EP4535092A1 - Procédé de fabrication d'un balancier pour oscillateur horloger - Google Patents

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EP4535092A1
EP4535092A1 EP24203803.2A EP24203803A EP4535092A1 EP 4535092 A1 EP4535092 A1 EP 4535092A1 EP 24203803 A EP24203803 A EP 24203803A EP 4535092 A1 EP4535092 A1 EP 4535092A1
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EP
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balance
passivation layer
balances
manufacturing
balance wheel
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Inventor
Kilian Eisenegger
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Breitling AG
Original Assignee
Breitling AG
Breitling Montres SA
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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
    • G04B17/063—Balance construction
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D7/00—Measuring, counting, calibrating, testing or regulating apparatus
    • G04D7/08—Measuring, counting, calibrating, testing or regulating apparatus for balance wheels
    • G04D7/082—Measuring, counting, calibrating, testing or regulating apparatus for balance wheels for balancing
    • G04D7/085—Measuring, counting, calibrating, testing or regulating apparatus for balance wheels for balancing by removing material from the balance wheel itself

Definitions

  • the present invention relates to the field of watchmaking. It relates, more particularly, to a method of manufacturing a balance for a watch oscillator, a method of manufacturing a batch of such balances, as well as such a balance as such.
  • the aim of the invention is therefore to provide a timepiece in which the aforementioned defects are at least partially overcome.
  • a passivation layer which can be formed by oxidation, nitriding or carburizing the surface of the balance metal, protects it from tarnishing, but does not provide enough mass to downgrade it, unlike conventional metallization, anodization or similar. Furthermore, the thickness of the passivation layer is very constant from one balance to another. A reclassification of pendulums are therefore not necessary, the increase in inertia being sufficiently negligible and constant to be ignored.
  • said passivation layer is applied by a dry process, such as for example by reacting the surface of the metal of the balance with a gaseous chemical species such as oxygen, nitrogen or a hydrocarbon, where appropriate, in a reactor.
  • a dry process is not to be assimilated to anodization, which is an electrochemical process carried out in a bath of an aqueous solution, and which serves to create oxide layers having a thickness of the order of several micrometers to several tens of micrometers.
  • a passivation layer which can be formed by oxidation, nitriding or carburizing, of the surface of the balance metal, protects the latter against tarnishing but does not provide enough mass to downgrade it, unlike conventional metallization, anodization or similar. Furthermore, the thickness of the passivation layer is very constant from one balance wheel to another. Reclassification of the balance wheels is therefore not necessary, the increase in inertia being sufficiently negligible and constant to be ignored.
  • said passivation layer is applied by a dry method, such as for example by reacting the surface of the metal of the balance with a gaseous chemical species such as oxygen, nitrogen or a hydrocarbon, where appropriate, in a reactor.
  • a gaseous chemical species such as oxygen, nitrogen or a hydrocarbon, where appropriate, in a reactor.
  • the invention also relates to a balance for a watch oscillator, typically a balance-spring oscillator.
  • This balance comprises a metal body provided with a passivation layer, typically a layer of oxide, nitride or carbide, on at least part of the surface of said balance, this passivation layer having a thickness of less than 5nm.
  • This balance wheel can be assembled with a return spring of any known type to form an oscillator, such as a balance-spring oscillator, which can be integrated into a watch movement of a timepiece.
  • FIG. 1 illustrates a balance 1 according to the invention.
  • the shape of the balance 1 is not limited to a particular configuration, and therefore encompasses any known shape, typically of the screwless and/or weightless type.
  • the non-limiting shape illustrated comprises, in a conventional manner, a conventional rim 3 connected to a hub 5 by a plurality of arms 7 of any suitable shape.
  • the balance 1 is a single-piece construction, but multi-piece constructions are also possible.
  • the balance 1 is, of course, intended to be part of a clockwork oscillator in combination with a return spring of any known form, typically a hairspring.
  • the balance wheel 1 is mounted so as to rotate with an axle 8 of any known shape, provided with pivots 11 at its two ends.
  • a balance wheel plate (not shown) carrying a pin 15 for cooperation with an escapement anchor (not shown) is also provided, so as to rotate with the axle 9, this plate being able to be a separate element or integrated with either the hub 5 or the axle 9.
  • the body of said balance 1, or, in the case of a multi-piece construction at least the rim 3 of said balance, is made of metal, typically of Maillechort alloy (an alloy of 50% copper, 30% zinc and 20% nickel, by weight), copper-beryllium alloy, or Declafor alloy (a copper-nickel-tin alloy typically comprising 7.5% nickel and 5% tin, as well as up to 0.3% manganese, by weight).
  • Maillechort alloy an alloy of 50% copper, 30% zinc and 20% nickel, by weight
  • copper-beryllium alloy copper-beryllium alloy
  • Declafor alloy a copper-nickel-tin alloy typically comprising 7.5% nickel and 5% tin, as well as up to 0.3% manganese, by weight.
  • the Declafor alloy is preferred.
  • a passivation layer 17 having a thickness of less than 5nm, preferably less than 3nm, more preferably less than 2nm.
  • the balance wheel material is protected against tarnishing by gilding or other electrolytic deposition of a suitable metal.
  • This metallic coating can also improve the aesthetic appearance of the balance wheel, particularly in the case of gilding.
  • the thickness of such a layer is of the order of a few microns, which increases the inertia of the balance 1 and is therefore detrimental to classification according to the Omegametric or similar process, as will be discussed in more detail below.
  • the variation in the thickness of the metal layer can be significant among the balances 1 of a production batch.
  • a passivation layer 17 is typically created by dry oxidation, carburization, or nitriding of the surface, i.e., by reacting the surface with oxygen, with a hydrocarbon, or with nitrogen (respectively) in a reactor.
  • the reaction is typically carried out at high temperature and reduced pressure (compared to ambient pressure), in order to provide a layer with a thickness of up to a few nanometers, in a well-controllable manner.
  • such a passivation layer 17 has a thickness which is negligible, and is significantly more constant from one balance 1 to another compared to a gilding, to another electrolytic deposition, or to an anodic deposition, and in addition, the increase in inertia is negligible in view of the fact that the chemical species added to the surface is relatively light, and that the quantity added is extremely small.
  • a classification of the balances and/or a classification by removal of material with sub-class precision carried out before the passivation step thus remains valid after passivation, and no reclassification is therefore necessary.
  • At least the rim 3 is first machined from metal, such as Maillechort, CuBe, Declafor or similar, as mentioned above.
  • the weight or inertia of balance 1, with or without axis is measured by Omegametric classification or similar, in order to assign a class to balance 1.
  • a classification of balances 1 groups them into inertia ranges called "classes" which each correspond to a rate difference of 150 seconds per day of the oscillator in which balance 1 is integrated.
  • a removal of material from the balance 1 is carried out, if necessary, in order to put it into inertia with sub-class precision, that is to say so that it fits into an inertia slice having a width corresponding to less than 150 seconds per day, typically 50 seconds per day.
  • This removal of material can be carried out by thicknessing by bar turning, laser machining or similar.
  • a passivation layer 17 is applied to the surface of at least a portion of the balance wheel 1, as described above.
  • the balance wheel can subsequently be mounted on its axis 9.
  • balances 1 With respect to the manufacture of a batch of such balances 1, a plurality of balances 1 are machined from metal, the measurement of the weight and/or the inertia is made on all of the balances 1, and they are classified in a conventional manner. The removal of material for inertia setting with sub-class precision is carried out on at least some of said balances 1, if not on all of said balances 1, in order to obtain even narrower classes, typically of 50 seconds per day each.
  • each balance wheel 1 is subjected to the passivation treatment as described above.

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Abstract

Procédé de fabrication d'un balancier (1) pour oscillateur horloger, comprenant les étapes de :- usinage dudit balancier (1) en métal ;- mesure du poids et/ou de l'inertie dudit balancier (1) ;- facultativement, mise en classe par enlèvement de matière dudit balancier (1) ;- application d'une couche de passivation (17) sur au moins une partie de la surface dudit balancier (1), ladite couche de passivation (17) ayant une épaisseur inférieure à 5nm, de préférence inférieure à 3nm, encore de préférence inférieure à 2nm.

Description

    Domaine technique
  • La présente invention se rapporte au domaine de l'horlogerie. Elle concerne, plus particulièrement, un procédé de fabrication d'un balancier pour oscillateur horloger, un procédé de fabrication d'un lot de tels balanciers, ainsi qu'un tel balancier en tant que tel.
    • Etat de la technique
  • La manière traditionnelle de mettre un balancier métallique en inertie, afin de contribuer à obtenir une fréquence de battement souhaitée pour l'oscillateur dans lequel ledit balancier est intégré, comporte les étapes de :
    1. 1. Usinage des balanciers en métal, tel que le Maillechort, CuBe, Declafor ou similaire ;
    2. 2. Mesure du poids ou de l'inertie du balancier, avec ou sans axe, par classement Omegametric ou similaire, afin de diviser les balanciers par classes d'inertie et ainsi de permettre un appairage par classes avec des spiraux classés par raideur. Typiquement, chaque classe correspond à 150 secondes de marche par jour pour l'oscillateur assemblé ;
    3. 3. Enlèvement de matière du balancier pour les balanciers qui le nécessitent pour la mise en inertie, afin de pouvoir fabriquer des balanciers avec une précision sous-classe, c'est-à-dire ayant une variation correspondant à moins de 150 secondes par jour de marche, comme par exemple 50 secondes par jour ;
    4. 4. Application d'une couche de protection, typiquement un dorage, un autre revêtement galvanique, un dépôt de carbone synthétique ou similaire ;
    5. 5. Reclassement avec une dispersion de travail comme en point 3, puisque l'application de la couche de protection augmente l'épaisseur des balanciers suffisamment pour les déclasser.
  • Ce reclassement est chronophage, et son élimination est souhaitable tout en gardant une précision de classement et sans nuire à la résistance au ternissement du balancier.
  • Le but de l'invention est par conséquent de proposer une pièce d'horlogerie dans laquelle les défauts susmentionnés sont au moins partiellement surmontés.
    • Divulguation de l'invention
  • De façon plus précise, l'invention concerne un procédé de fabrication d'un balancier pour oscillateur horloger, typiquement un oscillateur balancier-spiral. Ce procédé comprend les étapes suivantes :
    • usinage dudit balancier en métal, tel qu'en alliage Maillechort (un alliage de 50% de cuivre, 30% de zinc et 20% de nickel, par poids), alliage cuivre-béryllium, ou alliage Declafor (un alliage cuivre-nickel-étain comprenant typiquement 7,5% de nickel et 5% d'étain, ainsi que jusqu'à 0.3% de manganèse, par poids) ; puis
    • mesure du poids et/ou de l'inertie dudit balancier, par exemple par l'intermédiaire d'un appareil Omegametric ou similaire ; puis
    • facultativement, mise en classe par enlèvement de matière dudit balancier, par exemple par diamantage, mise en épaisseur ou ajout de trous sur l'extérieur ou le dessous du balancier ; puis
    • application d'une couche de passivation, tel qu'une couche d'oxyde, nitrure ou carbure, ayant une épaisseur inférieure à 5nm, de préférence inférieure à 3nm, encore de préférence inférieure à 2nm, sur au moins une partie de la surface dudit balancier, de préférence sur l'ensemble de la surface de la serge dudit balancier, encore de préférence sur l'ensemble de la surface du métal dudit balancier.
  • Une couche de passivation, qui peut être formée par une oxydation, une nitruration ou une carburation de la surface du métal du balancier, protège ce dernier contre un ternissement, mais n'apporte pas suffisamment de masse pour le déclasser, et ce contrairement à une métallisation classique, une anodisation ou similaire. Pour le surplus, l'épaisseur de la couche de passivation est très constante d'un balancier à l'autre. Un reclassement des balanciers n'est donc pas nécessaire, l'augmentation d'inertie étant suffisamment négligeable et constante pour être ignorée.
  • Avantageusement, ladite couche de passivation est appliquée par voie sèche, comme par exemple en faisant réagir la surface du métal du balancier avec une espèce chimique gazeuse telle que de l'oxygène, l'azote ou un hydrocarbure, le cas échéant, dans un réacteur. Un tel procédé par voie sèche n'est pas à assimiler à une anodisation, qui est un procédé électrochimique effectuée dans un bain d'une solution aqueuse, et qui sert à créer des couches d'oxyde ayant une épaisseur de l'ordre de plusieurs micromètres à plusieurs dizaines de micromètres.
  • L'invention porte également sur un procédé de fabrication d'un lot de balanciers pour oscillateurs horlogers, typiquement des oscillateurs balancier-spiral. Ce procédé comprend les étapes de :
    • usinage d'une pluralité de balanciers en métal, tel qu'un alliage Maillechort (un alliage de 50% de cuivre, 30% de zinc et 20% de nickel, par poids), alliage cuivre-béryllium, ou alliage Declafor (un alliage cuivre-nickel-étain comprenant typiquement 7,5% de nickel et 5% d'étain, ainsi que jusqu'à 0.3% de manganèse, par poids) ; puis
    • mesure du poids et/ou de l'inertie desdits balanciers, par exemple par l'intermédiaire d'un appareil Omegametric ou similaire ; puis
    • classement desdits balanciers selon poids et/ou l'inertie, typiquement selon des classes correspondant à 150 secondes de marche par jour ; puis
    • mise en classe par enlèvement de matière d'au moins certains desdits balanciers, typiquement de l'ensemble desdits balanciers, cet enlèvement de matière étant typiquement par exemple par diamantage, mise en épaisseur ou ajout de trous sur l'extérieur ou le dessous du balancier ; puis
    • application d'une couche de passivation, telle qu'un oxyde, nitrure ou carbure, ayant une épaisseur inférieure à 5nm, sur au moins une partie de la surface desdites balanciers, de préférence sur l'ensemble de la surface du métal desdits balanciers.
  • Comme mentionné ci-dessus, une couche de passivation, qui peut être formée par une oxydation, une nitruration ou une carburation, de la surface du métal du balancier, protège ce dernier contre un ternissement mais n'apporte pas suffisamment de masse pour le déclasser, et ce contrairement à une métallisation classique, une anodisation ou similaire. Pour le surplus, l'épaisseur de la couche de passivation est très constante d'un balancier à l'autre. Un reclassement des balanciers n'est donc pas nécessaire, l'augmentation d'inertie étant suffisamment négligeable et constante pour être ignorée.
  • Avantageusement, ladite couche de passivation est appliquée par voie sèche, comme par exemple en faisant réagir la surface du métal du balancier avec une espèce chimique gazeuse telle que de l'oxygène, l'azote ou un hydrocarbure, le cas échéant, dans un réacteur.
  • L'invention porte également sur un balancier pour oscillateur horloger, typiquement un oscillateur balancier-spiral. Ce balancier comporte un corps en métal muni d'une couche de passivation, typiquement une couche d'oxyde, de nitrure ou de carbure, sur au moins une partie de la surface dudit balancier, cette couche de passivation ayant une épaisseur inférieure à 5nm.
  • Ce balancier peut être assemblé avec un ressort de rappel de tout type connu pour former un oscillateur, comme par exemple un oscillateur balancier-spiral, qui peut être intégré dans un mouvement horloger d'une pièce d'horlogerie.
    • Brève description des dessins
  • D'autres détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence au dessin annexé dans lequel :
    • Fig. 1 est une vue schématique en coupe d'un balancier selon l'invention.
    Modes de réalisation de l'invention
  • La figure 1 illustre un balancier 1 selon l'invention. La forme du balancier 1 n'est pas limitée à une configuration particulière, et englobe par conséquent toute forme connue, typiquement du type sans vis et/ou sans masselottes. Cependant, la forme non-limitative illustrée comporte, de façon classique, une serge 3 conventionnelle reliée à un moyeu 5 par une pluralité de bras 7 de n'importe quelle forme convenable. Typiquement, le balancier 1 est monobloc, mais des constructions multi-pièces sont également possibles. Le balancier 1 est, bien entendu, destiné à faire partie d'un oscillateur horloger en combinaison avec un ressort de rappel de n'importe quelle forme connue, typiquement un ressort spiral.
  • Le balancier 1 est monté solidaire en rotation d'un axe 8 de n'importe quelle forme connue, muni de pivots 11 à ses deux extrémités. Un plateau de balancier (non illustré) portant une cheville 15 pour la coopération avec une ancre d'échappement (non illustrée) est également prévu, solidaire en rotation de l'axe 9, ce plateau pouvant être un élément distinct ou intégré à l'un ou l'autre du moyeu 5 ou de l'axe 9.
  • Le corps dudit balancier 1, ou, dans le cas d'une construction à plusieurs pièces au moins la serge 3 dudit balancier, est fait en métal, typiquement en alliage Maillechort (un alliage de 50% de cuivre, 30% de zinc et 20% de nickel, par poids), alliage cuivre-béryllium, ou alliage Declafor (un alliage cuivre-nickel-étain comprenant typiquement 7,5% de nickel et 5% d'étain, ainsi que jusqu'à 0.3% de manganèse, par poids). Pour la présente invention, l'alliage Declafor est préféré.
  • Sur la surface d'au moins la serge 3 dudit balancier 1, de préférence sur la surface de la totalité dudit balancier 1, est prévue une couche de passivation 17 ayant une épaisseur inférieure à 5nm, de préférence inférieure à 3nm, encore de préférence inférieure à 2nm.
  • Traditionnellement, le matériau du balancier est protégé contre un ternissement par un dorage ou par un autre dépôt électrolytique d'un métal convenable. Cette couche métallique peut en outre améliorer l'apparence esthétique du balancier, notamment dans le cas d'un dorage.
  • Cependant, l'épaisseur d'une telle couche est de l'ordre de quelques microns, ce qui augmente l'inertie du balancier 1 et est donc néfaste pour le classement selon le procédé Omegametric ou similaire, comme sera discuté plus en détails ci-dessous. Pour le surplus, la variation de l'épaisseur de la couche métallique peut être significative parmi les balanciers 1 d'un lot de production.
  • Une couche de passivation 17 est typiquement créée par une oxydation, carburation, ou nitruration de la surface par voie sèche, c'est-à-dire en faisant réagir la surface avec de l'oxygène, avec un hydrocarbone, ou avec de l'azote (respectivement) dans un réacteur. La réaction est typiquement effectuée à une température élevée et une pression réduite (par rapport à la pression ambiante), afin de fournir une couche ayant une épaisseur jusqu'à quelques nanomètres, de façon bien maîtrisable.
  • Sur un lot de fabrication, une telle couche de passivation 17 présente une épaisseur qui est négligeable, et est significativement plus constante d'un balancier 1 à un autre par rapport à un dorage, à un autre dépôt électrolytique, ou bien à un dépôt anodique, et en plus, l'augmentation de l'inertie est négligeable au vu du fait que l'espèce chimique rajoutée à la surface est relativement légère, et que la quantité rajoutée est extrêmement faible. Un classement des balanciers et/ou une mise en classe par enlèvement de matériau avec une précision sous-classe effectué(e) avant l'étape de passivation reste ainsi valable après passivation, et aucun reclassement n'est donc nécessaire.
  • L'utilisation d'une telle couche de passivation 17 permet ainsi de fabriquer des balanciers 1 qui sont exemptes de couche métallique déposée sur la surface, tout en évitant un ternissement et sans risquer de subir un déclassement engendré par un tel dépôt de métal.
  • Afin de fabriquer un tel balancier 1, on usine d'abord au moins la serge 3 en métal, tel que le Maillechort, CuBe, Declafor ou similaire, comme mentionné ci-dessus.
  • Subséquemment, on mesure le poids ou l'inertie du balancier 1, avec ou sans axe, par classement Omegametric ou similaire, afin d'attribuer une classe au balancier 1. Typiquement, un classement de balanciers 1 les regroupe par tranches d'inertie appelées « classes » qui correspondent chacun à une différence de marche de 150 secondes par jour de l'oscillateur dans lequel le balancier 1 est intégré.
  • Puis, un enlèvement de matière du balancier 1 est effectué, si nécessaire, afin de le mettre en inertie avec une précision sous-classe, c'est-à-dire pour qu'il rentre dans une tranche d'inertie ayant une largeur correspondant à moins de 150 secondes par jour, typiquement 50 secondes par jour. Cet enlèvement de matière peut être effectuée par une mise en épaisseur par décolletage, usinage par laser ou similaire.
  • Finalement, une couche de passivation 17 est appliquée à la surface d'au moins une partie du balancier 1, comme décrit ci-dessus.
  • Le balancier peut subséquemment être monté sur son axe 9.
  • En ce qui concerne la fabrication d'un lot de tels balanciers 1, une pluralité de balanciers 1 est usinée en métal, la mesure du poids et/ou de l'inertie est faite sur l'ensemble des balanciers 1, et ils sont classés de façon conventionnelle. L'enlèvement de matière pour la mise en inertie avec une précision sous-classe est effectuée sur au moins certains desdits balanciers 1, sinon sur l'ensemble desdits balanciers 1, afin d'obtenir des classes encore plus étroites, typiquement de 50 secondes par jour chacun.
  • Puis, chaque balancier 1 est soumis au traitement de passivation comme décrit ci-dessus.
  • D'autres étapes connues, comme par exemple un ébavurage, un polissage ou similaire, peuvent également être effectuées selon les besoins du fabricant.
  • Bien que l'invention ait été décrite en référence à des modes de réalisation particuliers, des variations sont possibles sans sortir du cadre de l'invention comme défini par les revendications annexées.

Claims (11)

  1. Procédé de fabrication d'un balancier (1) pour oscillateur horloger, comprenant les étapes de :
    - usinage dudit balancier (1) en métal ;
    - mesure du poids et/ou de l'inertie dudit balancier (1) ;
    - facultativement, mise en classe par enlèvement de matière dudit balancier (1) ;
    - application d'une couche de passivation (17) sur au moins une partie de la surface dudit balancier (1), ladite couche de passivation (17) ayant une épaisseur inférieure à 5nm, de préférence inférieure à 3nm, encore de préférence inférieure à 2nm.
  2. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ladite couche de passivation (17) est appliquée par voie sèche.
  3. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ladite couche de passivation (17) est appliquée par une oxydation, une nitruration ou une carburation.
  4. Procédé de fabrication d'un lot de balanciers (1) pour oscillateurs horlogers, comprenant les étapes de :
    - usinage d'une pluralité de balanciers (1) en métal ;
    - mesure du poids et/ou de l'inertie desdits balanciers (1) ;
    - classement desdits balanciers (1) selon poids et/ou l'inertie ;
    - mise en classe par enlèvement de matière d'au moins certains desdits balanciers (1) ;
    - application d'une couche de passivation (17) sur au moins une partie de la surface desdits balanciers, ladite couche de passivation (17) ayant une épaisseur inférieure à 5nm.
  5. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ladite couche de passivation (17) est appliquée par voie sèche.
  6. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel ladite couche de passivation (17) est appliquée par une oxydation, une nitruration ou une carburation.
  7. Balancier (1) pour oscillateur horloger, comprenant un corps en métal muni d'une couche de passivation (17) sur au moins une partie de sa surface, ladite couche de passivation (17) ayant une épaisseur inférieure à 5nm .
  8. Balancier (1) selon la revendication précédente, pour lequel ladite couche de passivation (17) est une couche d'oxyde, de nitrure ou de carbure.
  9. Oscillateur pour mouvement horloger comportant un balancier (1) selon l'une des revendications 7 et 8 ;
  10. Mouvement horloger comportant un oscillateur selon la revendication 9.
  11. Pièce d'horlogerie comprenant un oscillateur selon la revendication 10.
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