CH713980B1 - Procédé et dispositif de vissage assisté par ultrasons. - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à un dispositif et un procédé de vissage d'une vis (1) dans un orifice (2) d'une pièce (3), la vis (1) comportant une tête de vis (4) et une tige filetée (5) pourvue d'un filetage (6), l'orifice (2) étant pourvu d'un filetage complémentaire (7), le procédé comportant les étapes suivantes : – vissage de la vis (1) dans l'orifice (2) ; – application d'ultrasons rotatifs présentant une amplitude angulaire déterminée à la vis (1) pendant au moins une partie de l'étape de vissage. L'invention concerne par exemple le domaine des pièces horlogères.

Description

Domaine de l'invention

[0001] L'invention se rapporte à un procédé et dispositif de vissage assisté par ultrasons.

Arrière-plan de l'invention

[0002] En horlogerie, la bonne tenue des vis est un problème récurrent. En effet, les vis utilisées présentent un nombre réduit de filets, de sorte qu'elles sont plus sensibles aux chocs ou aux vibrations. En outre, les vis utilisées présentent souvent des tiges filetées dont le diamètre est inférieur au millimètre, de sorte qu'il est difficile de réaliser un filetage précis sur de telles vis.

[0003] Pour remédier à ce problème, il est possible dans certains cas de coller les vis. Toutefois, l'ajout de colle dans un mouvement est une opération délicate et risquée, notamment parce qu'il existe un risque que des fragments de colle coulent par inadvertance sur d'autres parties du mouvement. Les conséquences d'un tel incident peuvent être dommageables puisque le mouvement peut être rendu inutilisable.

[0004] L'art antérieur a également proposé des systèmes de vissage autobloquants permettant de sécuriser le vissage. Toutefois, ces systèmes sont difficiles à réaliser et souvent compliqués, surtout lorsque les vis sont très petites.

[0005] Il est également possible de déposer un revêtement sur le filetage de façon à limiter son desserrage intempestif, mais encore une fois le dépôt d'un tel revêtement est compliqué et il n'élimine pas tout risque de desserrage.

Résumé de l'invention

[0006] L'invention vise à remédier aux inconvénients de l'état de la technique en proposant un procédé de vissage d'une vis qui empêche le desserrage de la vis, même lorsque celle-ci présente une tige filetée de diamètre inférieur à 1.5 mm ou lorsque la vis présente un nombre réduit de filets, et qui ne nécessite pas de modifications structurelles de la vis.

[0007] Pour ce faire, est proposé selon un premier aspect de l'invention un procédé de vissage d'une vis dans un orifice d'une pièce, la vis comportant une tête de vis et une tige filetée pourvue d'un filetage, l'orifice étant pourvu d'un filetage complémentaire, le procédé comportant les étapes suivantes : vissage de la vis dans l'orifice ; application d'ultrasons rotatifs présentant une amplitude angulaire déterminée à la vis pendant au moins une partie de l'étape de vissage.

[0008] Par ultrasons rotatifs on entend des ultrasons induisant des micro mouvements angulaires oscillants dans une partie dédicacée de l'équipement et pouvant être transmis à la vis au travers de l'embout de vissage.

[0009] Ainsi, le procédé propose donc de superposer des ultrasons rotatifs au mouvement de rotation de la vis pendant au moins une partie du vissage, ce qui permet de créer des microsoudures à l'interface entre le filetage de la vis et le filetage complémentaire de l'orifice, de façon à solidariser la vis à l'orifice, sans apport de matière supplémentaire et sans avoir besoin de modifier la structure de la vis ni celle de l'orifice à l'issue du vissage selon le procédé de l'invention. Ces microsoudures à l'interface entre le filetage de la vis et le filetage complémentaire de l'orifice permettent d'éviter le dévissage intempestif de l'assemblage même lorsque ce dernier est soumis à des sollicitations particulières. Ce procédé permet donc avantageusement de fiabiliser tout assemblage par vis.

[0010] En outre, le procédé est particulièrement avantageux car il peut être appliqué à tout type de vis et d'orifice, et il peut en particulier être appliqué à des vis de très petites dimensions pour l'horlogerie. Ainsi, le procédé peut être appliqué à des vis dont la tige filetée présente un diamètre compris entre 0.2 et 2 mm.

[0011] Le procédé peut également être appliqué sur tout type de matériau aptes à propager une vibration, et notamment lorsque : La vis est réalisée dans un des matériaux suivants : acier, acier de décolletage, alliages de cuivre, alliages d'aluminium, titane, avec ou sans revêtement, or ou platine ; L'orifice est creusé dans une pièce réalisée dans un des matériaux suivants : acier, acier de décolletage, alliages de cuivre, alliages d'aluminium, titane avec ou sans revêtement, or, platine, céramique, typiquement à base de ZrO2ou Al2O3.

[0012] Le procédé peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles.

[0013] Selon différents modes de réalisation : les ultrasons peuvent être appliqués pendant toute l'étape de vissage ou les ultrasons peuvent être appliqués seulement pendant une partie de l'étape de vissage et notamment l'étape finale.

[0014] Ainsi selon un mode de réalisation, la pièce et la vis sont agencées pour qu'une surface de la vis vienne en butée contre une surface de la pièce, l'étape de vissage étant effectuée sans application d'ultrasons jusqu'à ce que ladite surface de la vis vienne en butée contre ladite surface de la pièce, le procédé comportant ensuite une étape de serrage de la vis dans l'orifice selon un couple de serrage prédéterminée, des ultrasons étant appliqués à la vis pendant cette étape de serrage. Ce mode de réalisation permet de n'obtenir des microsoudures qu'en fin de procédé de vissage uniquement ce qui limite l'impact d'une éventuelle détérioration des filets et du taraudage.

[0015] Avantageusement, le couple de tenue est compris entre 1 et 50N mm dans le cas d'un assemblage par vis à tête de pièces juxtaposées, la vis traversant une première pièce pour venir se visser dans un trou taraudé ménagé dans la seconde pièce.

[0016] Dans le cas d'une vis dont la position dans son trou taraudé associé sert à ajuster la position d'une pièce venant en contact avec l'extrémité libre de celle-ci ou à déplacer le centre de gravité d'une pièce dans laquelle elle est vissée, le couple de tenue est compris entre 0.5 et 5N mm.

[0017] En effet, le fait d'appliquer des ultrasons à la vis pendant le vissage de la vis permet d'appliquer un couple de serrage moins élevé tout en atteignant un couple de tenue égal ou supérieur aux valeurs usuelles.

[0018] Avantageusement, la vis est vissée grâce à un embout de vissage, les ultrasons étant appliqués à la vis par l'intermédiaire de l'embout de vissage.

[0019] Avantageusement, les ultrasons appliqués présentent une fréquence comprise entre 30 et 50 KHz. En effet, cette gamme de fréquence permet d'avoir le maximum de microsoudures sans pour autant détériorer le pas de vis.

[0020] Avantageusement, les ultrasons rotatifs présentent une amplitude angulaire comprise entre une fraction et quelques degrés selon le diamètre de la vis. Cette gamme d'amplitude permet de ne pas détériorer le pas de vis. L'amplitude angulaire est sélectionnée en fonction du diamètre de la vis sachant que l'on souhaite impartir au niveau du filet un déplacement alternatif angulaire compris typiquement entre 5 et 20 microns

[0021] Avantageusement, la vis est vissée avec une vitesse angulaire comprise entre 30 et 200tr/min.

[0022] Un autre aspect de l'invention concerne un dispositif de vissage agencé pour visser une vis dans un orifice d'une pièce, la vis comportant une tête de vis et une tige filetée pourvue d'un filetage, l'orifice étant pourvu d'un filetage complémentaire, le dispositif comportant : un embout de vissage comportant une extrémité configurée pour être fixée sur une tête de vis ; un moteur configuré pour animer l'embout de vissage d'un mouvement de rotation ; des moyens de génération d'au moins d'ultrasons rotatifs agencés pour transmettre à l'extrémité de l'embout de vissage des ultrasons rotatifs présentant une amplitude angulaire déterminée.

[0023] Le dispositif permet de visser des vis dans des orifices en diminuant le risque de desserrage de ces vis, sans utiliser d'apport de matière, et sans avoir à modifier la géométrie des vis ou des orifices, et quelle que soit la taille des vis et des orifices.

[0024] Le dispositif selon le quatrième aspect de l'invention peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-après prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : – les moyens de génération d'ultrasons rotatifs sont de préférence intercalés entre le moteur et l'embout de vissage ; – les moyens de génération d'ultrasons rotatifs comportent de préférence : o Un générateur de tension haute fréquence agencé pour permettre de créer un champ électrique dans un transducteur électromécanique ; o Un transducteur électromécanique agencé pour convertir le champ électrique du générateur de tension haute fréquence en vibrations mécaniques rotatives ; o Une sonotrode agencée pour amplifier les vibrations mécaniques rotatives du transducteur et les transmettre à l'embout de vissage. – les moyens de génération d'ultrasons sont de préférence configurés pour que l'extrémité de l'embout de vissage soit soumise à des ultrasons de fréquence comprise entre 30 et 50 KHz. – les moyens de génération d'ultrasons sont de préférence configurés pour que l'extrémité de l'embout de vissage soit soumise à des ultrasons rotatifs d'amplitude angulaire comprise entre une fraction et quelques degrés selon le diamètre de la vis. – la sonotrode comprend un embout d'entraînement d'une seul pièce avec elle ou rapporté et dont l'extrémité destinée à coopérer avec la tête de vis présente une forme complémentaire à cette dernière, (vis cruciforme, vis à tête fendue, vis torx etc.).

Description sommaire des dessins

[0025] D'autres particularités et avantages ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente schématiquement un ensemble vis-orifice selon un mode de réalisation de l'invention ; la figure 2 représente schématiquement un ensemble vis-orifice selon un autre mode de réalisation de l'invention ; la figure 3 représente schématiquement un dispositif de vissage selon un mode de réalisation de l'invention.

Description détaillée d'un mode de réalisation

[0026] Un procédé selon un mode de réalisation va maintenant être décrit en référence aux figures 1 à 3.

[0027] Ce procédé de vissage permet de visser une vis 1 comme celle représentée sur la figure 1 dans l'orifice 2 d'une pièce 3 pour réaliser un assemblage de la pièce P juxtaposées sur la pièce 3, la vis 1 traversant la pièce 11 via un trou 11a pour venir se visser dans l'orifice 2 ménagé dans la pièce 3. La vis 1 comporte une tête de vis 4 et une tige filetée 5 pourvue d'un filetage 6. L'orifice 2 est pourvu d'un filetage complémentaire 7. En outre, la pièce P est de préférence pourvue d'une surface contre laquelle une surface de la vis peut venir en butée. Cette surface de la pièce peut par exemple être un épaulement 8. La surface de la vis peut être une surface 10 de la tête de vis.

[0028] La vis est de préférence une vis pour l'horlogerie. La tige filetée présente donc un diamètre de préférence compris entre 0.2 et 2 mm. La vis peut notamment être une vis de balancier et dans ce cas, la tige filetée présente un diamètre compris entre 0.22 et 0.35 mm.

[0029] La vis 1 et la pièce 3 peuvent typiquement être réalisées en acier, acier de décolletage, alliages de cuivre, alliages d'aluminium, titane, avec ou sans revêtement, or platine. La pièce également être réalisée en matériau céramique typiquement à base de de ZrO2ou Al2O3.

[0030] Alternativement et comme cela est représenté en figure 2, l'orifice 2 taraudé ménagée dans la pièce 3 est traversant et la vis 1 et la pièce sont agencés pour ajuster la position d'un organe 9, par exemple une lame ressort venant en contact avec l'extrémité libre 1a de la vis 1.

[0031] Selon une variante d'application du procédé de l'invention ce dernier est mis en oeuvre pour déplacer le centre de gravité de la pièce 3 dans laquelle la vis 1 est vissée, la pièce 3 peut être typiquement la serge d'un balancier d'un oscillateur pour mouvement horloger.

[0032] Un dispositif de vissage selon un mode de réalisation de l'invention est représenté sur la figure 3. Ce dispositif de vissage comporte un embout de vissage 12 configuré pour être ajusté sur la tête de vis. L'embout de vissage 12 présente donc une extrémité 13 de forme complémentaire de l'empreinte 14 de la tête de vis 4. L'embout de vissage 12 peut ainsi présenter une extrémité cruciforme, à fente, en forme d'étoile. L'embout de vissage 12 est relié à un moteur 15 permettant d'animer l'embout de vissage 12 d'un mouvement de rotation.

[0033] Le dispositif de vissage comporte également des moyens de génération au moins d'ultrasons rotatifs 16 agencés pour transmettre à l'extrémité 13 de l'embout de vissage 12 des ultrasons. Les moyens de génération d'ultrasons permettent de générer un mode vibratoire ultrasonique rotatif dans l'embout de vissage, et plus précisément dans son extrémité.

[0034] Ces moyens de génération d'ultrasons rotatifs 16 sont de préférence intercalés entre le moteur 15 et l'embout de vissage 12. Les moyens de génération d'ultrasons sont de préférence reliés à l'arbre de sortie du moteur.

[0035] Les moyens de génération d'ultrasons rotatifs comportent de préférence : Un générateur 17 de tension haute fréquence agencé pour permettre de créer un champ électrique dans un transducteur électromécanique ; Un transducteur électromécanique 18 agencé pour convertir le champ électrique du générateur en vibrations mécaniques rotatives. Le transducteur électromécanique comporte de préférence des céramiques piézoélectriques agencées pour émettre des ondes ultrasoniques lorsqu'elles sont soumises au champ électrique du générateur ; Une sonotrode 19 agencée pour amplifier les vibrations mécaniques rotatives du transducteur 18 et les transmettre à l'embout de vissage 12.

[0036] Ce dispositif de vissage peut être utilisé pour mettre en oeuvre le procédé décrit ci-après.

[0037] Ce procédé comporte une étape de vissage de la vis 1 dans l'orifice 2. Cette étape comporte de préférence : une sous-étape au cours de laquelle la vis s'enfonce dans l'orifice en effectuant un mouvement de rotation combinée à une translation I. Cette première étape est par exemple effectuée jusqu'à ce qu'une surface de la vis vienne en butée contre une surface de la pièce dans l'exemple représenté à la figure 1 ; une sous étape de serrage au cours de laquelle la vis est serrée dans l'orifice selon un couple prédéterminé. Le couple appliqué est de préférence compris entre 0.5 et 5N mm.

[0038] Le procédé est particulièrement avantageux en ce que des ultrasons sont appliqués à la vis pendant au moins une partie de l'étape de vissage. Les ultrasons sont de préférence transmis à la vis 1 par l'embout de vissage 12.

[0039] Les ultrasons appliqués à la vis présentent de préférence une fréquence comprise entre 30 et 50KHz et une amplitude comprise entre une fraction et quelques degrés selon le diamètre de la vis. Cette gamme d'amplitude permet de ne pas détériorer le pas de vis. L'amplitude angulaire est sélectionnée en fonction du diamètre de la vis sachant que l'on souhaite impartir au niveau du filet un déplacement alternatif angulaire compris typiquement entre 5 et 20 microns. Typiquement pour une vis de 0.6 mm de diamètre, l'amplitude angulaire est de l'ordre de 0.5∼1° pour un déplacement de 10 microns au niveau du filet.

[0040] Selon différents modes de réalisation, les ultrasons peuvent être appliqués pendant toute l'étape de vissage ou seulement pendant une partie de l'étape de vissage.

[0041] En particulier, dans le cas décrit précédemment, les ultrasons peuvent être appliqués uniquement pendant l'étape de serrage dans la vis dans l'orifice.

[0042] Le procédé est particulièrement avantageux car il permet de créer des microsoudures entre le filetage de la vis et le filetage complémentaire de l'orifice, ce qui empêche la vis de se dévisser, quel que soit ses dimensions et sa forme, et sans apport de matière. Le procédé permet donc une fiabilité accrue de l'assemblage. En outre, l'invention évite de devoir utiliser un frein filet.

[0043] Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits en référence aux figures et des variantes pourraient être envisagées sans sortir du cadre de l'invention. Le procédé pourrait par exemple être mis en oeuvre avec un autre dispositif que celui décrit en référence à la figure 3.

[0044] Il peut également selon une variante être mis en oeuvre en combinaison avec des ultrasons longitudinaux.

Claims (16)

1. Procédé de vissage d'une vis (1) dans un orifice (2) d'une pièce (3), la vis (1) comportant une tête de vis (4) et une tige filetée (5) pourvue d'un filetage (6), l'orifice (2) étant pourvu d'un filetage complémentaire (7), le procédé comportant les étapes simultanées suivantes : – vissage de la vis (1) dans l'orifice (2); – application au moins d'ultrasons rotatifs présentant une amplitude angulaire déterminée à la vis (1) pendant au moins une partie de l'étape de vissage.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les ultrasons sont appliqués pendant toute l'étape de vissage.

3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les ultrasons sont appliqués seulement pendant une partie de l'étape de vissage.

4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la pièce (3) et la vis (1) sont agencées pour qu'une surface de la vis vienne en butée contre une surface de la pièce dans laquelle est ménagé un taraudage ou vienne en butée contre une pièce intermédiaire traversé par la vis et disposée entre ladite pièce et ladite surface de la vis, l'étape de vissage étant effectuée sans application d'ultrasons jusqu'à ce que ladite surface de la vis vienne en butée contre ladite surface de la pièce, le procédé comportant ensuite une étape de serrage de la vis (1) dans l'orifice (2) selon un couple de serrage prédéterminée, des ultrasons étant appliqués à la vis pendant cette étape de serrage.

5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le couple de tenue est compris entre 1 et 50N mm.

6. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la pièce (3) et la vis (1) sont agencées pour ajuster la position d'un organe venant en contact avec l'extrémité libre de la vis ou pour déplacer le centre de gravité de ladite pièce dans laquelle la vis est vissée l'étape de vissage étant effectuée sans application d'ultrasons jusqu'à ce que la surface de la vis vienne en butée dans ladite pièce, le procédé comportant ensuite une étape de serrage de la vis (1) dans l'orifice (2) selon un couple de serrage prédéterminée, des ultrasons étant appliqués à la vis pendant cette étape de serrage.

7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le couple de tenue est compris entre 0.5 et 5N mm.

8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la vis (1) est vissée grâce à un embout de vissage (12), les ultrasons étant appliqués à la vis (1) par l'intermédiaire de l'embout de vissage (12).

9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les ultrasons appliqués présentent une fréquence comprise entre 30 et 50Khz.

10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les ultrasons présentent une amplitude angulaire comprise entre une fraction et quelques degrés selon le diamètre de la vis.

11. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la vis est vissée avec une vitesse angulaire comprise entre 30 et 200tr/min.

12. Dispositif de vissage agencé pour visser une vis (1) dans un orifice (2), d'une pièce (3), la vis (1) comportant une tête de vis (4) et une tige filetée (5) pourvue d'un filetage (6), l'orifice (2) étant pourvu d'un filetage complémentaire (7), le dispositif comportant : – un embout de vissage (12) comportant une extrémité (13) configurée pour être fixée sur une tête de vis (4) ; – un moteur (15) configuré pour animer l'embout de vissage (12) d'un mouvement hélicoïdal ; – des moyens de génération d'au moins d'ultrasons (16) rotatifs agencés pour transmettre à l'extrémité (13) de l'embout de vissage (12) des ultrasons rotatifs présentant une amplitude angulaire déterminée.

13. Dispositif selon la revendication 12, dans lequel les moyens de génération d'ultrasons (16) sont intercalés entre le moteur (15) et l'embout de vissage (12).

14. Dispositif selon l'une des revendications 12 et 13, dans lequel les moyens de génération d'ultrasons rotatifs (16) comportent : – un générateur de tension haute fréquence (17) agencé pour permettre de créer un champ électrique dans un transducteur électromécanique ; – un transducteur électromécanique (18) agencé pour transformer le champ électrique du générateur en vibrations mécaniques rotatives ; – une sonotrode (19) agencée pour amplifier les vibrations mécaniques rotatives du transducteur (18) et les transmettre à l'embout de vissage (12).

15. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel les moyens de génération d'ultrasons (16) sont configurés pour que l'extrémité (13) de l'embout de vissage (12) soit soumise à des ultrasons de fréquence comprise entre 30 et 50 KHz.

16. Dispositif selon l'une des revendications 12 à 15, dans lequel les moyens de génération d'ultrasons (16) sont configurés pour que l'extrémité (13) de l'embout de vissage (12) soit soumise à des ultrasons d'amplitude angulaire comprise entre une fraction et quelques degrés selon le diamètre de la vis.