EP0911707A1 - Procédé de fabrication d'un spiral de balancier pour mouvement d'horlogerie et spiral notamment obtenu selon ce procédé - Google Patents

Procédé de fabrication d'un spiral de balancier pour mouvement d'horlogerie et spiral notamment obtenu selon ce procédé Download PDF

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EP0911707A1
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hairspring
heat treatment
manufacturing
balance spring
zone
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Philippe Marmy
Eric Favre
Christoph Schlencker
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Ebauchesfabrik ETA AG
Eta SA Fabriques dEbauches
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • G04B17/066—Manufacture of the spiral spring

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacture of a balance spring for movement of watchmaking and more particularly such a process allowing to decrease the sensitivity of the hairspring to shocks.
  • the invention also relates to a hairspring obtained in particular according to this process.
  • the accuracy of the movement of a movement watch mechanical essentially depends on the isochronism of its regulatory body.
  • the latter is formed by the whole balance-spring.
  • the pendulum is generally a steering wheel with two or three arms and the hairspring is a long spring of metal wound in a spiral shape, for example flat or cylindrical whose turns are equidistant.
  • the hairspring is attached to the balance by its inner end by through a ring called ferrule, which is intended to be adjusted on the pendulum axis, while the outer end of the hairspring is attached to a piece called piton, fixed on the balance bridge.
  • this regulatory body is associated with a racket which is an element carrying pins between which pass the outer coil before the peak. The racket allows you to change the running of the watch by lengthening or shortening the active length of the hairspring by acting on the contact points of the coil outside with pins.
  • shock sensitivity of this regulatory body is a problem that has remained unresolved for a long time satisfactory. Indeed, any shock to which the watch is subjected can lead to deformations of the turns, leading to a loss of their concentricity, even, for the penultimate outer turn, in contact with the piton. In all cases this results in significant disruption of the balance and amplitude of the pendulum and therefore a loss of its regulating qualities.
  • the main aim of the invention is therefore to remedy the disadvantages of the aforementioned prior art in providing a method of manufacturing a hairspring of pendulum which gives the balance spring impact resistance improved.
  • the invention also aims to provide a balance spring not very sensitive to shocks without considerably increase the cost price.
  • the invention relates to a method of manufacture of a balance spring of a movement in which, from a wire or a strip metallic, a spiral comprising an inner end intended to be fixed to a pendulum and an outer end zone intended for be attached to the piton and in which the entire hairspring is subjected to a first heat treatment subsequently to the step of winding said wire, the method being characterized in that it further comprises a step additional consisting in subjecting at least said zone to a second heat treatment.
  • This process makes it possible to relax the constraints internal material resulting from cold deformation of the hairspring and in particular of the portion of the whorl outside in the vicinity of the pin snowshoe and piton secured to the balance bridge, so the resistance to permanent deformation of the hairspring following a shock is improved.
  • the hairspring is made of alloy steel
  • the second treatment step thermal consists in heating said zone to a temperature between 500 and 650 ° C and preferably between 510 and 550 ° C.
  • the area that undergoes the second heat treatment extends, to from the point of attachment of the piton on the turn outward and inward of the hairspring on an arc of circle less than 200 ° and preferably on an arc of circle less than 140 °.
  • transition zone between the outer turn and the previous turn will be included in the area that undergoes the second heat treatment.
  • the invention also relates to a hairspring of pendulum of a clockwork movement formed of a wire or a spirally wound band comprising one end interior intended to be fixed to a pendulum and a outer end zone intended to be fixed to a piton, characterized in that at least said zone has lower hardness than the rest of the balance spring.
  • the hardness Vickers of the outer end area is lower 10% to the hardness of the rest of the hairspring.
  • a hairspring 1 mounted on a balance 2 and intended to form the regulating member of a clock movement (not shown), i.e. the body that determines the speed of the train leading to the time indication hands and of which only the exhaust wheel 4 and pinion 6 are visible in Figure 1.
  • the pendulum 2 is formed of a steering wheel with three arms 8.
  • the hairspring 1 is a thread or a metal band wound in a spiral shape.
  • the metal used to make the hairspring is preferably an alloy steel, for example a ferronickel steel, and that after conformation, the hairspring 1 whole undergoes a first conventional heat treatment to fix the final shape and characteristics required elasticity of the balance spring.
  • the hairspring 1 includes an inner end 10 by which it is fixed to a ferrule 12 adjusted on an axis of balance 14.
  • the hairspring 1 comprises an outer turn 16 incomplete, defining an outer end zone, which ends with an end 18 attached to a peg 20.
  • the stud 20 is secured to a balance bridge 22 fixed to the plate (not shown) of the movement.
  • Pins have also been shown in the figure 24 of racket 26, between which the turn passes outside 16 before being fixed to the stud 20.
  • the outer coil 16 is connected to the coil previous 26 by a transition zone 28 forming a step or step extending substantially radially inward.
  • the radial distance D between the outer coil 16 and the previous turn 26 is equal to several steps of the hairspring at rest, of course this distance can vary depending on types of hairsprings.
  • the hairspring 1 is subjected during its manufacture at a second stage of treatment localized thermal. More specifically, this treatment additional thermal is to submit at least the outer coil 16 or outer end zone of the hairspring 1 to heating at a temperature between 500 and 650 ° C and preferably between 510 and 550 ° C.
  • the treated portion 16 of the hairspring 1 is heated for a time sufficient to that the above temperatures are reached at the heart of this portion. Given the small thicknesses wire or strip forming the hairspring (included usually between 2.5 to 4.5 hundredths of a mm) heating is very short. After heating, the coil treated 16 is air-cooled to temperature ambient.
  • the part of hairspring 1 which undergoes the treatment thermal includes transition zone 28 and will extend generally inward of hairspring 1 beyond the outer coil 16 on an arc of circle less than 200 ° and preferably on an arc less than 140 ° to from the attachment point 18 of the piton on the turn outdoor 16.
  • the heat source to carry out the treatment thermal advantageously comprises a laser beam.
  • a laser beam for the operation of heating has the particular advantage of being able precisely control the portion of hairspring to be heated by controlling the focal point of the beam.
  • the laser beam can be easily applied in the form of laser pulses of very short duration at neighborhood of the portion to be heated at points successive along this portion as is symbolized in the figure by dotted circles.
  • the duration of each laser pulse is in the range of 0.6 to 0.7 ms.
  • the laser beam is preferably applied in the region next to the portion to be treated of the hairspring which is outside side of hairspring 1.
  • the Applicant has found that the end region of the hairspring which has undergone the heat treatment described above had a lower hardness than that of the rest of the hairspring, the Vickers hardness measured in this outer end area being less than approximately 10% to 15% at the hardness of the rest of the hairspring.
  • the Vickers hardnesses measured on the untreated parts of the hairspring varied from 385 to 395 HV 0.025 and the Vickers hardnesses measured on the parts treated according to the invention of the same hairspring varied from 360 to 375 HV 0.025.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un spiral de balancier d'un mouvement d'horlogerie dans lequel, à partir d'un fil ou d'une bande métallique, on forme par enroulement un spiral comprenant une extrémité intérieure destinée à être fixée à un balancier et une zone d'extrémité extérieure destinée à être fixée à un piton et dans lequel le spiral entier est soumis à un premier traitement thermique ultérieurement à l'étape d'enroulement dudit fil. Le procédé de l'invention se caractérise en ce qu'il comprend en outre une étape supplémentaire consistant à soumettre au moins la zone d'extrémité extérieure du spiral à un deuxième traitement thermique. Ce procédé améliore notamment la résistance aux chocs du spiral. <IMAGE>

Description

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un spiral de balancier pour mouvement d'horlogerie et plus particulièrement un tel procédé permettant de diminuer la sensibilité du spiral aux chocs. L'invention concerne également un spiral obtenu notamment selon ce procédé.
L'exactitude de la marche d'une montre à mouvement mécanique dépend essentiellement de l'isochronisme de son organe régulateur. Ce dernier est formé par l'ensemble balancier-spiral. Le balancier est généralement un volant à deux ou trois bras et le spiral est un long ressort de métal enroulé en forme de spirale, par exemple plat ou cylindrique dont les spires sont équidistantes. Le spiral est fixé au balancier par son extrémité intérieure par l'intermédiaire d'une bague appelée virole, qui est destinée à être ajustée sur l'axe de balancier, alors que l'extrémité extérieure du spiral est attachée à une pièce appelée piton, fixée sur le pont de balancier. Généralement, à cet organe régulateur est associée une raquette qui est un élément portant des goupilles entre lesquelles passe la spire extérieure avant le piton. La raquette permet de modifier la marche de la montre en allongeant ou en raccourcissant la longueur active du spiral en agissant sur les points de contact de la spire extérieure avec les goupilles.
La sensibilité aux chocs de cet organe régulateur est depuis longtemps un problème qui est resté sans solution satisfaisante. En effet tout choc que subit la montre peut entraíner des déformations des spires, conduisant à une perte de leur concentricité, voire, pour l'avant-dernière spire extérieure, à un contact avec le piton. Dans tous les cas il s'ensuit d'importantes perturbations de la marche et de l'amplitude du balancier et par conséquent une perte de ses qualités réglantes.
L'invention a donc pour but principal de remédier aux inconvénients de l'art antérieur susmentionné en fournissant un procédé de fabrication d'un spiral de balancier qui confère au spiral une résistance aux chocs améliorée. L'invention a également pour but de fournir un spiral de balancier peu sensible aux chocs sans en augmenter considérablement le prix de revient.
A cet effet l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un spiral de balancier d'un mouvement d'horlogerie dans lequel, à partir d'un fil ou d'une bande métallique, on forme par enroulement un spiral comprenant une extrémité intérieure destinée à être fixée à un balancier et une zone d'extrémité extérieure destinée à être fixée au piton et dans lequel le spiral entier est soumis à un premier traitement thermique ultérieurement à l'étape d'enroulement dudit fil, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape supplémentaire consistant à soumettre au moins ladite zone à un deuxième traitement thermique.
Ce procédé permet de relâcher les contraintes internes du matériau qui résultent de déformation à froid du spiral et en particulier de la portion de la spire extérieure se trouvant au voisinage des goupille de raquette et du piton solidaire du pont de balancier, de sorte que la résistance à la déformation permanente du spiral à la suite d'un choc est améliorée.
Selon un mode de réalisation préféré, le spiral est réalisé en un acier allié l'étape du deuxième traitement thermique consiste à chauffer ladite zone à une température comprise entre 500 et 650°C et de préférence entre 510 et 550°C.
On comprendra que les températures de traitement varient dans les gammes susmentionnées en fonction de la composition de l'alliage du ressort spiral considéré.
Selon une caractéristique préférée de l'invention, la zone qui subit le deuxième traitement thermique s'étend, à partir du point de fixation du piton sur la spire extérieure et vers l'intérieur du spiral sur un arc de cercle inférieur à 200° et de préférence sur un arc de cercle inférieur à 140°.
En tout état de cause la zone de transition entre la spire extérieure et la spire précédente sera comprise dans la zone qui subit le deuxième traitement thermique.
L'invention a également pour objet un spiral de balancier d'un mouvement d'horlogerie formé d'un fil ou d'une bande enroulée en spirale comprenant une extrémité intérieure destinée à être fixée à un balancier et une zone d'extrémité extérieure destinée à être fixée à un piton, caractérisé en ce qu'au moins ladite zone présente une dureté inférieure à celle du reste du spiral.
Selon un mode préféré de l'invention, la dureté Vickers de la zone d'extrémité extérieure est inférieure de 10% à la dureté du reste du spiral.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaítront plus clairement à lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre purement illustratif et non limitatif, cette description étant faite en liaison avec les dessins annexés dans lesquels :
  • la figure 1 est une vue en perspective d'un ensemble régulateur comprenant notamment un spiral selon l'invention; et
  • la figure 2 est une vue de dessus d'un spiral selon l'invention monté sur son balancier.
A la figure 1, on voit un spiral 1 monté sur un balancier 2 et destiné à former l'organe régulateur d'un mouvement d'horlogerie (non représenté), c'est à dire l'organe qui détermine la vitesse de déroulement du rouage conduisant aux aiguilles d'indication de l'heure et dont seuls la roue 4 et le pignon 6 d'échappement sont visibles à la figure 1.
Dans l'exemple représenté le balancier 2 est formé d'un volant à trois bras 8. Le spiral 1 est un fil ou une bande métallique enroulée en forme de spirale.
On notera que le métal utilisé pour fabriquer le spiral est de préférence un acier allié, par exemple un acier ferronickel, et qu'après conformation, le spiral 1 entier subit un premier traitement thermique classique pour fixer la forme définitive et les caractéristiques d'élasticité requises du spiral.
Le spiral 1 comprend une extrémité intérieure 10 par laquelle il est fixé à une virole 12 ajustée sur un axe de balancier 14. Le spiral 1 comprend une spire extérieure 16 incomplète, définissant une zone d'extrémité extérieure, qui se termine par une extrémité 18 attachée à un piton 20. Le piton 20 est solidaire d'un pont de balancier 22 fixé à la platine (non représentée) du mouvement .
La fixation des extrémités intérieure 10 et extérieure 18 du spiral 1 est classique et bien connue de l'homme de métier et ne sera par conséquent pas décrite plus en détail.
On a également représenté à la figure des goupilles 24 de la raquette 26, entre lesquelles passe la spire extérieure 16 avant d'être fixée au piton 20.
La spire extérieure 16 est reliée à la spire précédente 26 par une zone de transition 28 formant une marche d'escalier ou gradin s'étendant sensiblement radialement vers l'intérieur. Dans l'exemple représenté, la distance radiale D entre la spire extérieure 16 et la spire précédente 26 est égale à plusieurs pas du spiral au repos, bien entendu cette distance peut varier selon les types de spiraux.
Selon l'invention, le spiral 1 est soumis au cours de sa fabrication à une deuxième étape de traitement thermique localisé. Plus particulièrement, ce traitement thermique supplémentaire consiste à soumettre au moins la spire extérieure 16 ou zone d'extrémité extérieure du spiral 1 à un chauffage à une température comprise entre 500 et 650°C et de préférence comprise entre 510 et 550°C. De façon avantageuse, la portion traitée 16 du spiral 1 est soumise à un chauffage pendant un temps suffisant pour que les températures susmentionnées soient atteintes au coeur de cette portion. Compte tenu des faibles épaisseurs du fil ou de la bande formant le spiral (comprise généralement entre 2,5 à 4,5 centièmes de mm) le temps de chauffage est très court. Après le chauffage, la spire traitée 16 est refroidie à l'air jusqu'à température ambiante.
Selon un mode de réalisation préféré du procédé de l'invention, la partie du spiral 1 qui subit le traitement thermique comprend la zone de transition 28 et s'étendra généralement vers l'intérieur du spiral 1 au delà de la spire extérieure 16 sur un arc de cercle inférieur à 200° et de préférence sur un arc de cercle inférieur à 140° à partir du point de fixation 18 du piton sur la spire extérieure 16.
La source de chaleur pour réaliser le traitement thermique comprend de façon avantageuse un faisceau laser. L'utilisation d'un faisceau laser pour l'opération de chauffage présente notamment l'avantage de pouvoir contrôler avec précision la portion du spiral à chauffer en contrôlant le point de focalisation du faisceau. En particulier, le faisceau laser peut être aisément appliqué sous forme d'impulsions laser de très courtes durées au voisinage de la portion à chauffer en des points successifs le long de cette portion comme cela est symbolisé à la figure par des cercles en pointillés. Typiquement la durée de chaque impulsion laser est de l'ordre de 0,6 à 0,7 ms. On notera à ce propos que le faisceau laser est appliqué de préférence dans la région voisine de la portion à traiter du spiral qui se trouve du côté de l'extérieur du spiral 1.
Il va de soi que d'autres moyens de chauffage qu'un faisceau laser peuvent être envisagés par l'homme de métier pour réaliser ce traitement thermique. En particulier on peut également prévoir une source de lumière visible ou invisible tel qu'un faisceau infrarouge à balayage, un système à induction à haute fréquence, un micro-chalumeau dirigé ou tout autre moyen permettant d'obtenir un chauffage localisé. On comprendra bien entendu que la durée du chauffage peut varier en fonction des moyens de chauffage utilisés
Pour des raisons pratiques, il est avantageux de monter le spiral 1 sur le balancier, sans toutefois monter le piton 18, préalablement au traitement thermique de la partie du spiral décrite plus haut. Il est bien entendu que l'inverse peut être envisagé et que ce traitement thermique peut être réalisé en fin de fabrication du spiral, celui-ci étant livré à l'horloger préformé et prétraité thermiquement dans la zone d'extrémité extérieure, en vue de son montage classique sur le balancier sans autre traitement ultérieur.
Par ailleurs la demanderesse a constaté que la zone d'extrémité du spiral qui a subi le traitement thermique décrit ci-dessus présentait une dureté inférieure à celle du reste du spiral, la dureté Vickers mesurée dans cette zone d'extrémité extérieure étant inférieure d'approximativement 10% à 15% à la dureté du reste du spiral. A titre d'exemple, les duretés Vickers mesurées sur les parties du spiral non traitées variaient de 385 à 395 HV0,025 et les duretés Vickers mesurées sur les parties traitées selon l'invention du même spiral variaient de 360 à 375 HV0,025.

Claims (9)

  1. Procédé de fabrication d'un spiral de balancier d'un mouvement d'horlogerie dans lequel à partir d'un fil ou d'une bande métallique, on forme par enroulement un spiral comprenant une extrémité intérieure destinée à être fixée à un balancier et une zone d'extrémité extérieure destinée à être fixée à un piton et dans lequel le spiral entier est soumis à un premier traitement thermique ultérieurement à l'étape d'enroulement dudit fil, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape supplémentaire consistant à soumettre au moins la zone d'extrémité extérieure du spiral à un deuxième traitement thermique.
  2. Procédé de fabrication selon la revendication 1 caractérisé en ce que le spiral est réalisé en un acier allié et en ce que l'étape du deuxième traitement thermique consiste à chauffer ladite zone à une température comprise entre 500 et 650°C et de préférence entre 510 et 550°C.
  3. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que ladite zone qui subit le deuxième traitement thermique s'étend, à partir du point de fixation du piton sur la spire extérieure et vers l'intérieur du spiral sur un arc de cercle inférieur à 200° et de préférence sur un arc de cercle inférieur à 140°.
  4. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le deuxième traitement thermique est réalisé à l'aide d'un faisceau laser.
  5. Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé en ce que le faisceau laser est appliqué au voisinage de ladite zone, en des points successifs le long de ladite zone.
  6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit spiral est monté sur un balancier préalablement au deuxième traitement thermique.
  7. Spiral de balancier d'un mouvement d'horlogerie formé d'un fil ou d'une bande enroulé en spirale comprenant une extrémité intérieure destinée à être fixée à un balancier et une zone d'extrémité extérieure destinée à être fixée à un piton, caractérisé en ce qu'au moins ladite zone présente une dureté inférieure à celle du reste du spiral.
  8. Spiral de balancier selon la revendication 7, caractérisé en ce que la dureté Vickers de la zone d'extrémité extérieure est inférieure de 10% à 15% à la dureté du reste du spiral.
  9. Spiral de balancier selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'il est réalisé en un acier ferronickel.
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