CH716862A2 - Mouvement horloger résistant aux perturbations magnétiques et piece d'horlogerie le comportant. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un mouvement horloger mécanique, comportant, agencés en liaison cinématique les uns avec les autres, une source d'énergie mécanique, un rouage, un mécanisme d'échappement (2) et un organe régulateur (1) de type balancier-spiral, chacun comportant au moins un mobile (10, 20, 30) monté pivotant sur une platine et/ou pont, chaque mobile(10, 20, 30) comportant un pivot (12, 13; 22 ; 32, 33) métallique à au moins une de ses extrémités, caractérisé en ce que chaque pivot (12, 13) du balancier (10) de l'organe régulateur (1) est constitué d'un alliage métallique, notamment de cuivre ou de Phynox, amagnétique ou paramagnétique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques, et en ce que le spiral de l'organe régulateur (1) est également constitué d'un alliage métallique amagnétique ou paramagnétique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention se rapporte au domaine de l'horlogerie mécanique. Elle concerne plus particulièrement un mouvement d'horlogerie mécanique doté de performances de résistance aux perturbations magnétiques améliorées grâce à la mise en oeuvre d'un pivot d'organe régulateur de type balancier-spiral en alliage métallique amagnétique ou paramagnétique associé à un spiral lui aussi en alliage métallique amagnétique ou paramagnétique.

[0002] L'invention concerne également une pièce d'horlogerie comportant un tel mouvement mécanique.

Etat de la technique

[0003] On connaît depuis très longtemps, dans le domaine de l'horlogerie, les effets délétères des perturbations magnétiques sur la marche d'un mouvement mécanique. En effet, tout champ magnétique de quelques centaines d'Ampères par mètre est susceptible d'entrainer l'arrêt pur et simple du mouvement et/ou une perturbation importante et persistante de la marche du mouvement, en raison de l'aimantation induite générée par un champ magnétique externe sur les pièces constitutives dudit mouvement, dont beaucoup sont formées d'aciers ou autres alliages métalliques ferromagnétiques. Ces perturbations magnétiques sont notamment critiques au niveau de l'organe régulateur du mouvement ou de son mécanisme d'échappement, qui sont les fonctions déterminantes dans le comptage du temps courant. Ce phénomène est bien connu de l'homme du métier.

[0004] Diverses solutions ont été proposées dans l'état de la technique pour réduire, voire annihiler les effets des champs magnétiques externes sur un mouvement d'horlogerie mécanique. Ces solutions consistent principalement en l'utilisation d'alliages non-magnétiques, tels que des aciers inoxydables austénitiques, pour la réalisation des différents mobiles du mouvement, ou encore de matériaux non-métalliques comme le silicium ou, plus récemment, le carbone, pour la réalisation de l'oscillateur de l'organe régulateur du mouvement (spiral d'un balancier-spiral, oscillateur à lames bistables par exemple) et/ou du mécanisme d'échappement.

[0005] Ces solutions, toutes satisfaisantes qu'elles soient sur le plan de la résistance aux perturbations magnétiques ne sont cependant pas dénuées d'inconvénients.

[0006] En effet, les aciers austénitiques sont plus délicats à traiter que des aciers martensitiques classiques, par exemple de type 20AP, pour les rendre suffisamment durs et résistants aux efforts de frictions propres aux pivots horlogers.

[0007] Les matériaux tels que le silicium requièrent quant à eux la mise en oeuvre de techniques de fabrication microtechniques par gravure profonde, notamment de type DRIE, pour „Dry Reactive Ion Etching”, qui sont non seulement couteuses et complexes à mettre en œuvre, mais également assez nocives pour l'environnement de par les réactifs qu'elles mettent en oeuvre. En outre, les pièces produites sont d'une grande fragilité aux chocs et ne peuvent être reprises par des techniques d'usinage classiques en cas de défauts de fabrication. Il en découle donc des rejets importants et donc des surcoûts.

[0008] La mise au point de spiraux en carbone est elle aussi extrêmement complexe également et coûteuse.

Divulgation de l'invention

[0009] Le but de la présente invention est de pallier tout ou partie des inconvénients cités précédemment en proposant un mécanisme horloger mécanique de sensibilité réduite aux champs magnétiques susceptible d'être fabriqué selon des techniques de fabrication et d'usinage classiques et de matériaux métalliques à des coûts contenus et compétitifs avec les coûts des mouvements commerciaux de type ETA 2824 ou Sellita SW 200.

[0010] A cet effet, l'invention se rapporte à un mouvement horloger mécanique, comportant, agencés en liaison cinématique les uns avec les autres, une source d'énergie mécanique, un rouage, un mécanisme d'échappement et un organe régulateur de type balancier-spiral, chacun comportant au moins un mobile monté pivotant sur une platine et/ou pont, chaque mobile comportant un pivot métallique à au moins une de ses extrémités, caractérisé en ce que le pivot de l'organe régulateur est constitué d'un alliage métallique amagnétique ou paramagnétique, notamment mais non exclusivement à base de cuivre, afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques, et en ce que le spiral de l'organe régulateur est également constitué d'un alliage métallique amagnétique ou paramagnétique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques.

[0011] Selon un mode de réalisation, le(s) pivot(s) du mécanisme d'échappement, notamment un pivot d'ancre et/ou un pignon d'échappement, est (sont) constitué(s) d'un alliage métallique amagnétique ou paramagnétique, notamment mais non exclusivement de cuivre, afin de limiter sa (leur) sensibilité aux champs magnétiques.

[0012] Selon un mode de réalisation, l'alliage métallique des pivots de l'organe régulateur et du mécanisme d'échappement est identique.

[0013] Selon un mode de réalisation, l'intensité magnétique d'arrêt du mouvement dans une quelconque orientation parallèle ou perpendiculaire aux axes desdits pivots est supérieure à 3000 Gauss.

[0014] Selon un mode de réalisation, ledit alliage métallique amagnétique ou paramagnétique constituant ledit pivot d'organe régulateur au moins est un alliage de Cuivre-Béryllium ou de Phynox.

[0015] Selon un mode de réalisation, ledit alliage de Cuivre-Béryllium comporte au moins 1,8 % en masse de Béryllium, au moins 0,2% en masse de Co+Ni, au plus 0,4% de Fe, au plus 0,6% de Pb, au plus 0.5% d'impuretés, le reste à 100% de Cu

[0016] Selon un mode de réalisation, ledit alliage métallique amagnétique ou paramagnétique constituant le spiral de l'organe régulateur est constitué d'un alliage métallique supraconducteur, notamment à base de Niobium.

[0017] L'invention concerne par ailleurs, selon un deuxième objet, une pièce d'horlogerie comportant un mouvement horloger tel que précédemment présenté.

Brève description des dessins

[0018] D'autres détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure 1 représente une vue en perspective d'un organe régulateur de type balancier-spiral (dont seul le balancier est représenté) et d'un mécanisme d'échappement d'un mouvement horloger selon la présente invention, la figure 2 représente une vue de gauche des éléments représentés sur la figure 1 ; la figure 3 représente des mesures de test comparatif d'arrêt et d'effets résiduels sur mouvement conforme à l'invention selon diverses orientations de champ magnétique.

Mode de réalisation de l'invention

[0019] Dans la présente description, le terme matériau „amagnétique” signifie un matériau paramagnétique ou diamagnétique ou antiferromagnétique, dont la perméabilité magnétique est inférieure ou égale à 1.01.

[0020] Un alliage de cuivre est un alliage contenant au moins 50% en poids de cuivre.

[0021] L'invention se rapporte à un mouvement d'horlogerie comportant de manière classique un organe régulateur 1 de type balancier-spiral dont au moins les pivots 12, 13 d'axe de balancier 11, et de préférence l'axe de balancier 11 dans son intégralité, sont réalisés dans un alliage métallique amagnétique, et de préférence de cuivre-béryllium ou de Phynox. Au sens de la présente invention, on entend par alliage de cuivre -béryllium tout alliage de type CuBe2 par exemple.

[0022] De plus, le spiral associé au balancier 10 du mouvement de l'invention est également réalisé d'un matériau métallique amagnétique, notamment d'un alliage métallique supraconducteur à base de Niobium. Sur les figures 1 et 2 le spiral associé au balancier 10 n'est pas représenté par souci de clarté de représentation. Il peut cependant être de tout type classiquement connu de l'horloger et apparié au balancier 10 selon des techniques horlogères classiques pour autant que sa matière métallique constitutive soit elle-même amagnétique. Le spiral pourra notamment être réalisé en alliage métallique amagnétique, tel que précédemment défini.

[0023] L'organe régulateur 10 est associé à un mécanisme d'échappement 2, destiné à distribuer à l'organe régulateur, de manière régulière, l'énergie mécanique transmise depuis une source d'énergie élastique comprenant par exemple un ou plusieurs barillets (non représentés) par le biais du rouage, comme dans tout mouvement horloger mécanique.

[0024] Le mécanisme d'échappement 2 est par exemple un mécanisme d'échappement à ancre suisse, le plus communément employé à ce jour. Il comporte un mobile d'échappement 20 monté en rotation autour un axe 21 doté de deux pivots 22, 23 en ses extrémités, lesdits pivots étant reçus respectivement sur des pierres sur une platine ou un pont du mouvement. Un pignon 24 d'accouplement du mobile d'échappement 20 au rouage de finissage du mouvement est chassé sur la tige d'axe 21. Le mobile d'échappement 20 coopère avec une ancre d'échappement 30 afin de distribuer de façon périodique l'énergie motrice de la source d'énergie à l'organe régulateur. L'ancre 30 est elle aussi montée pivotante librement par un axe 31 dont les pivots d'extrémités 32, 33 sont logés sur des pierres dans une platine ou un pont du mouvement. L'ancre 30 coopère par deux levées ou palettes d'entrée et sortie avec les dents du mobile d'échappement selon les alternances de l'organe régulateur 1, de manière parfaitement connue de l'Homme du métier. L'organe régulateur 1 interagit quant à lui à chacune de ses alternances avec la fourchette de l'ancre 30 par une goupille chassée sur un grand plateau 34 monté solidaire de l'axe de balancier 11. Un petit plateau 35, dans lequel est formé une encoche dans laquelle s'étend la goupille d'échappement, fait office de sécurité de l'échappement de manière à éviter les renversements de l'ancre 30, là encore de manière bien connue de l'Homme du métier. Les différents éléments constitutifs du mécanisme d'échappement 2, notamment le mobile d'échappement 20 et l'ancre 30 sont constitués de préférence de matériaux usuels dans l'Horlogerie, notamment d'acier ou de silicium par exemple, leurs axes 21, 31 étant préférentiellement réalisés d'un alliage métallique amagnétique tel que le CuBe2.

[0025] Le mouvement mécanique de l'invention présente de façon particulièrement avantageuse des propriétés de résistance aux perturbations de champs magnétiques externes. Ces propriétés sont atteintes de manière surprenante selon l'invention par l'unique procuration de pivots de balancier 12, 13 en alliage de Cuivre-Béryllium et d'un spiral en matériau métallique amagnétique Bien évidemment, les performances de résistance au magnétisme peuvent être encore améliorées par la procuration de pivots 22, 23 ; 32, 33 et/ou d'axes de pivotement 21, 31 du mobile d'échappement 20 et de l'ancre 30 également réalisés en alliage de cuivre-béryllium comme l'axe de balancier 11. Ceci n'est toutefois pas rigoureusement essentiel, ce qui rend le mouvement automatique de la présente invention particulièrement économe de production en comparaison des mouvements résistants au magnétisme actuellement disponibles.

[0026] Avec le magnétisme induit par les objets rencontrés au quotidien, il est en effet essentiel de limiter la sensibilité magnétique de l'organe régulateur 1, notamment de l'axe de balancier 11 et du spiral, sous peine d'influencer la marche de la pièce d'horlogerie dans laquelle il est incorporé.

[0027] Les inventeurs ont constaté après divers essais et mises au point qu'il était possible de procurer une résistance au magnétisme très singulièrement améliorée sans grever le coût de fabrication du mouvement en mettant en oeuvre un axe de balancier 11 et ses pivots 12, 13 en un alliage de cuivre-béryllium amagnétique et un spiral également en matériau métallique amagnétique afin de limiter de manière avantageuse sa sensibilité aux champs magnétiques.

[0028] A titre d'exemple non limitatif, on peut utiliser un alliage dont les valeurs de composition, indiquées en pourcentage massique, sont d'au moins 1,8 % en masse de Béryllium, au moins 0,2% en masse de Co+Ni, au plus 0,4% de Fe, au plus 0,6% de Pb, au plus 0.5% d'impuretés, le reste à 100% de Cu. Un tel alliage de cuivre-béryllium est particulièrement avantageux en ce qu'il procure une très haute résistance à la fatigue, une très bonne tenue à la relaxation thermique, une très bonne usinabilité, notamment en comparaison d'un alliage Phynox par exemple, tout en procurant une très bonne résistance mécanique Rm comprise en pratique entre 1200 N/mm<2>, et 1500 M/mm<2>, avec un module d'élasticité compris entre 125 et 130 kN/mm<2>. Il possède en outre une très bonne dureté de base supérieure à 400 Vickers, qui peut être accrue en pratique jusqu'à 900 Vickers par un nickelage chimique, bien connu de l'homme du métier.

[0029] Différents essais comparatifs ont été réalisés afin de démontrer les potentialités du mouvement mécanique de la présente invention. Ces essais sont présentés et discutés en relation avec le tableau de la figure 3. Dans ce tableau, le mouvement de l'invention est référencé O400. On a mesuré le champ magnétique limite d'arrêt du mouvement selon trois orientations orthogonales (3h-9h ; 6h-12h ; cadran-fond) selon différentes configurations du mouvement, avec des axes de balancier, mobile échappement, et/ou ancre, soit en acier 20AP, soit en alliage de cuivre-béryllium amagnétique. Dans tous les cas sauf un, le spiral associé au balancier du mouvement était un spiral en matériau métallique amagnétique, notamment un spiral en alliage métallique supraconducteur à base de Niobium-titane. Les performances du mouvement de l'invention O400 ont été comparées à celles d'un mouvement commercial ETA 2892, que l'on prendra comme „témoin”. On a par ailleurs déterminé les effets résiduels obtenus par les différentes configurations de mouvements pour évaluer la persistance de la perturbation magnétique d'un champ magnétique sur la marche du mouvement après sortie du champ magnétique.

[0030] On peut tout d'abord noter que le mouvement de l'invention présente intrinsèquement, grâce à la procuration du spiral métallique amagnétique, une plus grande résistance au magnétisme que le mouvement témoin. En effet, les limites d'arrêt du mouvement avec des axes de balancier, ancre et pignon d'échappement en acier 20AP sont ainsi plus de 10 fois supérieures sous toutes les orientations, à celles du mouvement témoin.

[0031] On constate ensuite que la procuration d'un axe de pivotement en cuivre-béryllium CuBe pour le pignon d'échappement ou la tige d'ancre uniquement ne modifie pas singulièrement les performances de résistance au magnétisme du mouvement par comparaison à des axes en acier AP20. En revanche, dès lors que l'axe de balancier du mouvement est réalisé en alliage cuivre-béryllium, on constate un accroissement très significatif de la limite d'arrêt du mouvement selon toutes les orientations de champ magnétique, pour atteindre des valeurs d'arrêt supérieures à 3000 Gauss, limite supérieure de mesure des équipements de test utilisés.

[0032] Par ailleurs, la mise en oeuvre d'axes de pivotement en alliage métallique amagnétique, notamment en CuBe2, en association avec un spiral métallique amagnétique, réduit considérablement l'effet résiduel du champ magnétique sur le mouvement en comparaison du mouvement Témoin. Aucun effet résiduel n'a ainsi été constaté sur le mouvement de l'invention lorsque celui-ci a été soumis à un champ magnétique égal à 50% ou 75% du champ magnétique d'arrêt du mouvement témoin.

[0033] La procuration d'un axe de balancier métallique amagnétique, associé à un spiral métallique amagnétique, suffit à accroitre considérablement la résistance au magnétisme du mouvement sans nécessiter plus de modifications de celui-ci en comparaison au même mouvement dont tous les axes des pièces d'assortiment (organe régulateur et échappement) sont en acier. En outre, la procuration de tous les axes d'assortiment (balancier, échappement, ancre) en CuBe2 ne procure pas d'accroissement significatif supplémentaire de la résistance au magnétisme du mouvement.

[0034] En revanche, l'utilisation d'un spiral non-amagnétique (spiral classique) à un effet négatif très important sur la résistance au champ magnétique selon la direction cadran-fond, c'est-à-dire dans une direction de champ magnétique perpendiculaire au plan médian du mouvement.

[0035] Les tests ainsi réalisés permettent de valider les choix de conception du mouvement horloger de l'invention pour améliorer très significativement les performances de résistance au magnétisme d'un mouvement horloger en modifiant à minima les éléments structurels de celui-ci par rapport aux mouvements commerciaux classiques, permettant d'obtenir des mouvements résistants aux champs magnétiques à des coûts de fabrication contenus.

[0036] Par ailleurs, la figure 3 ci-dessus ne permet pas de mettre totalement en évidence les effets de synergie entre la combinaison d'un spiral réalisé en un alliage amagnétique ou paramagnétique, particulièrement efficace en termes de blindage magnétique selon l'axe cadran-fond, et d'au moins l'axe de balancier réalisé dans un alliage de même nature, c'est-à-dire amagnétique ou paramagnétique, particulièrement efficace quant à lui en termes de blindage magnétique dans le plan du spiral, dont les effets ont été mesurés dans chacun des axes principaux (c'est-à-dire respectivement 3h-9h et 6h-12h), et ce en raison de la limite supérieure de mesure des équipements de test utilisés mentionnés précédemment (3000 Gauss). Il a été toutefois établi qu'une telle combinaison permettait d'obtenir des valeurs d'arrêt supérieures à 4500 Gauss selon toutes les composantes d'orientation de champ magnétique susmentionnées. En tout état de cause, seule une telle combinaison s'est avérée efficace vis-à-vis de champs magnétiques orientés d'environ 45 degrés par rapport au plan du spiral - et simultanément par rapport aux axes du mécanisme (régulateur, échappement, et ancre) orientés quant à eux selon la direction cadran-fond - et ce indépendamment des matériaux utilisés pour réaliser les alliages amagnétiques ou paramagnétiques. Ainsi, une telle combinaison permettant un blindage magnétique isotrope est bien plus avantageuse que n'importe quelle solution visant à réaliser un blindage magnétique respectivement via le spiral de l'organe régulateur ou de l'axe de pivotement, en particulier celui de l'organe régulateur, pris séparément.

Claims (10)

1. Mouvement horloger mécanique, comportant, agencés en liaison cinématique les uns avec les autres, une source d'énergie mécanique, un rouage, un mécanisme d'échappement et un organe régulateur de type balancier-spiral, chacun comportant au moins un mobile monté pivotant sur une platine et/ou pont, chaque mobile comportant un axe de pivotement métallique à au moins une de ses extrémités, caractérisé en ce que l'axe de pivotement de l'organe régulateur est constitué d'un alliage métallique amagnétique ou paramagnétique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques, et en ce que le spiral de l'organe régulateur est également constitué d'un alliage métallique amagnétique ou paramagnétique afin de limiter sa sensibilité aux champs magnétiques.

2. Mouvement horloger selon la revendication 1, caractérisé en ce que le(s) axe(s) de pivotement du mécanisme d'échappement, notamment un pivot d'ancre et/ou un pignon d'échappement, est (sont) constitué(s) d'un alliage métallique amagnétique ou paramagnétique afin de limiter sa (leur) sensibilité aux champs magnétiques.

3. Mouvement horloger selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'alliage métallique des axes de pivotement de l'organe régulateur et du mécanisme d'échappement est identique.

4. Mouvement horloger selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'intensité magnétique d'arrêt du mouvement dans une quelconque orientation parallèle ou perpendiculaire aux axes desdits pivots est supérieure à 3000 Gauss.

5. Mouvement horloger (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage métallique amagnétique ou paramagnétique constituant ledit axe de pivotement d'organe régulateur au moins est un alliage de Phynox.

6. Mouvement horloger (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage métallique amagnétique ou paramagnétique constituant ledit axe de pivotement d'organe régulateur au moins est un alliage de Cuivre-Béryllium.

7. Mouvement horloger (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage métallique amagnétique ou paramagnétique constituant lesdits axes de pivotement du mécanisme d'échappement est un alliage de Cuivre-Béryllium ou de Phynox.

8. Mouvement horloger (1) selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que ledit alliage de Cuivre-Béryllium comportant au moins 1,8 % en masse de Béryllium, au moins 0,2% en masse de Co+Ni, au plus 0,4 % de Fe, au plus 0,6% de Pb, au plus 0.5% d'impuretés, le reste à 100% de Cu.

9. Mouvement horloger (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage amagnétique ou paramagnétique constituant le spiral de l'organe régulateur est constitué d'un alliage métallique supraconducteur, notamment à base de Niobium.

10. Pièce d'horlogerie comportant un mouvement selon l'une des revendications 1 à 9.