FR2992744A1 - Procede pour fabriquer un spiral d'un mouvement d'horlogerie - Google Patents

Abstract

Procédé pour fabriquer un spiral d'un mouvement d'horlogerie, comprenant : - une étape pour produire un élément malléable à partir d'un premier matériau apte à guider de la lumière, - une étape pour conformer ledit élément malléable de façon à réaliser une forme spiralée, et - une étape pour traiter ladite forme spiralée ainsi réalisée de façon à obtenir un spiral procurant à la fois une fonction d'oscillateur mécanique dans un ensemble spiral-balancier et une fonction de guide optique.

Description

« Procédé pour fabriquer un spiral d'un mouvement d'horlogerie » La présente invention concerne un procédé pour fabriquer un spiral d'un mouvement d'horlogerie, présentant outre sa fonction première d'oscillateur mécanique une fonction de guide optique. Les procédés actuels de fabrication de spiral mettent en oeuvre des techniques de lamination d'alliages métalliques. Ces procédés de fabrication ne sont pas du tout adaptés pour traiter des matériaux aptes à guider de la lumière. Le document EP 584994 B1 (Nivarox-FAR) divulgue une virole sans déformation du rayon de fixation du spiral, dont la forme particulière permet de ne pas avoir de changement de rayon de fixation du spiral après chassage. Le document CH 698081 B1 (Patek Philippe SA) divulgue un spiral formé d'un seul tenant avec une virole, qui est rattaché à une structure de rigidification de cette virole en un point sensiblement fixe lors du chassage de l'ensemble virole-spiral sur l'arbre du balancier-spiral.

Un but de la présente invention est de proposer un nouveau procédé de fabrication permettant de réaliser des spiraux procurant un guidage optique de la lumière. Ce but est atteint avec un procédé pour fabriquer un spiral d'un mouvement d'horlogerie, comprenant une étape pour produire un élément malléable à partir d'un premier matériau apte à guider de la lumière, une étape pour conformer ledit élément malléable de façon à réaliser une forme spiralée, et une étape pour traiter ladite forme spiralée ainsi réalisée de façon à obtenir un spiral procurant à la fois une fonction d'oscillateur mécanique dans un ensemble spiral-balancier et une fonction de guide optique.

Dans une forme particulière de l'invention, l'étape de production comprend une étape pour associer au premier matériau un second matériau présentant des propriétés physiques adaptées pour procurer à l'élément allongé et malléable des performances mécaniques compatibles avec la fonction d'oscillateur mécanique. Dans une première option, l'étape de production comprend une étape pour produire par étirement une fibre ou un ruban à partir d'un matériau en fusion. L'étape de production peut alors comprendre une étape pour préformer l'élément allongé et malléable. L'étape de conformation peut en outre comprendre une étape pour enrouler l'élément allongé et malléable autour d'une pièce de conformation montée en rotation.

Dans une seconde option, dans laquelle l'élément malléable est porté à fusion, l'étape de conformation comprend une étape pour couler ledit élément malléable en fusion dans une première partie de moule ayant une partie creuse configurée selon une forme spiralée, et une étape pour placer une seconde partie de moule contre ladite première partie de moule.

L'étape de conformation peut alors comprendre en outre, préalablement à l'étape de coulage, une étape pour disposer dans la partie creuse de la première partie de moule un matériau de revêtement tel que du DLC (« Diamand-Like Carbon »). L'étape de conformation peut aussi comprendre une étape pour déposer l'élément malléable sur un spiral métallique déjà conformé.

Le premier matériau apte à guider de la lumière peut être réalisé à base de silice ou encore comprendre un matériau plastique refaçonna ble à chaud comme du verre. On comprendra mieux la présente invention à travers une description détaillée de divers modes de réalisation en référence aux figures suivantes : Les figures 1 à 4 illustrent plusieurs formes de spiral réalisables selon l'invention, respectivement planes (spiral dit d'Archimède), cylindrique, conique et quasi-sphériques ; - La figure 5 illustre une mise en oeuvre d'un système de contrôle in-situ selon l'invention ; - La figure 6 représente en éclaté des composants d'un mouvement d'horlogerie concernés par une utilisation d'un système de contrôle in-situ selon l'invention ; - La figure 6A illustre une mise en oeuvre particulière du système de contrôle in-situ selon l'invention ; La figure 7 illustre un exemple d'un exemple de réalisation d'un spiral à guidage optique selon l'invention, mettant en oeuvre un oeuvre un procédé de coulage ; La figure 8 illustre un spiral à guidage optique selon l'invention présentant une section rectangulaire ; - La figure 9 représente le spiral de la figure 8 dont l'extrémité extérieure a fait l'objet d'une opération de cintrage a posteriori ; La figure 10 représente schématiquement des étape de réalisation d'un spiral selon l'invention pourvu d'un revêtement DLC ; La figure 11 illustre différentes configurations de spiraux selon l'invention ; La figure 12 représente schématiquement un premier exemple de procédé de fabrication selon l'invention, mettant en oeuvre une tour de fibrage et une fusée ; La figure 13 représente schématiquement un second exemple de procédé de fabrication selon l'invention, avec tour de fibrage et fusée ; La figure 14 illustre une préforme rectangulaire utilisée dans le procédé de fabrication illustré par la figure 13 ; - La figure 15 illustre schématiquement une forme spiralée telle qu'obtenue à partir de l'un des procédés de fabrication mettant en oeuvre une fusée ; - La figure 16 illustre schématiquement un processus d'aplatissement de cette forme spiralée ; - La figure 17 représente un stade particulier de mise en forme du spiral à guidage optique ainsi obtenu ; La figure 18 illustre des exemples de préforme pour les fibres optiques constituant un spiral selon l'invention ; Les figures 19 à 22 illustrent des exemples d'outillages pouvant être mis en oeuvre pour la réalisation de fibres conformées destinées à constituer un spiral selon l'invention ; - La figure 23 illustre schématiquement un autre exemple de procédé de fabrication selon l'invention, mettant en oeuvre une préforme à trajectoire excentrique ; et La figure 24 représente la trajectoire de la préforme mise en oeuvre dans le procédé de la figure 23.

On va maintenant décrire, en référence aux figures précitées, des exemples de réalisation de procédés de fabrication de spiraux à guidage optique selon l'invention. On peut réaliser, en référence aux figures 1 à 1, plusieurs spiraux de formes différentes en mettant en oeuvre le procédé de fabrication selon l'invention. Ainsi, en référence à la figure 1, le procédé selon l'invention peut permettre la réalisation d'un spiral dit d'Archimède 1 à partir d'un ruban 1A réalisé dans un matériau présentant à la fois des propriétés mécaniques appropriées pour un oscillateur mécanique et des propriétés optiques procurant une fonction de guidage de la lumière. Il est également possible de réaliser un spiral 2 de forme hélicoïdale ou cylindrique, en référence à la figure 3. Ce spiral peut aussi être de forme conique (3, figure 3) ou quasi sphérique avec une ou plusieurs lames (4, figure 4). En référence à la figure 6, le spiral 1 à fonction optique peut être intégré dans le mouvement d'une montre 5 pourvue sur le bord extérieur 51 de son boîtier d'un hublot 50 en matériau transparent auquel est fixée en interne une fibre optique reliée à l'extrémité extérieure du spiral 1. Un dispositif portable à la main 6, ayant par exemple la forme d'un stylo, est prévu (i) pour injecter depuis son extrémité un faisceau lumineux dans le spiral 1 via le hublot 50 et la fibre optique interne au sein du mouvement et (ii) pour recevoir un faisceau lumineux renvoyé par le spiral 1. Si la montre 5 est du type « squelette » ou est configurée de sorte que le spiral 1 est visible de l'extérieur de la montre, une action de commande sur le dispositif portable 6 a pour effet de produire un effet lumineux 1' induit par la lumière diffusant du spiral 1. La fibre optique mise en oeuvre dans la montre 5 peut être une nano-fibre, par exemple d'un diamètre de 30 à 50 nm, qui peut être réalisé par l'un des procédés actuellement disponibles dans l'industrie des fibres optiques ou dans les centres de recherche équipés de tours de fibrage adaptées pour la réalisation de nano-fibres. Des méthodes de type PCVD, MCVD, DRIE ou de micro-usinage chimique anisotrope peuvent être envisagées pour la réalisation de ces fibres. Le dispositif portable 6 peut aussi être configuré pour permettre, sur un mouvement d'horlogerie directement accessible- par exemple extrait du boitier de la montre ou sur une ligne de fabrication ou en maintenance-, un contrôle in-situ des performances dynamiques du spiral 1 et un réglage de l'ensemble spiral-balancier 53 par action sur une vis de réglage 52 au niveau de la raquetterie 51 supportant la virole 54 de l'ensemble spiral-balancier 53, comme l'illustrent les figures 6 et 6A. L'extrémité active du dispositif portable 6 est alors posée au niveau de la virole de sorte que le faisceau lumineux émis par le dispositif portable 6 est injecté, via un guide optique (non représenté) ménagé au sein de l'arbre de l'ensemble spiral-balancier 53, dans l'extrémité intérieure du spiral 1 fixée à l'arbre. La lumière est alors guidée à l'intérieur du ruban du spiral 1 et illumine des zones optiquement actives 1B et l'extrémité externe 1A du spiral 1. Si le ruban du spiral 1 a été traité pour limiter la diffusion de lumière à travers ses parois latérales, les zones optiquement actives 1B peuvent alors être des zones non traitées et donc diffusantes.

La fonction optique du spiral 1 associé au dispositif portable de contrôle/réglage 6 permet d'utiliser des techniques de stroboscopie ou d'interférence pour contrôler la fréquence propre de l'ensemble spiral-balancier 53 et les éventuelles dérives de fréquence. Le dispositif portable 6 peut par exemple être pourvu sur sa paroi de stries ou d'anneaux faisant fonction d'indicateurs lumineux de contrôle de fréquence. Ces stries ou anneaux procurent alors une fonction de graduation lumineuse permettant un réglage optique de l'isochronie. On peut aussi prévoir que le spiral 1 ait été pourvu lors de sa fabrication de zones de contrôle de caractéristiques optiques distinctes de celles du corps principal du ruban spiralé et que ces zones de contrôle soient activées sélectivement en fonction de la fréquence effective d'oscillation, procurant ainsi des indications sur les dérives de fréquence. Le dispositif portable 6 peut avoir une extrémité présentant une double fonction d'émetteur/récepteur optique et de tournevis de précision pour régler la raquetterie. Il est à noter que la présente invention peut bénéficier des travaux les plus avancés dans le domaine des fibres optiques intégrant de l'électronique, en référence par exemple à l'article « la fibre optique devient électronique » de Jean-Pierre Vernay, publié le 04 mai 2006 dans la revue « L'Usine Nouvelle » n° 3008. En particulier, on peut envisager l'utilisation d'une fibre microstructurée. La structure d'une telle fibre est constituée d'un coeur en verre entouré de capillaires creux. Des éléments semi- conducteurs en silicium ou germanium aptes à réaliser des fonctions électroniques désirées ont déjà été implantées dans de telles fibres micro-structurées.

Le faisceau lumineux produit par le dispositif portable de contrôle 6 peut être émis par une diode laser ou une diode électroluminescente dont les caractéristiques optiques ont été choisies en fonction du type de mesure que l'on souhaite mettre en oeuvre. On va maintenant décrire plusieurs exemples de réalisation pratique du procédé de fabrication selon l'invention. En référence à la figure 7, on prévoit un moule en deux parties 7A, 7B pourvues de plots et de parties creuses en correspondance, adapté pour des process de type « wafer ». La partie de moule inférieure 7B présente un sillon de forme spiralée adapté pour recevoir un élément malléable préalablement produit sous la forme d'un ruban ou d'une fibre 10. Ce moule est prévu pour être disposé dans un four ou être lui-même équipé de moyens de chauffage intégrés. Il est ainsi possible de conformer le ruban ou la fibre en le soumettant à des conditions de température et de pression adaptées jusqu'à obtenir un spiral conformé 1 à double fonction mécanique et optique. En référence à la figure 8, le procédé de fabrication selon l'invention est adapté pour la réalisation de spiraux à partir d'une fibre optique 8 de section rectangulaire 80 qui peut avoir été obtenue à partir de techniques conventionnelles de fibrage mais en y ajoutant un préformage au moyen d'une filière rectangulaire au sein de la tour de fibrage. Au moyen du moule représentée en figure 7 et en référence à la figure 9, il est possible d'obtenir un cintrage adapté 81 de l'extrémité externe du spiral. Le procédé de fabrication selon l'invention peut prendre en compte des combinaisons de matériaux pour obtenir les performances mécaniques attendues d'un spiral pour un mouvement d'horlogerie. Ainsi, en référence à la figure 10, l'étape de conformation peut inclure une séquence 100a d'apposition d'une fibre optique 100 de section rectangulaire - portée à une température la rendant malléable- sur une semelle spiralée réalisée dans un matériau du type DLC (« Diamond-Like Carbon »). La fibre optique 100 est ensuite collée (100b) sur la semelle en DLC au moyen d'un adhésif adapté 102 ou par thermocollage. On peut aussi prévoir (100c) que l'ensemble de la fibre 100 bénéficie d'un revêtement 103 en DLC d'une épaisseur de 10nm, de façon à atteindre les performances mécaniques requises tout en contrôlant la diffusion lumineuse sur les parois latérales de la fibre. La réalisation d'un spiral « hybride », combinant un matériau à fonction dominante optique et un matériau à fonction dominante mécanique, entre pleinement dans le champ d'application du procédé de fabrication selon l'invention. Ainsi, en référence à la figure 11, on peut prévoir, dans le cadre de l'étape de conformation, différents assemblages de rubans spiralés préalablement réalisés avec l'un ou l'autre de ces matériaux « optique » ou « mécanique ». On peut, à titre d'exemples non limitatifs, réaliser une superposition d'un ruban «optique » 12A et d'un ruban « mécanique » 11a, ou réaliser un emboîtage d'un ruban « optique » 12a - présentant sur sa face inférieure une rainure- sur un ruban « mécanique » 11b présentant sur sa face supérieure une partie mâle adaptée pour intégrer la rainure du ruban 12b. On peut aussi prévoir la disposition inverse dans laquelle c'est le ruban « optique » 12c qui dispose d'une partie mâle qui est insérée dans une rainure ménagée sur la face supérieure du ruban « mécanique » 11c. Il est à noter que les rubans « optique » et « mécanique » peuvent être indifféremment situés en dessous ou dessus, dans la mesure où l'on attend d'une montre qu'elle puisse fonctionner dans n'importe quelle configuration spatiale. Avec ce concept de spiral hybride, on peut ainsi dépasser les limites intrinsèques des fibres ou rubans optiques en termes de performance mécanique en les associant à des spiraux réalisés dans des matériaux à base d'alliage venant pallier les déficiences mécaniques des fibres ou rubans optiques. Il s'agit alors de combiner des matériaux présentant des modules d'Young sensiblement différents : acier ressorts : 220GPa, silice SiO2 : 107GPa, verre : 67GPa. On peut par ailleurs, lors de l'étape de production des éléments allongés et malléables, prévoir un préformage adapté pour procurer aux rubans optiques toutes sortes de formes de section par exemple une forme avec des faces latérales concaves 110.

On va maintenant décrire plus en détail, en référence aux figures 12 à 17, des modes particuliers de mise en oeuvre du procédé de fabrication selon l'invention, dans lesquelles le spiral est obtenu par enroulement sur un outil de conformation de forme sensiblement tronconique. Il est à noter que la forme de cet outil est directement inspirée des fusées utilisées dans l'horlogerie. L'outil de conformation peut par exemple être réalisé dans un matériau céramique, en Nickel Alloy B, 800,825 ou encore enHastelloy C22 qui a une température de fusion de 1399 °C, ce qui peut permettre d'intégrer l'outil de conformation dans un four. En référence à la figure 12, le système de fabrication 12 comprend une tour de fibrage 120 - qui peut présenter typiquement des dimensions de l'ordre de la dizaine de centimètres, bien différentes de celles rencontrées dans les tours de fibrage utilisées pour produire des fibres optiques pour les télécommunications - prévue pour produire une fibre 121, qui est amenée verticalement sur un dispositif de conformation 122 présentant outil mobile en rotation selon un axe vertical et présentant une configuration tronconique spiralée. La fibre 121 est tirée de la tour de fibrage 120 par un dispositif de tirage (non représenté) et guidée pour s'enrouler autour de l'outil de conformation et réaliser une forme spiralée tridimensionnelle 10.0n peut aussi prévoir, en référence à la figure 13, une configuration du système de fabrication dans laquelle l'outil de conformation présente un axe horizontal d'enroulement. Il est à noter que la tour de fibrage peut être pourvue en sortie d'une fente de préformage rectangulaire adaptée pour produire un ruban 14 de matériau optique malléable à ce stade de la fabrication.

Le ruban conformé après enroulement 15 est alors dissocié de l'outil de conformation et encore malléable, en référence à la figure 15 et est ensuite soumis, en référence aux figures 16 et 17, à une pression verticale progressive par un mécanisme de pression (non représenté) pour aboutir à un spiral de forme appropriée pour être intégré dans un mouvement d'horlogerie. Ce spiral est ensuite soumis à un traitement thermique et des revêtements adaptés pour conduire à des caractéristiques mécaniques appropriées à la fonction d'oscillateur mécanique et à des caractéristiques optiques adaptées aux fonctions de contrôle recherchées. Les revêtements peuvent par exemple mettre en oeuvre de la résine epoxy, de l'or ou du diamant. En référence à la figure 18, on peut prévoir en sortie de la tour de fibrage un mécanisme de préformage de fibre sortante, avec par exemple un plateau tournant 18 comportant des orifices de préforme circulaire 18a de la fibre qui est ensuite guidée vers l'outil de conformation. On peut aussi envisager un plateau intégrant plusieurs préformes distinctes, par exemple une préforme circulaire 18a, une préforme triangulaire 18b et une préforme rectangulaire 18c. En référence aux figures 19 à 22, le procédé de fabrication selon l'invention peut mettre en oeuvre d'autres outils de conformation inspirés d'outils de mécanique, tels que des forets de forme sensiblement tronconique 19 ou de forme sensiblement hélicoïdale 20, une vis sans fin 21 ou inspiré d'une rampe hélicoïdale 22. Dans tous les cas, il s'agit de guider le ruban ou la fibre optique de façon à la disposer sous une forme spiralée avant traitement. Pour assurer le guidage du ruban ou de la fibre optique en sortie de four et de préformage, on peut aussi prévoir, en référence aux figures 23 et 24, un mécanisme de guidage 23 comprenant un équipage mobile 23a tournant sur la périphérie interne du mécanisme de guidage et comportant un canal de guidage prévu pour recevoir le ruban ou la fibre 23c. Avec un agencement particulier des pièces mobiles de ce mécanisme de guidage, il est possible de faire suivre au ruban ou à la fibre une trajectoire spiralée adaptée 24.

Par ailleurs, on peut prévoir dans le cadre de l'étape de conformation une mise en oeuvre d'un dispositif de conformation directement inspiré du barillet utilisé conventionnellement dans des mouvements d'horlogerie. Ce barillet « conformeur », qui peut être directement dérivé d'un véritable barillet, peut être utilisé pour bander et contraindre la fibre optique dans une forme spiralée avant une étape de conformation mettant en oeuvre des techniques telles que décrites précédemment. Le procédé de fabrication selon l'invention peut produire des spiraux à double fonction mécanique et optique à partir de nombreuses classes de matériaux tant minéraux qu'organiques, voire hybrides combinant organique et minéral. On pourrait par exemple exploiter de nouveaux concepts de matériaux récemment divulgués, tel que le matériau plastique à base de polymère qui est façonnable à chaud comme du verre, inventé par l'équipe de Ludwik Leibler à l'ESPCI ou bien du BK7 utilisé pour ses propriétés optiques. Bien sûr la présente invention n'est pas limitée aux exemples de mise en oeuvre qui viennent d'être décrits et on peut envisager de nombreuses variantes. Ainsi, les matériaux mis en oeuvre ne sont pas limités à la silice ou à des plastiques façonnables comme du verre. Par ailleurs, d'autres outils de conformation que ceux décrits peuvent être employés.

Claims (4)

1. REVENDICATIONS1. Procédé pour fabriquer un spiral (1) d'un mouvement d'horlogerie, comprenant : une étape pour produire un élément malléable à partir d'un premier matériau apte à guider de la lumière, une étape pour conformer ledit élément malléable de façon à réaliser une forme spiralée, et une étape pour traiter ladite forme spiralée ainsi réalisée de façon à obtenir un spiral procurant à la fois une fonction d'oscillateur mécanique dans un ensemble spiral-balancier et une fonction de guide optique. 10
2. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de production comprend une étape pour associer au premier matériau un second matériau présentant des propriétés physiques adaptées pour procurer à l'élément malléable des performances mécaniques compatibles avec la fonction d'oscillateur mécanique. 15
3. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de production comprend une étape pour produire par étirement une fibreou un ruban à partir d'un matériau chauffé. 20
4. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de production comprend une étape pour préformer l'élémentmalléable étiré. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'étape de conformation comprend une étape pour enrouler l'élément allongé et malléable autour d'une pièce de 25 conformation montée en rotation. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel l'élément malléable est porté à fusion, caractérisé en ce que l'étape de conformation comprend une étape pour couler ledit élément malléable en fusion dans une première partie de moule ayant une partie creuse 30 configurée selon une forme spiralée, et une étape pour placer une seconde partie de moule contre ladite première partie de moule. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'étape de conformation comprend en outre, préalablement à l'étape de coulage, une étape pour disposer dans la partie creusede la première partie de moule un matériau de revêtement tel que du DLC (« Diamand-Like Carbon »). Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de conformation comprend une étape pour déposer l'élément malléable sur un spiral métallique déjà conformé. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, caractérisé en ce que l'étape de conformation comprend une étape pour guider l'élément malléable étiré selon une trajectoire spiralée au fur et à mesure de son étirement, de façon à réaliser un spiral sur un plan à partir dudit élément malléable étiré. 10. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de traitement comprend un étape de revêtement de la forme spiralée. 20