CH712289A1 - Ressort de réglage rapide pour mouvement horloger. - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un ressort de réglage rapide (1) destiné à coopérer avec un mobile (4) d’un mouvement horloger, le ressort (1) comprenant une partie flexible (2) et un doigt (3), le doigt (3) coopérant avec le mobile (4) de sorte à être déplaçable par un mouvement du mobile (4) et à exercer une force contre le mobile (4) grâce au doigt (3); au moins la partie flexible (2) étant fabriquée dans un alliage métallique amorphe ayant un rapport de la limite élastique (σ lim ) sur son module d’Young d’au moins 0.015; de sorte que la géométrie de la partie flexible (2) puisse être optimisée pour que le rapport de la contrainte maximale (σ max ) lors d’un déplacement maximal du doigt (3) sur la contrainte limite (σ li m ) correspondant à la limite d’élasticité soit 0.70 au maximum.

Description

Description Domaine technique [0001] La présente invention concerne un ressort de réglage rapide pour mouvement horloger plus compact, ayant un risque de rupture réduit et une durée de vie plus longue qu’un ressort de réglage rapide conventionnel. État de la technique [0002] Les montres dites «Greenwich Mean Time» (GMT) permettent l’affichage de l’heure d’un second fuseau horaire simultanément au premier. Dans la plupart des cas, cela est réalisé en positionnant une seconde aiguille des heures en dessous d’une première aiguille des heures. Une montre GMT comporte typiquement un dispositif d’embrayage élastique comprenant un ressort fuseau. Le ressort fuseau permet la mise à l’heure du second fuseau horaire, en déplaçant la seconde aiguille des heures (ou aiguille GMT) par sauts successifs d’une heure entière. La première aiguille des heures, celle des minutes et celle des secondes ne sont pas influencées par cette opération. La fig. 4 montre un tel ressort fuseau 1 coopérant avec une étoile 4 à douze dents 41 reliée cinématiquement à l’aiguille GMT. Le ressort 1 comprend deux bras flexibles 21 et deux doigts 3 exerçant une force compressée sur les dents 41 de l’étoile 4. Lorsque les doigts 3 se déplacent entre un creux entre deux dents successives 41 et le sommet d’une des dents, les bras 21 sont sollicités en déformation.

[0003] Les ressorts fuseaux connus de ce type sont typiquement fabriqués dans un acier «maraging C300» ou «Durnico®» ou similaire. Ces ressorts fuseaux ont une durée de vie limitée, comprise entre 4 (élément en Durnico) et 20 ans (élément en Nivaflex). La durée de vie a un caractère aléatoire, dû notamment à la longueur importante des bras 21 et à leurs petites sections. Il est cependant difficile de réaliser un tel ressort avec des sections de bras plus grandes sans perdre les propriétés élastiques des bras, nécessaires au bon fonctionnement du ressort. Les techniques de fabrication à disposition imposent un rapport entre l’épaisseur et la largeur des bras à un rapport proche de 1.

[0004] La problématique décrite ci-dessus s’applique également à d’autres ressorts de réglage rapide utilisés dans un mouvement horloger, tel qu’un ressort de rappel de bascule, un ressort-cliquet, un doigt entraîneur, ou un sautoir.

Bref résumé de l’invention [0005] Un but de la présente invention est de proposer un ressort de réglage rapide exempt des limitations des ressorts connus, notamment en termes de la liberté de design incluant son facteur de forme, son épaisseur et/ou sa largeur.

[0006] Un autre but de l’invention est de fournir un ressort de réglage rapide de géométrie compacte et qui permet de réduire le risque de rupture et le caractère aléatoire de la rupture.

[0007] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d’un ressort de réglage rapide destiné à coopérer avec un mobile d’un mouvement horloger, le ressort comprenant une partie flexible et un doigt, le doigt coopérant avec le mobile de sorte à être déplaçable par un mouvement du mobile et à exercer une force contre le mobile grâce au doigt; au moins la partie flexible étant fabriquée dans un alliage métallique amorphe ayant un rapport de la limite élastique sur son module d’Young qui est au moins 0.015, et de préférence au moins 0.02; de sorte que la géométrie de la partie flexible puisse être optimisée pour que le rapport de la contrainte maximale lors d’un déplacement maximal du doigt sur la contrainte limite correspondant à la limite d’élasticité soit 0.70 au maximum et de préférence 0.64 au maximum. Par conséquent, les contraintes sur les facteurs de forme sont nettement moins sévères par rapport aux matériaux conventionnels.

Brève description des figures [0008] Des exemples de mise en oeuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: la fig. 1 illustre un ressort de réglage rapide dans une première position, selon un mode de réalisation; la fig. 2 illustre le ressort de réglage rapide de la fig. 1, dans une seconde position; la fig. 3 montre les déplacements et les contraintes dans le ressort de la fig. 1, en position de repos et dans une po sition déformée; la fig. 4 représente un ressort de réglage rapide conventionnel; et la fig. 5 montre les déplacements et les contraintes dans le ressort de la fig. 4, en position de repos et dans une position déformée.

Exemple(s) de mode de réalisation de l’invention [0009] Un ressort de réglage rapide 1 est illustré à la fig. 1, selon un mode de réalisation. Le ressort 1 est destiné à fonctionner dans un dispositif d’embrayage élastique d’un affichage secondaire indiquant l’heure du fuseau horaire (non représenté), par exemple en déplaçant une aiguille (également non représentée) par sauts successifs d’une heure entière.

[0010] Le ressort 1 comprend une partie flexible 2 comportant deux bras flexibles 21, chacun ayant une forme d’arc de sorte que les deux bras forment une géométrie continue et fermée sur elle-même. Chacun des bras 21 se termine par un doigt 3 arrangé pour coopérer avec les dents 41 d’une étoile 4 à douze dents 41. Dans la fig. 1, une roue des heures 6 est également représentée. Dans cette configuration, la roue des heures 6 est typiquement entraînée par une minuterie (non représentée) et entraîne elle-même l’étoile 4 en rotation. En particulier, le doigt 3 comprend une saillie 31 qui vient se loger dans un creux entre deux dents successives 41 de l’étoile à douze dents 41. Les bras 3 exercent une force compressive sur les dents 41 de l’étoile 4. Lorsque l’étoile 4 tourne, les saillies 31 des doigts 3 du ressort 1 s’écartent de leur position de repos dans un creux entre deux dents 41 de l’étoile 4 et tombent dans le creux immédiatement suivant sous l’effet de leur élasticité et de la force compressive exercée par la partie flexible 2. Le ressort 1 permet donc de définir douze positions stables pour l’aiguille des heures secondaire.

[0011] Dans l’exemple de la fig. 1, les deux bras 21 sont sensiblement symétriques de sorte que les deux doigts 3 sont arrangés diamétralement opposés, chacune des doigts 3 exerçant une force de rappel vers l’axe 42 de pivotement de l’étoile 4. La configuration des bras 21 permet à chacune des doigts 3 d’exercer une force symétrique vers l’axe de pivotement 42 de l’étoile 4.

[0012] Le déplacement maximal du doigt 3 correspond à l’écartement du doigt 3 entre une première position du ressort 1 où chacun des doigts 3 sont dans un creux entre deux dents 41 et une seconde position du ressort 1 où les doigts 3 sont chacun sur le sommet d’une des dents 41. Le déplacement maximal du doigt 3 correspond donc généralement à la hauteur des dents 41. La déformation du doigt et du ressort peut être plus grand s’il y a un préarmage au repos afin de garantir la tenue aux chocs de l’aiguille ou l’indicateur associé à l’étoile 4.

[0013] La fig. 1 montre le ressort dans la première position. Dans la fig. 2, le ressort est représenté dans la seconde position.

[0014] Chacun des doigts 3 peut comporter un téton 8 pouvant coulisser dans une ouverture oblongue (pas visible) pratiqué dans un autre composant (comme le moyeu de la roue des heures 6) et apte à recevoir le téton 8. Les ouvertures oblongues permettent de guider les doigts 3 et de leur imposer un positionnement précis. Les ouvertures oblongues peuvent également être de forme rectangulaire ou toute autre forme appropriée.

[0015] Dans un mode de réalisation, au moins la partie flexible 2 du ressort 1 est fabriquée dans un alliage métallique amorphe ayant un rapport de la contrainte de limite élastique onm sur son module d’Young qui est au moins 0.015, et préférence au moins 0.02. Un tel rapport permet d’optimiser la géométrie de la partie flexible 2 de manière à ce que le rapport Gmax/G|im de la contrainte maximale Gmax lors d’un déplacement maximal du doigt 3 sur la contrainte de limite élastique G|im, correspondant à la limite d’élasticité soit 0.70 au maximum et de préférence 0.64 au maximum.

[0016] Selon une forme d’exécution, l’ensemble du ressort 1 est fabriqué dans l’alliage métallique amorphe massif. De manière préférée, l’alliage métallique amorphe comprend un verre métallique.

[0017] Les verres métalliques n’ont pas une structure cristallographique précise et sont dans un état appelé vitreux. Ceci leur procure des propriétés tout à fait particulières. D’un point de vue mécanique, les phénomènes de déformation et rupture connus dans les métaux cristallins n’ont plus lieu d’être. Il a également été montré que la stabilité chimique des alliages amorphes massifs est supérieure à celle des alliages conventionnels.

[0018] Les verres métalliques présentent un module de Young relativement bas. Par exemple le module de Young d’un verre métallique est environ deux plus faible que celui d’un alliage tel que l’acier X2NiCoMo 18-9-5 connu sous la dénomination «maraging C300» ou «Durnico®» tout en ayant une limite à la rupture substantiellement équivalent à celle du Durnico. Le Durnico est typiquement utilisé en horlogerie pour la fabrication de pièces compliquées présentant des propriétés ressorts et une résistance à la fatigue élevées.

[0019] Un ressort en verre métallique aura une élongation à la rupture environ deux fois plus importante que pour un même ressort en Durnico. Il est donc possible d’exploiter un ressort en verre métallique sur une plage de déformation plus importante.

[0020] La fig. 3 représente le ressort 1 montrant des simulations des déplacements des bras 21 et des doigts 3 du ressort 1, ainsi que des contraintes subies par les différentes parties du ressort 1. Les déplacements et les contraintes simulés sont montrés pour le ressort 1 dans la seconde position, c’est-à-dire lorsque les doigts 3 sont chacun au sommet d’une des dents 41. Dans l’exemple de la fig. 3, le ressort 1 est fabriqué dans un verre métallique à base de zircone, Zr (Zr-BMG) caractérisé par une densité de 6830 kg/m3, une contrainte de limite élastique anm de 1620 N/mm2 et un module de Young de 81 000 N/mm2. L’alliage Zr-BMG peut comprendre le cuivre, le nickel et l’aluminium également.

[0021] Le déplacement maximal de chacun des bras 21, entre la première position et la seconde position du ressort 1, est de 0.26 mm (au milieu de la longueur du bras 21). Le déplacement maximal de chacun des doigts 3, entre la première position et la seconde position du ressort 1, est de 0.19 mm. La contrainte maximale omax calculée dans ces conditions est comprise entre 1028 N/mm2 et 1032 N/mm2 ce qui résulte dans un rapport Gmax/G|im de 0.64. Aucun vieillissement par fatigue n’a été constaté par les inventeurs après 107 cycles de déplacement maximal des doigts 3. La seule rupture observée a été attribuée à des phénomènes d’usure causés par le frottement entre le ressort 1 et l’étoile 4.

[0022] La fig. 4 montre un ressort fuseau 1 conventionnel réalisé dans l’alliage Durnico®, coopérant avec une étoile 4 à douze dents 41. Le ressort 1 est représenté (en noir) dans une position où chacun des doigts 3 sont dans un creux entre deux dents 41 et est représenté (en filaire) dans une position où chacun des doigts 3 sont sur le sommet d’une des dents 41. La fig. 5 représente le même type de simulations réalisées pour le ressort de la fig. 3. L’alliage Durnico® est caractérisé par une densité de 8.1 g/cm3, une contrainte de limite élastique Güm entre 1800 N/mm2 et 2200 N/mm2 et un module de Young de 195 000 N/mm2.

[0023] On remarque que la contrainte de limite élastique G|im du Durnico est similaire à celle du verre métallique Zr-BMG mais son module de Young est environ deux fois plus élevé. Afin d’accommoder les mêmes déformations que le ressort 1 en verre métallique tout en restant dans le domaine élastique, par exemple un déplacement maximal de chacun des doigts de l’ordre de 0.19 mm, les bras flexibles 21 devront être plus longs lorsque le ressort 1 est fabriqué en Durnico. On remarque les bras 21 plus long dans la géométrie du ressort 1 de la fig. 4 ainsi que le repliement des bras plus marqué.

[0024] Dans le cas du ressort 1 de la fig. 4 et pour un déplacement maximal du doigt 3 de 0.19 mm, la contrainte maximale Omax calculée est comprise entre 1681 N/mm2 et 1718 N/mm2, ce qui résulte dans un rapport Gmax/Giim de 0.95 pour un module de Young de 1800 N/mm2 et de 0.78 pour un module de Young de 2200 N/mm2. De telles valeurs pour le rapport ömax/öiim sont élevées, rendant le ressort sensible à la fatigue oligocyclique.

[0025] On comprend de la comparaison des géométries de ressort des fig. 3 et 4 ainsi que des rapports Gmax/G|im que l’utilisation d’un verre métallique pour la fabrication du ressort 1 permet une géométrie du ressort 1 plus compacte (par exemple des bras 21 plus courts) tout en réduisant les concentrations de contraintes, autrement dit en ayant un rapport Gmax/ôiim plus faible que dans le cas d’alliages conventionnels. Par rapport à un ressort dans un alliage conventionnel, le ressort 1 en verre métallique permet de réduire l’encombrement et est plus sécuritaire, c’est-à-dire que les valeurs de contrainte maximale omax sont plus éloignées que la valeur de la contrainte de limite élastique GNm (rapport Gmax/G|im plus faible).

[0026] Les verres métalliques ayant un module de Young plus petit que pour les alliages couramment utilisés pour les applications horlogères, mais une limite à la rupture semblable à ces alliages permet d’exploiter le ressort en verre métallique sur une plus large plage de déformation (l’élongation à la rupture est d’environ deux fois plus importante que pour le Durnico).

[0027] Les propriétés des verres métalliques autorisent l’adoption d’une géométrie du ressort qui est plus compacte et qui permet de réduire les concentrations de contraintes. Les contraintes sont réparties d’une manière plus homogène dans le ressort et le verre métallique travaille dans un domaine plus éloigné de la limite élastique, diminuant ainsi le risque de rupture et le caractère aléatoire de la rupture.

[0028] Le ressort 1 en verre métallique a également une meilleure résistance à la fatigue, une sensibilité réduite à la corrosion, et un coefficient de friction réduit par rapport à un ressort fabriqué dans un alliage conventionnel. Le facteur de forme autorisé par l’utilisation de ce matériau est également de premier intérêt.

[0029] La description ci-dessus décrit un ressort fuseau pour un embrayage élastique d’un affichage secondaire indiquant l’heure du fuseau horaire. Cependant, l’invention n’est pas limitée à un tel ressort mais s’applique également à tout type de ressort de réglage rapide et/ou élément élastique destiné à fonctionner dans un mouvement horloger.

[0030] Par exemple, le ressort en verre métallique de l’invention peut être un ressort de réglage rapide de l’heure, un ressort de rappel de bascule, un ressort-cliquet, un doigt entraîneur, ou un sautoir tel qu’un sautoir de tirette ou un sautoir de réglages de calendrier.

[0031] L’alliage métallique amorphe massif, ou le verre métallique, peut être mis en forme en partant d’un alliage liquide. Pour certains alliages, la solidification est alors effectuée avec une vitesse de refroidissement très importante afin d’éviter la cristallisation de la matière, mais une telle vitesse importante limite fortement l’épaisseur maximale qu’il est possible d’atteindre.

[0032] Certains alliages métalliques amorphes massifs peuvent être refroidis à des vitesses nettement plus faibles, tout en conservant une structure amorphe. Ces alliages métalliques amorphes permettent l’utilisation d’une gamme beaucoup plus large de procédés de mise en forme. Par exemple, ces alliages permettent de fabriquer des pièces en verre métallique massif par injection, permettant ainsi d’obtenir des tolérances de forme plus précises que par un étampage classique.

[0033] Ces alliages possèdent également une phase amorphe nettement plus stable, ce qui permet d’effectuer diverses opérations de reprise sur les pièces, sans que la matière ne se recristallise. Ainsi, tous types de finitions (par exemple, le polissage ou le satinage) peuvent être appliqués. Il est ainsi possible de rectifier des trous, des faces ainsi que de tarauder des trous. A titre d’exemple, une méthode de gravure laser a été développée afin de répondre aux besoins des applications industrielles.

[0034] Les procédés d’injection des verres métalliques requièrent des moules en de cuivre ou silicium afin de garantir un refroidissement efficace. Les épaisseurs des pièces fabriquées sont limitées à quelques millimètres afin d’extraire suffisamment de chaleur et permettre un refroidissement suffisamment rapide.

Claims (14)

1. Numéros de référence employés sur les figures [0035] 1 ressort de réglage rapide 2 partie flexible 21 bras 3 doigt 31 saillie 4 étoile 41 dent 42 axe 6 roue des heures 8 téton Ohm contrainte de limite élastique Gmax contrainte maximale Revendications

   1. Ressort de réglage rapide (1) destiné à coopérer avec un mobile (4) d’un mouvement horloger, le ressort (1) comprenant une partie flexible (2) et un doigt (3), le doigt (3) coopérant avec le mobile (4) de sorte à être déplaçable par un mouvement du mobile (4) et à exercer une force contre le mobile (4) grâce au doigt (3); au moins la partie flexible (2) étant fabriquée dans un alliage métallique amorphe ayant un rapport de la limite élastique (0|im) sur son module d’Young d’au moins 0.015; de sorte que la géométrie de la partie flexible (2) puisse être optimisée pour que le rapport de la contrainte maximale (omax) lors d’un déplacement maximal du doigt (3) sur la contrainte limite (G|im) correspondant à la limite d’élasticité soit 0.70 au maximum.
2. 2. Le ressort selon la revendication 1, dans lequel l’alliage métallique amorphe comprend un verre métallique.
3. 3. Le ressort selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’alliage métallique amorphe a un rapport de la limite élastique (oiim) sur son module d’Young d’au moins 0.02.
4. 4. Le ressort selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le rapport de la contrainte maximale (omax) lors d’un déplacement maximal du doigt (3) sur la contrainte limite (G|im) correspondant à la limite d’élasticité est 0.64 au maximum.
5. 5. Le ressort selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le mobile (4) comprend des dents (41); le déplacement maximal du doigt (3) correspondant généralement à la hauteur des dents (41).
6. 6. Le ressort selon la revendication 5, dans lequel le mobile comprend une roue telle qu’une étoile (4) comportant des dents (41); et dans lequel le déplacement maximal du doigt (3) correspond généralement à l’écartement du doigt (3) entre une première position du ressort (1) où le doigt (3) est dans un creux entre deux dents (41) et une seconde position du ressort (1) où le doigt (3) est sur le sommet d’une des dents (41).
7. 7. Le ressort selon la revendication 6, dans lequel la partie flexible (2) comprend deux doigts (3) et deux bras (21) formant une géométrie continue et fermée sur elle-même, chacun des bras (21) se terminant sur chacune de ses extrémités par un doigt (3) arrangée pour venir se loger dans un creux entre deux dents successives (41) de l’étoile (4).
8. 8. Le ressort selon la revendication 7, dans lequel les deux bras (21) sont sensiblement symétriques de sorte que les deux doigts (3) sont arrangées diamétralement opposés, chacun des doigts (3) exerçant la force vers un axe (42) de pivotement de l’étoile (4).
9. 9. Le ressort selon la revendication 8, dans lequel la configuration des bras (21) permet à chacun des doigts (3) d’exercer une force symétrique vers l’axe (42) de pivotement de l’étoile (4).
10. 10. Le ressort selon l’une des revendications 7 à 9, dans lequel chacun des doigts (3) comprend des moyens de guidage (8).
11. 11. Le ressort selon la revendication 10, dans lequel les moyens de guidage comprennent un téton (8) apte à coopérer avec une ouverture oblongue.
12. 12. Le ressort selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le mobile (4) est une étoile à douze dents (41) solidaire d’un canon d’aiguille des heures d’un rouage de fuseau horaire.
13. 13. Le ressort selon l’une des revendications 1 à 5, le ressort étant un ressort-sautoir, un ressort-cliquet ou un ressort de rappel.
14. 14. Mouvement horloger comprenant un ressort selon l’une des revendications 1 à 13.