EP4198642A1 - Balancier pour mouvement d'horlogerie - Google Patents

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EP4198642A1
EP4198642A1 EP21214801.9A EP21214801A EP4198642A1 EP 4198642 A1 EP4198642 A1 EP 4198642A1 EP 21214801 A EP21214801 A EP 21214801A EP 4198642 A1 EP4198642 A1 EP 4198642A1
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less
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rim
balance wheel
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Christian Charbon
Jean-Pierre Mignot
Marco Verardo
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Nivarox Far SA
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    • 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
    • G04B43/00—Protecting clockworks by shields or other means against external influences, e.g. magnetic fields
    • 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
    • G04B17/063—Balance construction
    • 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
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • 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
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    • 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
    • G04B43/00—Protecting clockworks by shields or other means against external influences, e.g. magnetic fields
    • G04B43/007—Antimagnetic alloys

Definitions

  • the invention relates to a balance wheel for a timepiece, as well as to an axis/balance wheel assembly.
  • the regulating organ of a timepiece generally comprises a flywheel called a balance wheel. This part is decisive for the running quality of the timepiece. Indeed, the combination of a balance wheel and a spiral spring forms an oscillator which makes it possible to regulate the movement at a determined frequency.
  • the rim and the arms are made from a copper-based alloy, in particular cupro-beryllium, brass, nickel silver or Declafor.
  • the cupro-beryllium which is mainly used offers an advantageous combination of qualities which include, in particular, non-magnetism, good chemical stability and sufficient mechanical characteristics.
  • the density of these alloys is generally greater than 8.
  • the materials used for the balance rim are usually non-magnetic: brass, nickel silver, cupro-beryllium, but they have good electrical conductivity.
  • the inventors have discovered that this drift can be attributed to the influence of eddy currents. These appear when a conductive material is in motion in a magnetic field gradient or when a balance wheel is rotating in a constant field parallel to the rim of the balance wheel, which also influences the rate of the balance wheel.
  • An object of the present invention is therefore to provide a balance free from the known limitations by using a specific alloy that is non-magnetic and insensitive to eddy currents, while having a density greater than 6.5 to allow the integration of the balance in the available space. for a given movement. Indeed, if the density is too low, as is generally the case for ceramics, the balance wheel becomes too large for a given inertia and can no longer be accommodated in the movement.
  • the invention solves the aforementioned drawbacks by proposing a balance made of a non-magnetic material, with a density greater than 6.5, and electrically insulating.
  • the present invention relates to a pendulum comprising a hub connected to a serge by at least one arm, and in which at least the serge is made of a material whose relative magnetic permeability is less than 1.01, of density greater than 6.5 , and electrically non-conductive.
  • the invention relates to an assembly comprising a balance according to the invention and a shaft arranged to receive said balance, the shaft also being made of a material whose relative magnetic permeability is less than 1.01, of density greater than 6.5, and electrically insulating .
  • the invention also relates to a watch movement comprising a balance according to the invention.
  • the invention also relates to a watch comprising a movement equipped with a balance wheel according to the invention.
  • the invention relates to a balance wheel which comprises an axis made of non-magnetic material.
  • the axis supports a balance wheel comprising a serge and at least one arm made in one piece with the serge.
  • the arms extend from the hub disposed in the center of the balance wheel, and in which the axis is driven against a shoulder.
  • the shaft Conventionally, the shaft further supports a ferrule, intended for fixing a hairspring, not shown.
  • the serge is made of a non-magnetic material, with a density greater than 6.5, and electrically insulating.
  • non-magnetic material is meant within the meaning of the present invention, a material whose relative magnetic permeability is less than 1.01.
  • electrically insulating material is meant a material which is weakly or very weakly electrically conductive.
  • the material in which the serge is made has an electrical conductivity less than or equal to 2.5MS/m, and preferably, the electrical conductivity is less than or equal to 1.5MS/m.
  • electrical conductivity makes it possible to limit the influence of eddy currents and thus rate drifts when the watch is under a magnetic field.
  • the balance wheel is made of a material chosen from among metals, metal alloys, ceramics such as ytterbium oxide, Europium (III) oxide, dysprosium oxide, cerium (IV) oxide or neodymium oxide, ceramic-metal composites or non-magnetic hard metals such as tungsten carbide with a Nickel binder.
  • ceramics such as ytterbium oxide, Europium (III) oxide, dysprosium oxide, cerium (IV) oxide or neodymium oxide, ceramic-metal composites or non-magnetic hard metals such as tungsten carbide with a Nickel binder.
  • the balance wheel is made from an alloy which contains as main constituents iron, chromium, nickel and/or cobalt, and has a face-centered cubic crystalline structure.
  • the balance wheel is made of an austenitic alloy chosen from 316L steel, 904L steel, Phynox or MP35N. Obviously, other austenitic alloys with similar properties can be used without any particular difficulty for those skilled in the art.
  • Such an austenitic alloy preferably has a chromium (Cr) content greater than 10%, preferably greater than 15%.
  • the alloy used to make the balance wheel is 316L steel made up of a maximum of 0.02% carbon (C), a maximum of 1% silicon (Si), a maximum of 2% manganese (Mn), a maximum of 0.04% phosphorus (P), a maximum of 0.03% sulfur (S), between 16% and 18% chromium (Cr), between 2 and 2.5% molybdenum (Mo), and between 10.5% and 13% nickel (Ni).
  • the balance wheel is coated with a layer, in particular decorative, by electroplating, PVD or CVD deposition.
  • the invention also relates to an axle and balance wheel assembly in which the axle receiving the balance wheel is made of a material of the same type as the material from which the balance wheel is made, namely a material whose relative magnetic permeability is less than 1.01, of density greater than 6.5, and electrically insulating.
  • a 316L steel balance could be mounted on a 904L steel axle.
  • the shaft can be coated with a layer, in particular of chemical NiP or NiB to improve its properties, in particular its hardness, its resistance to wear and friction.
  • the invention also relates to a timepiece movement and a timepiece equipped with a balance according to the invention.

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Abstract

La présente invention concerne un balancier (1) comportant un moyeu (2) relié à une serge (3) par au moins un bras (4) caractérisé en ce que la serge est réalisée en un matériau dont la perméabilité magnétique relative est inférieure à 1.01, de densité supérieure à 6.5, et isolant électriquement.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • L'invention se rapporte à un balancier pour pièce d'horlogerie, ainsi qu'à un ensemble axe/balancier.
    • Arrière-plan technologique
  • L'organe régulateur d'une pièce d'horlogerie comporte généralement un volant d'inertie appelé balancier. Cette pièce est déterminante pour la qualité de marche de la pièce d'horlogerie. En effet, l'association d'un balancier et d'un ressort spiral forme un oscillateur qui permet de réguler le mouvement à une fréquence déterminée.
  • Actuellement, dans un balancier pour mouvement de montre, la serge et les bras sont réalisés à partir d'un alliage à base de cuivre, notamment en cupro-béryllium, en laiton, en maillechort ou en Declafor. Le cupro-béryllium qui est majoritairement utilisé offre une combinaison avantageuse de qualités qui comprennent, en particulier, amagnétisme, une bonne stabilité chimique et des caractéristiques mécaniques suffisantes. La densité de ces alliages est généralement supérieure à 8.
  • La problématique des champs magnétiques est bien connue des horlogers et est rencontrée de plus en plus régulièrement. Les champs magnétiques se font de plus en plus présents dans la vie quotidienne et perturbent le fonctionnement des montres mécaniques, ce qui entraine une forte dérive de marche.
  • Pour résoudre ce problème, les solutions envisagées jusqu'à présent tournent toutes autour de matériaux amagnétiques pour le spiral (Si ou alliages base Nb), les points de pivotement (axe de balancier, tige d'ancre, pignon d'échappement), les planches de roues et planches d'ancre.
  • Les matériaux utilisés pour la serge de balancier sont habituellement amagnétiques : laiton, maillechort, cupro-béryllium mais ils présentent une bonne conductivité électrique.
  • Malgré la combinaison de tous ces matériaux amagnétiques, un mouvement présente une importante dérive sous un champ magnétique.
  • Il est généralement admis que cette dérive est due à la présence d'éléments ferromagnétiques dans les composants du mouvement, qui sont autres que l'échappement et l'oscillateur, tels que le piton ou la tige de remontoir par exemple.
  • Ainsi, même en remplaçant ces pièces par des pièces en matériau sans éléments ferromagnétiques, cette dérive de marche est toujours constatée.
  • Les inventeurs ont découvert que cette dérive peut être attribuée à l'influence des courants de Foucault. Ceux-ci apparaissent lorsqu'un matériau conducteur est en mouvement dans un gradient de champ magnétique ou lorsqu'un balancier est en rotation dans un champ constant parallèle à la serge du balancier, ce qui influe également sur la marche du balancier.
  • On connait également, de certains constructeurs, des balanciers dont au moins la serge est réalisée en matériau céramique ou en diamant. Cependant, bien qu'amagnétiques, de tels matériaux sont très difficilement usinables pour la réalisation de balanciers et rendent les coûts de fabrication très élevés.
  • Un but de la présente invention est par conséquent de proposer un balancier dépourvu des limitations connues en utilisant un alliage spécifique amagnétique et insensible aux courants de Foucault, tout en ayant une densité supérieure à 6.5 pour permettre l'intégration du balancier dans l'encombrement disponible pour un mouvement donné. En effet, si la densité est trop faible, comme c'est généralement le cas pour les céramiques, le balancier devient trop grand pour une inertie donnée et ne peut plus être logé dans le mouvement.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention résout les inconvénients précités en proposant un balancier réalisé en un matériau amagnétique, de densité supérieure à 6.5, et isolant électriquement.
  • A cet effet, la présente invention concerne un balancier comportant un moyeu relié à une serge par au moins un bras, et dans lequel au moins la serge est réalisée en un matériau dont la perméabilité magnétique relative est inférieure à 1.01, de densité supérieure à 6.5, et non conducteur électriquement.
  • Conformément à d'autres variantes avantageuses de l'invention :
    • le matériau présente de préférence une conductivité électrique inférieure ou égale à 2.5MS/m, et plus préférentiellement inférieure à 1.5MS/m ;
    • le matériau est choisi parmi : les métaux ou alliages métalliques, les céramiques, les composites céramique-métal, les métaux durs amagnétiques ;
    • le matériau est un alliage qui contient comme constituants principaux du chrome, du fer, du nickel et/ou du cobalt ;
    • le matériau présente une structure cristalline cubique à faces centrées ;
    • le matériau est un alliage austénitique ;
    • l'alliage austénitique a de préférence une teneur en chrome supérieure à 10 %, de préférence supérieure à 15 % ;
    • l'alliage austénitique est choisi parmi : l'acier 316L, l'acier 904L, le Phynox ou le MP35N.
  • L'invention concerne un ensemble comprenant un balancier selon l'invention et un axe agencé pour recevoir ledit balancier, l'axe étant également réalisé en un matériau dont la perméabilité magnétique relative est inférieure à 1.01, de densité supérieure à 6.5, et isolant électriquement.
  • L'invention concerne également un mouvement horloger comprenant un balancier conforme à l'invention.
  • L'invention concerne aussi une montre comprenant un mouvement équipé d'un balancier selon l'invention.
    • Description détaillée de l'invention
  • L'invention se rapporte à un balancier qui comporte un axe en matériau amagnétique. L'axe supporte une roue de balancier comprenant une serge et au moins un bras fait d'une seule pièce avec la serge. Les bras s'étendent depuis le moyeu disposé au centre du balancier, et dans lequel l'axe est chassé contre un épaulement. De manière classique, l'axe supporte en outre une virole, destinée à la fixation d'un spiral non représenté.
  • Selon l'invention, la serge est réalisée en un matériau amagnétique, de densité supérieure à 6.5, et isolant électriquement.
  • Par matériau amagnétique, on entend au sens de la présente invention, un matériau dont la perméabilité magnétique relative est inférieure à 1.01.
  • Par matériau isolant électriquement, on entend un matériau qui est faiblement ou très faiblement conducteur électriquement.
  • Selon l'invention, le matériau dans lequel est réalisée la serge présente une conductivité électrique inférieure ou égale à 2.5MS/m, et de préférence, la conductivité électrique est inférieure ou égale à 1.5MS/m. Une telle conductivité électrique permet de limiter l'influence des courants de Foucault et ainsi les dérives de marche lorsque la montre est sous un champ magnétique.
  • Le balancier est réalisé en un matériau choisi parmi les métaux, les alliages métalliques, les céramiques comme l'oxyde d'ytterbium, l'oxyde d'Europium (III), l'oxyde de dysprosium, l'oxyde de cérium (IV) ou l'oxyde de néodyme, les composites céramique-métal ou les métaux durs amagnétiques tels que le carbure de tungstène avec un liant Nickel.
  • Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, le balancier est réalisé à partir d'un alliage qui contient comme constituants principaux du fer, du chrome, du nickel et/ou du cobalt, et présente une structure cristalline cubique face centrées.
  • De manière encore plus préférentielle, le balancier est réalisé en un alliage austénitique choisi parmi l'acier 316L, l'acier 904L, le Phynox ou le MP35N. Bien évidemment, d'autres alliages austénitiques aux propriétés similaires peuvent être utilisés sans difficultés particulières pour l'homme du métier.
  • Un tel alliage austénitique a de préférence une teneur en chrome (Cr) supérieure à 10 %, de préférence supérieure à 15 %.
  • Par exemple, l'alliage utilisé pour la réalisation du balancier est un acier 316L constitué d'un maximum de 0,02 % de carbone (C), d'un maximum de 1 % de silicium (Si), d'un maximum de 2 % de manganèse (Mn), d'un maximum de 0,04% de phosphore (P), au maximum 0,03% de soufre (S), entre 16% et 18% de chrome (Cr), entre 2 et 2,5% de molybdène (Mo), et entre 10,5% et 13% de nickel (Ni).
  • Selon les besoins de l'homme du métier, le balancier est revêtu d'une couche, notamment décorative, par galvanoplastie, dépôt PVD ou CVD.
  • L'invention concerne également un ensemble axe et balancier dans lequel l'axe recevant le balancier est réalisé dans un matériau du même type que le matériau dans lequel est fabriqué le balancier, à savoir un matériau dont la perméabilité magnétique relative est inférieure à 1.01, de densité supérieure à 6.5, et isolant électriquement. On pourrait par exemple monter un balancier en acier 316L sur un axe en acier 904L.
  • L'axe peut être revêtu d'une couche, notamment du NiP ou NiB chimique pour améliorer ses propriétés, notamment sa dureté, sa tenue à l'usure et aux frottements.
  • L'invention concerne également un mouvement horloger et une pièce d'horlogerie équipés d'un balancier conforme à l'invention.

Claims (10)

  1. Balancier (1) comportant un moyeu (2) relié à une serge (3) par au moins un bras (4) caractérisé en ce qu'au moins la serge est réalisée en un matériau dont la perméabilité magnétique relative est inférieure à 1.01, de densité supérieure à 6.5, et isolant électriquement.
  2. Balancier selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau présente une conductivité électrique de préférence inférieure ou égale à 2.5MS/m, et plus préférentiellement inférieure à 1.5MS/m.
  3. Balancier selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le matériau est choisi parmi les métaux, les alliages métalliques, les céramiques, les composites céramique-métal ou les métaux durs amagnétiques.
  4. Balancier selon la revendication 1 à 3, caractérisé en ce que le matériau est réalisé à partir d'un alliage qui contient comme constituants principaux du fer, du chrome, du nickel et/ou du cobalt.
  5. Balancier selon les revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le matériau présente une structure cristalline cubique à faces centrées.
  6. Balancier selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau est un alliage austénitique.
  7. Balancier selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'alliage austénitique a une teneur en chrome supérieure à 10 %, et de préférence supérieure à 15 %.
  8. Balancier selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que l'alliage austénitique est choisi parmi : l'acier 316L, l'acier 904L, le Phynox ou le MP35N.
  9. Ensemble comprenant un balancier selon l'une des revendications 1 à 8 et un axe agencé pour recevoir ledit balancier, l'axe étant également réalisé en un matériau dont la perméabilité magnétique relative est inférieure à 1.01, de densité supérieure à 6.5, et isolant électriquement.
  10. Mouvement comprenant un balancier selon l'une des revendications 1 à 8 et/ou un ensemble selon la revendication 9.
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