CH710790A1

CH710790A1 - Mainspring composite metal matrix cylinder and watch.

Info

Publication number: CH710790A1
Application number: CH00268/15A
Authority: CH
Inventors: Moyse Romain; Guerlesquin Gaël
Original assignee: Cartier Int Ag
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2015-02-27
Publication date: 2016-08-31
Also published as: CH712359B1; WO2016135679A1

Abstract

L’invention concerne un ressort moteur (100) destiné à être monté dans un barillet de mouvement de montre, le ressort moteur (100) ayant une longueur (L) et étant réalisé dans un composite à matrice métallique comprenant une matrice metallique (10) et des fibres (20); dans lequel chacune des fibres (20) présente une longueur (I) d’au moins 50% de la longueur (L) du ressort (100). L’invention concerne également un barillet comprenant un tel ressort moteur ainsi qu’une montre comprenant un tel barillet.The invention relates to a motor spring (100) for mounting in a watch movement cylinder, the motor spring (100) having a length (L) and being made of a metal matrix composite comprising a metal matrix (10). and fibers (20); wherein each of the fibers (20) has a length (I) of at least 50% of the length (L) of the spring (100). The invention also relates to a barrel comprising such a mainspring and a watch comprising such a barrel.

Description

Domaine techniqueTechnical area

[0001] La présente invention concerne un ressort moteur destiné à être monté dans un barillet moteur de montre. The present invention relates to a motor spring for mounting in a watch engine cylinder.

Etat de la techniqueState of the art

[0002] Le ressort de barillet, ou ressort moteur, est l’organe permettant d’emmagasiner l’énergie mécanique nécessaire au fonctionnement de la montre. Généralement, ses dimensions géométriques et les propriétés mécaniques du matériau qui le compose déterminent l’énergie potentielle que le ressort moteur est capable d’emmagasiner et le couple maximal qu’il délivre. Le déroulement de la lame du ressort produit l’énergie nécessaire au fonctionnement de la montre. La fig. 1 montre une vue éclatée d’un ressort moteur 1 logé dans un tambour de barillet 2. La forme de la lame du ressort a évolué jusqu’à une forme reconnue en S retourné (voir fig. 2 et «Théorie d’horlogerie» par C-A Reymondin et al., édité par la Fédération des Ecoles Techniques, Suisse, 1998). Cette forme particulière permet de produire un couple relativement constant quel que soit l’état d’armement du ressort. L’énergie maximale est emmagasinée par le ressort moteur lorsque la proportion entre la surface occupée par ce dernier, lorsqu’il est armé, et celle qui reste libre dans le tambour est d’environ 50 pourcent. The mainspring, or motor spring, is the organ for storing the mechanical energy necessary for the operation of the watch. Generally, its geometric dimensions and the mechanical properties of the material that compose it determine the potential energy that the mainspring is able to store and the maximum torque that it delivers. The unwinding of the leaf of the spring produces the energy necessary for the operation of the watch. Fig. 1 shows an exploded view of a motor spring 1 housed in a barrel drum 2. The shape of the leaf of the spring has evolved to a recognized S-shaped shape (see Fig. 2 and "Theory of Watchmaking" by CA Reymondin et al., Published by the Federation of Technical Schools, Switzerland, 1998). This particular shape makes it possible to produce a relatively constant torque irrespective of the state of arming of the spring. The maximum energy is stored by the mainspring when the proportion between the area occupied by the latter, when it is armed, and that which remains free in the drum is about 50 percent.

[0003] Les manufacturiers horlogers ont cherché de tout temps à augmenter la capacité de stockage d’énergie des ressorts moteurs et, ainsi, la réserve de marche des montres mécaniques, sans pour autant accroître le volume, c’est-à-dire l’encombrement, des barillets. Les efforts ont principalement été dirigés vers la réduction des pertes d’énergie, notamment dues aux frottements. Watch manufacturers have always sought to increase the energy storage capacity of the engine springs and, thus, the power reserve of mechanical watches, without increasing the volume, that is to say the 'congestion, barrels. Efforts have mainly been directed towards the reduction of energy losses, particularly due to friction.

[0004] Le recours aux matériaux composites, tels qu’un polymère renforcé de fibres de verre ou autres pour la fabrication des ressorts moteur permet d’obtenir des ressorts moins susceptibles que les ressorts conventionnels métalliques aux fractures par fatigue et, par conséquent, avoir une durée de vie plus longue. L’utilisation de tels matériaux composites peut nécessiter le dimensionnement des ressorts en tenant compte des spécificités qui différencient ces matériaux composites des aciers traditionnellement utilisés. En effet, si les techniques de laminage de l’acier autorisent des épaisseurs de lame inférieures au dixième de millimètre, des dimensions aussi réduites sont difficiles avec les performances mécaniques visées dans le cas des matériaux composites. Les ressorts en matériaux composites peuvent en outre présenter une résistance à la flexion plus faible que les ressorts métalliques. The use of composite materials, such as a fiberglass reinforced polymer or the like for the manufacture of motor springs makes it possible to obtain springs that are less susceptible than conventional metal springs to fatigue fractures and, consequently, to have a longer life. The use of such composite materials may require the sizing of the springs taking into account the specificities that differentiate these composite materials traditionally used steels. Indeed, if steel rolling techniques allow blade thicknesses less than one-tenth of a millimeter, such reduced dimensions are difficult with the mechanical performance targeted in the case of composite materials. Springs made of composite materials may also have lower flexural strength than metal springs.

[0005] Le document EP 2 511 229 décrit un composant micromécanique tel qu’un ressort moteur dont le matériau de support peut être en un composite de matériau céramique dans une matrice métallique, par exemple des matrices métalliques à base de nickel ou de cobalt emprisonnant des particules de carbures de tungstène ou de carbures de titane. EP 2 511 229 discloses a micromechanical component such as a motor spring whose support material may be a composite of ceramic material in a metal matrix, for example metal matrices containing nickel or cobalt imprisoning particles of tungsten carbides or titanium carbides.

[0006] Le document WO 2005 123 324 concerne le procédé d’usinage d’un composant horloger tel qu’un ressort. Celui-ci peut être en un matériau composite, y compris un matériau à matrice/ liant organique ou métallique et comprenant notamment, sans que cela soit exhaustif, des phénoliques, des polyesters, des époxydes, des polyimides, des renforcés de fibres / renforts additifs (principalement celluloses, verre E, C, S, R..., bore,..), des trichites (whiskers) AIO3, SiO2, Zr02, MgO, TiO2, BeO, SiC, de l’aramide bas module, de l’aramide haut module, du carbone haute ténacité, du carbone haut module, du bore, de l’acier, de l’aluminium, etc, ainsi que des matériaux chargés de matières minérales, en particulier de craie, silice, kaolin, oxyde de titane, bille de verre, etc. WO 2005 123 324 relates to the method of machining a watch component such as a spring. This may be a composite material, including an organic / metallic matrix / binder material and including, but not limited to, phenolics, polyesters, epoxides, polyimides, fiber-reinforced / additive reinforcements. (mainly celluloses, glass E, C, S, R ..., boron, ..), whiskers AIO3, SiO2, ZrO2, MgO, TiO2, BeO, SiC, low modulus aramid, high modulus aramid, high tenacity carbon, high modulus carbon, boron, steel, aluminum, etc., as well as materials loaded with mineral materials, in particular chalk, silica, kaolin, oxide titanium, glass ball, etc.

[0007] Ainsi, de nombreuses tentatives de fabrication d’un composant horloger, y compris un composant élastique, ont porté sur l’utilisation d’un composite à matrice métallique. Lorsqu’on parle de composite à matrice métallique, il s’agit d’une matrice métallique dans lequel on insère des fibres, des particules ou encore des filaments qu’on appelle trichites («Whiskers»). Thus, many attempts to manufacture a watch component, including an elastic component, have focused on the use of a metal matrix composite. When we talk about metal matrix composite, it is a metal matrix in which we insert fibers, particles or filaments called whiskers ("Whiskers").

[0008] Cependant, à ce jour aucun ressort moteur en matériau composite à matrice métallique n’a pu satisfaire aux exigences liées à cette pièce essentielle d’un mouvement horloger mécanique. However, to date, no motor spring engineered metal matrix material could meet the requirements of this essential part of a mechanical watch movement.

Bref résumé de l’inventionBrief summary of the invention

[0009] Un but de la présente invention est de proposer un ressort moteur destiné à être monté dans un barillet moteur de montre, exempt des limitations des documents de l’état de la technique connus. An object of the present invention is to provide a motor spring for mounting in a watch engine cylinder, free from the limitations of known prior art documents.

[0010] Un autre but de l’invention est de proposer un ressort moteur destiné à être monté dans un barillet moteur de montre, ayant une faible épaisseur tout en ayant de bonnes propriétés mécaniques, en particulier de bonnes propriétés élastiques. Another object of the invention is to provide a motor spring intended to be mounted in a watch engine cylinder, having a small thickness while having good mechanical properties, in particular good elastic properties.

[0011] En particulier, la présente invention a pour but de proposer un ressort moteur qui puisse présenter des propriétés mécaniques, en particulier des propriétés élastiques prédéterminées et constantes sur une partie importante de la longueur du ressort. In particular, the present invention aims to provide a motor spring which can have mechanical properties, in particular predetermined and constant elastic properties over a significant portion of the length of the spring.

[0012] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d’un ressort moteur destiné à être monté dans un barillet de mouvement de montre, le ressort moteur ayant une longueur L et étant réalisé dans un composite à matrice métallique comprenant une matrice métallique et des fibres. De façon caractéristique, chacune des fibres présente une longueur I d’au moins 50% de la longueur L du ressort. According to the invention, these objects are achieved in particular by means of a motor spring intended to be mounted in a watch movement cylinder, the motor spring having a length L and being made in a metal matrix composite comprising a metal matrix and fibers. Typically, each of the fibers has a length I of at least 50% of the length L of the spring.

[0013] Cette solution présente notamment l’avantage par rapport à l’art antérieur de disposer de caractéristiques améliorées en résistance à la traction par le fait que les fibres s’étendent dans la même direction que la direction principale du ruban constituant le ressort et sur une longueur I dépassant ou égale à la moitié longueur totale L du ressort. La longueur L totale du ressort correspond à la longueur totale du ruban formant le ressort, dans une configuration complètement déployée. This solution has the advantage over the prior art of having improved characteristics in tensile strength in that the fibers extend in the same direction as the main direction of the ribbon constituting the spring and over a length I greater than or equal to half the total length L of the spring. The total length L of the spring corresponds to the total length of the ribbon forming the spring, in a fully deployed configuration.

[0014] les composites à matrice métallique (CMM ou MMC pour «Métal Matrix Composite») utilisent un métal ductile, relativement résistant et rigide avec des renforts sous forme de fibres qui apportent une résistance accrue, notamment pour des contraintes de traction et pour des contraintes cycliques (amélioration de résistance à la fatigue). The metal matrix composites (CMM or MMC for "Metal Matrix Composite") use a relatively strong and rigid ductile metal with reinforcements in the form of fibers which provide increased strength, especially for tensile stresses and for tensile strengths. cyclic constraints (improvement of fatigue resistance).

[0015] Le matériau composite à matrice métallique permet de tirer parti de l’excellente rigidité et résistance en traction des fibres longues tout en conservant la ductilité et l’usinabilité du métal de base. Il est ainsi possible de diminuer l’épaisseur du ruban formant le ressort moteur, tout en conservant une bonne résistance mécanique ou encore d’augmenter les caractéristiques mécaniques à épaisseurs égales. The metal matrix composite material allows to take advantage of the excellent stiffness and tensile strength of long fibers while maintaining the ductility and machinability of the base metal. It is thus possible to reduce the thickness of the ribbon forming the motor spring, while maintaining a good mechanical strength or to increase the mechanical characteristics to equal thicknesses.

[0016] Pour les fibres, on exclut donc selon la présente invention d’utiliser des fibres courtes mais on utilise des fibres longues (plus de la moitié ou égale à la moitié de la longueur du ressort), voire des fibres très longues, lesquelles peuvent être des fibres continues mono filament ou multi filaments. For the fibers, it is therefore excluded according to the present invention to use short fibers but using long fibers (more than half or equal to half the length of the spring), or very long fibers, which may be monofilament or multi-filament continuous fibers.

[0017] Selon l’invention, on utilise donc de préférence un matériau composite, généralement mis en forme par fonderie, constitué d’au moins une phase métallique (le liant ou matrice) et d’au moins une phase non métallique. According to the invention, is therefore preferably used a composite material, generally formed by casting, consisting of at least one metal phase (the binder or matrix) and at least one non-metallic phase.

[0018] Cette phase non métallique est de préférence une phase céramique ou contenant de la céramique, à savoir un produit réfractaire. On utilise donc de préférence un matériau appartenant à la famille communément appelé CERMET. This non-metallic phase is preferably a ceramic phase or containing ceramic, namely a refractory product. A material belonging to the family commonly called CERMET is therefore preferably used.

[0019] L’invention concerne également un barillet comportant un ressort moteur tel que décrit précédemment ainsi qu’une montre équipée d’un mouvement comprenant un tel barillet. The invention also relates to a barrel comprising a motor spring as described above and a watch equipped with a movement comprising such a barrel.

Brève description des figuresBrief description of the figures

[0020] Des exemples de mise en oeuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: <tb>la fig. 1<SEP>montre une vue éclatée d’un ressort moteur logé dans un tambour de barillet; <tb>la fig. 2<SEP>illustre un ressort moteur dans sa position déroulée ayant une forme en S retourné, et <tb>la fig. 3<SEP>est une vue agrandie du détail III de la fig. 2 , montrant plus précisément la structure du matériau constituant le ressort, selon l’invention.Examples of implementation of the invention are indicated in the description illustrated by the appended figures in which: <tb> fig. 1 <SEP> shows an exploded view of a motor spring housed in a barrel drum; <tb> fig. 2 <SEP> illustrates a mainspring in its unwound position having an inverted S shape, and <tb> fig. 3 <SEP> is an enlarged view of detail III of FIG. 2, showing more precisely the structure of the material constituting the spring, according to the invention.

Exemple(s) de mode de réalisation de l’inventionExample (s) of embodiment of the invention

[0021] Sur la fig. 2 , on retrouve, dans une configuration déployée, un ressort moteur 100. Ce ressort 100 est formé d’un ruban et s’étend entre ses deux extrémités selon une longueur totale L. In FIG. 2, there is, in a deployed configuration, a motor spring 100. This spring 100 is formed of a ribbon and extends between its two ends along a total length L.

[0022] Pour mieux comprendre la structure du ruban formant le ressort 100, on se reporte maintenant à la fig. 3 . On y voit un tronçon du ressort 100 (détail III sur la fig. 2 ). La matière du ressort 100 comporte une matrice 10 dans laquelle sont noyées des fibres 20. To better understand the structure of the ribbon forming the spring 100, reference is now made to FIG. 3. It shows a section of the spring 100 (detail III in Fig. 2). The material of spring 100 comprises a matrix 10 in which fibers 20 are embedded.

[0023] Selon une variante non représentée, d’autres constituants tels que des particules ou autres additifs sont également noyés dans la matrice 10. According to a variant not shown, other constituents such as particles or other additives are also embedded in the matrix 10.

[0024] Selon un mode de réalisation, la matrice 10 comprend l’un des métaux ou un alliage de l’un des métaux suivant: or, argent, magnésium, aluminium. According to one embodiment, the matrix 10 comprises one of the metals or an alloy of one of the following metals: gold, silver, magnesium, aluminum.

[0025] Selon un mode de réalisation, les fibres 20 comprennent l’un des matériaux suivant: le verre, le quartz, le bore, le basalte, ou une combinaison de ces matériaux. According to one embodiment, the fibers 20 comprise one of the following materials: glass, quartz, boron, basalt, or a combination of these materials.

[0026] Selon un mode de réalisation, le cœur des fibres 20 est réalisé dans l’un des matériaux précités et les fibres 20 peuvent être revêtues ou enduites d’une couche d’un autre matériau. According to one embodiment, the core of the fibers 20 is made of one of the abovementioned materials and the fibers 20 may be coated or coated with a layer of another material.

[0027] Selon l’invention, les fibres 20 du ressort 100 sont toutes d’une longueur I au moins égale à la moitié de la longueur L du ressort. According to the invention, the fibers 20 of the spring 100 are all of a length I at least equal to half the length L of the spring.

[0028] Selon un mode de réalisation, une partie des fibres 20, en particulier au moins la moitié des fibres 20, présente une longueur d’au moins 70% de la longueur L du ressort 100. According to one embodiment, a portion of the fibers 20, in particular at least half of the fibers 20, has a length of at least 70% of the length L of the spring 100.

[0029] Selon un mode de réalisation, chacune des fibres 20 présente une longueur d’au moins 70% de la longueur L du ressort 100. According to one embodiment, each of the fibers 20 has a length of at least 70% of the length L of the spring 100.

[0030] Selon un mode de réalisation, une partie des fibres 20, en particulier au moins la moitié des fibres 20, présente une longueur égale ou presque égale à la longueur L du ressort 100. According to one embodiment, a portion of the fibers 20, in particular at least half of the fibers 20, has a length equal to or almost equal to the length L of the spring 100.

[0031] On comprend que les fibres 20 sont disposées avantageusement de façon du moins approximativement parallèles entre elles et suivent la forme du ressort moteur 100 au repos telle qu’illustrée sur la fig. 2 . Les fibres 20 sont ainsi arrangées de façon unidirectionnelle dans le ressort moteur 100. It is understood that the fibers 20 are advantageously arranged at least approximately parallel to each other and follow the shape of the motor spring 100 at rest as illustrated in FIG. 2. The fibers 20 are thus arranged unidirectionally in the motor spring 100.

[0032] Par ailleurs, les fibres sont de préférence présentes dans chaque tronçon du ressort moteur 100. Furthermore, the fibers are preferably present in each section of the motor spring 100.

[0033] Les fibres 20 présentent toutes de préférence sensiblement la même dimension dans leur section. En particulier, les fibres 20 présentent une section sensiblement circulaire avec un diamètre compris entre 3 et 20 micromètres. The fibers 20 all preferably have substantially the same dimension in their section. In particular, the fibers 20 have a substantially circular section with a diameter of between 3 and 20 microns.

[0034] Pour bénéficier des propriétés avantageuses des fibres, de préférence, le rapport surfacique entre les fibres 20 et la matrice 10 est de 35 à 90.7% dans chaque section du ruban formant le ressort 100. To benefit from the advantageous properties of the fibers, preferably, the surface ratio between the fibers 20 and the matrix 10 is 35 to 90.7% in each section of the ribbon forming the spring 100.

[0035] A titre d’exemple, le rapport volumique entre les fibres 20 et la matrice 10 est de 30 à 90.7%. By way of example, the volume ratio between the fibers 20 and the matrix 10 is 30 to 90.7%.

[0036] Typiquement, la taille du ruban formant le ressort spiral 100 conforme à l’invention présente une longueur comprise entre 10 à 2000 millimètres. Par ailleurs, typiquement la section du ruban formant est comprise entre 0.05 et 1.5 mm2. Typically, the size of the ribbon forming the spiral spring 100 according to the invention has a length of between 10 to 2000 millimeters. Moreover, typically the section of the ribbon forming is between 0.05 and 1.5 mm 2.

[0037] L’invention n’est pas limitée à un ressort spiral mais s’applique à tout ressort moteur pour organe réglant de montre. The invention is not limited to a spiral spring but applies to any motor spring for a watch regulating member.

[0038] Différents procédés de fabrication peuvent être utilisés pour réaliser le ressort moteur selon l’invention. Par exemple, et de façon non exhaustive, on cite le procédé de fabrication suivant. Le «Squeeze Casting» qui applique une pression importante sur le métal en fusion afin de réduire les porosités. Dans ce cas, le métal est mis sous pression dans un moule contenant une préforme de fibres arrangées de façon unidirectionnelle avec la coulée de l’alliage de métal. Different manufacturing processes can be used to produce the motor spring according to the invention. For example, and in a non-exhaustive manner, mention is made of the following manufacturing method. "Squeeze Casting" which applies significant pressure to the molten metal to reduce porosity. In this case, the metal is pressurized in a mold containing a fiber preform arranged unidirectionally with the casting of the metal alloy.

[0039] Une étape de finition du ressort moteur peut consister en un usinage, qui peut être réalisé par exemple par un procédé d’ablation laser comme décrit dans WO2005/123 324. Dans ce cas, de préférence, on s’arrange pour ne pas avoir à couper de fibres, ce qui pourrait être préjudiciable aux propriétés élastiques et de résistance mécanique du ressort moteur. La préforme est donc disposée dans le moule avec des fibres placées et orientées entre elles et par rapport aux parois du moule afin d’éviter de laisser une portion coupée, en particulier une portion trop courte, de fibre dans la pièce. A finishing step of the mainspring can consist of a machining, which can be carried out for example by a laser ablation method as described in WO2005 / 123324. In this case, preferably, one arranges not to not having to cut fibers, which could be detrimental to the elastic properties and mechanical strength of the mainspring. The preform is thus placed in the mold with fibers placed and oriented between them and with respect to the walls of the mold in order to avoid leaving a cut portion, in particular a portion that is too short, of fiber in the part.

Numéros de référence employés sur les figuresReference numbers used in the figures

[0040] <tb>100<SEP>Ressort-spira <tb>10<SEP>Matrice <tb>20<SEP>Fibres[0040] <Tb> 100 <September> Spring-spira <Tb> 10 <September> Matrix <Tb> 20 <September> Fiber

Claims

A motor spring (100) for being mounted in a cylinder of a watch movement, the motor spring (100) having a length (L) and being made of a metal matrix composite comprising a metal matrix (10) and fibers (20); wherein each of the fibers (20) has a length (I) of at least 50% of the length (L) of the spring (100).

2. Motor spring (100) according to claim 1, wherein the matrix (10) comprises one of the metals or an alloy of one of the following metals: gold, silver, magnesium, aluminum.

3. Motor spring (100) according to claim 1 or 2, wherein the fibers (20) comprise at least one of the following materials: glass, quartz, boron, or basalt.

4. Motor spring (100) according to one of claims 1 to 3, wherein each of the fibers (20) has a length of at least 70% of the length (L) of the spring (100).

5. Motor spring (100) according to one of claims 1 to 4, wherein a majority of fibers (20) has a length equal to or approximately equal to the length (L) of the spring (100).

6. Motor spring (100) according to one of claims 1 to 6, wherein the spring (100) is a spiral spring.

7. Barrel comprising the mainspring (100) according to one of claims 1 to 6.

8. Watch comprising a cylinder according to claim 7.