WO2011161077A1 - Aiguille de piece d'horlogerie - Google Patents

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WO2011161077A1
WO2011161077A1 PCT/EP2011/060282 EP2011060282W WO2011161077A1 WO 2011161077 A1 WO2011161077 A1 WO 2011161077A1 EP 2011060282 W EP2011060282 W EP 2011060282W WO 2011161077 A1 WO2011161077 A1 WO 2011161077A1
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WO
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needle
metal alloy
barrel
metal
negative
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PCT/EP2011/060282
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Inventor
Jean-Luc Helfer
Yves Winkler
Original Assignee
The Swatch Group Research And Development Ltd
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D17/00—Pressure die casting or injection die casting, i.e. casting in which the metal is forced into a mould under high pressure
    • B22D17/007—Semi-solid pressure die casting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D25/00—Special casting characterised by the nature of the product
    • B22D25/02—Special casting characterised by the nature of the product by its peculiarity of shape; of works of art
    • B22D25/026—Casting jewelry articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C45/00—Amorphous alloys
    • C22C45/10—Amorphous alloys with molybdenum, tungsten, niobium, tantalum, titanium, or zirconium or Hf as the major constituent
    • 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
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/04—Hands; Discs with a single mark or the like
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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
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/04—Hands; Discs with a single mark or the like
    • G04B19/042—Construction and manufacture of the hands; arrangements for increasing reading accuracy
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0002—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe
    • G04D3/0043—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe for components of the time-indicating mechanisms
    • G04D3/0046—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe for components of the time-indicating mechanisms for hands

Definitions

  • the present invention relates to a timepiece needle, said needle being pivotally mounted about an axis so as to be able to indicate information.
  • the technical field of the invention is the technical field of fine mechanics.
  • timepieces include needles. These needles consist of a beam whose length is much greater than the width, itself much larger than the thickness. These needles include an orifice to be driven on an axis so as to be pivotally mounted. In order to have fine and strong needles, it is planned to make them in crystalline metal such as steel, brass, gold or even silicon or ceramic. These needles can be machined or cut by laser or water jet from a plate. They can also be molded, sintered or made by growth or deposition of material. These needles are then used for example to indicate hours, minutes and seconds but also when performing certain functions such as chronograph functions or date functions.
  • the needle also undergoes acceleration constraints. These constraints can be due, in the first place, to the movement controlled by the watch movement. This movement is linked to the display of the time or to a function of said timepiece such as the chronograph function, and can be retrograde. However, for a retrograde display or when using the chronograph function, an instantaneous reset of the hands is performed. This reset consists of a sudden return of the needle to its initial position. During this resetting operation, the acceleration of the needle can reach 1 ⁇ 1 0 6 rad ⁇ s 2. Such acceleration involves a high stress applied to the needle during acceleration as well as during deceleration and stopping of the needle.
  • the constraints related to acceleration can be due to a shock applied to the watch. Indeed, when, for example, the watch falls, it undergoes an acceleration. The energy stored during this fall is transmitted to the hands during the contact of said watch with the ground. These shocks can then deform the needle or unbalance can then cause problems during the movement of the needle.
  • each material is characterized by its Young's modulus E also called modulus of elasticity (generally expressed in GPa), characterizing its resistance to deformation.
  • Each material is also characterized by its elastic limit ⁇ ⁇ (generally expressed in GPa) which represents the stress beyond which the material deforms plastically. It is then possible, for given dimensions, to compare the materials by establishing for each the ratio of their elastic limit on their Young's modulus ⁇ ⁇ / ⁇ , said ratio being representative of the elastic deformation of each material. Thus, the higher the ratio, the greater the elastic deformation of the material.
  • the Young's modulus E is equal to 130 GPa and the elastic limit ⁇ ⁇ is equal to 1 GPa, which gives a ratio ⁇ ⁇ / ⁇ of the order of 0.007 i.e. low.
  • Needles of metal or crystalline alloy have, therefore, limited elastic deformation. Consequently, when returning to zero or shock, the stresses applied to said needles can be so high that the needles deform plastically, that is to say they twist. This deformation then poses a problem of readability and reliability of the information.
  • the invention aims to overcome the disadvantages of the prior art by proposing to provide a metal needle for sudden acceleration that does not deform during its movement to have a precise readability and significant durability.
  • the invention relates to the aforementioned needle which is characterized in that it is made of a totally amorphous metal alloy comprising at least one metal element selected from the group consisting of gold, platinum, palladium, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, iridium or osmium.
  • a first advantage of the present invention is to allow the realization of precious metal needles that can withstand sudden shocks or accelerations. It therefore becomes possible to make needles of precious materials having dimensions similar to those of non-precious materials or precious crystalline materials, without the risk that they will deform during a strong acceleration.
  • precious amorphous metals have more interesting elastic characteristics than their crystalline counterparts.
  • the elastic limit ⁇ ⁇ is increased to increase the ratio ⁇ ⁇ / ⁇ so that the material sees the stress beyond which it does not resume its initial shape increase.
  • Another advantage of the present invention is to allow great ease in shaping allowing the development of complicated shapes with greater precision.
  • the amorphous precious 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 stress and at a low temperature then allowing the use of a simplified process.
  • the use of such a material also makes it possible to reproduce fine geometries very precisely because the viscosity of the alloy decreases sharply as a function of the temperature in the temperature range [Tg-Tx] and the alloy thus allies 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 needle. This then makes it possible to produce a needle in three dimensions, which the techniques of the prior art can not or hardly allow.
  • said needle is fixed on its axis by means of a barrel.
  • said needle and said barrel form a single piece.
  • said needle is arranged to be driven by a retrograde movement.
  • the invention also proposes to provide a chronograph comprising at least one needle according to the present invention.
  • the invention also proposes to provide a use of the needle according to the present invention for an application in which said needle undergoes, at a given moment, an acceleration of at least 250,000 rad / s- 2 and preferably an acceleration of the order of 1 .10 6 rad / s "2 .
  • the invention also proposes to provide a method for producing the needle according to the present invention, said method comprising the following steps:
  • step c) comprises the following steps:
  • step c) comprises the following steps:
  • the method comprises, before the step of cooling said material, the step of removing the excess material.
  • said needle is fixed on its axis by means of a barrel and in that said needle and said barrel are one and the same piece produced during the c) shaping step .
  • said needle is fixed on its axis by means of a barrel and in that said needle is fixed to said barrel during step c) shaping.
  • said at least one metal element of the precious type is chosen from the group formed by gold, platinum, palladium, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, iridium or osmium ..
  • FIG. 1 schematically shows a chronograph function timepiece
  • FIG. 5 represents the deformation curves for a crystalline material and for an amorphous material
  • FIGS. 6 to 9 schematically represent the method according to the present invention.
  • FIGS. 10 to 14 schematically represent a variant of the method according to the present invention.
  • FIG. 15 shows a top view of a needle variant according to the present invention.
  • FIG. 1 shows a timepiece 1 comprising several needles 2 pointing to information on the dial of said timepiece.
  • These needles 2 may be the hands indicating the hours, minutes or seconds. They may be driven by a continuous or retrograde movement, said displacement may include sudden acceleration.
  • sudden acceleration a sudden acceleration, predictable or not and occurring during a limited time and whose value is very high, said acceleration succeeding a displacement having a null acceleration, constant or weak.
  • the sudden accelerations that can be supported are at least 250,000 rad.s -2 and preferably 1 .10 6 rad.s -2 .
  • These needles 2 can also be chronograph or date hand 2 or other.
  • Such a needle 2 shown in Figure 2 consists of a beam 3 whose length is much greater than the width of the beam 3, this width is itself much larger than the thickness.
  • a first end 31 of the beam serves to point information. This first end 31 is preferably the thinnest end.
  • An orifice 4 is provided to allow the needle to be driven on its axis 10.
  • This orifice 4 is arranged near the second end 32 of the beam forming the needle 2.
  • This second end 32 may be arranged so as to serve as an unbalance to ensure a good balance of the needle 2 during its movement. It is also conceivable for the second end 32 to be arranged, as can be seen in FIG. 1, to be circular and to include the orifice 4 making it possible to drive it on its axis 10.
  • the needle 2 is mounted on an axis 10 being directly driven on said axis 10 as visible in Figure 2 or being reported on a barrel 5 itself driven on the axis 10 as shown in Figure 4. It is also possible that the barrel 5 comes directly from material with the needle 2 as visible in Figure 3.
  • At least one of the needles 2 is made of an at least partially amorphous material comprising at least one metal element.
  • This metal element may be valuable such as gold, platinum, palladium, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, iridium or osmium. It will be understood by at least partially amorphous material that the material is capable of solidifying at least partially in the amorphous phase, that is to say that it is capable of losing at least locally all of its crystalline structure.
  • the maximum energy that can be stored elastically is calculated as being the ratio between the elastic limit ⁇ ⁇ squared and the module Young E. Gold, with a higher elastic limit of a factor substantially equal to two, the energy that the amorphous metal can store elastically is therefore higher by a factor substantially equal to four. This allows the amorphous metals to be able to undergo a greater stress before reaching the elastic limit ⁇ ⁇ .
  • a needle 2 of amorphous metal makes it possible, first of all, to improve the reliability of the latter with respect to its crystalline metal equivalent.
  • the stress applied to the needle 2 is related to the moment of inertia of the needle 2, which is a function of mass and length. Therefore, the longer a needle is or the greater the mass at the end of the needle 2 and the higher the moment of inertia of the needle 2 will be high.
  • the kinetic energy accumulated during the displacement of the needle 2 following a reset or shock is dependent on the moment of inertia. This kinetic energy determines the stress applied to the needle 2 during the return movement to zero or during the impact. High kinetic energy leads to high stress and therefore a risk of significant deformation.
  • a material can also be characterized by its specific resistance which is the ratio of the elastic limit to the density.
  • An amorphous metal has a higher specific resistance than a crystalline metal because, on the one hand, for the same type of alloy, the amorphous metal has an elastic limit which is about twice as high and, on the other hand, for In a given composition, the amorphous structure has a density which is about 10% less than that of the crystalline structure.
  • a needle of amorphous metal alloy or amorphous metal will be lighter than a needle of the same dimensions made of a metal alloy likewise composition but of crystalline structure.
  • the moment of inertia will therefore be lower for the amorphous metal needle, the moment of inertia being linked to the mass.
  • the kinetic energy and therefore the stress applied to the amorphous metal needle will be lower so that the needle will be able to withstand a higher stress before plastically deforming.
  • This density advantage combined with the ability of amorphous metals to undergo a higher stress before plastically deforming enables the use of amorphous precious metal alloys.
  • the elastic limit of an amorphous precious metal alloy is greater by a ratio of about two to its crystalline equivalent.
  • This amorphous precious metal alloy can therefore withstand a higher stress than its crystalline equivalent before plastically deforming.
  • the stress is related to the kinetic energy which is itself related to the moment of inertia depending on the mass and the length. Consequently, since precious or non-amorphous metal alloys have a lower density than their crystalline equivalents, their displacements have a lower kinetic energy and therefore a lower stress.
  • a needle made of an amorphous precious metal alloy of the same dimensions as a needle made of a crystalline precious metal alloy will have a lower mass and its displacement will generate a lower stress.
  • the stress is lower and the maximum stress supported is higher, the use of amorphous precious metal alloys to make needles to undergo strong and sudden accelerations are possible contrary to the prejudices of the skilled person.
  • the characteristics of the amorphous metal make it possible, secondly, to envisage more varied shapes of needles 2. Indeed, the moment of inertia is used to know the kinetic energy of the needle and the stress it will undergo when returning to zero. This moment of inertia is dependent on the mass and the length of the needle 2. These parameters are therefore calculated to limit the risk of plastic deformation of the needle 2.
  • the mass and length of the needle 2 can be increased without risking plastic deformation. More particularly, the mass at the first end of the needle 2 can be increased, allowing access to possibilities of larger needle shapes 2. It is then possible to provide for this first end to comprise, for example, a zone with larger dimensions for applying a luminescent material, or for the second hand of the chronograph to take the form of a Breguet-type needle 2. It is also possible that the mass at the second end 32, which can serve as unbalance, be increased.
  • the characteristics of the amorphous metal make it possible to increase the dimensions of the needles 2, they also make it possible to make needles 2 with smaller dimensions. Indeed, at equivalent stress, the needle 2 may be of shorter length and / or less mass without plastically deforming, this being the consequence of a higher elastic limit This reduction in dimensions can also be applied to the unbalance of the needle 2 serving for the balance of said needle 2.
  • the precious amorphous metal or not has the double advantage of allowing to increase or decrease the size of the needles 2 without increasing the risk of plastic deformation.
  • the reduction in the size and / or mass of the needle can be done by arranging recesses 1 1 through or not through the needles 2 as visible in Figure 15. These recesses 1 1 can reduce, by removal of material , the mass of the needles 2 and thus reduce the moment of inertia while providing an interesting visual effect.
  • To make a needle 2 amorphous metal several methods are possible.
  • amorphous metal is thus previously arranged in the form of thin plates. These thin plates are then stamped in press or cut by water jet or laser.
  • This preform 7 is obtained by melting the metal elements constituting the amorphous alloy in a furnace. This fusion is made under controlled atmosphere with the purpose of obtaining a contamination of the alloy in oxygen as low as possible. Once these elements are melted, they are cast as a semi-finished product, such as for example a blade of dimension close to the needle, and then rapidly cooled in order to maintain the at least partially amorphous state or phase.
  • the hot forming is performed in order to obtain a final piece. This hot forming is performed by pressing in a temperature range between its glass transition temperature Tg and its crystallization temperature Tx for a predetermined time to maintain a totally or partially amorphous structure. This is done in order to maintain the characteristic elastic properties of the amorphous precious metals.
  • the different stages of definitive shaping of the needle 2 are then:
  • Hot forming makes it possible to simplify the production of said needle 2, in particular to make the recesses 1 1 of the needle represented in FIG.
  • the dies 8 forming the mold are then arranged to form the negative of the needle 2 and its integrated gun 5. Steps a) to g) are then performed to form said needle 2.
  • This arrangement of the needle 2 and its barrel 5 in one piece makes it possible to have no problem of fixing between said needle 2 and its barrel 5.
  • the barrel 5 shown in FIG. 4, consists of a cylindrical piece whose internal diameter d is equal to the diameter of the axis 10 on which the cannon 5 is hunted.
  • the barrel 5 comprises an outer diameter D greater than the inner diameter d, the outside diameter D may not be uniform over the entire barrel 5.
  • the profile of this barrel 5 comprises an annular recess 6 in which needle 2 is placed. This recess, whose diameter is between the inner and outer diameters, allows an axial retention of the needle 2.
  • the barrel 5 is placed between the dies 8 in which the needle 2 will be made as visible in Figure 1 1. Steps a) to g) previously described are then made and shown in Figures 12, 13 and 14.
  • the needle 2 is overmolded directly on the barrel 5 and is therefore directly attached to the barrel 5.
  • the wall of the annular recess comprises reliefs or other means for improving the maintenance of the needle 2 in the barrel 5 and in particular the angular support.
  • the needle 2 or the part forming the barrel 5 and the needle 2 can be made by casting or injection. This process involves casting the alloy obtained by melting the metal elements in a mold having the shape of the final piece. 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 obtain a needle 2 of amorphous or partially amorphous precious metal.

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Abstract

L'invention concerne une aiguille spéciale pour accélération brusque. Ladite aiguille (2) est montée en pivotement autour d'un axe 10) de sorte à pouvoir indiquer une information. Ladite aiguille est réalisée en un alliage métallique au moins partiellement amorphe.

Description

A I G U I LL E D E P I E C E D ' H O R LOG E R I E
La présente invention concerne une aiguille de pièce d'horlogerie, ladite aiguille étant montée en pivotement autour d'un axe de sorte à pouvoir indiquer une information. Le domaine technique de l'invention est le domaine technique de la mécanique fine.
ARRI ERE PLAN TECHNOLOGIQUE
Il est connu que les pièces d'horlogerie comprennent des aiguilles. Ces aiguilles consistent en une poutre dont la longueur est beaucoup plus grande que la largeur, elle-même beaucoup plus grande que l'épaisseur. Ces aiguilles comprennent un orifice afin d'être chassées sur un axe de sorte à être montées en pivotement. Afin d'avoir des aiguilles fines et résistantes, il est prévu de les réaliser en métal cristallin comme l'acier, le laiton, l'or ou même en silicium ou céramique. Ces aiguilles peuvent être usinées ou découpées au laser ou au jet d'eau à partir d'une plaque. Elles peuvent également être moulées, frittées ou réalisées par croissance ou par dépôt de matière. Ces aiguilles sont ensuite utilisées par exemple pour l'indication des heures, des minutes et des secondes mais également lors de l'exécution de certaines fonctions comme les fonctions chronographe ou les fonctions de quantième.
Or, ces aiguilles subissent de nombreuses contraintes. Une de ces contraintes est le poids de l'aiguille elle-même. Effectivement, l'aiguille est en général chassée sur son axe au niveau d'une de ses extrémités. De ce fait, il est tout à fait normal, vu les faibles dimensions d'une aiguille, que celle-ci plie, ne serait-ce que légèrement, sous son propre poids. Cette contrainte de poids est également appliquée au balourd, servant de contrepoids, de l'aiguille.
L'aiguille subit également des contraintes d'accélération. Ces contraintes peuvent être dues, en premier lieu, au déplacement commandé par le mouvement horloger. Ce déplacement est lié à l'affichage de l'heure ou à une fonction de ladite pièce d'horlogerie comme par exemple la fonction chronographe, et peut être rétrograde. Or, pour un affichage rétrograde ou lors de l'utilisation de la fonction chronographe, une remise à zéro instantanée des aiguilles est effectuée. Cette remise à zéro consiste en un brusque retour de l'aiguille dans sa position initiale. Pendant cette opération de remise à zéro, l'accélération de l'aiguille peut atteindre 1 .1 06 rad.s"2. Une telle accélération implique une contrainte élevée appliquée sur l'aiguille lors de l'accélération ainsi que lors de la décélération et l'arrêt de l'aiguille.
En second lieu, les contraintes liées à l'accélération peuvent être dues à un choc appliqué sur la montre. En effet, lorsque, par exemple, la montre chute, elle subit une accélération. L'énergie emmagasinée lors de cette chute est transmise aux aiguilles lors du contact de ladite montre avec le sol. Ces chocs peuvent alors déformer l'aiguille ou le balourd pouvant alors provoquer des problèmes lors du déplacement de l'aiguille.
Or, un inconvénient des aiguilles 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 σθ (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 σθ/Ε, ledit rapport étant représentatif de la déformation élastique de chaque matériau. Ainsi, plus ce rapport est élevé, plus la 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 σθ est égale à 1 GPa, ce qui donne un rapport σθ/Ε de l'ordre de 0,007 c'est-à-dire faible. Les aiguilles en métal ou alliage cristallin possèdent, par conséquent, une déformation élastique limitée. En conséquence, lors d'un retour à zéro ou d'un choc, les contraintes appliquées auxdites aiguilles peuvent être si élevées que les aiguilles se déforment plastiquement, c'est-à-dire qu'elles se tordent. Cette déformation pose alors un problème de lisibilité et de fiabilité de l'information.
Ce phénomène de déformation est encore plus accentué pour des métaux cristallins précieux. En effet, ceux-ci possèdent des caractéristiques mécaniques encore plus faibles. Les métaux précieux présentent notamment une limite élastique faible, de l'ordre de 0.5 GPa pour les alliages d'Au, de Pt, de Pd et d'Ag, contre environ 1 GPa pour les alliages cristallins classiquement utilisés dans la fabrication d'aiguilles. Etant donné que le module élastique de ces métaux précieux est de l'ordre de 120 GPa, on arrive à un rapport σθ/Ε d'environ 0.004 soit un chiffre encore plus faible que pour les alliages non précieux. Les risques de déformation, suite aux contraintes appliquées lors d'une forte accélération comme une remise à zéro, sont alors augmentés. Par conséquent, l'homme du métier n'est pas incité à utiliser ces métaux précieux pour la réalisation d'une aiguille de pièce d'horlogerie. Or ces matériaux précieux sont très demandés car ils présentent une plus value esthétique importante et dégagent un sentiment de qualité supérieur.
De plus, les méthodes actuelles telles que l'étampage, la découpe laser ou la croissance par dépôt sont limitées. Elles ne permettent pas la réalisation d'aiguilles tridimensionnelles. En effet, dans le cas de l'étampage ou de la découpe laser, les aiguilles sont réalisées à partir d'une plaque. Pour la fabrication d'aiguilles par croissance matière de type LIGA, l'inconvénient est que les parois des aiguilles sont droites et qu'ainsi aucune inclinaison de type anglage n'est possible.
RESUME DE L'INVENTION
L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant de fournir une aiguille en métal pour accélération brusque qui ne se déforme pas lors de son déplacement afin d'avoir une lisibilité précise et une durabilité importante.
A cet effet, l'invention concerne l'aiguille citée ci-dessus qui se caractérise en ce qu'elle est réalisée en un alliage métallique totalement amorphe comportant au moins un élément métallique choisi dans le groupe formé par l'or, le platine, le palladium, le rhénium, le ruthénium, le rhodium, l'argent, l'iridium ou l'osmium. Un premier avantage de la présente invention est de permettre la réalisation d'aiguilles en métal précieux pouvant supporter les chocs ou les accélérations brusques. Il devient donc possible de réaliser des aiguilles en matériaux précieux ayant des dimensions similaires à celles en matériaux non précieux ou en matériaux précieux cristallins, sans risque qu'elles ne se déforment lors d'une forte accélération. En effet, de façon surprenante, les métaux amorphes précieux ont des caractéristiques élastiques plus intéressantes que leurs équivalents cristallins. La limite élastique σθ est augmentée permettant d'augmenter le rapport σθ/Ε de sorte que le matériau voit la contrainte au-delà de laquelle il ne reprend pas sa forme initiale augmenter.
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 précieux amorphes ont la caractéristique particulière de se ramollir tout en restant amorphe 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 relativement faible et à une température peu élevée permettant alors l'utilisation d'un procédé simplifié. 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 d'un négatif. On entend par négatif, un moule qui présente en creux un profil complémentaire à celui de l'aiguille recherchée. Cela rend alors possible la réalisation d'aiguille en trois dimensions, ce que les techniques de l'art antérieur ne peuvent pas ou difficilement permettre.
Des modes de réalisation avantageux de cette aiguille font l'objet des revendications dépendantes.
Dans un premier mode de réalisation avantageux, ladite aiguille est fixée sur son axe par l'intermédiaire d'un canon.
Dans un second mode de réalisation avantageux, ladite aiguille et ledit canon forment une pièce monobloc.
Dans un troisième mode de réalisation avantageux, ladite aiguille est agencée pour être animée d'un mouvement rétrograde.
L'invention se propose également de fournir un chronographe comprenant au moins une aiguille selon la présente invention.
L'invention se propose également de fournir une utilisation de l'aiguille selon la présente invention pour une application dans laquelle ladite aiguille subit, à un moment donné, une accélération d'au moins 250.000 rad/s"2 et de préférence une accélération de l'ordre de 1 .106 rad/s"2. L'invention se propose également de fournir un procédé de réalisation de l'aiguille selon la présente invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
a) se munir du négatif de l'aiguille à réaliser;
b) se munir d'un alliage métallique comprenant au moins un élément métallique et étant apte à se solidifier au moins partiellement en phase amorphe ;
c) mettre en forme ledit alliage métallique dans le négatif de sorte à obtenir ladite aiguille ;
d) séparer ladite aiguille dudit négatif.
Dans un premier mode de réalisation avantageux, l'étape c) comprend les étapes suivantes:
- réaliser une préforme avec ledit matériau, ledit alliage métallique étant solidifié au moins partiellement en phase amorphe, et placer la préforme sur le négatif;
- chauffer ladite préforme à une température comprise entre la température de transition vitreuse et la température de cristallisation dudit alliage métallique ;
- exercer une pression sur la préforme afin de remplir le négatif avec ledit alliage métallique;
- refroidir ledit alliage métallique de sorte qu'il garde sa phase au moins partiellement amorphe.
Dans un second mode de réalisation avantageux, l'étape c) comprend les étapes suivantes:
- chauffer ledit alliage métallique au dessus de son point de fusion ;
- couler ledit alliage métallique dans ledit négatif; - refroidir l'ensemble de sorte que ledit alliage métallique se solidifie au moins partiellement en phase amorphe.
Dans un troisième mode de réalisation avantageux, le procédé comprend, avant l'étape de refroidissement dudit matériau, l'étape consistant à enlever le surplus de matière.
Dans un autre mode de réalisation avantageux, ladite aiguille est fixée sur son axe par l'intermédiaire d'un canon et en ce que ladite aiguille et ledit canon sont une seule et même pièce réalisée lors de l'étape c) de mise en forme.
Dans un autre mode de réalisation avantageux ladite aiguille est fixée sur son axe par l'intermédiaire d'un canon et en ce que ladite aiguille est fixée audit canon lors de l'étape c) de mise en forme.
Dans un autre mode de réalisation avantageux ledit au moins un élément métallique du type précieux est choisi dans le groupe formé par l'or, le platine, le palladium, le rhénium, le ruthénium, le rhodium, l'argent, l'iridium ou l'osmium..
BREVE DESCRI PTION DES FIGURES
Les buts, avantages et caractéristiques de l'aiguille 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 :
- la figures 1 représente de manière schématique une pièce d'horlogerie à fonction chronographe;
- les figures 2 à 4 représentent de manière schématique des vues en coupe d'aiguilles de pièce d'horlogerie ; - la figure 5 représente les courbes de déformation pour un matériau cristallin et pour un matériau amorphe ;
- les figures 6 à 9 représentent de manière schématique le procédé selon la présente invention ;
- les figures 10 à 14 représentent de manière schématique une variante du procédé selon la présente invention, et
- la figure 15 représente une vue de dessus d'une variante d'aiguille selon la présente invention.
DESCRIPTION DETAILLEE
Sur la figure 1 est représentée une pièce d'horlogerie 1 comprenant plusieurs aiguilles 2 pointant des informations sur le cadran de ladite pièce d'horlogerie. Ces aiguilles 2 peuvent être les aiguilles indiquant les heures, les minutes ou les secondes. Elles peuvent être animées d'un déplacement continu ou rétrograde, ledit déplacement pouvant comprendre de brusques accélérations. On comprend par accélération brusque, une accélération soudaine, prévisible ou non et se produisant durant un temps limité et dont la valeur est très élevée, ladite accélération succédant à un déplacement ayant une accélération nulle, constante ou faible. Les accélérations brusques pouvant être supportés sont au minimum de 250.000 rad.s"2 et de préférence de 1 .106 rad.s"2. Ces aiguilles 2 peuvent également être des aiguilles 2 de chronographe ou de quantième ou autres. Une telle aiguille 2, représentée à la figure 2, consiste en une poutre 3 dont la longueur est beaucoup plus grande que la largeur de cette poutre 3, cette largeur étant elle-même beaucoup plus grande que l'épaisseur. Une première extrémité 31 de la poutre sert à pointer une information. Cette première extrémité 31 est de préférence l'extrémité la plus fine. Un orifice 4 est prévu afin de permettre à l'aiguille d'être chassée sur son axe 10. Cet orifice 4 est agencé à proximité de la seconde extrémité 32 de la poutre formant l'aiguille 2. Cette seconde extrémité 32 peut être agencée de sorte à servir de balourd afin d'assurer un bon équilibrage de l'aiguille 2 lors de son déplacement. On peut également envisager que la seconde extrémité 32 soit agencée, comme visible à la figure 1 , pour être circulaire et comprendre l'orifice 4 permettant de la chasser sur son axe 10.
L'aiguille 2 est montée sur un axe 10 en étant directement chassée sur ledit axe 10 comme visible à la figure 2 ou en étant rapportée sur un canon 5 lui-même chassé sur l'axe 10 comme visible à la figure 4. Il est également possible que le canon 5 vienne directement de matière avec l'aiguille 2 comme visible à la figure 3.
Avantageusement, au moins une des aiguilles 2 est réalisée en un matériau au moins partiellement amorphe comprenant au moins un élément métallique. Cet élément métallique peut être 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 matériau au moins partiellement amorphe que le matériau est apte à se solidifier au moins partiellement en phase amorphe, c'est-à-dire qu'il est apte à perdre au moins localement toute sa structure cristalline.
En effet, l'avantage de ces 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 le module d'Young E d'un métal cristallin et d'un métal amorphe est identique, la limite élastique σθ est différente. Un métal amorphe se différencie alors par une limite élastique σθΑ plus élevée que celle aeC du métal cristallin d'un facteur sensiblement égal à deux, comme représenté sur la figure 5. Cette figure représente la courbe de la contrainte σ en fonction de la déformation ε pour un métal amorphe (en pointillés) et pour un métal cristallin (en trait plein). De plus, l'énergie maximale qui peut être stockée élastiquement se calcule comme étant le rapport entre la limite élastique σθ au carré et le module d'Young E. Or, avec une limite élastique plus élevée d'un facteur sensiblement égal à deux, l'énergie que le métal amorphe peut stocker élastiquement est donc plus élevée d'un facteur sensiblement égal à quatre. Cela permet aux métaux amorphes de pouvoir subir une plus forte contrainte avant d'arriver à la limite élastique σθ.
Une aiguille 2 en métal amorphe permet, en premier lieu, d'améliorer la fiabilité de cette dernière par rapport à son équivalent en métal cristallin. En effet, la contrainte appliquée à l'aiguille 2 est liée au moment d'inertie de l'aiguille 2, qui est fonction de la masse et de la longueur. Dès lors, plus une aiguille sera longue ou plus la masse à l'extrémité de l'aiguille 2 sera importante et plus le moment d'inertie de l'aguille 2 sera élevé. L'énergie cinétique accumulée lors du déplacement de l'aiguille 2 suite à une remise à zéro ou à un choc est dépendante du moment d'inertie. Cette énergie cinétique détermine la contrainte appliquée à l'aguille 2 lors du mouvement de retour à zéro ou lors du choc. Une énergie cinétique élevée entraîne une forte contrainte et donc un risque de déformation important.
Etant donné que la limite élastique σθ est plus élevée pour un métal amorphe que pour un métal cristallin, la contrainte à appliquer pour obtenir une déformation plastique est plus élevée. Ainsi, à énergie cinétique équivalente, une aiguille 2 en métal amorphe aura moins de risques de se déformer plastiquement qu'une aiguille 2 en métal cristallin.
Un matériau peut également être caractérisé par sa résistance spécifique qui est le rapport de la limite élastique sur la densité. Un métal amorphe a une résistance spécifique plus élevée qu'un métal cristallin car, d'une part, pour un même type d'alliage, le métal amorphe a une limite élastique qui est environ deux fois supérieure et, d'autre part, pour une composition donnée, la structure amorphe a une densité qui est environ 1 0% inférieure à celle de la structure cristalline. Il en résulte qu'une aiguille en alliage métallique amorphe ou métal amorphe sera plus légère qu'une aiguille de mêmes dimensions réalisée dans un alliage métallique de même composition mais de structure cristalline. Le moment d'inertie sera donc plus faible pour l'aiguille en métal amorphe, le moment d'inertie étant lié à la masse. L'énergie cinétique et donc la contrainte appliquée sur l'aiguille en métal amorphe, seront plus faibles de sorte que l'aiguille sera capable de supporter une plus forte contrainte avant de se déformer plastiquement.
Cet avantage en densité combiné à la capacité des métaux amorphes de subir une plus forte contrainte avant de se déformer plastiquement permet l'utilisation d'alliages métalliques précieux amorphes. En effet, la limite élastique d'un alliage métallique précieux amorphe est supérieure d'un rapport environ égal à deux par rapport à son équivalent cristallin. Ledit alliage métallique précieux amorphe peut donc supporter une plus forte contrainte que son équivalent cristallin avant de se déformer plastiquement. Or, la contrainte est liée à l'énergie cinétique qui est, elle- même, liée au moment d'inertie dépendant de la masse et de la longueur. En conséquence, comme les alliages métalliques amorphes précieux ou pas ont une densité moindre que leurs équivalents cristallins, leurs déplacements présentent une énergie cinétique plus faible et donc une contrainte plus faible. Ainsi, une aiguille réalisée dans un alliage métallique précieux amorphe de mêmes dimensions qu'une aiguille réalisée dans un alliage métallique précieux cristallin aura une masse plus faible et son déplacement générera une contrainte plus faible. Comme la contrainte est plus faible et que la contrainte maximale supportée est plus élevée, l'utilisation des alliages métalliques précieux amorphes pour réaliser des aiguilles devant subir des fortes et brusques accélérations sont possibles contrairement aux préjugés de l'homme du métier.
Les caractéristiques du métal amorphe permettent, en second lieu, d'envisager des formes d'aiguilles 2 plus variées. Effectivement, le moment d'inertie est utilisé pour connaître l'énergie cinétique de l'aiguille et la contrainte qu'elle subira lors de son retour à zéro. Ce moment d'inertie est dépendant de la masse et de la longueur de l'aguille 2. Ces paramètres sont donc calculés pour limiter le risque de déformation plastique de l'aiguille 2.
Comme le métal amorphe peut supporter une plus forte contrainte, c'est-à-dire une plus forte énergie cinétique et donc un moment d'inertie plus important, la masse et la longueur de l'aiguille 2 peuvent être augmentées sans pour autant risquer une déformation plastique. Plus particulièrement, la masse au niveau de la première extrémité de l'aiguille 2 peut être augmentée, permettant d'accéder à des possibilités de formes d'aiguilles 2 plus grandes. Il est alors possible de prévoir que cette première extrémité comprenne, par exemple, une zone aux dimensions plus importantes permettant d'appliquer un matériau luminescent, ou que la trotteuse du chronographe prenne la forme d'une aiguille 2 de type Breguet. Il est également possible que la masse au niveau de la seconde extrémité 32, pouvant servir de balourd, soit augmentée.
Si les caractéristiques du métal amorphe permettent d'augmenter les dimensions des aiguilles 2, elles permettent également de réaliser des aiguilles 2 avec des dimensions plus faibles. En effet, à contrainte équivalente, l'aiguille 2 pourra être de longueur et/ou de masse inférieure sans se déformer plastiquement, cela étant la conséquence d'une limite élastique plus élevée Cette diminution des dimensions peut être également appliquée au balourd de l'aiguille 2 servant pour l'équilibre de ladite aiguille 2.
Le métal amorphe précieux ou non possède donc le double avantage de permettre d'augmenter ou de diminuer la taille des aiguilles 2 sans augmenter le risque de déformation plastique. La diminution de la taille et/ou de la masse de l'aiguille peut se faire en agençant des évidements 1 1 traversants ou non sur les aiguilles 2 comme visibles à la figure 15. Ces évidements 1 1 permettent de réduire, par enlèvement de matière, la masse des aiguilles 2 et donc de réduire le moment d'inertie tout en offrant un effet visuel intéressant. Pour réaliser une aiguille 2 en métal amorphe, plusieurs méthodes sont envisageables.
En premier lieu, il est possible d'utiliser les méthodes traditionnelles que sont l'étampage ou le découpage. Le métal amorphe est donc préalablement agencé sous formes de plaques fines. Ces plaques fines sont alors étampées sous presse ou découpées par jet d'eau ou par laser.
Toutefois, il est possible d'utiliser les propriétés du métal précieux 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 Zi\ 4H1 .2„4JL 13.-7,5cCu 12„.5 Ni 10 e 22.5c ,' Tg a=350°C et Tx=460°C) '. Il est ainsi p rossible 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 1 MPa, 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 7 est obtenue par fusion des éléments métalliques constituant l'alliage amorphe dans un four. Cette fusion est faite sous atmosphère contrôlée avec pour but d'obtenir une contamination de l'alliage en oxygène aussi faible que possible. Une fois ces éléments fondus, ils sont coulés sous forme de produit semi-fini, comme par exemple une lame de dimension proche de l'aiguille, puis refroidis rapidement afin de conserver l'état ou la phase au moins partiellement amorphe. Une fois la préforme 7 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 précieux amorphes. Les différentes étapes de mise en forme définitive de l'aiguille 2 sont alors :
a) Chauffage des matrices 8 ayant la forme négative de l'aiguille 2 jusqu'à une température choisie comme visible à la figure 6,
b) Introduction de la préforme 7 en métal amorphe entre les matrices chaudes comme visible à la figure 7,
c) Application d'une force de fermeture sur les matrices 8 afin de répliquer la géométrie de ces dernières sur la préforme 7 en métal précieux amorphe comme visible à la figure 8,
d) Attente durant un temps maximal choisi,
e) Ouverture des matrices 8,
f) Refroidissement rapide de l'aiguille 2 en dessous de Tg de sorte que le matériau garde sa phase au moins partiellement amorphe, et
g) Sortie de l'aiguille 2 des matrices 8 comme visible à la figure 9. Le formage à chaud permet de simplifier la réalisation de ladite aiguille 2, notamment pour réaliser les évidements 1 1 de l'aiguille représentée à la figure 15. De plus, il est possible de réaliser l'aiguille 2 directement avec son canon 5, en utilisant la technique de formage à chaud comme visible aux figures 6 à 9. On comprend donc par là que le canon 5 et l'aiguille 2 ne sont qu'une seule et même pièce comme visible à la figure 3. Les matrices 8 formant le moule sont alors agencées pour former le négatif de l'aiguille 2 et de son canon 5 intégré. Les étapes a) à g) sont alors réalisées pour former ladite aiguille 2. Cet agencement de l'aiguille 2 et de son canon 5 en une seule pièce permet de ne pas avoir de problème de fixation entre ladite aiguille 2 et son canon 5.
Dans une variante, il est prévu de réaliser une aiguille 2 directement fixée au canon 5. Le canon 5, représenté à la figure 4, consiste en une pièce cylindrique dont le diamètre intérieur d est égal au diamètre de l'axe 10 sur lequel le canon 5 est chassé. Le canon 5 comprend un diamètre extérieur D supérieur au diamètre intérieur d, le diamètre extérieur D pouvant ne pas être uniforme sur la totalité du canon 5. Le profil de ce canon 5 comprend un décrochement annulaire 6 dans lequel aiguille 2 est placée. Ce décrochement, dont le diamètre est compris entre les diamètres intérieur et extérieur, permet un maintien axial de l'aiguille 2. Le canon 5 est placé entre les matrices 8 dans lesquelles l'aiguille 2 sera réalisée comme visible à la figure 1 1 . Les étapes a) à g) précédemment décrites sont alors réalisées et représentées aux figures 12, 13 et 14. Il en résulte que l'aiguille 2 est surmoulée directement sur le canon 5 et donc est directement fixée au canon 5. Il peut être prévu que la paroi du décrochement annulaire comprenne des reliefs ou autres moyens permettant d'améliorer le maintien de l'aiguille 2 dans le canon 5 et notamment le maintien angulaire.
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 l'aiguille 2 ou la pièce formant le canon 5 et l'aiguille 2 peuvent être réalisées 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 une aiguille 2 en métal précieux amorphe ou partiellement amorphe.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Aiguille spéciale pour accélération brusque, ladite aiguille (2) étant agencée pour être montée autour d'un axe (10) de sorte à pouvoir indiquer une information, caractérisée en ce que ladite aiguille est réalisée en un alliage métallique totalement amorphe comportant au moins un élément métallique choisi dans le groupe formé par l'or, le platine, le palladium, le rhénium, le ruthénium, le rhodium, l'argent, l'iridium ou l'osmium.
2. Aiguille selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ladite aiguille est fixée sur son axe (10) par l'intermédiaire d'un canon (5).
3. Aiguille selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite aiguille et ledit canon (5) forment une pièce monobloc.
4. Aiguille selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite aiguille est agencée pour être animée d'un mouvement rétrograde.
5. Chronographe comprenant une aiguille selon l'une des revendications précédentes.
6. Utilisation de l'aiguille selon l'une des revendications précédentes pour une application dans laquelle ladite aiguille subit, à un moment donné, une accélération d'au moins 250.000 rad/s"2.
7. Utilisation de l'aiguille selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite aiguille subit, à un moment donné, une accélération de l'ordre de 1 .106 rad/s"2.
8 Procédé de réalisation d'une aiguille, caractérisé en ce que ledit procédé comprend les étapes suivantes:
a) se munir du négatif (8) de l'aiguille (2) à réaliser; b) se munir d'un alliage métallique comprenant au moins un élément métallique du type précieux et étant apte à se solidifier au moins partiellement en phase amorphe.
c) former ledit alliage métallique dans le négatif de sorte à obtenir ladite aiguille ;
d) séparer ladite aiguille dudit négatif.
9. Procédé de réalisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape c) comprend les étapes suivantes:
- réaliser une préforme (7) avec ledit alliage métallique, ledit alliage métallique étant solidifié au moins partiellement en phase amorphe, et placer la préforme sur le négatif (8);
- chauffer ladite préforme à une température comprise entre la température de transition vitreuse et la température de cristallisation dudit alliage métallique ;
- exercer une pression sur la préforme afin de remplir le négatif avec ledit alliage métallique;
- refroidir ledit alliage métallique de sorte qu'il garde sa phase au moins partiellement amorphe.
10. Procédé de réalisation selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'étape c) comprend les étapes suivantes:
- chauffer ledit alliage métallique au dessus de son point de fusion ;
- couler ledit alliage métallique dans ledit négatif;
- refroidir l'ensemble de sorte que ledit alliage métallique se solidifie au moins partiellement en phase amorphe.
1 1 . Procédé de réalisation selon les revendications 10 ou 1 1 , caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape de refroidissement dudit matériau, l'étape consistant à enlever le surplus de matière.
12. Procédé de réalisation selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite aiguille (2) est fixée sur son axe par l'intermédiaire d'un canon (5) et en ce que ladite aiguille et ledit canon sont une seule et même pièce réalisée lors de l'étape c) de mise en forme.
13. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que ladite aiguille (2) est fixée sur son axe (10) par l'intermédiaire d'un canon (5) et en ce que ladite aiguille est fixée audit canon lors de l'étape c) de mise en forme.
14. Procédé de réalisation selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisée en ce que ledit au moins un élément métallique du type précieux est choisi dans le groupe formé par l'or, le platine, le palladium, le rhénium, le ruthénium, le rhodium, l'argent, l'iridium ou l'osmium.
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