimensions correspond to the desired dimensions.
[0085] La trajectoire est de préférence entamée à distance de la pièce à produire, sur une portion 32 qui n’appartient pas à la pièce produite. On évite ainsi les déformations dues au perçage initial. La trajectoire est en outre de préférence optimisée, en tenant compte de l’orientation cristalline du diamant, de manière à ce que les fissures éventuelles qui se propagent depuis le point d’ablation aient un maximum de chances de suivre le bord de la pièce, ou de s’éloigner de cette pièce. Par exemple, sur la fig. 5 , les risques de fissures maximal se produisent à partir du point de perçage initial 32; la position de ce point est donc de préférence choisie de manière à ce que la direction de fissure la plus probable suive exactement la ligne suivie par le faisceau. The trajectory is preferably initiated at a distance from the part to be produced, on a portion 32 which does not belong to the part produced. This avoids the deformations due to the initial drilling. The trajectory is further preferably optimized, taking into account the crystalline orientation of the diamond, so that any cracks that propagate from the point of ablation have a maximum chance of following the edge of the piece, or move away from this room. For example, in fig. 5, the maximum risk of cracking occurs from the initial piercing point 32; the position of this point is therefore preferably chosen so that the most likely crack direction exactly follows the line followed by the beam.
[0086] Comme indiqué plus haut, la pièce à découper est orientée sur la plaque de diamant 11 de manière à ce que la surface active de la pièce se trouve dans le plan cristallin {111}. Dans le cas illustré d’une palette, la surface active 31 est celle qui est destinée à être mise en contact avec la roue d’ancre. La palette est donc découpée dans la plaque 11 de façon à ce que cette surface 31 se trouve précisément dans le plan {111}. As indicated above, the workpiece is oriented on the diamond plate 11 so that the active surface of the workpiece is in the {111} crystalline plane. In the illustrated case of a pallet, the active surface 31 is that which is intended to be brought into contact with the anchor wheel. The pallet is thus cut in the plate 11 so that this surface 31 is precisely in the {111} plane.
[0087] Les éléments 33 sur la fig. 5 sont des témoins de découpe utilisés pendant l’étape ultérieure de polissage afin de définir la profondeur idéale de polissage. Le polissage sera donc effectué précisément jusqu’au moment où ces marques disparaissent complètement. The elements 33 in FIG. 5 are cutting indicators used during the subsequent polishing step to define the ideal polishing depth. The polishing will be done precisely until the moment when these marks disappear completely.
[0088] D’autres plaques similaires à la plaque 2 peuvent ensuite être découpées dans le même diamant 1, afin de réaliser d’autres pièces identiques à, ou différentes de la pièce 3. Other plates similar to the plate 2 can then be cut in the same diamond 1, in order to make other pieces identical to or different from the piece 3.
[0089] Dans un mode de réalisation, des facettes sont obtenues par découpe et/ou polissage dans une des faces supérieure et/ou inférieure 11 ou 12, de manière à contrôler la direction dans laquelle la lumière traverse la pièce 3 et les reflets ou irisations produits sur les différentes faces. La pièce reste cependant essentiellement plane; dans un mode de réalisation préférentiel, le rapport entre l’épaisseur et la plus petite longueur est supérieur à 10, avantageusement supérieur à 50, par exemple supérieur à 100. In one embodiment, facets are obtained by cutting and / or polishing in one of the upper and / or lower faces 11 or 12, so as to control the direction in which the light passes through the workpiece 3 and the reflections or iridescence produced on the different faces. The room remains however essentially flat; in a preferred embodiment, the ratio between the thickness and the smallest length is greater than 10, advantageously greater than 50, for example greater than 100.
[0090] Il est aussi possible de découper dans la pièce 3 un logo, une inscription ou un motif au moyen du laser. Cette découpe peut être traversante ou borgne; elle permet par exemple d’offrir une protection contre la contrefaçon en rendant la copie extrêmement difficile. It is also possible to cut in the room 3 a logo, an inscription or a pattern by means of the laser. This cutout can be through or blind; it allows for example to offer protection against counterfeiting by making copying extremely difficult.
[0091] Le procédé de découpe dans une plaque 2 de la pièce 3 au moyen d’un laser a l’inconvénient de produire des flancs latéraux 13 non perpendiculaires aux faces 11, 12, comme représenté de façon exagérée sur la fig. 3A . Le diamant étant plus ou moins transparent, la découpe est en fait obtenue par l’attaque du plasma produit par l’interaction entre la lumière laser et l’air. Il en résulte des flancs non perpendiculaires et peu lisses. Cette qualité de surface n’est généralement pas problématique pour des pièces 3 ou des portions de pièces 3 qui ne sont pas destinées à entrer en contact avec d’autres pièces. Dans certains cas, ces surfaces irrégulières sont cependant indésirables soit pour des raisons esthétiques, ou parce qu’il est nécessaire de contrôler avec précision la forme de la pièce et la quantité de matière, par exemple dans le cas d’un ressort-spiral. Dans le cas d’une pièce ou d’une portion de pièce destinée à entrer en contact avec d’autres composants du mouvement, il est donc souhaitable de contrôler le profil et l’état de surface des flancs 13. Ces exigences sont particulièrement importantes si la pièce 3 est une palette d’ancre, une portion d’ancre formant palette, ou une dent d’une roue d’ancre ou d’une autre roue. The cutting process in a plate 2 of the part 3 by means of a laser has the disadvantage of producing lateral flanks 13 not perpendicular to the faces 11, 12, as shown in an exaggerated manner in FIG. 3A. The diamond being more or less transparent, the cut is in fact obtained by the attack of the plasma produced by the interaction between the laser light and the air. This results in non-perpendicular flanks and not very smooth. This surface quality is generally not problematic for parts 3 or portions of parts 3 which are not intended to come into contact with other parts. In some cases, however, these irregular surfaces are undesirable either for aesthetic reasons, or because it is necessary to accurately control the shape of the workpiece and the amount of material, for example in the case of a spiral spring. In the case of a part or part portion intended to come into contact with other components of the movement, it is therefore desirable to control the profile and the surface condition of the flanks 13. These requirements are particularly important if the piece 3 is an anchor pallet, a pallet anchor portion, or a tooth of an anchor wheel or other wheel.
[0092] Dans un tel cas, une opération optionnelle de rectification des flancs 13, ou d’au moins une portion de ces flancs, peut être effectuée au moyen d’un laser ou d’une meule afin d’obtenir des flancs 14 plus lisses et perpendiculaires aux surfaces 11, 12, comme illustré sur la fig. 3B . Dans le cas d’une palette, au moins la surface active 31 peut être meulée jusqu’à la profondeur de la marque 33 au moyen d’un meule recouverte de poudre de diamant polycristallin. Dans le cas d’une roue d’ancre, la portion de chaque dent destinée à être mise en contact avec la palette peut être polie ou rectifiée au moyen d’un faisceau laser. In such a case, an optional operation of rectification of the flanks 13, or at least a portion of these flanks, can be performed by means of a laser or a grinding wheel to obtain flanks 14 more. smooth and perpendicular to the surfaces 11, 12, as illustrated in FIG. 3B. In the case of a pallet, at least the active surface 31 can be ground to the depth of the mark 33 by means of a grinding wheel coated with polycrystalline diamond powder. In the case of an anchor wheel, the portion of each tooth intended to be brought into contact with the pallet may be polished or ground by means of a laser beam.
[0093] Les surfaces de la pièce 3 ainsi obtenue ne sont de préférence pas revêtues; le diamant monocristallin présente un état de surface pratiquement idéal aussi bien d’un point de vue esthétique que pour ce qui est du coefficient de frottement ou de la résistance aux chocs par exemple. Il arrive cependant que les surfaces 11, 12, 13 ou 14 soient recouvertes de traces de carbone graphité résultant de la destruction de la structure en diamant lors des opérations de découpe ou de polissage. Afin d’éliminer ces traces, il est possible dans le cadre de l’invention de soumettre la pièce 3 à un traitement thermique, par exemple en la laissant quelques secondes ou quelques minutes dans un four entre 600° et 750°C, de préférence entre 650 et 680°C; cette opération permet de brûler le graphite résiduel en surface sans affecter le carbone sous forme de diamant, et d’améliorer ainsi l’état de surface de la pièce. Elle permet aussi de polir la pièce par brûlure des pointes en surface. The surfaces of the piece 3 thus obtained are preferably not coated; the monocrystalline diamond has a surface state that is practically ideal both from an aesthetic point of view and with regard to the coefficient of friction or the impact resistance, for example. However, the surfaces 11, 12, 13 or 14 may be covered with traces of graphitized carbon resulting from the destruction of the diamond structure during cutting or polishing operations. In order to eliminate these traces, it is possible in the context of the invention to subject the part 3 to a heat treatment, for example by leaving it for a few seconds or a few minutes in a furnace between 600 ° and 750 ° C., preferably between 650 and 680 ° C; this operation makes it possible to burn the residual graphite at the surface without affecting the carbon in the form of a diamond, and thus to improve the surface state of the part. It also polishes the piece by burning points on the surface.
[0094] La pièce produite peut aussi être polie au moyen d’un faisceau d’ions («ion etching»), par exemple d’un faisceau d’ions parallèle à la surface à polir. Dans un mode de réalisation, ce polissage ionique est effectué après le polissage par traitement thermique. The piece produced can also be polished by means of an ion beam ("ion etching"), for example an ion beam parallel to the surface to be polished. In one embodiment, this ionic polishing is performed after polishing by heat treatment.
[0095] La pièce produite peut aussi être polie au moyen d’ultrasons. Elle peut être nettoyée à l’essence pour améliorer l’aspect du diamant. The piece produced can also be polished by means of ultrasound. It can be cleaned with gasoline to improve the appearance of the diamond.
[0096] Un mouvement de montre mécanique dans le cadre de l’invention peut comporter une ou plusieurs pièces 3 en diamant monocristallin. Il est possible de choisir la dureté de chaque pièce 3 en sélectionnant le type et le couleur de diamant. Par exemple, une pièce pour laquelle une dureté maximale est requise pourra être réalisée en diamant synthétique, par exemple en diamant synthétique noir dopé au bore. Une pièce pour laquelle une dureté aussi importante n’est pas souhaitée pourra être réalisée en diamant synthétique transparent, en diamant naturel, etc. Différentes pièces en diamant de différentes couleur et de différents types peuvent être combinées dans un seul mouvement. Il est par exemple avantageux de réaliser une palette ou une ancre en diamant monocristallin très dur, et une roue d’ancre en diamant monocristallin légèrement moins dure afin d’amortir les chocs. A mechanical watch movement within the scope of the invention may comprise one or more pieces 3 monocrystalline diamond. It is possible to choose the hardness of each piece 3 by selecting the type and color of diamond. For example, a part for which maximum hardness is required may be made of synthetic diamond, for example boron doped black synthetic diamond. A part for which such a high hardness is not desired can be made of transparent synthetic diamond, natural diamond, etc. Different diamond pieces of different colors and types can be combined in one movement. For example, it is advantageous to make a pallet or an anchor made of very hard monocrystalline diamond, and a monocrystalline diamond anchor wheel slightly less hard in order to cushion the shocks.
Numéros de référence employés sur les figuresReference numbers used in the figures
[0097] <tb>1<SEP>Diamant monocristallin <tb>10<SEP>Face coupée non polie <tb>11<SEP>Face coupée polie <tb>12<SEP>Face opposée non polie <tb>13<SEP>Face latérale non rectifiée <tb>14<SEP>Face latérale rectifiée <tb>2<SEP>Plaque de diamant découpée <tb>3<SEP>Pièce mécanique fonctionnelle[0097] <tb> 1 <SEP> Monocrystalline diamond <tb> 10 <SEP> Unpolished cut face <tb> 11 <SEP> Polished cut face <tb> 12 <SEP> Opposite unpolished face <tb> 13 <SEP> Non-rectified side face <tb> 14 <SEP> Rectified side face <tb> 2 <SEP> Cut Diamond Plate <tb> 3 <SEP> Functional mechanical part
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