EP2730981B1 - Palier et axe de balancier pour une pièce d'horlogerie - Google Patents

Palier et axe de balancier pour une pièce d'horlogerie Download PDF

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EP2730981B1
EP2730981B1 EP14154387.6A EP14154387A EP2730981B1 EP 2730981 B1 EP2730981 B1 EP 2730981B1 EP 14154387 A EP14154387 A EP 14154387A EP 2730981 B1 EP2730981 B1 EP 2730981B1
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Alain Laager
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MPS MICRO PRECISION SYSTEMS AG
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Mps Micro Precision Systems Ag
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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
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G04B31/004—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor characterised by the material used
    • G04B31/012—Metallic bearings
    • G04B31/0123—Metallic bearings with metallic ball bearings and metallic roller bearings
    • 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
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G04B31/02—Shock-damping bearings

Definitions

  • the present invention relates to a bearing for holding and allowing the rotation of a balance shaft of a wristwatch, or of any timepiece.
  • oils used for lubrication do not have an indefinite duration; they thicken and degrade after a while, necessitating periodic servicing of the watch. Moreover, these bearings always present, even new, a certain friction due to the viscosity of the oil.
  • CH191908 describes a miniature ball bearing
  • CH299774 describes a corundum bearing and balls. In the latter, however, the balls do not roll within a race, but are held by three circular openings in the bottom of the bearing.
  • the document FR1129445 describes embodiments of bearings for a balance shaft with ball bearings.
  • the axial thrust of the balance can be taken up directly by the bearing balls.
  • An object of the present invention is to provide a bearing for the balance pin of a watch without lubrication, resistant to shocks, with a more favorable coefficient of friction, not requiring periodic revisions or maintenance, and free of lubrication.
  • the figure 1 represents a ball bearing for a balance wheel of a clock movement.
  • the balance wheel (not visible) is integral with an axle 50, of which only one end is shown, which is maintained between the plate and the balance cock by two bearings.
  • a kitten 41 of cylindrical shape contains inside it balls 44 which can rotate inside the ring 42, the pierced element 45 and the counter-pivot 43 prevent the axial displacement of the balls 44.
  • the bearing of the invention does not requiring no lubricating oil, the pierced element 45 and the counter-pivot 43 are preferably flat and do not have any recesses.
  • the balls 44 and the counter-pivot element 43 are preferably made of a material that is free of lubrication, for example of ceramic, more preferably of zirconium oxide ceramics, or of a crystalline material with a low coefficient of friction and a sufficient mechanical strength, for example silicon, corundum or diamond.
  • satisfactory friction values can be obtained by choosing, for the balls 44 and the counter-pivot 43, a non-metallic material, or a material different from that of the pivot 55, which is usually made of steel.
  • the balls 44 roll inside a circular race formed by the internal surface of the ring 42, which is preferably made of steel, or stainless steel. Tests with four balls have given conclusive results, but the invention also includes variants comprising a greater or lesser number of balls.
  • the balls 44 and the elements 45 and 43 are assembled inside the chaton 41 permanently and unremovably, by crimping. Once the bearing is assembled, the four balls 44 are necessarily positioned at 90°, leaving between them an opening exactly sized to allow the passage of the pivot 55 with a desired radial contact force, and can in no case exit through the hole. 46.
  • the structure of the bearing of the invention does not provide for an internal race for the rolling of the balls 44, the balls being directly in contact with the lateral surface of the pivot 55.
  • This arrangement makes it possible to limit the diameter outside of the bearing, which involves a significant reduction in friction. Tests have shown that bearings according to the invention with an outside diameter of less than one millimeter, more preferably less than 0.9 millimeters, make it possible to achieve friction levels comparable to or better than conventional balance bearings, without the need to be lubricated. with oil.
  • the hole 46 of the pierced element 45 preferably allows the passage of the rod 51 of the balance shaft 50 without contact or friction.
  • the point 58 of the pivot 55 is preferably rounded and polished, so as to minimize friction during pivoting on the counter-pivot 43.
  • the counter-pivot element 43 will be made of synthetic corundum or ruby, ceramic of zirconium, silicon or diamond oxide or another material having the required mechanical and tribological properties; the pierced element 45, on the other hand, is not necessarily in direct contact with the axis 50 and, in this case, could be made with the same or with other materials, for example metal.
  • the landing shown in figure 2 comprises a kitten 41 having the characteristics explained above with a conical bearing surface 49.
  • the kitten 41 is housed inside a support element 60 having an internal conical surface 69, the profile of which corresponds to that of the bearing surface 49.
  • the bezel 41 is held elastically by the elastic flexible element 65, retained by the shoulder 62.
  • the elastic element 65 comprises radial arms 62, imparting an axial force (relatively in the direction of the balance shaft 50) on the base of the kitten 41, as well as centering arms 27 pressing radially on the side face of the kitten 41.
  • the elastic element 65 has both a function of recovery of the axial thrust of the pendulum and alignment of the bearing.
  • the paired surfaces 49 and 69 define a resting position of the kitten 41 and have a self-centering and self-aligning action.
  • the bezel 41 can move momentarily thanks to the elasticity of element 65; the geometry of the surfaces 49 and 69 is such that the kitten is automatically brought back by the elastic element 65 to a position aligned and centered with respect to the axis 50 in an exact and reproducible manner.
  • the picture 3 illustrates a different arrangement of the bearing of the invention.
  • the elastic element 65 is held in a groove 63 and comprises only three radial arms 66 exerting inclined forces on the kitten 41. Centering and alignment are ensured by the symmetry of the elastic forces and by the conical surfaces 49 and 69, as in the previous example.
  • the support element 60 could, depending on the case, be a removable element or else a part machined directly in a more complex element of a watch movement, such as the plate for example.
  • the support 60 is a removable element with standardized dimensions, which can take the place, with a minimum of modifications, of the pendulum bearing supports in stone-built movements of the conventional type.
  • the kitten 41 is housed in a chamfered hole passing through the support 60 and held by an elastic element 65 comprising radial arms 66, as in the figure 2 , and "S"-shaped centering arms 68 passing through the chamfered hole, and the free end of which rests on a face of the support element 60, while a handle of the "S"-shaped arms 68 contacts the surface lateral kitten 41, with a centering action.
  • a shoulder 47 prevents the bezel from falling when the pin 50 is removed.
  • this variant makes it possible to fix the bearing on the support 60 by the single elastic element 65 without other fixing elements, moreover the machining of the support 60 is limited to a simple chamfered hole.
  • This embodiment therefore makes it possible to integrate the bearing of the invention into existing complex parts, for example, a plate or a watch movement bridge, with a minimum of adaptations.

Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne un palier pour maintenir et permettre la rotation d'un axe de balancier d'une montre-bracelet, ou d'une pièce d'horlogerie quelconque.
    • Etat de la technique
  • On connait des nombreux dispositifs pour maintenir le pivot de l'axe de balancier d'un mouvement de montre, les plus répandus comprenant une pierre percée formant coussinet dont le trou permet le passage de ce pivot, et une pierre contre-pivot limitant le mouvement axial du pivot. Cette disposition permet d'obtenir des coefficients de friction assez faibles, à condition d'assurer la lubrification du palier, par exemple avec de l'huile. Il est aussi connu d'équiper ces palier avec des amortisseurs élastiques diversement conformés, pour permettre aux pierres de se déplacer momentanément lors d'un choc, et ainsi éviter la rupture des pivots, très fragiles. Des exemples de paliers ainsi réalisés ont été publiés par FR1393838 , GB1054299 , CH1244360 , et CH192767 .
  • Les huiles utilisés pour la lubrification n'ont pas une durée indéfinie; ils s'épaississent et se dégradent après un certain temps, obligeant à des révisions périodiques de la montre. Par ailleurs ces paliers présentent toujours, même neufs, une certaine friction due à la viscosité de l'huile.
  • On connait, du document US2002114225 , un palier pour axe de balancier avec un roulement à billes. Dans ce document, la poussée axiale du balancier est reprise par les billes elles-mêmes.
  • CH191908 décrit un roulement à billes miniature, tandis que CH299774 décrit un palier et des billes en corindon. Dans ce dernier, cependant, les billes ne roulent pas à l'intérieur d'une course, mais elles sont maintenues par trois ouvertures dirculaires dans le fonds du palier.
  • Le document FR1129445 décrit des réalisations de paliers pour axe de balancier avec roulement à billes. Dans ce document, la poussée axiale du balancier peut être reprise directement par les billes du roulement.
    • Bref résumé de l'invention
  • Un but de la présente invention est de proposer un palier pour l'axe de balancier d'une montre sans lubrification, résistant aux chocs, avec un coefficient de friction plus favorable, ne nécessitant pas de révisions ou maintenances périodiques, et exempt de lubrification.
  • Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un ensemble palier et axe de balancier, qui présente les caractéristiques définies faisant l'objet de la revendication principale.
    • Brève description des figures
  • Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :
    • La figure 1 est une coupe axiale d'un palier à roulement selon un aspect de l'invention.
    • Les figures 2-4 illustrent, en trois dimensions, des variantes d'exécution du palier de l'invention.
    Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
  • La figure 1 représente un palier à billes pour une roue de balancier d'un mouvement d'horlogerie. La roue de balancier (non visible) est solidaire d'un axe 50, dont seulement une extrémité est représentée, lequel est maintenu entre la platine et le coq par deux paliers. Un chaton 41 de forme cylindrique renferme à son intérieur des billes 44 pouvant tourner à l'intérieur de la bague 42, l'élément percé 45 et le contre-pivot 43 empêchent le déplacement axial des billes 44. Le palier de l'invention ne nécessitant pas d'huile lubrifiant, l'élément percé 45 et le contre-pivot 43 sont préférablement plats et ne comportent pas de creusures.
  • Les billes 44 et l'élément contre-pivot 43 sont préférablement réalisés en un matériau exempt de lubrification, par exemple en céramique, plus préférablement en céramiques d'oxyde de zirconium, ou en un matériau cristallin avec alliant un faible coefficient de friction et une résistance mécanique suffisante, par exemple en silicium, corindon ou diamant. Notamment, on peut obtenir des valeurs de frottement satisfaisants en choisissant, pour les billes 44 et le contre-pivot 43, un matériau non métallique, ou un matériau différent de celui du pivot 55, qui est ordinairement en acier.
  • Les billes 44 roulent à l'intérieur d'une course circulaire formée par la surface interne de la bague 42, laquelle est préférablement réalisée en acier, ou acier inoxydable. Des essais avec quatre billes ont donné des résultats concluants, mais l'invention inclut également des variantes comportant un nombre supérieur ou inférieur de billes.
  • Les billes 44 et les éléments 45 et 43 sont assemblées à l'intérieur du chaton 41 de façon permanente et indémontable, par sertissage. Une fois le palier assemblé, le quatre billes 44 se positionnent nécessairement à 90°, laissant entre-elles une ouverture exactement dimensionnée pour permettre le passage du pivot 55 avec une force de contact radiale souhaitée, et ne peuvent en aucun cas sortir par le trou 46.
  • La structure du palier de l'invention ne prévoit pas de bague interne pour le roulement des billes 44, les billes étant directement en contact avec la surface latérale du pivot 55. Cette disposition permet de limiter le diamètre extérieur du palier, ce qui comporte une réduction importante de la friction. Des essais ont montré que des paliers selon l'invention avec un diamètre extérieur inférieur à un millimètre, plus préférablement inférieur à 0.9 millimètres, permettent d'atteindre des niveaux de friction comparables ou meilleurs des paliers de balancier conventionnels, sans besoin d'être lubrifiés avec de l'huile.
  • Le trou 46 de l'élément percé 45 consent préférablement le passage du tigeron 51 de l'axe de balancier 50 sans contact ni friction. La pointe 58 du pivot 55 est préférablement arrondie et polie, de manière à minimiser la friction lors du pivotement sur le contre-pivot 43. Selon les cas, l'élément contre-pivot 43 sera réalisé en corindon ou rubis synthétique, en céramique d'oxyde de zirconium, silicium ou diamant ou un autre matériau ayant les propriétés mécaniques et tribologiques requises ; l'élément percé 45, en revanche n'est pas nécessairement en contact direct avec l'axe 50 et, en ce cas, pourrait être réalisé avec les mêmes ou avec d'autres matériaux, par exemple en métal.
  • Le palier représenté à la figure 2 comprend un chaton 41 ayant les caractéristiques expliquées ci-dessus avec une surface d'appui conique 49. Le chaton 41 est logé à l'intérieur d'un élément de support 60 ayant une surface conique interne 69, dont le profil correspond à celui de la surface d'appui 49. Le chaton 41 est maintenu élastiquement par l'élément flexible élastique 65, retenu par l'épaulement 62. Dans ce mode de réalisation l'élément élastique 65 comprend des bras radiaux 62, imprimant une force axiale (relativement à la direction de l'axe de balancier 50) sur la base du chaton 41, ainsi que des bras de centrage 27 appuyant radialement sur la face latérale du chaton 41. De cette manière l'élément élastique 65 a à la fois une fonction de reprise de la poussée axiale du balancier et d'alignement du palier.
  • Les surfaces appariées 49 et 69 définissent une position de repos du chaton 41 et ont une action d'auto-centrage et auto-alignement. En cas de choc le chaton 41 peut se déplacer momentanément grâce à l'élasticité de l'élément 65; la géométrie des surfaces 49 et 69 est telle que le chaton est automatiquement ramené par l'élément élastique 65 à une position alignée et centrée par rapport à l'axe 50 de manière exacte et reproductible.
  • La figure 3 illustre un différent arrangement du palier de l'invention. En ce cas, l'élément élastique 65 est maintenu dans une gorge 63 et comporte uniquement trois bras radiaux 66 exerçant des forces inclinées sur le chaton 41. Le centrage et l'alignement sont assurés par la symétrie des forces élastiques et par les surfaces coniques 49 et 69, comme dans l'exemple précédent.
  • L'élément de support 60 pourrait, selon les cas, être un élément démontable ou bien une partie usinée directement dans un élément plus complexe d'un mouvement de montre, comme par exemple la platine. Selon une variante préférée le support 60 est un élément démontable avec des dimensions standardisées, pouvant prendre la place, avec un minimum de modifications, des supports de palier de balancier dans des mouvements empierrés de type conventionnel.
  • Selon une autre variante de réalisation, visible à la figure 4, le chaton 41 est logé dans un trou chanfreiné traversant le support 60 et maintenu par un élément élastique 65 comprenant des bras radiaux 66, comme dans la figure 2, et des bras de centrage en "S" 68 traversant le trou chanfreiné, et dont l'extrémité libre appui sur une face de l'élément de support 60, tandis qu'une anse des bras de en "S" 68 contacte la surface latérale du chaton 41, avec une action de centrage. Un épaulement 47 empêche au chaton de tomber lorsque l'axe 50 est démonté.
  • Dans cette solution, le centrage et l'alignement automatiques du chaton 41 sont assuré par les bras en "S" 68 exerçant des forces radiales symétriques, et les bras radiaux 66 exerçant des forces axiales. Avantageusement cette variante permet de fixer le palier sur le support 60 par le seul élément élastique 65 sans autres éléments de fixation, par ailleurs l'usinage du support 60 se limite à un simple trou chanfreiné. Cette forme de réalisation permet donc d'intégrer le palier de l'invention dans des pièces complexes existantes, par exemple, une platine ou un pont de mouvement horloger, avec un minimum d'adaptations.
    • Numéros de référence employés sur les figures
    • 41
    chaton
    42
    bague
    43
    contre-pivot
    44
    bille
    45
    élément percé
    46
    trou
    47
    épaulement
    49
    cône du chaton
    50
    axe de balancier
    51
    tigeron
    55
    pivot
    58
    pointe du pivot
    59
    raccord
    60
    support
    62
    épaulement
    63
    gorge
    65
    ressort
    66
    bras radial
    67
    bras de centrage
    68
    bras de retenue
    69
    cône interne

Claims (9)

  1. Palier et axe de balancier (50) pour un mouvement de montre, le palier comprenant un chaton (41) enfermant une pluralité de billes (44) pouvant tourner à l'intérieur d'une course circulaire (42), le déplacement axial des billes (41) étant limité par un élément contre-pivot (43) et un élément percé (45) avec un trou (46) permettant l'insertion d'un pivot de l'axe de balancier dans un espace entre lesdites billes (44), le palier étant arrangé pour faire pivoter ledit axe entre lesdites billes (44), dans lequel lesdites billes (44) et/ou ledit élément contre-pivot (43) sont réalisés en un matériau non-métallique,
    les billes (44), l'élément percé (45) et le contre-pivot (43) étant assemblés à l'intérieur du chaton (41) par sertissage, les billes (44) laissant entre-elles une ouverture permettant le passage du pivot du balancier (50) et ne pouvant en aucun cas sortir par le trou (46) de l'élément percé (45),
    caractérisé en ce que
    lorsque ledit pivot est inséré dans ledit espace, la pointe dudit pivot est en appui contre ledit élément contre-pivot (43).
  2. Palier et axe selon la revendications précédentes, le palier comprenant un élément de maintien élastique (65) du chaton (41) arrangé pour permettre le déplacement momentané du chaton (41) d'une position de repos lors d'un choc, et pour le ramener automatiquement à dite position de repos.
  3. Palier et axe selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites billes (44) sont en nombre de quatre.
  4. Palier et axe selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites billes (44) sont en nombre supérieur à quatre.
  5. Palier et axe selon l'une des revendications précédentes, dans lequel lesdites billes (44) et/ou ledit contre-pivot (43) sont réalisés en un matériau parmi : céramique, céramique d'oxyde de Zirconium, silicium, diamant.
  6. Palier et axe selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit chaton (41) comporte une surface conique (49) et est logé à l'intérieur d'un élément de support (60) avec une surface conique interne (69) du même profil.
  7. Palier et axe selon l'une des revendications 2 à 6, dans lequel ledit élément de maintien élastique comprend une pluralité de bras radiaux (66) appuyant sur le chaton (41).
  8. Palier et axe selon l'une des revendications précédentes, le palier comprenant en outre une pluralité de bras de centrage (67, 68) agissant sur une surface latérale du chaton (41).
  9. Palier et axe selon l'une des revendications précédentes, le palier ayant un diamètre extérieur inférieur à un millimètre ou inférieur à 0,9 millimètres.
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