CH714549A2 - Procédé de lubrification d'un échappement horloger. - Google Patents

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Abstract

L’invention concerne un procédé de lubrification d’un mécanisme d’échappement horloger comprenant un mobile destiné à recevoir une force motrice et un organe d’arrêt destiné à coopérer avec le mobile pour bloquer ou laisser libre sa rotation de manière alternative, ledit mobile et ledit organe d’arrêt présentant respectivement des premiers et deuxièmes organes de contact destinés à coopérer les uns avec les autres, au moins les premiers ou les deuxièmes organes de contact étant réalisés à base de silicium. Selon l’invention, le procédé est caractérisé en ce qu’il comporte une étape d’application d’une graisse comprenant des particules de type PTFE dispersées dans une huile de base de type PFPE, et ladite étape d’application étant effectuée sans étape d’épilamage.

Description

Description
Domaine technique [0001] La présente invention se rapporte au domaine de l’horlogerie, particulièrement de l’horlogerie mécanique. Elle concerne un procédé de lubrification d’un échappement.
[0002] Dans le domaine des montres mécaniques, l’échappement permet de réguler l’apport d’énergie fourni par le barillet et d’entretenir les oscillations de l’organe réglant.
[0003] Les mécanismes les plus courants sont dits à ancre suisse et font s’interagir une ancre montée pivotante, avec notamment une roue d’échappement que l’ancre vient bloquer alternativement par une palette d’entrée et par une palette de sortie, qu’elle comporte.
[0004] De manière traditionnelle, les palettes sont fabriquées en rubis, tandis que la roue d’échappement est en acier. L’optimisation des conditions tribologiques entre les palettes de l’ancre et la roue d’échappement conduit à lubrifier les zones de contact entre elles de manière à réduire les pertes énergétiques par frottement et augmenter le rendement de transmission d’énergie.
[0005] Cette lubrification est délicate et complexe, et fait l’objet de beaucoup de recherches, de savoir-faire et d’innovation. En effet, les vitesses de déplacement relatif entre les palettes et les dents de la roue d’échappement sont élevées, de l’ordre de 70mm/s pendant la phase d’impulsion et le lubrifiant utilisé doit donc présenter une viscosité adaptée pour être efficace à ces vitesses.
[0006] Les lubrifiants répondant à ce cahier des charges sont généralement assez fluides. Pour être efficace, il est impératif de maintenir le lubrifiant utilisé dans la zone de contact en suffisance sans pour autant entraver le déplacement des composants en mouvement. Il doit également rester en place pendant le fonctionnement de l’échappement et en cas de chocs afin de ne pas appauvrir le contact et souiller les composants à l’intérieur du mouvement. Cela est obtenu par l’application d’un épilame qui participe à la complexité générale et globale de la lubrification d’un échappement. En effet, l’épilame forme un film à la surface des palettes de type lipophobe. Il convient de faire fonctionner l’échappement à sec de manière à ce que le contact de la denture de la roue d’échappement soit libre d’épilame, de manière à former une tranchée, dans laquelle l’huile va ensuite être appliquée et contenue, de par les propriétés lipophobes de l’épilame.
[0007] Afin de constituer un réservoir de lubrifiant permettant d’alimenter le contact et de réduire les surfaces de contact, les dents constituant la roue d’échappement peuvent être taillées en biseau.
[0008] Plus récemment, les horlogers ont exploré l’utilisation de Silicium pour réaliser l’ancre et la roue d’échappement, car ce matériau offre, outre une liberté dans la réalisation de géométrie complexe, des propriétés antimagnétiques et une amélioration du rendement de l’échappement par sa faible densité. Assez rapidement, l’utilisation de SiÛ2 obtenue par oxydation thermique ou de diamant obtenu par dépôt CVD s’est imposée pour améliorer la résistance mécanique et les propriétés tribologiques. Les horlogers ont longtemps avancé que les composants Silicium ainsi revêtus permettraient de s’affranchir des difficultés de lubrification connues jusqu’alors. Cependant, en pratique, il est généralement constaté que, pour obtenir les niveaux des performances attendus, le recours à une lubrification avec des lubrifiants traditionnels utilisés pour des échappements acier/rubis est également nécessaire avec un échappement Silicium.
[0009] Cela est d’autant plus contraignant que les pièces produites en Silicium sont plus fragiles que les pièces en Acier, et que les procédés industriels d’épilamage courants ne sont pas applicables aux pièces en silicium. En effet, le recours à un traitement d’épilamage en vrac endommagerait immanquablement les pièces en silicium compte tenu de la fragilité du silicium. Un épilamage pièce à pièce serait fastidieux, coûteux et peu efficace.
[0010] De même la réalisation d’un biseau à l’instar de pièces en acier pour constituer un réservoir, complexifie et augmente les coûts de fabrication des pièces en Silicium.
Etat de la technique [0011] Le document EP 2 120 105 divulgue une solution de lubrification d’une pièce micromécanique, notamment une roue d’échappement en silicium, le lubrifiant pouvant être une graisse. Un revêtement hydrophile jouant le rôle d’épilame est interposé entre la pièce et le lubrifiant pour retenir le lubrifiant dans la zone de frottements.
[0012] Cet enseignement induit donc la difficulté d’épilamer les pièces de l’échappement, y compris pour les pièces en silicium, ce qui reste un inconvénient en termes d’industrialisation.
[0013] La présente invention a pour but de proposer un procédé de lubrification d’un échappement, remédiant au moins partiellement aux inconvénients susmentionnés.
Divulguation de l’invention [0014] De façon plus précise, l’invention concerne un procédé de lubrification tel que proposé dans les revendications.
CH 714 549 A2
Brève description des dessins [0015] D’autres détails de l’invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence à la fig. 1 annexée représentant des essais comparatifs de performance pour trois mouvements d’un même calibre, avec différentes configurations de lubrifications, après 24h de rodage.
Mode de réalisation de l’invention [0016] Comme expliqué en détails dans l’introduction de la présente demande, la question de la lubrification des mécanismes d’échappement est un sujet de recherche permanent pour les horlogers, avec comme buts d’améliorer:
- le rendement des échappements,
- la stabilité dans le temps des lubrifiants, tant en termes de performance qu’en terme de composition (stabilité chimique),
- leur mise en oeuvre pour faciliter l’industrialisation de l’étape de lubrification.
[0017] La demanderesse a identifié après de nombreuses recherches, des effets particulièrement intéressants dans l’utilisation de lubrifiants spécifiques, pour lubrifier un échappement.
[0018] Plus particulièrement, l’objet de l’invention est un procédé de lubrification d’un mécanisme d’échappement horloger comprenant un mobile destiné à recevoir une force motrice et un organe d’arrêt destiné à coopérer avec le mobile pour bloquer ou laisser libre sa rotation de manière alternative. Le mobile et l’organe d’arrêt présentent respectivement des premiers et deuxièmes organes de contact destinés à coopérer les uns avec les autres. Au moins les premiers ou les deuxièmes organes de contact sont réalisés à base de silicium.
[0019] De manière avantageuse, le mécanisme d’échappement est un mécanisme dit à ancre suisse. Le mobile est une roue d’échappement destinée à être montée pivotante et l’organe d’arrêt est une ancre également destinée à pivoter sur son axe. L’ancre est munie d’une palette d’entrée et d’une palette de sortie, destinées à coopérer avec la denture de la roue d’échappement. Les palettes d’une part, et les dents de la roue d’échappement d’autre part, définissent des organes de contact, puisqu’ils sont destinés à interagir les uns avec les autres, lors des étapes successives de l’échappement. Ce type de mécanisme est bien connu et n’a pas besoin d’être décrit en détails.
[0020] De préférence, l’ancre d’une part, et la roue d’échappement d’autre part sont réalisées en une pièce, c’est-à-dire une pièce monobloc, à base de silicium, éventuellement recouvert par une couche superficielle, par exemple d’oxyde, naturel ou réalisé par une étape d’oxydation. L’ancre et/ou la roue peuvent être multi-étages, réalisées de manière monolithique par assemblage de plusieurs éléments. L’homme du métier peut également envisager d’autres revêtements ou traitements de surface sur les organes de contact.
[0021] On peut également envisager d’autres configurations dans lesquelles l’une seulement de l’ancre ou de la roue d’échappement est à base de silicium, ou alors seulement les organes de contact sont à base de silicium.
[0022] Selon l’invention, la lubrification de l’échappement est caractérisée en ce qu’elle comporte une étape d’application d’une graisse comprenant des particules de type PTFE (polytétrafluoroéthylène) dispersées dans une huile de base de type PFPE (Perfluoropolyether), et ladite étape d’application étant effectuée sans effectuer d’épilamage.
[0023] La fig. 1 montre des mesures d’amplitude du balancier. Ces mesures ont été réalisées sur trois mouvements horlogers de même calibre, avec une géométrie standard de l’ancre et de la roue d’échappement. Le graphique représente les valeurs moyennes des relevés d’amplitude dans 6 positions, à Oh de marche (barillet chargé au maximum hors bride glissante) après un rodage de 24h, mesurées pour chaque mouvement. Un trait représente, pour chaque lubrifiant, la moyenne des mesures des trois mouvements. Entre chaque lubrifiant, les mouvements sont démontés et dégraissés, puis lubrifiés avec le lubrifiant suivant.
[0024] La mesure de référence est un échappement standard, avec une roue d’échappement en acier (avec dents biseautées) et des palettes d’ancre en rubis, épilamées et lubrifiées selon les méthodes de l’état de la technique. Les 7 mesures suivantes concernent des échappements en silicium, aux géométries identiques à l’échappement standard de référence, mais sans biseau sur les dents de la roue d’échappement. La 1ère mesure correspond à un fonctionnement à sec, sans lubrification. La mesure A correspond à une lubrification selon l’état de la technique, c’est-à-dire avec épilamage et lubrification comme dans l’échappement de référence.
[0025] La mesure B concerne la graisse utilisée selon le procédé de l’invention. Les mesures C à F concernent différents types de lubrifiants testés, avec ou sans épilame, selon la consistance et l’écoulement de la graisse.
[0026] On constate que la graisse B permet d’obtenir des rendements supérieurs aux autres solutions, avec une amélioration significative de 24° par rapport à la référence, et d’au moins 22° par rapport aux alternatives testées. De plus, ce niveau de performance est obtenu sans application d’épilame, et avec une géométrie des dents de la roue d’échappement simplifiée (sans biseau), ce qui représente un avantage industriel.
[0027] En termes de composition, différentes graisses de la famille ci-dessus ont été testées, avec des résultats comparables. Ainsi, l’huile de base (PFPE) peut présenter une viscosité mesurée à 40°C, comprise entre 15 et 330 cSt, de préférence entre 18 et 310cSt. Les particules de PTFE dispersées dans l’huile de base sont sensiblement submicroniques et la densité peut être ajustée par l’homme du métier, de manière à obtenir une graisse qui, au final, présente un grade compris entre 3 et 1, de préférence un grade 2. En pratique, la charge de PTFE est ajustée par rapport à la surface spécifique des
CH 714 549 A2 particules en fonction du grade visé. Typiquement, les particules présentent une taille comprise entre 20 nm et 1.2 μm. De manière avantageuse, la taille est comprise entre 50 nm et 1 μm.
[0028] Ce grade correspond à une graisse assez visqueuse, qualifiée selon le tableau NLGI (National Lubricating Grease Institute) ci-dessous.
NLGI consistency numbers
ASTM worked (SO strokes)
NLGI number pénétration at 25 = C tenths of a millimétré Appearance Consistency food analog
ooo 445-475 ’luid cooking oil
00 400-430 semi-'luid appiè sauce
0 3ÔO-3&O very soi brown riustard
1 310-340 sol tonato paste
7 265-295 normal grease peanut butter
220-250 ΊΓΓΊ vegetatale shortening
4 175-205 very ίγπ Tozen vogurt
130-160 hard snooth paté
6 65-115 verv hard cheddar cheese
[0029] Ce type de graisse peut être déposé à l’aide d’un pique-huile, utilisé habituellement, ou à l’aide d’autres équipements ou dispensateurs permettant une automatisation au moins partielle de la dispense du lubrifiant sur les surfaces fonctionnelles des organes de contact.
[0030] L’obtention de ce niveau de performance pour une graisse de cette viscosité est particulièrement surprenante. En effet, eu égard aux vitesses de déplacement relatif des organes de contact, l’utilisation d’une graisse n’est a priori pas indiquée, car sa réponse à une sollicitation en cisaillement, telle que subie lors d’un contact à l’échappement, n’est pas suffisamment rapide.
Cependant, on a constaté que la résistance mécanique de ce type de graisse chute brutalement lorsqu’elle est soumise à une contrainte en cisaillement, en d’autres termes, elle se fluidifie rapidement lors des frottements subis en fonctionnement. D’autre part, le seuil d’écoulement revenant également rapidement à son niveau normal après la fin de l’application d’une contrainte mécanique, la graisse reste avantageusement en place sur les organes de contact, malgré l’absence d’épilame. [0031] Ainsi est proposé un procédé de lubrification d’un échappement, permettant de lubrifier un échappement dont les pièces principales, à savoir la roue d’échappement et l’ancre peuvent être réalisées en silicium ou à base de silicium, tout en améliorant le rendement par rapport à un échappement standard ou un échappement Silicium lubrifié conventionnellement. De plus, la famille de graisse identifiée permet de se passer d’épilame et permet donc de simplifier le procédé et d’augmenter la performance industrielle.

Claims (8)

  1. Revendications
    1. Procédé de lubrification d’un mécanisme d’échappement horloger comprenant un mobile destiné à recevoir une force motrice et un organe d’arrêt destiné à coopérer avec le mobile pour bloquer ou laisser libre sa rotation de manière alternative, ledit mobile et ledit organe d’arrêt présentant respectivement des premiers et deuxièmes organes de contact destinés à coopérer les uns avec les autres, au moins les premiers ou les deuxièmes organes de contact étant réalisés à base de silicium, le procédé est caractérisé en ce qu’il comporte une étape d’application d’une graisse comprenant des particules de type PTFE dispersées dans une huile de base de type PFPE, et ladite étape d’application étant effectuée sans étape d’épilamage.
  2. 2. Procédé de lubrification selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite graisse présente un grade compris entre 3 et 1, de préférence un grade 2 selon l’échelle NLGI (National Lubricating Grease Institute).
  3. 3. Procédé de lubrification selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite huile de base présente une viscosité mesurée à 40°C comprise entre 15 et 330 cSt, de préférence entre 18 et 310 cSt.
  4. 4. Procédé de lubrification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les particules de PTFE ont une taille comprise entre 20 nm et 1.2 μm. de préférence entre 50nm et 1 μm.
    CH 714 549 A2
  5. 5. Procédé de lubrification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la graisse est appliquée à l’aide d’un pique-huile ou d’un dispensateur automatique.
  6. 6. Procédé de lubrification selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le mobile est une roue d’échappement destinée à être montée mobile en rotation et l’organe d’arrêt est une ancre également destinée à pivoter sur son axe.
  7. 7. Procédé de lubrification selon la revendication 6, caractérisé en ce que l’ancre est munie d’une palette d’entrée et d’une palette de sortie, destinées à coopérer avec une denture que comporte la roue d’échappement.
  8. 8. Procédé de lubrification selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’une et/ou l’autre de l’ancre et de la roue d’échappement sont réalisées en une pièce à base de silicium.
    CH 714 549 A2
    Comparais»» des ampliindes moyennes ó pos. à Oh pour le calibre X
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