EP2585876B1 - Systeme d'echappement pour piece d'horlogerie - Google Patents

Systeme d'echappement pour piece d'horlogerie Download PDF

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EP2585876B1
EP2585876B1 EP11726830.0A EP11726830A EP2585876B1 EP 2585876 B1 EP2585876 B1 EP 2585876B1 EP 11726830 A EP11726830 A EP 11726830A EP 2585876 B1 EP2585876 B1 EP 2585876B1
Authority
EP
European Patent Office
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anchor
escape wheel
escapement system
amorphous
alloy
Prior art date
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Active
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EP11726830.0A
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German (de)
English (en)
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EP2585876A1 (fr
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Christian Charbon
Yves Winkler
Marco Verardo
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Swatch Group Research and Development SA
Original Assignee
Swatch Group Research and Development SA
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Publication date
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Application filed by Swatch Group Research and Development SA filed Critical Swatch Group Research and Development SA
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Publication of EP2585876A1 publication Critical patent/EP2585876A1/fr
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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
    • G04B15/00—Escapements
    • 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
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel

Definitions

  • the present invention relates to an exhaust system.
  • This exhaust system comprises an escape wheel, as well as an anchor provided with a fork intended to cooperate with a pin mounted on a plate, and a rod comprising arms intended to receive the pallets in order to cooperate with at least the escape wheel
  • the technical field of the invention is the technical field of fine mechanics and more particularly of watchmaking.
  • Timepieces include an energy source such as the barrel supplying energy to the part and in particular to the transmission cogs. These cogs cooperate with the exhaust system via the escape wheel.
  • the rotation of the latter is regulated by the anchor of the exhaust system, the impulses of which are provided by the spiral balance.
  • the exhaust system comprises an anchor pivotally mounted on an axis.
  • This anchor comprises a rod provided with a fork, at a first end, intended to cooperate with an ankle mounted on a plate, and provided with arms, at a second end, intended to receive pallets in order to cooperate with the wheel. exhaust.
  • the anchor pivots on its axis so that the paddles of the arms come into contact with the teeth of the escape wheel in order to regulate the rotation of the cogs.
  • each material used is for example 15P or 20AP steel. These materials are crystalline materials.
  • a drawback of crystalline metal components is their low mechanical strength when high stresses are applied. Indeed, each material is characterized by its Young's modulus E also called elastic modulus (generally expressed in GPa), characterizing its resistance to deformation. Each material is also characterized by its elastic limit ⁇ e (generally expressed in GPa) which represents the stress beyond which the material deforms plastically.
  • the kinetic energy accumulated during the displacement of the anchor or the escape wheel is dependent on the moment of inertia which is a function of the mass and the radius of inertia, and therefore of the dimensions.
  • the maximum energy that can be stored elastically is calculated as being the ratio between the square of the elastic limit ⁇ e on the one hand and the Young's modulus E on the other hand, the low elastic limit of crystalline metals entails a low level of energy storage capacity.
  • 15P or 20AP steels are dense and therefore the anchors and Exhaust wheels have high masses. The moment of inertia is then high and the kinetic energy accumulated during the movements of the anchor and the escape wheel is therefore high.
  • watchmaking traditionally uses carbon steels with sulfur and hardened-tempered lead which offer good machinability and very good mechanical properties but which are magnetic.
  • Non-magnetic alternatives are rare and generally more difficult to machine and offer poorer mechanical properties.
  • an escape wheel is different from a conventional gear wheel because it does not operate according to the same principle. Indeed, such an escape wheel is driven by the barrel spring and its rotation is controlled by the escape system which, via the spring balance, the anchor and the paddles, releases and successively stops the rotation of said wheel. Thus, after the release and impulse phase, the tooth of the escape wheel abuts violently against the rest plane of the anchor pallet. These repeated violent shocks with each impulse involve a very different stress on the escape wheel compared to a gear wheel.
  • Such an escape wheel must therefore be made of a material having a high elastic limit in order to avoid any plastic deformation during these repeated impacts.
  • the wheel during the impulse phase, when the tooth of the escape wheel is on the impulse plane of the anchor, the wheel must transmit a maximum of energy to the anchor so that the latter can give it back to the pendulum. It is therefore important that the material used for the escape wheel has an energy return factor as high as possible in order to minimize losses and therefore increase the efficiency of the system.
  • the object of the invention is to overcome the drawbacks of the prior art by proposing to provide an exhaust system with higher efficiency and simpler to produce.
  • the invention relates to the exhaust system as defined in independent claim 1 attached.
  • a first advantage of the present invention is that it allows the exhaust system to have a better energy return factor than current exhausts.
  • an amorphous metal is characterized by the fact that, during its manufacture, the atoms composing these amorphous materials do not arrange themselves according to a particular structure as is the case for crystalline materials Thus, even if the Young moduli E of a crystalline metal and an amorphous metal are substantially identical, their elastic limits ⁇ e are different.
  • An amorphous metal is then differentiated by an elastic limit ⁇ eA higher than that ⁇ eC of the crystalline metal by a factor of two to three.
  • the elastic limit ⁇ e is increased making it possible to increase the ratio ⁇ e / E so that the stress limit beyond which the material does not resume its initial shape increases, and above all so that the maximum energy that can be stored and returned elastically increases.
  • Another advantage of the present invention is to allow great ease in shaping allowing the production of parts with complicated shapes with greater precision.
  • amorphous metals have the particular characteristic of softening while remaining amorphous for a certain time in a given temperature range [Tg - Tx] specific to each alloy (with Tx: crystallization temperature and Tg: glass transition temperature ). It is thus possible to shape them under a relatively low pressure constraint and at a low temperature, then allowing the use of a simplified process compared to machining and stamping.
  • the use of such a material also makes it possible, in the case of shaping by molding, to very precisely reproduce fine geometries because the viscosity of the alloy decreases sharply as a function of the temperature in the range of. temperature [Tg - Tx] and the alloy thus follows all the details of a negative.
  • the term “negative” is understood to mean a mold which has a hollow profile complementary to that of the desired component. It then becomes easy to realize complex designs but in a precise way.
  • the resonator 3 cooperates with the exhaust system 1 by means of a plate 5 mounted on the balance axis.
  • the exhaust system 1 comprises a Swiss anchor 7 formed by a main face (visible at the figure 1 ) in projection.
  • the Swiss anchor 7 is mainly formed by a rod 9 connecting the fork 11 and the arms 13.
  • the fork 11 comprises two facing horns 15 under which is mounted a stinger 17 in order to cooperate respectively with a pin fixed on said plate 5 of the balance axis and the lower part of said plate 5.
  • the rod 9 receives, between the two arms 13, a rod 19 intended to mount the anchor in rotation between a bridge and the movement plate. Finally, on each arm 13 is fitted a pallet 21 intended to come into contact with the escape wheel 23 via its teeth 25.
  • the paddles can, by way of example, be formed from synthetic ruby. Of course, the present invention could also be used for the type coaxial escapement as in horology.
  • the escape wheel 23 is formed from a completely amorphous metal alloy.
  • at least part of the exhaust system 1, that is to say the plate 5 or the anchor 7, is made of an at least partially amorphous metal alloy.
  • This metal alloy may contain a metal element of the precious type such as gold, platinum, palladium, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, iridium or osmium. It will be understood by at least partially amorphous metal alloy that the material is capable of at least partially solidifying in the amorphous phase.
  • all the parts of the exhaust system 1, in addition to the escape wheel 23, are made of a metal alloy at least partially amorphous.
  • these parts can be made of different amorphous materials.
  • the metal alloy or the metal can be completely amorphous.
  • the anchor 7 is made of a metal alloy which is at least partially amorphous.
  • this at least partially amorphous metal alloy is non-magnetic so that said exhaust system 1 is insensitive to external magnetic disturbances.
  • amorphous metal alloys comes from the fact that, during their manufacture, the atoms composing these amorphous materials do not arrange themselves according to a particular structure as is the case for crystalline materials. Thus, even if the Young E moduli of a crystalline metal and an amorphous metal are substantially identical, their limits elastic bands ⁇ e are different. An amorphous metal is then differentiated by an elastic limit ⁇ eA higher than that ⁇ eC of the crystalline metal by a factor substantially equal to two. A higher elastic limit therefore means that a part of an amorphous metal alloy or an amorphous metal deforms plastically under a higher stress than the same part of crystalline metal.
  • the losses of an exhaust system 1 are linked to the friction between the vanes 21 of the anchor 7 and the teeth 25 of the escape wheel 23 during the training phase and between the plate pin 5 and the entry of the fork and impact between the teeth 25 of the escape wheel 23 and the vanes 21 of the anchor 7 during the fall phase.
  • the losses linked to the impacts between the teeth 25 of the escape wheel 23 and the vanes 21 of the anchor 7 during the fall phase depend on the kinetic energy.
  • This kinetic energy, accumulated during the operation of the exhaust system 1, is dependent on the moment of inertia.
  • This moment of inertia is a function of the mass and the radius of inertia. In the case of an escape wheel, the larger the diameter or the mass of this wheel 23, the greater the moment of inertia of said wheel 23 will be. This increase in the moment of inertia results in an increase in the kinetic energy of said escape wheel 23.
  • the specific resistance which is defined by the ratio of the elastic limit to the density.
  • the maximum specific resistance is of the order of 200-250 MPa * cm 3 / g.
  • the specific resistance of amorphous alloys is of the order of 300-400 MPa * cm 3 / g.
  • Another solution consists in reducing the mass of the part by removing material, preferably in the areas contributing the most to the moment of inertia, that is to say in the parts furthest from the axis of rotation of the room. It is possible for example to make recesses 29, passing through or not, and / or to locally reduce the thickness 27 of the part. To compensate for this reduction in material, an amorphous alloy having a mechanical strength greater than the crystalline alloy will be chosen. Given the advantageous specific resistance of amorphous alloys, the density of the amorphous alloy can be chosen to be equal or even slightly lower than that of the crystalline alloy and consequently the moment of inertia of the system 1 will be reduced.
  • a third possibility is to reduce the dimensions of the elements of the exhaust system 1 such as the anchor 7 or the wheel 23 or the plate 5.
  • an amorphous alloy of higher mechanical strength than the crystalline alloy used for the current dimensions this reduction in dimensions and mass does not lead to a decrease in the mechanical resistance of the exhaust system 1.
  • the specific resistance of amorphous alloys being greater in comparison with crystalline alloys, the density of the amorphous alloy chosen may be equal to or less than that of the crystalline alloy used for the standard part, and consequently the moment of inertia as well as the size of the system 1 may be reduced.
  • the choice will be to reduce the mass of the parts of the exhaust system 1 which are made of metal or amorphous metal alloy. This makes it possible to keep the same size as an exhaust system 1 made of crystalline material and therefore to keep standard dimensions while having better resistance to stresses.
  • One method used is the hot forming of an amorphous preform.
  • This preform is obtained by melting the metallic elements intended to constitute the amorphous alloy in a furnace. Once these elements are melted, they are cast in the form of a semi-finished product, then cooled rapidly in order to maintain the at least partially amorphous state. Once the preform carried out, the hot forming is carried out in order to obtain a final part. This hot forming is carried out by pressing in a temperature range between its glass transition temperature Tg and its crystallization temperature Tx for a determined time to maintain a totally or partially amorphous structure. This is done with the aim of retaining the elastic properties characteristic of amorphous metals.
  • the elements of the exhaust system can be produced by casting or by injection. This process consists in casting the alloy obtained by melting the metal elements in a mold having the shape of the final part. Once the mold is filled, it is cooled rapidly to a temperature below T g in order to avoid crystallization of the alloy and thus to obtain a system 1 made of amorphous or partially amorphous metal.
  • pallets 21 of the anchor 7 are made of metal or amorphous alloy. These pallets 21 may form one and the same part with said anchor or be overmolded after manufacture of the anchor 7. It then becomes conceivable that the pallets 21 and the anchor 7 are made of metal or amorphous alloy but different from the one another.

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Description

  • La présente invention concerne un système d'échappement. Ce système d'échappement comporte une roue d'échappement, ainsi qu' une ancre munie d'une fourchette destinée à coopérer avec une cheville montée sur un plateau, et une baguette comportant des bras destinés à recevoir des palettes afin de coopérer avec au moins la roue d'échappement
  • Le domaine technique de l'invention est le domaine technique de la mécanique fine et plus particulièrement de l'horlogerie
    • ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE
  • Les pièces d'horlogerie comprennent une source d'énergie comme le barillet fournissant de l'énergie à la pièce et notamment aux rouages de transmission. Ces rouages coopèrent avec le système d'échappement via la roue d'échappement. La rotation de cette dernière est régulée par l'ancre du système d'échappement dont les impulsions sont fournies par le balancier spiral. Le système d'échappement comporte une ancre montée en pivotement sur un axe. Cette ancre comprend une baguette munie d'une fourchette, à une première extrémité, destinée à coopérer avec une cheville montée sur un plateau, et munie de bras, à une seconde extrémité, destinés à recevoir des palettes afin de coopérer avec la roue d'échappement. Lors de son fonctionnement, l'ancre pivote sur son axe de sorte que les palettes des bras entrent en contact avec les dents de la roue d'échappement afin de réguler la rotation des rouages
  • Des exemples de systèmes d'échappement connus de l'art antérieur sont divulgués dans les documents US3146581A et CH612308A3 .
  • Or, actuellement, le rendement de l'échappement est relativement faible. En effet, le fonctionnement du système d'échappement comporte des frottements, subit des chocs et de la dissipation d'énergie dans les matériaux constitutifs de la roue et de l'ancre notamment. Un matériau utilisé est par exemple l'acier 15P ou 20AP. Ces matériaux sont des matériaux cristallins. Or, un inconvénient des composants en métal cristallin est leur faible tenue mécanique lorsque des contraintes élevées sont appliquées. En effet, chaque matériau se caractérise par son module d'Young E également appelé module d'élasticité (exprimé généralement en GPa), caractérisant sa résistance à la déformation. Chaque matériau est aussi caractérisé par sa limite élastique σe (exprimée généralement en GPa) qui représente la contrainte au-delà de laquelle le matériau se déforme plastiquement. Il est alors possible, pour des dimensions données, de comparer les matériaux en établissant pour chacun le rapport de leur limite élastique sur leur module d'Young σe/E, ledit rapport étant représentatif de la déformation élastique de chaque matériau. Ainsi, plus ce rapport est élevé, plus la limite de déformation élastique du matériau est élevée. Typiquement, pour un alliage du type Cu-Be, le module d'Young E est égal à 130 GPa et la limite d'élasticité σe est égale à 1 GPa, ce qui donne un rapport σe/E de l'ordre de 0,007 c'est-à-dire faible. Les pièces en métal ou alliage cristallin possèdent, par conséquent, une capacité limitée de déformation élastique.
  • En outre, le rendement d'un échappement est lié au facteur de restitution de l'énergie lors des chocs, ces chocs étant les chocs entre les palettes de l'ancre de la roue d'échappement et les chocs entre la cheville du plateau et l'entrée de fourchette.
  • Or, l'énergie cinétique accumulée lors du déplacement de l'ancre ou de la roue d'échappement est dépendante du moment d'inertie qui est fonction de la masse et du rayon d'inertie, donc des dimensions.
  • Dès lors que l'énergie maximale pouvant être stockée élastiquement se calcule comme étant le rapport entre le carré de la limite élastique σe d'une part et le module d'Young E d'autre part, la faible limite élastique des métaux cristallins entraîne un faible niveau de capacité de stockage d'énergie. Or, les aciers 15P ou 20AP sont denses et donc les ancres et roues d'échappements ont de fortes masses. Le moment d'inertie est alors élevé et l'énergie cinétique accumulée lors des déplacements de l'ancre et de la roue d'échappement est donc important.
  • Toutefois, comme les métaux cristallins ne peuvent pas stocker une grande énergie, il se produit des pertes d'énergie lors des chocs levées/dents de la roue d'échappement et lors des chocs entre la cheville du plateau et l'entrée de fourchette.
  • En conséquence, une part non négligeable d'énergie délivrée par le barillet est perdue lors du fonctionnement de la pièce d'horlogerie, réduisant ainsi sa réserve de marche.
  • Par ailleurs, l'horlogerie utilise traditionnellement les aciers au carbone au soufre et au plomb trempés-revenus qui offrent une bonne usinabilité et de très bonnes propriétés mécaniques mais qui sont magnétiques. Les alternatives amagnétiques sont rares et généralement plus difficiles à usiner et offrant de moins bonnes propriétés mécaniques.
  • Il est également connu du document EP 1 696 153 des engrenages de précisions notamment pour pièces d'horlogeries réalisés en métal amorphe. Ce document concerne des engrenages coopérant ensemble par imbrication. On entend par là le fait d'avoir, pour deux engrenages coopérant ensembles, les dents de chaque engrenage qui entre dans l'espace inter-dentaire de l'autre engrenage. Un phénomène de poussée et de glissement des dents est donc présent pour faire tourner les engrenages. Ce phénomène de glissement implique d'avoir un matériau à la fois dur, résistant et ayant des surfaces bien lisses afin d'éviter les frottements provoquant des pertes de rendement et une usure prématurée.
  • Or, une roue d'échappement est différente d'une roue d'engrenage classique car elle ne fonctionne pas selon le même principe. Effectivement, une telle roue d'échappement est entrainée par le ressort de barillet et sa rotation est contrôlée par le système d'échappement qui, via le balancier spiral, l'ancre et les palettes, libère et stoppe de façon successive la rotation de ladite roue. Ainsi, après la phase de dégagement et d'impulsion, la dent de la roue d'échappement vient buter violemment contre le plan de repos de la palette de l'ancre. Ces chocs violents répétés à chaque impulsion impliquent une sollicitation très différente de la roue d'échappement en comparaison d'une roue d'engrenage.
  • Une telle roue d'échappement doit donc être réalisée dans un matériau ayant une limite élastique élevée afin d'éviter toute déformation plastique lors de ces chocs répétés. De plus, lors de la phase d'impulsion, lorsque la dent de la roue d'échappement se trouve sur le plan d'impulsion de l'ancre, la roue doit transmettre un maximum d'énergie à l'ancre afin que cette dernière puisse la redonner au balancier. Il est donc important que le matériau utilisé pour la roue d'échappement ait un facteur de restitution énergétique aussi élevé que possible afin de minimiser les pertes et donc d'augmenter le rendement du système.
  • On comprend donc que l'homme du métier cherchant à réaliser une roue d'échappement ayant un meilleur rendement n'est pas incité à utiliser des documents concernant des engrenages classiques utilisant des matériaux dont les propriétés recherchées sont différentes de celles recherchées pour une roue d'échappement.
    • RESUME DE L'INVENTION
  • L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant de fournir un système d'échappement au rendement plus élevé et plus simple à réaliser.
  • A cet effet, l'invention concerne le système d'échappement tel que défini dans la revendication indépendante 1 annexée.
  • Un premier avantage de la présente invention est de permettre au système d'échappement d'avoir un meilleur facteur de restitution de l'énergie que les échappements actuels. Effectivement, un métal amorphe se caractérise par le fait que, lors de sa fabrication, les atomes composant ces matériaux amorphes ne s'arrangent pas selon une structure particulière comme c'est le cas pour les matériaux cristallins Ainsi, même si les modules d'Young E d'un métal cristallin et d'un métal amorphe sont sensiblement identiques, leurs limites élastiques σe sont différentes. Un métal amorphe se différencie alors par une limite élastique σeA plus élevée que celle σeC du métal cristallin d'un facteur de deux à trois. La limite élastique σe est augmentée permettant d'augmenter le rapport σe/E de sorte que la limite de contrainte au-delà de laquelle le matériau ne reprend pas sa forme initiale augmente, et surtout de sorte que l'énergie maximale pouvant être stockée et restituée élastiquement augmente.
  • Un autre avantage de la présente invention est de permettre une grande facilité dans la mise en forme permettant l'élaboration de pièces aux formes compliquées avec une plus grande précision. En effet, les métaux amorphes ont la caractéristique particulière de se ramollir tout en restant amorphes durant un certain temps dans un intervalle de température [Tg - Tx] donné propre à chaque alliage (avec Tx : température de cristallisation et Tg : température de transition vitreuse). Il est ainsi possible de les mettre en forme sous une contrainte de pression relativement faible et à une température peu élevée permettant alors l'utilisation d'un procédé simplifié par rapport à un usinage et emboutissage. L'utilisation d'un tel matériau permet en outre, dans le cas d'une mise en forme par moulage, de reproduire très précisément des géométries fines car la viscosité de l'alliage diminue fortement en fonction de la température dans l'intervalle de température [Tg - Tx] et l'alliage épouse ainsi tous les détails d'un négatif. On entend par négatif, un moule qui présente en creux un profil complémentaire à celui du composant recherché. Il devient alors aisé de réaliser des designs complexes mais de façon précise.
  • Des modes de réalisation avantageux de ce système d'échappement font l'objet des revendications dépendantes.
    • BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
  • Les buts, avantages et caractéristiques du système d'échappement selon la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée suivante d'au moins une forme de réalisation de l'invention donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels :
    • les figures 1 et 2 représentent de manière schématique un système d'échappement de pièce d'horlogerie selon l'invention;
    DESCRIPTION DETAILLEE
  • Sur les figures 1 et 2 est représenté un système d'échappement 1 avec son résonateur 3, c'est à dire le balancier spiral. De manière habituelle, le résonateur 3 coopère avec le système d'échappement 1 à l'aide d'un plateau 5 monté sur l'axe de balancier. Le système d'échappement 1 comporte une ancre 7 suisse formée par une face principale (visible à la figure 1) en projection. L'ancre 7 suisse est principalement formée par une baguette 9 reliant la fourchette 11 et les bras 13. La fourchette 11 comporte deux cornes 15 en vis-à-vis sous lesquelles est monté un dard 17 afin de coopérer respectivement avec une goupille fixée sur ledit plateau 5 de l'axe de balancier et la partie basse dudit plateau 5.
  • La baguette 9 reçoit, entre les deux bras 13, une tige 19 destinée à monter en rotation l'ancre entre un pont et la platine du mouvement. Enfin, sur chaque bras 13, est ajustée une palette 21 destinée à entrer en contact avec la roue d'échappement 23 par l'intermédiaire de ses dents 25. Les palettes peuvent, à titre d'exemple, être formées en rubis synthétique. Bien entendu, la présente invention pourra être également utilisée pour l'échappement coaxial de type comme en horlogerie.
  • Selon l'invention, la roue d'échappement 23 est formée d'un alliage métallique totalement amorphe. De plus, préférentiellement, au moins une partie du système d'échappement 1 c'est-à-dire le plateau 5 ou l'ancre 7 est réalisé en un alliage métallique au moins partiellement amorphe. Cet alliage métallique peut contenir un élément métallique du type précieux tel que de l'or, du platine, du palladium, du rhénium, du ruthénium, du rhodium, de l'argent, de l'iridium ou de l'osmium. On comprendra par alliage métallique au moins partiellement amorphe que le matériau est apte à se solidifier au moins partiellement en phase amorphe.
  • Bien entendu, on comprendra que, dans une réalisation particulière, toutes les parties du système d'échappement 1, en plus par rapport à la roue d'échappement 23, sont réalisées en un alliage métallique au moins partiellement amorphe. Néanmoins, ces parties peuvent être réalisées en différents matériaux amorphes. De même, l'alliage métallique ou le métal peuvent être totalement amorphe.
  • I Il peut être envisagé également qu'une partie seulement de l'ancre 7, comme la fourchette 11 par exemple, est réalisée en un alliage métallique au moins partiellement amorphe.
  • De plus, il peut être envisagé que cet alliage métallique au moins partiellement amorphe soit amagnétique de sorte que ledit système d'échappement 1 soit insensible aux perturbations magnétiques extérieures.
  • L'avantage des alliages métalliques amorphes vient du fait que, lors de leur fabrication, les atomes composant ces matériaux amorphes ne s'arrangent pas selon une structure particulière comme c'est le cas pour les matériaux cristallins. Ainsi, même si les modules d'Young E d'un métal cristallin et d'un métal amorphe sont sensiblement identiques, leurs limites élastiques σe sont différentes. Un métal amorphe se différencie alors par une limite élastique σeA plus élevée que celle σeC du métal cristallin d'un facteur sensiblement égal à deux. Une limite élastique plus élevée signifie donc qu'une pièce en alliage métallique amorphe ou métal amorphe se déforme plastiquement sous une contrainte plus élevée que la même pièce en métal cristallin.
  • Or, les pertes d'un système d'échappement 1 sont liées aux frottements entre les palettes 21 de l'ancre 7 et les dents 25 de la roue d'échappement 23 lors de la phase d'entrainement et entre la cheville de plateau 5 et l'entrée de la fourchette et aux chocs entre les dents 25 de la roue d'échappement 23 et les palettes 21 de l'ancre 7 lors de la phase de chute.
  • Les pertes liées aux chocs entre les dents 25 de la roue d'échappement 23 et les palettes 21 de l'ancre 7 lors de la phase de chute sont fonction de l'énergie cinétique. Cette énergie cinétique, accumulée lors du fonctionnement du système d'échappement 1, est dépendante du moment d'inertie. Ce moment d'inertie est fonction de la masse et du rayon d'inertie. Dans le cas d'une roue d'échappement, plus celle-ci aura un grand diamètre ou plus la masse de cette roue 23 sera importante et plus le moment d'inertie de ladite roue 23 sera élevé. Cette augmentation du moment d'inertie a pour conséquence une augmentation de l'énergie cinétique de ladite roue d'échappement 23. Par conséquent, lors des chocs entre les dents 25 de la roue d'échappement 23 et les palettes 21 de l'ancre 7, lors de la phase de chute, l'énergie cinétique accumulée est dissipée sans être transmise. Ainsi, pour diminuer ces pertes, une diminution de l'énergie cinétique de la roue 23 est une solution. De ce fait, une diminution de la masse ou du diamètre de ladite roue d'échappement 23 entraîne une diminution du moment d'inertie et donc de l'énergie cinétique de ladite roue d'échappement 23.
  • Une caractéristique importante du matériau utilisé pour la fabrication de telles pièces est donc de maximiser la résistance spécifique qui est définie par le rapport de la limite élastique sur la densité. Pour les alliages cristallins, la résistance spécifique maximale est de l'ordre de 200-250 MPa*cm3/g. Par contre, la résistance spécifique des alliages amorphes est de l'ordre de 300-400 MPa*cm3/g.
  • Il est ainsi possible, pour une géométrie de pièce et une résistance mécanique nécessaire données, d'utiliser un alliage amorphe ayant une densité inférieure à celle de l'alliage cristallin satisfaisant au même critère. En conséquence, le moment d'inertie du système sera diminué et son fonctionnement amélioré.
  • Une autre solution consiste à diminuer la masse de la pièce en retirant de la matière, préférentiellement dans les zones contribuant le plus au moment d'inertie, c'est-à-dire dans les parties les plus éloignées de l'axe de rotation de la pièce. Il est possible par exemple de réaliser des évidements 29, traversant ou non, et/ou de diminuer localement l'épaisseur 27 de la pièce. Pour compenser cette diminution de matière, un alliage amorphe ayant une résistance mécanique supérieure à l'alliage cristallin sera choisi. Etant donné la résistance spécifique avantageuse des alliages amorphes, la densité de l'alliage amorphe pourra être choisie égale voir légèrement inférieure à celle de l'alliage cristallin et en conséquence le moment d'inertie du système 1 sera diminué.
  • Une troisième possibilité est de réduire les dimensions des éléments du système d'échappement 1 comme l'ancre 7 ou la roue 23 ou le plateau 5. En choisissant un alliage amorphe de résistance mécanique plus élevée que l'alliage cristallin utilisé pour les dimensions actuelles, cette diminution des dimensions et de la masse n'entraînent pas de baisse de la résistance mécanique du système d'échappement 1. Toutefois, la résistance spécifique des alliages amorphes étant plus grande en comparaison des alliages cristallins, la densité de l'alliage amorphe choisi pourra être égale ou inférieure à celle de l'alliage cristallin utilisé pour la pièce standard, et en conséquence le moment d'inertie ainsi que l'encombrement du système 1 pourront être réduits.
  • Préférentiellement, on choisira de diminuer la masse des parties du système d'échappement 1 qui sont en métal ou alliage métallique amorphe. Cela permet de garder le même encombrement qu'un système d'échappement 1 en matériau cristallin et donc de garder des dimensions standard tout en ayant une meilleure résistance aux contraintes.
  • Pour réaliser un tel système d'échappement en métal amorphe il est avantageux d'utiliser les propriétés du métal amorphe pour le mettre en forme. En effet, le métal amorphe permet une grande facilité dans la mise en forme permettant l'élaboration de pièces aux formes compliquées avec une plus grande précision. Cela est dû aux caractéristiques particulières du métal amorphe qui peut se ramollir tout en restant amorphe durant un certain temps dans un intervalle de température [Tg - Tx] donné propre à chaque alliage (par exemple pour un alliage Zr41.24Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5, Tg=350°C et Tx=460°C). Il est ainsi possible de les mettre en forme sous une contrainte relativement faible et à une température peu élevée permettant alors l'utilisation d'un procédé simplifié tel que le formage à chaud. L'utilisation d'un tel matériau permet en outre de reproduire très précisément des géométries fines car la viscosité de l'alliage diminue fortement en fonction de la température dans l'intervalle de température [Tg - Tx] et l'alliage épouse ainsi tous les détails du négatif. Par exemple, pour un matériau à base de platine, la mise en forme se fait aux alentours de 300°C pour une viscosité atteignant 103 Pa.s pour une contrainte de 1MPa, au lieu d'une viscosité de 1012 Pa.s à la température Tg. L'utilisation de matrices a pour avantage la création de pièces en trois dimensions de grande précision, ce que le découpage ou l'étampage ne permettent pas d'obtenir.
  • Un procédé utilisé est le formage à chaud d'une préforme amorphe. Cette préforme est obtenue par fusion des éléments métalliques destinés à constituer l'alliage amorphe dans un four. Une fois ces éléments fondus, ils sont coulés sous forme de produit semi-fini, puis refroidis rapidement afin de conserver l'état au moins partiellement amorphe. Une fois la préforme réalisée, le formage à chaud est réalisé dans le but d'obtenir une pièce définitive. Ce formage à chaud est réalisé par pressage dans une gamme de température comprise entre sa température de transition vitreuse Tg et sa température de cristallisation Tx durant un temps déterminé pour conserver une structure totalement ou partiellement amorphe. Ceci est fait dans le but de conserver les propriétés élastiques caractéristiques des métaux amorphes.
  • Typiquement pour l'alliage Zr41.2Ti13.8Cu12.5Ni10Be22.5 et pour une température de 440°C, le temps de pressage ne devra pas dépasser 120 secondes environ. Ainsi, le formage à chaud permet de conserver l'état au moins partiellement amorphe initial de la préforme. Les différentes étapes de mise en forme définitive d'un élément du système d'échappement sont alors :
    1. a) Chauffage des matrices ayant la forme négative de l'élément du système d'échappement 1 jusqu'à une température choisie
    2. b) Introduction de la préforme en métal amorphe entre les matrices chaudes,
    3. c) Application d'une force de fermeture sur les matrices afin de répliquer la géométrie de ces dernières sur la préforme en métal amorphe,
    4. d) Attente durant un temps maximal choisi,
    5. e) Ouverture des matrices,
    6. f) Refroidissement rapide de l'élément du système d'échappement en dessous de Tg de sorte que le matériau garde son état au moins partiellement amorphe, et
    7. g) Sortie de l'élément du système d'échappement 1 des matrices.
  • Ces caractéristiques de facilité de mise en forme, de précision de la pièce obtenue et de très bonne reproductibilité sont ainsi très utiles pour la réalisation des épaisseurs variables et des évidements. Cette facilité de mise en forme permet également de réaliser des pièces complexes facilement comme par exemple le plateau 5 du système d'échappement 1 avec sa goupille.
  • De surcroît, la possibilité de mettre facilement en forme des pièces complexes permet justement de pouvoir réaliser des designs compliqués. Or, ceci peut être intéressant pour la mise en forme des dents de la roue d'échappement et la mise en forme de l'ancre de façon à améliorer la coopération entre la roue d'échappement et l'ancre.
  • On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations et/ou combinaisons évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention exposée ci-dessus sans sortir du cadre de l'invention définie par les revendications annexées.
  • Bien entendu, on comprendra que les éléments du système d'échappement peuvent être réalisés par coulée ou par injection. Ce procédé consiste à couler l'alliage obtenu par fusion des éléments métalliques dans un moule possédant la forme de la pièce définitive. Une fois le moule rempli, celui-ci est refroidi rapidement jusqu'à une température inférieure à Tg afin d'éviter la cristallisation de l'alliage et ainsi obtenir un système 1 en métal amorphe ou partiellement amorphe.
  • Bien entendu, on peut également imaginer que les palettes 21 de l'ancre 7 soient réalisées en métal ou alliage amorphe. Ces palettes 21 peuvent ne former qu'une seule et même pièce avec ladite ancre ou être surmoulées après fabrication de l'ancre 7. Il devient alors envisageable que les palettes 21 et l'ancre 7 soient en métal ou alliage amorphe mais différents l'un de l'autre.

Claims (11)

  1. Système d'échappement comportant au moins une roue d'échappement (23), une ancre (7) munie d'une fourchette (11) destinée à coopérer avec une cheville montée sur un plateau (5), et d'une baguette (9) comportant des bras (13) destinés à recevoir des palettes (21) afin de coopérer avec ladite roue d'échappement (23), caractérisé en ce que la roue d'échappement est réalisée en un alliage métallique totalement amorphe.
  2. Système d'échappement selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'ancre (7) est réalisée en un alliage métallique au moins partiellement amorphe.
  3. Système d'échappement selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les palettes (21) de l'ancre (7) sont réalisées en un alliage métallique au moins partiellement amorphe.
  4. Système d'échappement selon les revendications 1 ou 2 ou 3, caractérisé en ce que les palettes (21) de l'ancre et l'ancre (7) forment une seule et même pièce.
  5. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le plateau (5) est réalisé en un alliage métallique au moins partiellement amorphe.
  6. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du système d'échappement comprend des évidements (29) afin de réduire le moment d'inertie de cette partie.
  7. Système d'échappement selon la revendication 6, caractérisé en ce que les évidements sont traversants.
  8. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie du système d'échappement comprend des zones amincies (27) afin de réduire le moment d'inertie de cette partie.
  9. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau dont sont formés également les éléments, autres que la roue d'échappement, est totalement amorphe
  10. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau dont sont formés les éléments, autres que la roue d'échappement, est totalement métallique.
  11. Système d'échappement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit alliage métallique est amagnétique.
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