CH713123B1 - Procédé de fabrication d'un composant horloger et composant horloger obtenu par de tels procédés. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant (1) comportant une cavité (4) qui consiste à se doter de deux substrats (11, 12), un substrat (11) possédant une face d'assemblage (7) au moins partiellement superposable à une autre face d'assemblage (8) de l'autre substrat (12), à enlever de la matière d'un substrat au niveau de sa face d'assemblage en formant un évidement (4) et à assembler les deux substrats (11, 12) en superposant les faces d'assemblage (7, 8).

Description

DOMAINE TECHNIQUE

[0001] La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un composant, notamment un composant horloger dans un substrat et plus particulièrement à un procédé permettant de creuser une cavité à l'intérieur d'un composant.

ART ANTERIEUR

[0002] On connait déjà le procédé de réalisation d'un composant décrit dans la demande EP2607971 qui peut être mis en oeuvre sur un matériau transparent pour le laser. Une première étape consiste à modifier la structure interne du matériau en balayant la zone à creuser avec le point de focalisation d'un laser ayant une durée d'impulsion très faible. La zone de matériau ainsi balayée par le laser est rendue plus sensible à l'action d'un agent chimique. Dans une deuxième étape, on plonge le matériau dans un bain contenant cet agent chimique. La zone modifiée est dissoute plus rapidement que le reste du matériau qui n'a pas été modifié ce qui permet de réaliser des cavités à l'intérieur du composant.

[0003] Ce type de procédé présente cependant un certain nombre d'inconvénients. Il est réservé à des matériaux transparents au laser. La cavité à usiner doit déboucher à l'extérieur de la pièce. La zone non modifiée subit également une dissolution ce qui fait qu'une partie de la matière est perdue. La dimension finale du composant est liée au temps de dissolution de la cavité si bien qu'il est difficile de modifier la forme de la cavité sans impacter les dimensions du composant. Les pertes de matière et le rétrécissement du composant sont d'autant plus importants que la durée de la dissolution est grande c'est-à-dire que le volume à dissoudre est profond par rapport à la surface d'attaque du composant où commence la dissolution. La forme de la cavité impacte également le temps de dissolution. Ainsi la dissolution sera ralentie si la section de la zone à dissoudre augmente en fonction de la distance à la surface d'attaque de l'agent chimique. Une cavité 13 aux figures 4 et 5, dans laquelle une fine tubulure débouche dans un réservoir, sera plus longue à dissoudre qu'une cavité de même profondeur et de même volume mais de section constante. Par ailleurs, les agents chimiques employés pour la dissolution comme l'acide fluorhydrique sont fortement toxiques et leur utilisation nécessite la mise en oeuvre de procédures de sécurité couteuses ainsi qu'une étape de nettoyage pour éliminer les résidus d'acide.

RESUME DE L'INVENTION

[0004] La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur précités en proposant un nouveau procédé pour réaliser un composant comportant une cavité qui améliore le procédé de l'art antérieur et qui offre de nouvelles possibilités esthétiques et techniques.

[0005] A cet effet, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un composant comportant une cavité qui consiste à se doter de deux substrats, un substrat possédant une face d'assemblage au moins partiellement superposable à une autre face d'assemblage de l'autre substrat, à enlever de la matière d'un substrat au niveau de sa face d'assemblage en formant un évidement et à assembler les deux substrats en superposant les faces d'assemblage.

[0006] Un tel procédé permet de réaliser aisément des cavités de forme complexe à l'intérieur d'un composant. Avantageusement, le composant peut être formé à partir d'une grande variété de substrats qui n'ont pas la nécessité d'être transparents pour un usinage laser, par exemple. Le procédé selon l'invention offre également une grande liberté concernant la forme de la cavité. Celle-ci peut, par exemple à des fins esthétiques, être complètement close et ne pas déboucher sur l'extérieur du composant. Les techniques d'usinage susceptibles d'être utilisées pour creuser la cavité sont plus simples et moins couteuses à mettre en oeuvre et permettent également une meilleure précision comparée à l'opération de dissolution de l'art antérieur. L'invention permet également d'améliorer le procédé de l'art antérieur en réduisant la durée de l'étape de dissolution.

[0007] L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un composant comportant une cavité et qui consiste à se doter de deux substrats, un substrat possédant une face d'assemblage comportant un évidement et étant au moins partiellement superposable à une autre face d'assemblage de l'autre substrat, et à assembler les deux substrats en superposant les faces d'assemblage des deux substrats.

[0008] Selon une variante d'exécution avantageuse, le procédé de fabrication comprend en outre une étape de polissage des faces d'assemblage avant l'étape d'assemblage.

[0009] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, les deux substrats sont assemblés par collage.

[0010] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, les deux substrats sont transparents.

[0011] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, les deux substrats sont réalisés dans des matériaux choisis parmi l'ensemble composé des céramiques transparentes, du corindon, du verre, du diamant et du quartz.

[0012] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, les substrats sont assemblés par une colle transparente dont le joint de colle est invisible.

[0013] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, l'enlèvement de matière est réalisé par une gravure chimique.

[0014] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, l'enlèvement de matière est réalisé par une gravure laser.

[0015] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, l'enlèvement de matière est réalisé par usinage.

[0016] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, les faces d'assemblage sont des surfaces cylindriques.

[0017] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, les faces d'assemblage sont des surfaces de révolution.

[0018] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, les faces d'assemblage sont des surfaces planes.

[0019] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, le composant est un composant horloger.

[0020] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, le composant est une palette.

[0021] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, le composant est un palier.

[0022] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, le composant est une platine.

[0023] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, le composant est une glace de montre.

[0024] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, la cavité formée dans le composant est un réservoir de lubrification.

[0025] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, les évidements débouchent exclusivement sur les faces d'assemblage.

[0026] Selon une autre variante d'exécution avantageuse du procédé de fabrication, il est possible d'appliquer un traitement de surface dans l'évidement avant l'assemblage des deux substrats.

[0027] L'invention porte également sur un composant horloger comportant une cavité, le composant étant composé de deux parties assemblées de façon jointive et délimitant entre-elles une surface de joint et la cavité s'étendant le long de la surface de joint.

[0028] Avantageusement, les deux parties sont réalisées dans un matériau transparent.

[0029] Avantageusement, les deux parties sont assemblées par une colle transparente dont le joint de colle est invisible.

[0030] D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description d'exemples de réalisation, donnés à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

[0031] la figure 1 représente une vue en perspective d'une demi palette destinée à être assemblée à une autre demi-palette symétrique non représentée, les figures 2 et 3 représentent des vues d'une palette obtenue après assemblage de la pièce de la figure 1 et de l'autre demi-palette selon le procédé de fabrication selon l'invention, la figure 4 représente une vue en coupe d'un palier obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention, la figure 5 représente une vue de dessus de la partie inférieure du palier, la figure 6 représente une vue en coupe d'un second palier obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention, la figure 7 représente une vue de dessus de la partie inférieure de ce second palier.

DESCRIPTION DETAILLEE

[0032] Les figures 1 à 3 illustrent un premier composant obtenu grâce au procédé de fabrication selon l'invention. Il s'agit d'un composant horloger, en l'occurrence une palette 1 destinée à être montée sur une ancre pour coopérer avec une roue d'échappement. La palette 1 est composée de deux demi-palettes 2, 3 visibles sur la vue en coupe de la figure 3. Pour réduire les pertes d'énergie dues aux frottements et ralentir l'usure des pièces en contact, il est intéressant de prévoir dans la palette 1, une cavité 4 dans laquelle un lubrifiant se maintient par capillarité. Cette cavité 4 se présente par exemple sous la forme d'un canal conique débouchant d'un côté sur le plan de repos 5 et de l'autre sur le plan de fuite 6.

[0033] La présente invention fournit un procédé de fabrication pour réaliser un composant tel que la palette 1 avec sa cavité 4. Pour fixer les idées, les dimensions de la cavité 4 sont typiquement pour une telle application de quelques dizaines de micromètres (microns) de large par exemple 50 micromètres et du même ordre de grandeur pour la profondeur, par exemple 30 micromètres.

[0034] Une première étape du procédé de fabrication d'une palette 1 consiste à se doter de deux substrats 11, 12 dans lesquels sont formés deux demi-palettes 2, 3. Les substrats 11, 12 peuvent être réalisés en toute sorte de matériaux adaptés à la fabrication de palette. Le substrat 11 possède une face d'assemblage 7 qui est au moins partiellement superposable à une face d'assemblage 8 de l'autre substrat 12. La face d'assemblage 7 de la demi-palette 2 est visible sur la figure 1. La face d'assemblage 8 de l'autre demi-palette 3 est symétrique et superposable à la face d'assemblage 7. Les faces d'assemblage 7, 8 sont des surfaces planes.

[0035] Une deuxième étape du procédé de fabrication consiste à enlever de la matière d'un substrat 11, 12 au niveau de sa face d'assemblage 7, 8. Il est possible d'enlever de la matière de l'un ou l'autre des substrats 11, 12 ou des deux, de façon symétrique ou non. On obtient ainsi un canal d'évidement 13 de forme par exemple conique, comme visible sur la figure 1. L'enlèvement de matière peut être effectué par tout moyen approprié comme l'usinage par commande numérique, le gravage laser, le gravage chimique etc.

[0036] Une troisième étape du procédé de fabrication consiste à assembler les deux substrats 11, 12 en superposant leur face d'assemblage 7, 8 et en les maintenant l'une contre l'autre par tout moyen approprié, par exemple par un collage, un vissage, un brasage ou un bridage. Dans le cas d'un matériau au moins partiellement transparent, l'assemblage peut être rendu invisible en utilisant une colle transparente ou encore un procédé de collage transparent. On connait la référence commerciale d'un tel procédé, „Advancedthinfilms/CADB (Chemically Assisted Direct Bonding)-Epoxy-free ®“, qui forme un joint invisible entre les deux substrats à assembler et qui possède de très faibles valeurs de dispersion et d'absorption optique. Ainsi, bien qu'il soit réalisé en deux parties, l'aspect final du composant n'est pas différent de celui d'une pièce monobloc obtenue par les procédés de fabrication de l'art antérieur.

[0037] Les figures 4 et 5 représentent un palier 14 d'une pièce d'horlogerie obtenu par le procédé de fabrication selon l'invention. Le palier 14 est composé d'un substrat 11 formant la partie supérieure du palier 14 et d'un substrat 12 en formant la partie inférieure. Le palier 14 comporte un alésage 15 s'étendant dans la partie supérieure et se terminant par un siège 16 de forme conique dans la partie inférieure. Les évidements 13 ont été formés exclusivement dans le substrat 12 de la partie inférieure avant l'assemblage des deux substrats. La partie supérieure comporte un rebord 17 se logeant contre un épaulement 18 de la partie inférieure.

[0038] D'une façon générale, le procédé de fabrication selon l'invention permet d'utiliser une grande variété de matériaux opaques ou transparents, tels que le spinelle, le silicium, le carbure de silicium, les métaux, les céramiques, le verre, le quartz, le diamant, etc. Le procédé selon l'invention est spécialement adapté à la fabrication de composants microtechniques et en particulier à celle de composants horlogers comme les palettes d'ancre, les paliers, les platines, les cadrans, les glaces, les poussoirs ou couronnes, ou les ponts. De façon originale, les deux substrats 11, 12 assemblés pour la fabrication du palier 14 ne sont pas faits dans le même matériau. Le procédé de fabrication selon l'invention permet donc de fabriquer des composants ayant des propriétés optiques, mécaniques et/ou tribologiques différentes selon les différents substrats formant le composant.

[0039] De façon originale, les faces d'assemblage des deux substrats 11, 12 du palier 14 ne sont pas forcément des surfaces planes. Les faces d'assemblage sont composées d'un disque central, d'une portion annulaire périphérique et d'une portion cylindrique intermédiaire, perpendiculaire aux deux premières et les reliant. Les faces d'assemblage pourraient également être des surfaces cylindriques ou des surfaces de révolution.

[0040] Ainsi les faces d'assemblage peuvent être planes ou présenter des géométries de surfaces plus complexes. Dans le cas d'un assemblage par collage, une géométrie complexe permet d'augmenter la surface de contact et la force de cohésion. Une surface non-plane a comme autre propriété de bloquer certains degrés de liberté de déplacement entre les deux substrats et ainsi consolider l'assemblage. Ces configurations permettent d'éviter que les substrats glissent l'un par rapport à l'autre dans le cas d'un assemblage par bridage ou que des efforts de cisaillement soient supportés par le collage. Dans l'exemple présenté aux figures 4 et 5, les portions cylindriques verticales des faces d'assemblage permettent de bloquer en translation les deux parties du palier l'une par rapport à l'autre dans les directions perpendiculaires à l'axe de rotation du palier.

[0041] La forme des faces d'assemblage peut également être étudiée pour faciliter l'assemblage des substrats en positionnant les deux faces d'assemblage l'une par rapport à l'autre. Dans le mode de réalisation présenté, les formes complémentaires du rebord 17 et de l'épaulement 18 permettent d'aligner les parties inférieure et supérieure.

[0042] Une étape facultative du procédé consiste à polir les faces d'assemblage 7, 8. Dans le cas de substrats 11,12 transparents, un polissage de qualité optique permet de rendre invisible l'interface entre les deux parties du composant. Cette étape de polissage peut intervenir indifféremment avant ou après l'étape d'enlèvement de la matière formant l'évidement 13. Le polissage peut être réalisé par un outil spécifique ou obtenu par un déplacement relatif des substrats 11, 12 et friction des faces d'assemblage 7, 8 l'une contre l'autre en présence d'un abrasif. Il est ainsi possible de réaliser des composants transparents en assemblant avec une colle transparente deux substrats réalisés dans des matériaux transparents choisis parmi l'ensemble composé des céramiques transparentes, du corindon, du verre, du diamant et du quartz.

[0043] Une étape supplémentaire, également facultative, consiste à appliquer un traitement de surface au niveau de l'évidement 13 pour des raisons fonctionnelles ou esthétiques, dans le cas où le composant est transparent ou translucide. On peut ainsi donner un effet particulier à un composant transparent ou translucide dont la cavité peut par exemple être colorée, métallisée, sablée ou dotée d'un état de surface particulier. Dans le mode de réalisation présenté, la cavité est destinée à recevoir un lubrifiant. Un traitement de surface approprié de l'évidement 13 permet de conférer à la cavité 4 un état de surface particulier correspondant aux propriétés d'adhésion capillaire souhaitées.

[0044] Le procédé selon l'invention couvre également la fabrication d'un composant à partir d'un nombre de substrats supérieur à deux. Cette configuration peut être intéressante dans le cas où l'on souhaite obtenir une cavité s'étendant dans plusieurs directions non coplanaires en particulier si l'on souhaite que les faces d'assemblages soient planes.

[0045] Le mode de réalisation illustré aux figures 6 et 7 présente un palier 20 comportant un canal de lubrification 21 positionné dans l'axe du palier 20 et connecté à quatre conduits d'alimentation 22 perpendiculaires dont les extrémités débouchent dans un réservoir 23 de forme torique. Le palier est composé de trois substrats 10, 11, 12 assemblés ensemble et agencés de telle façon que les cavités 4 du palier s'étendent le long des plans de joint séparant les différents substrats. Les deux substrats 11, 12 de la partie supérieure du palier sont assemblés dans un premier temps puis l'ensemble qu'ils forment est assemblé avec la partie inférieure du palier. Grâce à ce procédé de fabrication, il est possible d'obtenir une cavité 4 de forme complexe s'étendant dans différentes directions en ne procédant qu'à des opérations d'usinage simples, à la surface des différentes faces d'assemblage.

[0046] Selon une variante d'exécution, l'étape consistant à enlever de la matière d'un substrat en formant l'évidement peut précéder l'étape consistant à se doter de deux substrats. Cela peut être le cas quand un substrat est luimême un composant obtenu par le procédé selon l'invention, comme on l'a vu pour la partie supérieure du palier 20 présenté à la figure 6. Les évidements destinés à former les conduits d'alimentation 22 et le réservoir 23 ont pu être usinés avant l'assemblage des substrats 11 et 12 et donc avant la création de la partie supérieure elle-même. L'étape d'enlèvement de la matière peut également être totalement absente du procédé lorsqu'un substrat comporte déjà dès sa création, un évidement au niveau de sa face d'assemblage. C'est le cas notamment quand un substrat est une pièce moulée et que l'évidement est obtenu directement au moment du moulage. Il faut comprendre le mot évidement au sens large comme étant une zone dépourvue de matière en référence à la surface théorique définie par la face d'assemblage de l'autre substrat ou par le plan de joint des deux substrats lorsque l'autre substrat est également évidé.

[0047] De façon avantageuse, le procédé de fabrication selon l'invention est particulièrement adapté pour mettre en oeuvre le procédé de gravage chimique de l'art antérieur. Toute la matière à dissoudre se trouvant à proximité immédiate des faces d'assemblage des substrats, l'opération de dissolution de matière est grandement accélérée. Il en résulte que les pertes de matière et les variations dimensionnelles du palier sont limitées lors de l'étape de dissolution.

[0048] Selon un autre aspect avantageux et original de l'invention, il est possible de fabriquer un composant comportant une cavité entièrement fermée. Il suffit pour cela que les évidements formant la cavité débouchent exclusivement sur la face d'assemblage où ils sont formés. Cela permet de réaliser de multiples ornements esthétiques ou des marquages à l'intérieur d'un composant au moins partiellement transparent. Les surfaces internes peuvent par exemple être colorées, gravées ou polies, le substrat peut être un filtre polarisant. La cavité peut également enfermer un objet ou un liquide.

[0049] L'invention porte également sur un composant horloger composé de deux parties assemblées entre elles de façon jointive par tout moyen d'assemblage, en particulier par collage. Le composant comporte en outre une cavité s'étendant le long de la surface de joint délimitée par les deux parties, de telle façon qu'au moins une face de chaque partie soit une paroi de la cavité.

[0050] Selon une variante de réalisation du composant horloger, les deux parties sont réalisées dans un matériau transparent qui peut être choisi parmi l'ensemble composé des céramiques transparentes, du corindon, du verre, du diamant et du quartz. Selon une autre variante, l'assemblage est effectué par une colle dont le joint de colle est invisible si bien que le composant a l'aspect d'un composant monobloc.

[0051] Selon le composant horloger et son application les dimensions des cavités réalisées par le procédé selon l'invention pourront avoir des largeurs et des profondeurs variant typiquement de quelques micromètres, typiquement 10 micromètres à 1 mm.

[0052] Il est évident que l'homme du métier pourra apporter de nombreuses variantes aux modes de réalisation présentés sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications.

Claims (23)

1. Procédé de fabrication d'un composant horloger (1,14 ,20) comportant une cavité (4), caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - se doter de deux substrats (11,12), un substrat (11) possédant une face d'assemblage (7) au moins partiellement superposable à une autre face d'assemblage (8) de l'autre substrat (12), - enlever de la matière d'un substrat (11, 12) au niveau de sa face d'assemblage (7 ,8) en formant un évidement (13, 21, 22, 23), - assembler les deux substrats (11, 12) en superposant les faces d'assemblage (7, 8) des deux substrats.

2. Procédé de fabrication selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'enlèvement de matière est réalisé par une gravure chimique.

3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enlèvement de matière est réalisé par une gravure laser.

4. Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'enlèvement de matière est réalisé par usinage.

5. Procédé de fabrication d'un composant horloger comportant une cavité, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes : - se doter de deux substrats, un substrat possédant une face d'assemblage comportant un évidement et étant au moins partiellement superposable à une autre face d'assemblage de l'autre substrat, - assembler les deux substrats en superposant les faces d'assemblage des deux substrats.

6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de polir les faces d'assemblage (7, 8) avant l'étape d'assemblage.

7. Procédé de fabrication selon la revendication précédente caractérisé en ce que l'étape de polir les faces d'assemblage (7, 8) est obtenu par un déplacement relatif des substrats (11, 12) et friction des faces d'assemblage (7, 8) l'une contre l'autre.

8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les substrats (11, 12) sont assemblés par collage.

9. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les substrats sont transparents.

10. Procédé de fabrication selon la revendication précédente caractérisé en ce que les substrats sont réalisés dans des matériaux choisis parmi l'ensemble composé des céramiques transparentes, du corindon, du verre, du diamant et du quartz.

11. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 9 et 10 caractérisé en ce que les substrats sont assemblés par une colle transparente dont le joint de colle est invisible.

12. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les substrats sont réalisés dans des matériaux différents.

13. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les faces d'assemblage sont des surfaces planes.

14. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les faces d'assemblage sont des surfaces cylindriques.

15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que les faces d'assemblage sont des surfaces de révolution.

16. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le composant horloger est une palette d'ancre, un palier, une platine, une glace, un poussoir, une couronne, un cadran ou un pont.

17. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la cavité formée dans le composant est un réservoir de lubrification.

18. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'évidement formant la cavité débouche exclusivement sur la face d'assemblage où il est formé.

19. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de traitement de surface de l'évidement avant l'étape d'assemblage.

20. Composant horloger comportant une cavité obtenu par un procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 et 5, caractérisé en ce que le composant est composé de deux parties assemblées de façon jointive et délimitant entre elles une surface de joint et en ce que la cavité s'étend le long de la surface de joint.

21. Composant horloger selon la revendication précédente caractérisé en ce que les deux parties sont réalisées dans un matériau transparent.

22. Composant horloger selon la revendication 21 caractérisé en ce que les deux parties sont assemblées par une colle transparente dont le joint de colle est invisible.

23. Composant horloger selon l'une des revendications 20 à 22, caractérisé en ce qu'il forme une palette d'ancre, un palier, une glace, un poussoir, une couronne, un cadran, une platine ou un pont.