CH715376A2 - Roulement mécanique amagnétique d'horlogerie, mouvement d'horlogerie et montre comportant un tel roulement. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un roulement mécanique amagnétique d’horlogerie comportant, coaxiales autour d’un axe de rotation commun (D), au moins une cage interne (2) et au moins une cage externe (3) comportant respectivement une piste interne (20) et une piste externe (30) entre lesquelles une pluralité de mobiles (4) glissent ou roulent lors d’un mouvement relatif entre la cage interne (2) et la cage externe (3) qui les guident et dont l’une au moins des cage interne (2) et cage externe (3) est une cage dynamique, au moins une cage dynamique étant en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises. L’invention concerne également un mouvement d’horlogerie et une montre comportant un tel roulement.

Description

Domaine de l’invention

[0001] L’invention concerne un roulement mécanique amagnétique d’horlogerie comportant, coaxiales autour d’un axe de rotation commun, au moins une cage interne et au moins une cage externe comportant respectivement une piste interne et une piste externe entre lesquelles une pluralité de mobiles glissent ou roulent lors d’un mouvement relatif entre ladite cage interne et ladite cage externe qui les guident et dont l’une au moins desdites cage interne et cage externe est une cage dynamique.

[0002] L’invention concerne encore un mouvement d’horlogerie comportant au moins un tel roulement.

[0003] L’invention concerne encore une montre comportant un tel mouvement.

[0004] L’invention concerne le domaine des mécanismes d’horlogerie et plus particulièrement les guidages en rotation.

Arrière-plan de l’invention

[0005] Afin de limiter au maximum les frottements au pivotement d’une masse oscillante de montre, on utilise généralement un roulement à billes comme suspension. Les composants d’un roulement sont ordinairement métalliques, en particulier en acier, et doivent être lubrifiés afin de fonctionner correctement.

[0006] De plus, dans certains mouvements d’horlogerie, il est nécessaire d’assurer une protection aux champs magnétiques, et de tels roulements standard mentionnés en acier ou similaire peuvent être problématiques en raison des composants fabriqués dans des matériaux magnétiques.

[0007] Afin de résoudre le problème de la sensibilité aux champs magnétiques, certains roulements à billes utilisent des composants en acier inoxydable et/ou en céramique. Cela tend à renchérir les coûts de fabrication car ces matériaux ne sont pas faciles à usiner.

Résumé de l’invention

[0008] Le but de l’invention est de proposer un roulement mécanique, notamment un roulement à billes, dont la sensibilité aux champs magnétique est moindre que celle d’un roulement traditionnel, mais dont le coût de fabrication est similaire.

[0009] L’invention consiste à choisir des matériaux amagnétiques, plus faciles à usiner que l’acier inoxydable, et susceptibles de résister aux contraintes mécaniques imposées par les fonctions du roulement à billes.

[0010] A cet effet, l’invention concerne un roulement mécanique amagnétique d’horlogerie selon la revendication 1.

[0011] L’invention concerne encore un mouvement d’horlogerie comportant au moins un tel roulement.

[0012] L’invention concerne encore une montre comportant un tel mouvement.

Description sommaire des dessins

[0013] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où: <tb>la fig. 1<SEP>représente, de façon schématisée, et en coupe passant par son axe de rotation, un roulement à billes amagnétique, avec des billes en céramique, et les autres composants en acier inoxydable; <tb>la fig. 2<SEP>représente, de façon similaire à la fig. 1 , un roulement mécanique économique amagnétique selon l’invention, dans une réalisation économique, qui est dans cet exemple un roulement à billes avec billes en céramique, une bague externe en alliage cuivre-béryllium, et les autres composants en matériau inoxydable, notamment en acier inoxydable; <tb>la fig. 3<SEP>est un schéma-blocs qui représente une montre comportant un mouvement avec au moins un roulement selon l’invention.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

[0014] L’invention concerne un roulement mécanique 1 amagnétique d’horlogerie.

[0015] Par «amagnétique» on entend ici que ce roulement, dans sa globalité, n’est quasiment pas mobile sous l’action d’un champ magnétique, en attraction ni en répulsion. Cette notion n’implique pas que tous les constituants d’un tel roulement soient chacun amagnétique, dans la mesure où certains constituants peuvent former une cage de blindage pour en protéger d’autres des effets d’un champ magnétique. Bien sûr, le comportement amagnétique global du roulement est encore plus insensible à un champ magnétique si la quasi-totalité, ou la totalité de ses constituants, sont, chacun amagnétique.

[0016] Ce roulement 1 comporte, classiquement, coaxiales autour d’un axe de rotation commun D, au moins une cage interne 2 et au moins une cage externe 3.

[0017] Ces cages internes 2 et externes 3 comportent respectivement chacune une piste interne 20 et une piste externe 30, entre lesquelles une pluralité de mobiles 4 glissent ou roulent lors d’un mouvement relatif entre la cage interne 2 et la cage externe 3 antagonistes qui les guident. L’invention est illustrée sur la fig. 2 dans le cas simplifié d’une cage interne 2 unique et d’une cage externe 3 unique, l’homme du métier peut l’extrapoler à un roulement comportant plusieurs étages, dont chacun comporte une piste de circulation de mobiles 4 entre une cage interne 2 et une cage externe 3.

[0018] Avantageusement les mobiles 4, notamment des billes, sont en matériau amagnétique, notamment en céramique, en Si3N4, en nickel-titane, en zircone, ou autres matériaux convenables connus de l’homme du métier, matériaux superélastiques notamment.

[0019] Au niveau d’un tel étage comportant une piste de circulation, au moins la cage interne 2 ou la cage externe 3 est une cage dynamique, c’est-à-dire qu’elle est mobile pendant le fonctionnement normal du roulement par rapport à un composant statique d’un mouvement d’horlogerie, tel que platine, pont, ou similaire. Dans une variante particulière non illustrée, la cage interne 2 est une cage dynamique et la cage externe 3 est une cage dynamique. Dans une autre variante illustrée par la figure 2 , la cage interne 2 est une cage statique, et la cage externe 3 est une cage dynamique. Dans une autre variante encore, non illustrée, la cage interne est une cage dynamique, et la cage externe 3 est une cage statique.

[0020] Différents tests ont montré que les composants statiques d’un roulement, notamment d’un roulement à billes, c’est-à-dire les composants qui constituent une des cages du roulement, notamment la cage interne dans l’exemple non limitatif des figures, ne participent que très peu à la sensibilité magnétique de l’ensemble. De ce fait, il s’avère que la sensibilité magnétique de l’ensemble du roulement est principalement conditionnée par le matériau des composants dynamiques, en l’occurrence des mobiles 4, notamment des billes, et de l’autre cage, notamment de la cage externe dans l’exemple des figures, où la cage externe est constituée par une bague externe unique. Bien sûr la cage externe peut aussi être composée de plusieurs bagues externes juxtaposées. Dans l’exemple non limitatif illustré, la cage externe 3 porte une denture 31.

[0021] Selon l’invention, au moins une dite cage dynamique est en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises. Plus particulièrement, chaque cage dynamique est en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises.

[0022] Plus particulièrement, au moins une cage externe 3 est en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises; même si cette cage externe est une cage statique, elle constitue alors un blindage magnétique efficace pour la cage interne qui est alors une cage dynamique: cette cage interne dynamique peut être réalisée avec un tel matériau faiblement paramagnétique, ce qui donne les meilleurs résultats, et peut aussi, dans une variante un peu moins performante, être réalisée en matériau traditionnel tel qu’un acier à roulement. Plus particulièrement encore, chaque cage externe 3 est en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises.

[0023] La fig. 2 illustre une réalisation selon l’invention, où seul le matériau de la bague externe est modifié par rapport à un roulement standard tout acier, avec en particulier une réalisation de cette bague externe en alliage cuivreux, en particulier un cupro-béryllium. Le roulement conserve ses propriétés magnétiques et sa lubrification d’origine, tout en ayant un coût de production moins élevé, car l’usinage de la denture est plus rapide dans un alliage cuivreux que dans de l’acier inoxydable.

[0024] Plus particulièrement, afin d’améliorer le fonctionnement et la tenue dans le temps, la bague externe est revêtue. Plus particulièrement encore, cette bague externe est revêtue par une couche de nickel offrant une dureté de surface plus élevée que celle d’un alliage cuivreux nu, notamment d’un cupro-béryllium nu.

[0025] Comme la denture de la bague externe doit être adaptée à chaque calibre, seul le matériau de la bague externe est modifié dans ce roulement selon l’invention, par rapport à un roulement standard tout acier. Les autres composants, qui peuvent rester invariants pour les différents calibres produits, restent fabriqués dans le matériau d’origine afin de ne pas complexifier la logistique, notamment en termes d’approvisionnements, de mises en train différentes, de gestion de stock, la gestion de ces autres composants restant inchangée.

[0026] Naturellement, selon les applications, et en particulier selon les phénomènes magnétiques utilisés ou combattus dans le mouvement d’horlogerie dans lequel est incorporé un tel roulement, il est possible de modifier le matériau de tout ou partie des composants du roulement à billes.

[0027] De façon avantageuse, le matériau faiblement paramagnétique d’au moins une cage dynamique et/ou d’au moins une cage externe est un alliage cuivreux.

[0028] Les matériaux pouvant être utilisés sont de préférence choisis parmi les alliages cuivreux, avec un éventuel revêtement de surface comme un nickelage. L’exemple cité plus haut utilise une bague externe en CuBe2Pb, avec une couche de nickel chimique de 1,5 µm.

[0029] Plus particulièrement cet alliage de type CuBe2Pb comporte, en masse, et bornes comprises, de 1,80% à 2,00% de béryllium, de 0,20% à 0,60% de plomb, avec un total de cobalt et nickel supérieur ou égal à 0,2% avec un total de cobalt et nickel et fer inférieur ou égal à 0,60%, avec des traces inférieures à 0,5%, le reste étant constitué de cuivre, avec un total de cuivre et béryllium et cobalt et nickel et fer et plomb supérieur ou égal à 99,5%, et a un module d’élasticité compris entre 125 kN/mm<2>et 131 kN/mm<2>, bornes comprises, et une perméabilité magnétique µ relative voisine de 1,0006.

[0030] Une telle bague externe ainsi revêtue offre une bonne résistance, en coopération avec des billes en Si3N4. ou similaire. Les autres composants du roulement, qui ne comportent pas de denture et dont l’usinage est donc plus simple, peuvent être réalisés en acier inoxydable, parmi ceux couramment utilisés en horlogerie.

[0031] Un alliage d’aluminium est théoriquement avantageux, en raison de la très faible perméabilité magnétique relative µ de l’aluminium pur, égale à 1,000022. Certains alliages d’aluminium de propriétés mécaniques voisines de celles des aciers doux peuvent alors convenir: alliages d’aluminium comportant du cuivre (séries 2XXX), alliages d’aluminium comportant du magnésium et du silicium (séries 6XXX), alliages d’aluminium comportant du zinc (séries 7XXX), tous susceptibles de durcissement par traitement thermique, ou encore des alliages d’aluminium comportant du silicium (séries 4XXX), ou alliages d’aluminium comportant du magnésium (séries 5XXX). Plus particulièrement, cet alliage d’aluminium est traité thermiquement et a une résistance à la traction supérieure ou égale à 240 MPa.

[0032] D’autres possibilités existent, avec la sélection de matériaux choisis dans le groupe comprenant un acier du type 25 austénitique, de préférence inoxydable, un alliage de cobalt du type austénitique, un alliage de nickel du type austénitique, un alliage de titane amagnétique, un alliage d’aluminium amagnétique, un laiton (Cu-Zn) ou un laiton spécial (Cu-Zn avec Al et/ou Si et/ou Mn), un bronze (Cu-Sn), un bronze à l’aluminium, un cuivre-aluminium (comprenant optionnellement Ni 30 et/ou Fe), un cuivre-nickel, un maillechort (Cu-Ni-Zn), un cuivre-béryllium-6-(Cu-Be), un cuivre-nickel-étain, un cuivre-nickel-silicium, un cuivre-nickel-phosphore, un cuivre-titane, les proportions des différents éléments des alliages étant choisies pour leur conférer des propriétés amagnétiques ainsi qu’une bonne usinabilité. Un matériau synthétique (par exemple en 5 PTFE, POM) ou une céramique (par exemple à base de AI2O3, ou de ZrO2) peuvent aussi être choisis comme alternative à un matériau métallique amagnétique.

[0033] Ainsi, plus particulièrement, il est avantageux d’utiliser, au moins pour la bague externe, un matériau choisi parmi: <tb>–<SEP>alliage cuivre-béryllium; <tb>–<SEP>acier austénitique, et, non limitativement: <tb>•<SEP>Fe Cr15à20Ni8 à 19Cu4à6C0,1, <tb>•<SEP>Fe Cr16à 18Ni10à 15CU1Cinférieur0,1, <tb>•<SEP>Fe Cr24à26Ni19à22Mninférieurà 2Cinférieurà 0,12Siinférieurà 1, <tb>–<SEP>alliage de cobalt de type austénitique: <tb>•<SEP>alliage à majorité cobalt, <tb>•<SEP>alliage fer-cobalt; <tb>–<SEP>alliage d’aluminium amagnétique; <tb>–<SEP>laiton; <tb>–<SEP>laiton avec aluminium et/ou/silicium et/ou manganèse <tb>–<SEP>bronze avec aluminium; <tb>–<SEP>cupro-aluminium; <tb>–<SEP>cupro-aluminium avec nickel et/ou fer; <tb>–<SEP>cupro-nickel; <tb>–<SEP>maillechort; <tb>–<SEP>cupro-nickel avec étain; <tb>–<SEP>cupro-nickel avec silicium; <tb>–<SEP>cupro-nickel avec phosphore; <tb>–<SEP>cuivre-titane <tb>–<SEP>niobium-titane; <tb>–<SEP>aluminium; <tb>–<SEP>platine; <tb>–<SEP>baryum; <tb>–<SEP>gadolinium; <tb>–<SEP>strontium; <tb>–<SEP>tungstène; <tb>–<SEP>magnésium.

[0034] Naturellement, il convient de vérifier que le choix des matériaux confère à la fois le comportement requis en environnement magnétique, et une économie de production, avec notamment une diminution des coûts de production.

[0035] En ce qui concerne le matériau de la cage statique, notamment mais non limitativement de la bague interne, ou des bagues internes si plusieurs bagues internes sont juxtaposées pour constituer la cage interne du roulement, par exemple avec une bague de maintien 21 rapportée sur une bague principale 22, plusieurs choix sont possibles: un matériau différent de celui de la cage dynamique, et notamment un matériau traditionnel tel qu’un acier à roulements; le même matériau que celui de la cage dynamique; un matériau choisi dans le même groupe que le matériau de la cage dynamique.

[0036] La fig. 2 illustre le cas non limitatif d’une cage interne statique, et d’une cage externe dynamique, mais on peut avoir aussi: une cage interne dynamique, et une cage externe statique une cage interne dynamique, et une cage externe dynamique.

[0037] L’important est que la cage dynamique soit amagnétique.

[0038] Il est aussi avantageux que la cage externe soit amagnétique. Si les deux cages, externe et interne, sont dynamiques, il peut suffire qu’une seule des deux soit amagnétique, et dans ce cas, plutôt la cage externe qui joue alors le rôle de blindage pour la cage interne.

[0039] Selon l’invention, au moins une cage dynamique est amagnétique.

[0040] De préférence, on choisit le matériau d’au moins une cage amagnétique, et plus particulièrement de chaque cage amagnétique, de type légèrement paramagnétique, avec une perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises.

[0041] Dans la variante où le matériau constitutif d’une cage dynamique amagnétique est recouvert d’un revêtement lui procurant des propriétés mécaniques et de tribologie améliorées, on choisit le matériau de revêtement, ou les matériaux de revêtement en cas de couches superposées, de façon à constituer un blindage magnétique.

[0042] S’il est, aussi, possible d’améliorer à peu de frais un roulement existant par un tel revêtement de blindage d’au moins une de ses cages, il reste préférable de combiner la confection d’une cage dynamique amagnétique et d’un tel revêtement.

[0043] Selon le matériau retenu, il est possible d’ajouter au moins un autre revêtement, parmi nickelage galvanique, couche PVD ou DLC, nitruration, couche de chrome, ou similaire, compatible avec ce matériau.

[0044] De tels roulements sont conçus pour des applications horlogères, et ont de ce fait des dimensions très réduites: diamètre primaire DP, sur lequel évoluent les centres d’inertie des mobiles, compris entre 1,9 mm et 7,5 mm, bornes comprises; diamètre DM des billes quand les mobiles sont des billes, compris entre 0,3 mm et 0,6 mm, bornes comprises; épaisseur El de la cage interne selon la direction de l’axe de rotation comprise entre 0,5 mm et 1,2 mm, bornes comprises, et inférieure ou égale à 1,0 mm quand les mobiles sont des billes de diamètre compris entre 0,3 m et 0,5 mm, bornes comprises; épaisseur EE de la cage externe selon la direction de l’axe de rotation comprise entre 0,5 mm et 1,2 mm, bornes comprises, et inférieure ou égale à 1,0 mm quand les mobiles sont des billes de diamètre compris entre 0,3 m et 0,4 mm, bornes comprises.

[0045] Plus particulièrement, les plus petits roulements possèdent des billes de diamètre 0,3mm, pour un diamètre primaire de 1,9 mm, leurs épaisseurs sont comprises entre 0,5 et 1 mm.

[0046] Et les plus grands roulements possèdent des billes avec un diamètre jusqu’à 0,6mm, pour un diamètre primaire de 7,5 mm, leurs épaisseurs vont jusqu’à 1,2 mm.

[0047] Le roulement illustré à la fig. 3 est un roulement à billes selon l’invention, avec un diamètre primaire de 5,7 mm, un diamètre de billes de 0,5 mm, une épaisseur de la cage interne de 1,0 mm, et une épaisseur de la cage externe de 1,2 mm.

[0048] L’invention concerne encore un mouvement d’horlogerie 100 comportant au moins un tel roulement 1.

[0049] L’invention concerne encore une montre 200 comportant un tel mouvement 100.

[0050] En somme, l’invention offre différents avantages: la réduction des coûts de fabrication grâce à la sélection d’un matériau plus facile à usiner qu’un acier inoxydable ou une céramique; la conservation des propriétés magnétiques originales du roulement à billes; la conservation des propriétés mécaniques du roulement à billes grâce à l’ajout d’un revêtement de surface; la conservation de la lubrification originale du roulement à billes.

Claims (12)

1. Roulement mécanique (1) amagnétique d’horlogerie comportant, coaxiales autour d’un axe de rotation commun (D), au moins une cage interne (2) et au moins une cage externe (3) comportant respectivement une piste interne (20) et une piste externe (30) entre lesquelles une pluralité de mobiles (4) glissent ou roulent lors d’un mouvement relatif entre ladite cage interne (2) et ladite cage externe (3) qui les guident et dont l’une au moins desdites cage interne (2) et cage externe (3) est une cage dynamique, caractérisé en ce qu’au moins une dite cage dynamique est en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises.

2. Roulement mécanique (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque dite cage dynamique est en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises.

3. Roulement mécanique (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu’au moins une dite cage externe (3) est en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises.

4. Roulement mécanique (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque dite cage externe (3) est en matériau faiblement paramagnétique, de perméabilité magnétique relative µ comprise entre 1,00002 et 1,0009, bornes comprises.

5. Roulement mécanique (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit matériau faiblement paramagnétique est un alliage cuivreux.

6. Roulement mécanique (1) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit matériau faiblement paramagnétique est un alliage cuivreux comportant du cuivre et du béryllium.

7. Roulement mécanique (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit alliage cuivreux est de type CuBe2Pb et comporte, en masse, et bornes comprises, de 1,80% à 2,00% de béryllium, de 0,20% à 0,60% de plomb, avec un total de cobalt et nickel supérieur ou égal à 0,2% avec un total de cobalt et nickel et fer inférieur ou égal à 0,60%, avec des traces inférieures à 0,5%, le reste étant constitué de cuivre, avec un total de cuivre et béryllium et cobalt et nickel et fer et plomb supérieur ou égal à 99,5%.

8. Roulement mécanique (1) selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit matériau faiblement paramagnétique est un alliage d’aluminium comportant du cuivre, ou du magnésium et du silicium, ou du zinc, ou du silicium, ou du magnésium, traité thermiquement et ayant une résistance à la traction supérieure ou égale à 240 MPa.

9. Roulement mécanique (1) selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ledit roulement (1) est un roulement à billes, dont lesdits mobiles (4) sont des billes amagnétiques.

10. Roulement mécanique (1) selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits mobiles (4) sont en Si3N4.

11. Mouvement d’horlogerie (100) comportant au moins un roulement (1) selon l’une des revendications 1 à 10.

12. Montre (200) comportant au moins un mouvement (100) selon la revendication 11.