WO2025219459A1 - Procédé de fabrication d'une pierre de pivotement pour mouvement horloger - Google Patents

Procédé de fabrication d'une pierre de pivotement pour mouvement horloger

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WO2025219459A1
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rpm
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pivot stone
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Remo PAVONE
Alexandre NEUKOMM
Fabrice DROZ
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Rolex SA
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing a pivot stone for a watch movement. It also relates to a machining device which implements such a manufacturing method.
  • a first existing solution consists of manufacturing a metal watch component by a bar turning process, involving a mechanical cutting tool that acts directly in contact with an initial block, to shape it by removing material.
  • This cutting tool comes into direct contact with the block, unlike laser machining in which a laser beam can act remotely on such a block.
  • Such a process makes it possible to achieve high precision in a rapid and well-controlled manner.
  • the metal has the disadvantage of being sensitive to magnetic fields, which can lead to reliability problems with the running of a watch in certain circumstances of use.
  • the metal is not always sufficiently hard and requires additional operations to increase its hardness, and sometimes improve its surface condition, which ultimately complicates the manufacturing process.
  • a ball of material in particular a ball of synthetic ruby, more particularly a ball of monocrystalline synthetic ruby, is cut by sawing or wire cutting or laser cutting into plates of a determined thickness. These plates are then cut to form blanks (preparations) of the pivot stones which are brought to a cylindrical external shape, for example by a turning operation.
  • the pivot stones are then drilled, for example by laser or by a spindle, in order to obtain the rough shape of a pivot hole.
  • the stones are then subjected to a scaling step which allows to arrive at the final diameter and the desired surface finish of the pivot hole.
  • a turning step then allows to bring the stone to its nominal external diameter.
  • a possible hollowing operation allows to form a hollow on one or two faces of the stone to serve as an oiler for lubrication.
  • a polishing allows to bring the thickness of the pivot stone to its final dimension and the desired surface finish.
  • a possible final polishing allows to obtain a desired external surface finish. This polishing does not modify the surface finish of the pivot hole.
  • Such a manufacturing process is complex, and there is a need to improve the manufacturing of a pivot stone for a watch movement.
  • the object of the present invention is to propose a solution for manufacturing a pivot stone for a watch movement which best meets the above-mentioned requirements and improves existing solutions.
  • the invention aims to define a solution for manufacturing a pivot stone for a watch movement, making it possible to simply, reliably and robustly manufacture a pivot stone with optimized mechanical properties.
  • the invention is based on a method of manufacturing a watch component, which is advantageously a pivot stone, characterized in that it comprises the following steps:
  • machining the block uses a spindle on which the block is fixed and driven in rotation, at a speed greater than or equal to 30,000 rpm, or even greater than or equal to 32,000 rpm, or even greater than or equal to 35,000 rpm, or even greater than or equal to 38,000 rpm, or even greater than or equal to 40,000 rpm, while the mechanical cutting tool comes into contact with it to remove material in successive passes, to form a watch component having a symmetry of revolution.
  • the invention also relates to a machining device comprising at least one spindle configured to hold a block to be machined and a mechanical cutting tool. configured to act in direct contact on the block to be machined so as to remove chips from the block to be machined, characterized in that the machining device comprises a motor connected to the at least one spindle and/or to the mechanical tool so as to drive it in rotation, to implement the method for manufacturing a watch component described above, the motor being configured to drive the at least one spindle in rotation at a speed greater than or equal to 30,000 rpm, or even greater than or equal to 32,000 rpm, or even greater than or equal to 35,000 rpm, or even greater than or equal to 38,000 rpm, or even greater than or equal to 40,000 rpm, while the mechanical cutting tool comes into contact with it to remove material in successive passes.
  • This cutting tool may retain usual geometries and materials, in particular having a cutting surface in a rigid and/or hard material, for example cutting inserts made of natural or synthetic diamond, such as a polycrystalline synthetic diamond like PCD.
  • Such a manufacturing method makes it possible to form components of very small dimensions, for example having cross sections with a diameter less than or equal to 350 ⁇ m, or even with a diameter less than or equal to 200 ⁇ m, or even less than or equal to 100 ⁇ m, or even less than or equal to 70 ⁇ m.
  • Such a production of small dimensions is very important since it is obligatory for the precise manufacture of a pivot stone.
  • the manufacturing method according to the invention makes it possible to form a pivot stone whose largest cross section is inscribed in a circle with a diameter less than or equal to 2 mm, or even less than or equal to 1 mm, or even less than or equal to 0.4 mm, the block to be machined thus being able, for example, to be a bar of diameter equal to 2 mm, or 1 mm, or 0.4 mm.
  • the block can thus, for example, be in the form of a cylindrical bar, like a ruby rod.
  • the method according to the invention makes it possible to manufacture a given geometry of a pivot stone with great precision and reliability, and great dimensional repeatability.
  • the spindle of the lathe is also designed to ensure the block to be machined is securely fixed, without it moving despite the significant forces it undergoes during the machining operation.
  • the overall rigidity of the machining device ensures that neither the block to be machined nor the cutting tools vibrate or deform, which guarantees a controlled trajectory of the cutting tool.
  • a machining strategy that minimizes forces is preferred, in particular by multiplying the cutting passes that remove very small chips with each pass, as detailed previously.
  • the machining device implements high and precise accelerations and decelerations.
  • the machining device comprises a multi-spindle lathe, i.e. comprises several spindles which operate at the same time, allowing for example parallel manufacturing of several pivot stones by breaking down the machining operations between the different spindles.
  • the machining device comprises a secondary workpiece holder, allowing the component to be reworked after it has been detached from the initial bar or rod.
  • the invention is not limited to the turning machine described above, the same principle can be implemented using any machining lathe.
  • the invention thus makes it possible to advantageously machine a ceramic block, which was not possible in the prior art, and considered impossible by the person skilled in the art.
  • the invention applies, for example, to a block to be machined that is entirely or based on ceramic.
  • the ceramic is preferably a sintered and hardened ceramic.
  • the block to be machined may be based on zirconia, in particular yttria-containing zirconia, the expression "based on” meaning that it comprises at least 50% by weight of zirconia.
  • it may be entirely made of zirconia, in particular yttria-containing zirconia.
  • it may be based on alumina or entirely made of alumina, entirely or based on a zirconia-alumina composite, entirely or based on silicon carbide, entirely or based on silicon nitride.
  • the material chosen is a technical ceramic, in particular an alumina, more particularly ruby (Cr-doped alumina) monocrystalline or polycrystalline.
  • the material may be a corundum or a spinel or a zirconia or SiC or a silica, or possibly other natural or synthetic stones such as diamond.
  • the material may be polycrystalline or monocrystalline corundum, for example ruby, in particular Cr-doped alumina, for example synthetic Cr-doped alumina, or even polycrystalline Cr-doped alumina.
  • the material may also be in an alumina-zirconia combination.
  • the material may also be a nitride or a carbide or an oxide or a carbo-nitride or an oxy-nitride or an oxy-carbide or an oxy-carbon-nitride, such as for example SiC or TiSiC or Si3N4.
  • the invention is more generally suitable for machining by direct material removal, from a block of hardness greater than or equal to 800 HV, or even greater than or equal to 1000 HV, or even greater than or equal to 1200 HV.
  • the invention more advantageously makes it possible to manufacture a pivot stone by the single machining step described above, or at least one functional surface of such a pivot stone by this main step.
  • this main step makes it possible to manufacture a a nearly finished rough draft of a pivot stone, which includes a rim of the pivot stone showing its final, or near-final, dimension.
  • this main step is supplemented by a second separate step of making a pivot hole and/or a central hollow within the pivot stone.
  • This second separate step may be implemented by machining, according to the principle of the invention described above, and implemented to manufacture the pivot stone blank.
  • this second step may comprise any known cutting method, using a cutting tool, such as a shaping tool, a drill, etc.
  • a cutting tool such as a shaping tool, a drill, etc.
  • it may comprise laser machining.
  • it may comprise a traditional method of threading onto a wire with a diamond suspension, as described in document WO2024/105218.
  • the second step described above can be implemented before the main step of producing the pivot stone blank.
  • the block can, for example, be in the form of a tube, such as a ruby tube, in which case the hole is already present before the main step is implemented.
  • the main step, or more precisely the two steps described above can be supplemented by an optional finishing step, particularly a step of tribofinishing the pivot stone.
  • a finishing step makes it possible, for example, to adapt the surface condition of one or more functional surfaces of the pivot stone, such as the roughness Ra.
  • it has a negligible impact on the overall geometry of the pivot stone.
  • such a finishing step modifies by a maximum of 1%, or even a maximum of 0.5%, or even a maximum of 0.1%, the dimension of a cross-section of the pivot stone resulting from the main machining step described above.
  • a functional surface of the pivot stone may have a roughness Ra less than or equal to 0.5 pm, or less than or equal to 0.1 pm, or less than or equal to 50 nm, or less than or equal to 20 nm, or less than or equal to 15 nm.
  • the invention is particularly advantageous in that the machining step, also called the main step, makes it possible to form the complete and final, or quasi-final, geometry of the pivot stone, and not just a rough rough cut.
  • the machining described above alone makes it possible to achieve the final dimension of the pivot stone, or the final dimension of at least one functional portion of the pivot stone, in particular outside of a pivot hole or a hollow, or even a part of the final dimension of at least one functional portion of the watch component that differs by less than 1%, or even less than 0.5%, or even less than 0.1%, from the final dimension of the at least one functional portion of the pivot stone.
  • the term “functional portion” means a portion that interacts with another component, in particular the pivot portion that allows the component to rotate in a fixed part formed by the pivot stone that serves as its support.
  • the second step remains a relatively simple step compared to the main step of making the pivot stone.
  • the invention may be combined with any other existing manufacturing method, such as milling or grinding, which other method may be used to manufacture another portion of the pivot stone, such as a pivot hole as previously described, and/or the same portion, before or after implementing the invention.
  • the invention makes it possible to form at least one functional portion of a pivot stone, at least one cross-section of which is inscribed in a circle with a diameter less than or equal to 2 mm, or 1.5 mm, or 1 mm, or 200 ⁇ m, or even less than or equal to 100 ⁇ m, or even less than or equal to 70 ⁇ m. It also makes it possible, more generally, to form a pivot stone, of small size, the larger cross-section of which is inscribed in a circle. with a diameter less than or equal to 2 mm, or even less than or equal to 1 mm, or even less than or equal to 0.5 mm.
  • the invention also makes it possible to manufacture any watch component, and particularly all or part of a watch shaft, such as a balance shaft or an anchor stem or a barrel arbor, all or part of a pinion, such as an escapement pinion or a gear train pinion.
  • a pivoting jewel intended to receive the pivoting of a watch shaft, such as a balance shaft.
  • the invention also relates to a machining device comprising at least one spindle configured to hold a block to be machined and a mechanical cutting tool configured to act in direct contact with the block to be machined so as to remove chips from the block to be machined, characterized in that the machining device comprises a motor connected to the at least one spindle and/or to the mechanical cutting tool so as to drive it in rotation, to implement the method for manufacturing a watch component as described above, in particular the main step of manufacturing a pivoting jewel, the motor being configured to drive the at least one spindle in rotation at a speed greater than or equal to 30,000 rpm, or even greater than or equal to 32,000 rpm, or even greater than or equal to 35,000 rpm, or even greater than or equal to 38,000 rpm, or even greater than or equal to 40,000 rpm, while the mechanical cutting tool comes into contact with it to remove material in successive passes.

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Abstract

Procédé de fabrication d'une pierre de pivotement, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes : - Se munir d'un bloc à usiner en céramique ou à base de céramique; - Usiner le bloc à l'aide d'un dispositif d'usinage comprenant un outil mécanique de coupe agissant en contact direct sur le bloc de sorte à enlever des copeaux du bloc, et en ce que l'étape consistant à usiner le bloc met en œuvre une broche sur laquelle le bloc est fixé et entraîné en rotation, à une vitesse supérieure ou égale à 30000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 32000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 35000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 38000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 40000 tours/minute, pendant que l'outil mécanique de coupe vient à son contact pour enlever de la matière par passes successives, pour former un composant horloger présentant une symétrie de révolution.

Description

Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement pour mouvement horloger
La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une pierre de pivotement pour un mouvement horloger. Elle porte aussi sur un dispositif d’usinage qui met en œuvre un tel procédé de fabrication.
De manière générale, la réalisation d’un composant horloger nécessite de trouver un bon compromis entre les exigences suivantes :
- Un matériau performant, qui répond au minimum aux exigences mécaniques élevées imposées par l’application horlogère ;
- Un procédé de fabrication suffisamment simple pour envisager une mise en œuvre à grande échelle, de manière fiable et robuste.
Une première solution existante consiste à fabriquer un composant horloger en métal par un procédé de décolletage, impliquant un outil mécanique de coupe qui agit directement au contact avec un bloc initial, pour le mettre en forme par enlèvement de matière. Cet outil de coupe vient au contact direct avec le bloc, au contraire d’un usinage laser dans lequel un faisceau laser permet d’agir à distance sur un tel bloc. Un tel procédé permet d’atteindre une grande précision de manière rapide et bien maîtrisée. Le métal présente toutefois, selon l’alliage utilisé, l’inconvénient d’être sensible aux champs magnétiques, ce qui peut induire des problèmes de fiabilité de la marche d’une montre dans certaines circonstances d’utilisation. D’autre part, le métal n’est pas toujours suffisamment dur et nécessite des opérations complémentaires pour augmenter sa dureté, et parfois améliorer son état de surface, ce qui complexifie finalement le procédé de fabrication. Finalement, certains alliages amagnétiques et durs se révèlent être trop difficiles à usiner, car entraînant une trop forte usure, voire carrément la casse, des outils de coupe. Une deuxième solution existante repose sur le choix d’un matériau amagnétique très rigide, comme une céramique, qui ne présente pas certains défauts du métal de la première solution. Toutefois, la fabrication d’un composant horloger en céramique nécessite un procédé plus complexe, impliquant en général un usinage laser, qui est plus délicat à maîtriser et plus lent qu’un usinage traditionnel.
Concernant le cas des pierres de pivotement pour l’horlogerie, ces pierres sont des éléments déterminants pour le bon fonctionnement d’un mouvement horloger. Quasiment tous les mouvements de rotation sont assurés par des axes pivotés dans des paliers, qui sont réalisés dans des éléments percés en rubis, appelés aussi pierres fonctionnelles ou pierres de pivotement.
De manière connue, pour réaliser une pierre de pivotement, une boule de matériau, notamment une boule de rubis synthétique, plus particulièrement une boule de rubis synthétique monocristallin, est débitée par sciage ou découpage au fil ou découpage laser en plaques d’épaisseur déterminée. Ces plaques sont ensuite découpées pour former des ébauches (préparages) des pierres de pivotement qui sont amenées à une forme extérieure cylindrique, par exemple par une opération de tournage.
Les pierres de pivotement sont ensuite percées, par exemple par laser ou par une broche, de façon à obtenir l’ébauche d’un trou de pivotement. Les pierres sont ensuite soumises à une étape de grandissage qui permet d’arriver au diamètre final et à l’état de surface souhaité du trou de pivotement. Une étape de tournage permet ensuite d’amener la pierre à son diamètre externe nominal. Une éventuelle opération de creusage permet de former une creusure sur une ou deux face(s) de la pierre pour servir d’huilier pour la lubrification. Finalement, un polissage permet d’amener l’épaisseur de la pierre de pivotement à sa dimension finale et à l’état de surface désiré. Un éventuel polissage final permet d’obtenir un état de surface extérieur souhaité. Ce polissage ne modifie pas l’état de surface du trou de pivotement. Un tel procédé de fabrication est complexe, et il existe un besoin d’améliorer la fabrication d’une pierre de pivotement pour mouvement horloger.
Ainsi, la présente invention a pour objet de proposer une solution de fabrication d’une pierre de pivotement pour mouvement horloger qui répond au mieux aux exigences susmentionnées et améliore les solutions existantes.
Plus précisément, l’invention a pour objet de définir une solution de fabrication d’une pierre de pivotement pour mouvement horloger permettant de fabriquer simplement et de manière fiable et robuste une pierre de pivotement aux propriétés mécaniques optimisées.
A cet effet, l’invention repose sur un procédé de fabrication d’un composant horloger, qui est avantageusement une pierre de pivotement, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- Se munir d’un bloc à usiner en céramique ou à base de céramique ;
- Usiner le bloc à l’aide d’un dispositif d’usinage comprenant un outil mécanique de coupe agissant en contact direct sur le bloc de sorte à enlever des copeaux du bloc, et en ce que l’étape consistant à usiner le bloc met en œuvre une broche sur laquelle le bloc est fixé et entraîné en rotation, à une vitesse supérieure ou égale à 30000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 32000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 35000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 38000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 40000 tours/minute, pendant que l’outil mécanique de coupe vient à son contact pour enlever de la matière par passes successives, pour former un composant horloger présentant une symétrie de révolution.
L’invention porte aussi sur un dispositif d’usinage comprenant au moins une broche configurée pour maintenir un bloc à usiner et un outil mécanique de coupe configuré pour agir en contact direct sur le bloc à usiner de sorte à enlever des copeaux du bloc à usiner, caractérisé en ce que le dispositif d’usinage comprend un moteur relié à l’au moins une broche et/ou à l’outil mécanique de sorte à l’entraîner en rotation, pour mettre en œuvre le procédé de fabrication d’un composant horloger décrit ci-dessus, le moteur étant configuré pour entraîner en rotation la au moins une broche à une vitesse supérieure ou égale à 30000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 32000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 35000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 38000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 40000 tours/minute, pendant que l’outil mécanique de coupe vient à son contact pour enlever de la matière par passes successives.
L’invention est plus particulièrement définie par les revendications.
Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante d’un mode de réalisation particulier fait à titre non-limitatif.
Pour simplifier la description, nous utiliserons par convention la direction longitudinale pour la direction principale le long de laquelle s’étend l’axe d’un composant horloger considéré, destiné à pivoter autour de cet axe contre la pierre de pivotement. Cet axe peut aussi être par exemple un axe de révolution d’une pierre de pivotement, ou plus généralement un axe principal, par exemple considéré selon la direction de plus grande dimension du composant horloger. L’adjectif « transversal » sera utilisé pour désigner une direction perpendiculaire à la direction longitudinale.
Le concept de l’invention consiste à utiliser un procédé de fabrication basé sur un usinage non conventionnel, notamment sur un décolletage non conventionnel, en impliquant une très grande vitesse relative entre un bloc à usiner, notamment un barreau à usiner, et un outil mécanique de coupe, qui vient au contact avec le bloc à usiner. Les décolleteuses traditionnelles, telles qu’utilisées dans l’état de la technique pour fabriquer des composants horlogers en métal, sont totalement inadaptées à l’utilisation de matériaux très rigides, fragiles et durs comme une céramique, notamment à base de zircone. En effet, une telle utilisation entraînerait une usure catastrophique des outils mécaniques de coupe, voire la casse de ces outils mécaniques de coupe et/ou du bloc à usiner, expliquant pourquoi une telle solution n’existe pas. Par exemple, des essais d’usinage d’un alliage métallique très dur connu par sa dénomination P2000 lors d’un usinage traditionnel dans lequel un bloc en P2000 est entraîné à une vitesse de rotation de 12000 tours/minute a permis de fabriquer seulement 150 pièces avant de nécessiter le changement de l’outil de coupe. Selon l’invention, il a été découvert contre toute attente qu’une très grande vitesse de rotation implémentée dans une décolleteuse permet de réduire fortement l’usure et la casse des outils mécaniques de coupe, même en utilisant un matériau de base très dur comme une céramique.
Un mode de réalisation de l’invention va maintenant être détaillé pour la fabrication d’une pierre de pivotement présentant une symétrie de révolution, au moins sur une partie de sa longueur, autour d’un axe longitudinal.
Dans ce mode de réalisation, une machine-outil, aussi appelée décolleteuse, est utilisée, comprenant au moins une broche destinée au montage d’un bloc, notamment d’une barre ou d’un barreau, à usiner, à partir duquel la pierre de pivotement va être formée par usinage, par enlèvement de matière. Cette broche est associée à un moteur destiné à entraîner la broche en rotation autour d’un axe de rotation. La broche comprend de plus un logement pour la fixation d’un bloc à usiner. Cette broche est donc un porte-pièce. Selon ce mode de réalisation, le moteur de la décolleteuse est adapté pour entraîner le bloc à usiner à une très grande vitesse de rotation sur lui-même, autour d’un axe qui correspond à l’axe longitudinal du futur composant horloger. Cette vitesse est supérieure à 30000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 32000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 35000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 38000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 40000 tours/minute. La machine ou dispositif d’usinage, aussi appelée décolleteuse, comprend de plus un outil mécanique de coupe, qui vient au contact direct avec le bloc à usiner pendant sa rotation, enlevant ainsi des copeaux de matière de manière symétrique autour de l’axe de rotation du bloc à usiner, qui formera l’axe de symétrie de la future pierre de pivotement, qui va présenter une symétrie de révolution. L’outil de coupe permet ainsi d’enlever progressivement de la matière autour du bloc à usiner, en taillant ainsi sa circonférence et sculptant progressivement le bloc à usiner jusqu’à atteindre la pierre de pivotement finale. Avantageusement, l’outil de coupe passe plusieurs fois au même endroit, pour enlever des copeaux de très faible épaisseur, par exemple de moins de 5 pm d’épaisseur, voire de moins de 2 pm, voire de moins de 1 pm, à chaque passe. Ainsi, le résultat obtenu est de très grande précision. De manière surprenante, plus la vitesse de rotation du bloc à usiner est importante, selon les valeurs susmentionnées, moins il y a d’usure de l’outil mécanique de coupe, qui permet ainsi de devenir compatible avec une telle solution de fabrication.
Cet outil de coupe peut conserver des géométries et matériaux habituels, notamment présenter une surface de coupe dans un matériau rigide et/ou dur, par exemple des plaquettes de coupe en diamant naturel ou synthétique, tel un diamant synthétique polycristallin comme le PCD.
Il apparaît qu’un tel procédé de fabrication permet de former des composants de très petite dimension, par exemple présentant des sections transversales de diamètre inférieur ou égal à 350 pm, voire de diamètre inférieur ou égal à 200 pm, voire inférieur ou égal à 100 pm, voire inférieur ou égal à 70 pm. Une telle réalisation de petites dimensions est très importante puisqu’obligatoire pour la fabrication précise d’une pierre de pivotement. Plus généralement, le procédé de fabrication selon l’invention permet de former une pierre de pivotement dont la section transversale de plus grande dimension est inscrite dans un cercle de diamètre inférieur ou égal à 2 mm, voire inférieur ou égal à 1 mm, voire inférieur ou égal à 0.4 mm, le bloc à usiner pouvant ainsi par exemple être un barreau de diamètre égal à 2 mm, ou 1 mm, ou 0.4 mm. Le bloc peut ainsi par exemple se présenter sous forme d’un barreau cylindrique, comme une tige en rubis.
D’autre part, il apparaît que le procédé selon l’invention permet de fabriquer une géométrie donnée d’une pierre de pivotement avec une grande précision et fiabilité, et une grande répétabilité dimensionnelle.
La broche de la décolleteuse est de plus prévue pour garantir la bonne fixation du bloc à usiner, sans déplacement de ce dernier malgré les efforts importants qu’il subit lors de l’opération d’usinage. De plus, la rigidité globale du dispositif d’usinage assure que, ni le bloc à usiner, ni les outils de coupe, ne vibrent ou ne se déforment, ce qui garantit une trajectoire contrôlée de l'outil de coupe. Pour optimiser la stabilité du dispositif d’usinage, une stratégie d’usinage qui minimise les efforts est préférée, notamment par la multiplication des passes de coupe qui enlèvent des très petits copeaux à chaque passe, comme détaillé précédemment.
D’autre part, avantageusement, le dispositif d’usinage met en œuvre des accélérations et décélérations élevées et précises.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif d’usinage comprend un tour multibroches, c’est-à-dire comprend plusieurs broches qui fonctionnent en même temps, permettant par exemple une fabrication en parallèle de plusieurs pierres de pivotements par décomposition des opérations d’usinage entre les différentes broches.
Selon un mode de réalisation avantageux, le dispositif d’usinage comprend un porte-pièce secondaire, permettant une reprise du composant après son détachage de la barre ou du barreau initial.
L’invention ne se limite pas à la décolleteuse décrite précédemment, le même principe pouvant être mis en œuvre par l’intermédiaire de tout tour d’usinage. L’invention permet ainsi d’usiner de manière avantageuse un bloc en céramique, ce qui n’était pas possible dans l’état de la technique, et considéré comme impossible par la personne du métier. L’invention s’applique par exemple à partir d’un bloc à usiner intégralement ou à base de céramique. La céramique est préférentiellement une céramique frittée et durcie. Le bloc à usiner peut être à base de zircone, notamment de zircone yttriée, l’expression « à base de » signifiant qu’il comprend au moins 50% en poids de zircone. En variante, il peut être intégralement en zircone, notamment en zircone yttriée. En variante, il peut être à base d’alumine ou intégralement en alumine, intégralement ou à base d’un composite zircone-alumine, intégralement ou à base de carbure de silicium, intégralement ou à base de nitrure de silicium.
De manière préférée, le matériau choisi est une céramique technique, notamment une alumine, plus particulièrement du rubis (alumine dopée au Cr) monocristallin ou polycristallin. Le matériau peut être un corindon ou une spinelle ou une zircone ou du SiC ou une silice, ou éventuellement d’autres pierres naturelles ou synthétiques comme le diamant. Le matériau peut être du corindon polycristallin ou monocristallin, par exemple du rubis, notamment de l’alumine dopée au Cr, par exemple de l’alumine dopée au Cr synthétique, voire de l’alumine dopée au Cr polycristalline. Le matériau peut encore se présenter en une combinaison alumine- zircone. Le matériau peut être encore un nitrure ou un carbure ou un oxyde ou un carbo-nitrure ou un oxy-nitrure ou un oxy-carbure ou un oxy-carbo-nitrure, comme par exemple du SiC ou du TiSiC ou du Si3N4.
L’invention est plus généralement adaptée à l’usinage par retrait de matière direct, à partir d’un bloc de dureté supérieure ou égale à 800 HV, voire supérieure ou égale à 1000 HV, voire supérieure ou égale à 1200 HV.
L’invention permet de plus avantageusement de fabriquer une pierre de pivotement par la seule étape d’usinage décrite précédemment, ou au moins une surface fonctionnelle d’une telle pierre de pivotement par cette étape principale. Autrement dit, avantageusement, cette étape principale permet de fabriquer une ébauche presque finie d’une pierre de pivotement, qui comprend un pourtour de la pierre de pivotement présentant sa dimension finale, ou quasi-finale.
Toutefois, cette étape principale est complétée par une deuxième étape distincte de réalisation d’un trou de pivotement et/ou d’une creusure centrale au sein de la pierre de pivotement. Cette deuxième étape distincte peut être mise en œuvre par usinage, selon le principe de l’invention décrit ci-dessus, et mis en œuvre pour fabriquer l’ébauche de pierre de pivotement. En variante, cette deuxième étape peut comprendre tout procédé de découpe connu, à partir d’un outil coupant, comme un outil de forme, un foret, etc. En variante encore, elle peut comprendre un usinage laser. En variante encore, elle peut comprendre un procédé traditionnel d’enfilage sur un fil avec une suspension diamantée, tel que décrit dans le document WO2024/105218.
Selon une variante de réalisation, la deuxième étape décrite ci-dessus peut être mise en œuvre avant l’étape principale de réalisation de l’ébauche de pierre de pivotement. Le bloc peut par exemple sous la forme d’un tube, comme un tube en rubis, auquel cas le trou est déjà présent avant la mise en œuvre de l’étape principale.
De manière optionnelle, l’étape principale, ou plus exactement les deux étapes décrites précédemment, peuvent être complétées par une étape optionnelle de terminaison, particulièrement une étape de tribofinition de la pierre de pivotement. Une telle étape permet par exemple d’adapter l’état de surface d’une ou de plusieurs surfaces fonctionnelles de la pierre de pivotement, comme la rugosité Ra. Elle a toutefois un impact négligeable sur la géométrie globale de la pierre de pivotement. Notamment, une telle étape de terminaison modifie au maximum de 1 %, voire au maximum de 0.5%, voire au maximum de 0.1 %, la dimension d’une section transversale de la pierre de pivotement issue de l’étape principale d’usinage décrite précédemment. En fin de procédé, une surface fonctionnelle de la pierre de pivotement peut présenter une rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 pm, voire inférieure ou égale à 0.1 pm, voire inférieure ou égale à 50 nm, voire inférieure ou égale à 20 nm, voire inférieure ou égale à 15 nm.
Autrement dit, l’invention est particulièrement avantageuse en ce que l’étape d’usinage, aussi appelée étape principale, permet de former la géométrie complète et finale, ou quasi-finale, de la pierre de pivotement, et non pas seulement une ébauche grossière. Ainsi, le seul usinage décrit précédemment permet d’atteindre la dimension finale de la pierre de pivotement, ou la dimension finale d’au moins une portion fonctionnelle de la pierre de pivotement, notamment en dehors d’un trou de pivotement ou d’une creusure, voire une partie de la dimension finale d’au moins une portion fonctionnelle du composant horloger différente de moins de 1 %, voire de moins de 0.5%, voire de moins de 0.1 %, de la dimension finale de la au moins une portion fonctionnelle de la pierre de pivotement. On entend par « portion fonctionnelle» une portion qui interagit avec un autre composant, notamment la portion de pivotement qui permet la rotation du composant dans une partie fixe formée par la pierre de pivotement qui lui sert de support. La deuxième étape reste une étape relativement simple relativement à l’étape principale de fabrication de la pierre de pivotement.
Naturellement, l’invention peut être combinée avec tout autre procédé de fabrication existant, comme un fraisage ou une rectification, cet autre procédé pouvant servir à fabriquer une autre portion de la pierre de pivotement, comme un trou de pivotement tel que décrit précédemment, et/ou la même portion, avant ou après la mise en œuvre de l’invention.
Dans tous les cas, l’invention permet de former au moins une portion fonctionnelle d’une pierre de pivotement, dont au moins une section transversale est inscrite dans un cercle de diamètre inférieur ou égal à 2 mm, ou 1 .5 mm, ou 1 mm, ou 200 pm, voire inférieur ou égal à 100 pm, voire inférieur ou égal à 70 pm. Elle permet aussi plus généralement de former une pierre de pivotement, de petite dimension, dont la section transversale de plus grande dimension est inscrite dans un cercle de diamètre inférieur ou égal à 2 mm, voire inférieur ou égal à 1 mm, voire inférieur ou égal à 0.5 mm.
L’invention permet aussi de fabriquer tout composant horloger, et particulièrement tout ou partie d’un axe horloger, comme un axe de balancier ou une tige d’ancre ou un arbre de barillet, tout ou partie d’un pignon, comme un pignon d’échappement ou un pignon du rouage. Particulièrement, elle permet de fabriquer une pierre de pivotement, destinée à recevoir le pivotement d’un axe horloger, comme un axe de balancier.
L’invention porte aussi sur un dispositif d’usinage comprenant au moins une broche configurée pour maintenir un bloc à usiner et un outil mécanique de coupe configuré pour agir en contact direct sur le bloc à usiner de sorte à enlever des copeaux du bloc à usiner, caractérisé en ce que le dispositif d’usinage comprend un moteur relié à l’au moins une broche et/ou à l’outil mécanique de coupe de sorte à l’entraîner en rotation, pour mettre en œuvre le procédé de fabrication d’un composant horloger tel que décrit précédemment, notamment l’étape principale de fabrication d’une pierre de pivotement, le moteur étant configuré pour entraîner en rotation la au moins une broche à une vitesse supérieure ou égale à 30000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 32000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 35000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 38000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 40000 tours/minute, pendant que l’outil mécanique de coupe vient à son contact pour enlever de la matière par passes successives.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement pour mouvement horloger, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- Se munir d’un bloc à usiner en céramique ou à base de céramique ;
- Usiner le bloc à l’aide d’un dispositif d’usinage comprenant un outil mécanique de coupe agissant en contact direct sur le bloc de sorte à enlever des copeaux du bloc, et en ce que l’étape principale consistant à usiner le bloc met en œuvre une broche sur laquelle le bloc est fixé et entraîné en rotation, à une vitesse supérieure ou égale à 30000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 32000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 35000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 38000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 40000 tours/minute, pendant que l’outil mécanique de coupe vient à son contact pour enlever de la matière par passes successives, pour former une pierre de pivotement présentant une symétrie de révolution.
2. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il comprend une deuxième étape distincte de l’étape principale comprenant la réalisation d’un trou de pivotement ou d’une creusure ou en ce que le bloc à usiner se présente sous la forme d’un tube.
3. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc à usiner est intégralement en céramique frittée et durcie.
4. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la céramique est à base de zircone, notamment de zircone yttriée, ou à base d’alumine, notamment une alumine, plus particulièrement du rubis (alumine dopée au Cr) monocristallin ou polycristallin, à base d’un composite zircone-alumine, à base de carbure de silicium, ou à base de nitrure de silicium, ou à base de silice, ou d’autres pierres naturelles ou synthétiques comme le diamant, ou de corindon polycristallin ou monocristallin, ou à base de nitrure ou de carbure ou d’un oxyde ou d’un carbo-nitrure ou d’un oxy- nitrure ou d’un oxy-carbure ou d’un oxy-carbo-nitrure, comme par exemple du SiC ou du TiSiC ou du Si3N4.
5. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le bloc à usiner est de dureté supérieure ou égale à 800 HV, voire supérieure ou égale à 1000 HV, voire supérieure ou égale à 1200 HV.
6. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’étape consistant à usiner le bloc est un tournage mécanique réalisé par une décolleteuse dans laquelle le bloc à usiner est fixé sur une broche et entraîné en rotation, la décolleteuse étant une machine monobroche ou une machine multibroches.
7. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’outil mécanique de coupe agit sur le bloc à usiner par passes fines permettant d’enlever des copeaux de moins de 5 microns d’épaisseur lors d’une passe.
8. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l’outil mécanique de coupe comprend un diamant naturel ou synthétique, notamment un diamant synthétique polycristallin.
9. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il comprend une étape de terminaison de la pierre de pivotement, particulièrement une étape de tribofinition, qui modifie au maximum 1 %, voire au maximum 0.5%, voire au maximum 0.1 %, la dimension d’une section transversale du composant horloger issu de l’étape consistant à usiner le bloc.
10. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’étape consistant à usiner le bloc forme la géométrie finale de la pierre de pivotement en dehors d’un trou de pivotement ou d’une creusure de pivotement, ou la dimension finale d’au moins une portion fonctionnelle de la pierre de pivotement, ou une partie de la dimension finale d’au moins une portion fonctionnelle de la pierre de pivotement différente de moins de 1 %, voire de moins de 0.5%, voire de moins de 0.1 %, de la dimension finale de la au moins une portion fonctionnelle de la pierre de pivotement.
11. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il fabrique au moins une portion fonctionnelle de la pierre de pivotement de rugosité Ra inférieure ou égale à 0.5 pm, voire inférieure ou égale à 0.1 pm, voire inférieure ou égale à 50 nm, voire inférieure ou égale à 20 nm, voire inférieure ou égale à 15 nm.
12. Procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’il fabrique une pierre de pivotement dont la section transversale de plus grande dimension est inscrite dans un cercle de diamètre inférieur ou égal à 2 mm, voire inférieur ou égal à 1 mm, voire inférieur ou égal à 0.5 mm, et/ou au moins une portion fonctionnelle de la pierre de pivotement dont au moins une section transversale est inscrite dans un cercle de diamètre inférieur ou égal à 2 mm, voire inférieur ou égal à 1 mm, voire inférieur ou égal à 200 pm, voire inférieur ou égal à 100 pm, voire inférieur ou égal à 70 pm.
13. Dispositif d’usinage comprenant au moins une broche configurée pour maintenir un bloc à usiner et un outil mécanique de coupe configuré pour agir en contact direct sur le bloc à usiner de sorte à enlever des copeaux du bloc à usiner, caractérisé en ce que le dispositif d’usinage comprend un moteur relié à l’au moins une broche et/ou à l’outil mécanique de sorte à l’entraîner en rotation, pour mettre en œuvre le procédé de fabrication d’une pierre de pivotement selon l’une des revendications précédentes, le moteur étant configuré pour entraîner en rotation la au moins une broche à une vitesse supérieure ou égale à 30000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 32000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 35000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 38000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 40000 tours/minute, pendant que l’outil mécanique de coupe vient à son contact pour enlever de la matière par passes successives.
14. Procédé de fabrication d’un composant horloger, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes :
- Se munir d’un bloc à usiner en céramique ou à base de céramique ;
- Usiner le bloc à l’aide d’un dispositif d’usinage comprenant un outil mécanique de coupe agissant en contact direct sur le bloc de sorte à enlever des copeaux du bloc, et en ce que l’étape consistant à usiner le bloc met en œuvre une broche sur laquelle le bloc est fixé et entraîné en rotation, à une vitesse supérieure ou égale à 30000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 32000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 35000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 38000 tours/minute, voire supérieure ou égale à 40000 tours/minute, pendant que l’outil mécanique de coupe vient à son contact pour enlever de la matière par passes successives, pour former un composant horloger présentant une symétrie de révolution.
15. Procédé de fabrication d’un composant horloger selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il fabrique tout ou partie d’un axe horloger, comme un axe de balancier ou une tige d’ancre ou un arbre de barillet, tout ou partie d’un pignon, comme un pignon d’échappement ou un pignon du rouage.
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