CH716974A2 - Ressort spiral pour oscillateur balancier-spiral horloger et son procédé de fabrication. - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un ressort spiral pour oscillateur balancier-spiral horloger, le matériau dudit ressort comportant un alliage binaire comprenant : un pourcentage massique d'or entre 45% et 55% ; des éventuelles impuretés jusqu'à 0.5% en pourcentage massique ; la balance en palladium. Un tel alliage présente un coefficient Hermoélastique proche de zéro, selon la composition et un éventuel traitement thermique.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention se rapporte au domaine de l'horlogerie. Elle concerne, plus particulièrement, un ressort spiral pour oscillateur balancier-spiral, dont le coefficient thermoélastique est proche de zéro.

Etat de la technique

[0002] Le genre d'oscillateur horloger le plus communément utilisé de nos jours est l'oscillateur balancier-spiral. Cet oscillateur est composé d'une masse inertielle montée dans des paliers de telle sorte qu'elle est susceptible de pivoter selon une rotation de va-et-vient sous l'effet d'un ressort spiral (typiquement plat) qui fournit un couple de rappels. Les oscillations sont entretenues par un échappement, dont un grand nombre de sortes sont bien connues à l'homme du métier.

[0003] Si l'élasticité du ressort spiral, c'est-à-dire son module de Young E, varie en fonction de la température, la fréquence d'oscillation du balancier-spiral n'est pas constante et la précision de la marche du mouvement n'est pas garantie.

[0004] Afin de résoudre ce problème, de nombreux alliages ont été développés, tel que l'Elinvar, dont le coefficient thermoélastique est proche de zéro dans la plage de températures rencontrées dans la pratique (typiquement 0°C à +40°C). Par „coefficient thermoélastique“, on entend la variation du module de Young en fonction de la température, c'est-à-dire dE/dT, et, pour cette raison, ce paramètre est également appelé „coefficient thermique du module de Young“.

[0005] Les horlogers sont toujours à la recherche de nouveaux matériaux pour des spiraux qui sont non seulement peu ou pas sensibles à la température, mais sont également à la fois amagnétiques, résistants à la corrosion et à partir desquels la confection d'un ressort spiral est relativement facile.

[0006] Le but de l'invention est par conséquent de proposer un ressort spiral fait d'un matériau qui remplit ces exigences, ainsi que son procédé de fabrication.

Divulguation de l'invention

[0007] De façon plus précise, l'invention concerne un ressort spiral pour oscillateur balancier-spiral horloger, comme défini par la revendication 1. Selon l'invention, le matériau dudit ressort comporte (ou même est constitué de) un alliage binaire comprenant : - un pourcentage massique d'or entre 45% et 55% ; - des éventuelles impuretés jusqu'à 0.5% en pourcentage massique ; - la balance en palladium.

[0008] Ces alliages sont amagnétiques, résistants à la corrosion, faciles à usiner, et présentent un coefficient thermoélastique proche de zéro, c'est-à-dire compris entre -12 Pa.K<-1>et +2.8 Pa.K<-1>, selon la composition et l'éventuel traitement thermique effectué.

[0009] Pour le surplus, et de manière surprenante, ce coefficient peut être aisément manipulé en variant le pourcentage massique d'or et/ou le traitement thermique de l'alliage lors de la fabrication du ressort. L'élasticité du ressort varie donc peu ou pas en fonction de la température, ce qui permet de rendre la marche de l'oscillateur dans lequel il est intégré aussi proche à 0 s/j que possible. Pour le surplus, il est même possible de thermocompenser l'oscillateur dans son ensemble si le coefficient thermoélastique du ressort est choisi pour compenser et donc pour annuler l'effet de variations de l'inertie du balancier dues à des changements de température.

[0010] Le ressort selon l'invention est de préférence monolithique, c'est-à-dire dépourvu de couche extérieure, mais peut quand-même comporter une ou plusieurs couches sur sa surface.

[0011] Avantageusement, le pourcentage massique d'or se situe entre 48% et 55%, de préférence entre 48% et 52%, encore de préférence entre 49% et 51%, encore de préférence substantiellement de 50% (c'est-à-dire entre 49.5% et 50.5%). Ces plages de compositions fournissent des coefficients thermoélastiques encore plus proches de zéro (environ -5 Pa.K<-1>à +2.8 Pa.K<-1>). De manière étonnante, une composition de substantiellement 50% or par poids représente un alliage particulièrement versatile, avec lequel le coefficient thermoélastique peut être manipulé entre des larges bornes de -5 Pa.K<-1>à +2.8 Pa.K<-1>simplement en variant le traitement thermique.

[0012] Le ressort spiral selon l'invention peut être intégré dans un oscillateur balancier-spiral comprenant un balancier solidaire en rotation d'une extrémité dudit ressort spiral, cet oscillateur pouvant être intégré dans un mouvement d'horlogerie destiné à équiper une pièce d'horlogerie telle qu'une montre bracelet.

[0013] L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel ressort spiral. Ce procédé comporte les étapes suivantes : a) se munir d'un fil en alliage binaire palladium-or comprenant : - un pourcentage massique d'or entre 45% et 55%, de préférence entre 48% et 52%, encore de préférence substantiellement 50% ; - des éventuelles impuretés jusqu'à 0.5% en pourcentage massique ; - la balance en palladium ; b) mettre ledit ressort spiral en forme par n'importe quel procédé connu.

[0014] Le ressort spiral de l'invention peut ainsi être fabriqué.

[0015] Avantageusement, l'étape b) peut être précédée par un traitement thermique dudit fil, et/ou peut être suivie par un tel traitement thermique. Ces deux traitements thermiques peuvent être identiques ou différents.

[0016] Avantageusement, le traitement thermique peut comporter un recuit, éventuellement suivi d'une trempe.

[0017] Avantageusement, ledit traitement thermique peut comprendre un chauffage à une température entre 250°C et 600°C, de préférence entre 300°C et 450°C, encore de préférence entre 350°C et 450°C. Ce chauffage peut suivre le recuit et l'éventuelle trempe susmentionnée, et permet de manipuler précisément le coefficient thermoélastique du ressort spiral.

[0018] Cette température de chauffage peut être maintenue pendant un laps de temps se situant entre 1 heure et 20 heures, de préférence entre 5 heures et 15 heures, encore de préférence entre 10 heures et 15 heures.

Brève description des dessins

[0019] D'autres détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : Fig. 1 est un graphique illustrant la variation du coefficient thermoélastique du module de Young en fonction de la composition d'un alliage binaire Pd-Au, selon trois traitements thermiques différents ; Fig. 2 est un graphique illustrant l'effet sur le coefficient thermoélastique du module de Young de certains traitements thermiques, pour certaines compositions de l'alliage binaire Pd-Au, Fig. 3 est un diagramme schématique d'un procédé de fabrication d'un ressort spiral selon l'invention ; et Fig. 4 représente en vue isométrique un ressort spiral selon l'invention.

Mode de réalisation de l'invention

[0020] Le ressort spiral 1 selon l'invention est destiné à faire partie d'un oscillateur balancier-spiral conventionnel, comme décrit en préambule. Un tel ressort spiral 1 de forme conventionnelle a été illustré sur la figure 4, mais un tel oscillateur, qui est très bien connu, n'a pas été illustré ici. Néanmoins, il est à noter que le ressort spiral 1 ainsi que le balancier peuvent prendre n'importe quelle forme connue. Typiquement, le balancier comporte une serge liée à un axe par une pluralité de bras, le ressort spiral 1 étant rendu solidaire dudit axe par l'intermédiaire d'une virole ou similaire, qui peut être venue de matière avec le ressort 1 ou peut être une pièce distincte à laquelle le ressort 1 est fixé.

[0021] La particularité du ressort spiral 1 selon l'invention réside dans le matériau qui le constitue.

[0022] Le matériau du ressort 1 est un alliage binaire palladium-or, qui comporte un pourcentage massique d'or entre 45% et 55%, de préférence entre 48% et 55%, encore de préférence entre 48% et 52%, encore de préférence entre 49% et 51%, encore de préférence substantiellement de 50% (c'est-à-dire entre 49.5% et 50.5%).

[0023] À l'exception d'un éventuel pourcentage massique d'impuretés qui peut être toléré jusqu'à 0.5%, de préférence jusqu'à 0.3% ou encore mieux jusqu'à 0.1%, le reste de l'alliage est constitué de palladium.

[0024] Ces alliages sont amagnétiques, résistants à la corrosion et faciles à travailler, donc conviennent particulièrement pour la fabrication de ressorts spiraux.

[0025] Après de nombreux essais, la demanderesse a constaté que le coefficient thermoélastique de ces alliages est proche de zéro dans ces plages de compositions, et peut être manipulé très aisément entre environ -12 Pa.K<-1>et +2.8 Pa.K<-1>par le biais de la composition ainsi que du traitement thermique, comme illustrent les graphiques des figures 1 et 2.

[0026] Plus précisément, la figure 1 illustre le rapport entre la composition de l'alliage Pd-Au en pourcentage massique d'or (axe x) et le coefficient thermoélastique du module de Young (axe y) pour quatre traitements thermiques différents.

[0027] La courbe A illustre ce rapport pour un alliage recuit, ayant été chauffé jusqu'à 1000°C pendant 1h, puis refroidi à raison de 300°C/h. D'autres températures et temps de recuit sont également possibles.

[0028] La courbe B représente les résultats obtenus en effectuant une trempe dans l'eau à partir d'une température de 1000°C, le matériau ayant été maintenu à cette température pendant 10 minutes.

[0029] La courbe C représente les résultats obtenus en effectuant une trempe dans l'eau à partir d'une température de 1000°C, le matériau ayant été maintenu à cette température pendant 10 minutes, et la trempe ayant été suivi d'un traitement thermique à 360°C pendant 15 heures.

[0030] D'après ce graphique, il apparaît clairement comment le coefficient thermoélastique peut être varié à volonté pour obtenir une valeur souhaitée qui est proche de zéro. Il est noté qu'on ne souhaite pas forcément obtenir une valeur de zéro, puisque la variation de raideur du ressort 1 peut être choisie pour compenser la variation de l'inertie du balancier lors des changements de température, et ainsi rendre la fréquence de l'oscillateur aussi proche que possible de la valeur nominale souhaitée.

[0031] Par exemple, dans le cas classique d'un balancier dont l'inertie augmente lorsque la température monte, ce qui tend à réduire la fréquence d'oscillation, un coefficient thermoélastique légèrement positif, tend à augmenter la fréquence d'oscillation et peut compenser au moins partiellement l'effet de la dilatation du balancier. Dans un tel cas, un point sur la courbe C qui correspond à un alliage Pd-50%Au représente le coefficient thermoélastique positif maximum (+2.8 Pa.K<-1>) qui est atteignable.

[0032] Dans le cas d'un balancier dont l'inertie diminue lorsque la température monte, un coefficient thermoélastique négatif le compensera.

[0033] La figure 2 illustre la variation du coefficient thermoélastique par rapport à la température dudit traitement thermique pour des alliages binaires Pd-Au variant entre 45% massique Au et 55% massique Au, le traitement thermique étant effectué pendant 15 heures. Ce graphique montre clairement que des compositions, comprenant entre 49% massique et 52% massique d'or, permettent d'obtenir un coefficient thermoélastique de zéro ou positif, le traitement thermique s'effectuant à une température entre 300°C et 450°C, selon l'alliage.

[0034] Une considération des figures 1 et 2 mène à la conclusion que l'alliage Pd-50%Au représente l'alliage le plus versatile pour un spiral 1 selon l'invention, son coefficient thermoélastique pouvant être varié à volonté entre -4 Pa.K<-1>(recuit) et +2.8 Pa.K<-1>(traitement thermique à entre 350°C et 400°C) en variant la température dudit traitement thermique.

[0035] La figure 3 illustre schématiquement, sous forme de diagramme bloc, un procédé de fabrication d'un ressort spiral 1 selon l'invention. Dans cette figure, des étapes facultatives ont été représentées par des blocs en traitillés.

[0036] Ce procédé comprend, au minimum, les étapes suivantes : a) se doter d'un fil d'alliage Pd-Au dans un alliage tel que décrit ci-dessus, et b) mettre en forme ledit fil afin de former ledit ressort 1.

[0037] Ledit fil peut être de section ronde, ovale, carrée, rectangulaire ou similaire, sa confection par tréfilage ou similaire étant bien connue à l'homme du métier. Sa mise en forme peut être effectuée par calandrage ou similaire.

[0038] Si le coefficient thermoélastique de l'alliage tel que livré convient déjà pour le but recherché, aucun traitement thermique n'est à effectuer.

[0039] Cependant, si on veut modifier le coefficient thermoélastique, on peut effectuer un ou plusieurs traitements thermiques au fil, avant et/ou après la mise en forme de l'étape b).

[0040] Dans les deux cas, le traitement thermique peut comporter l'un ou plusieurs de : • un recuit, par exemple à une température supérieure à 300°, de préférence entre 600°C et 1200°C, pendant 5 minutes à 1 heure, suivi par un refroidissement à un taux entre 100°C/h et 400°C/h, ou par une trempe dans de l'eau à partir d'une température entre 600°C et 1200°C ; • un chauffage à une température entre 250°C et 600°C, de préférence entre 300°C et 450°C, encore de préférence entre 350°C et 450°C, cette température étant maintenue pendant un laps de temps entre 1 heure et 20 heures, de préférence entre 5 heures et 15 heures, encore de préférence entre 10 heures et 15 heures.

[0041] Si deux traitements thermiques sont effectués, l'un avant et l'autre après l'étape b), ces derniers peuvent être identiques ou différents.

[0042] Dans le cas où un traitement thermique est effectué après l'étape b), cette dernière peut éventuellement être effectuée en introduisant le fil dans un gabarit qui définit le profil final du spiral 1, l'étape de traitement thermique servant à fixer le profil du ressort 1 de façon connue. Ce dernier peut facultativement être suivi d'une trempe et/ou d'un chauffage comme décrit ci-dessus.

[0043] On note par ailleurs que le ressort spiral 1 selon l'invention est typiquement monolithique, c'est-à-dire dépourvu de couche apportée sur sa surface, il peut quand-même être muni d'au moins une couche extérieure en métal, carbone adamantine (DLC), oxyde de silicium ou similaire.

[0044] Bien que l'invention ait été précédemment décrite en lien avec des modes de réalisations spécifiques, d'autres variantes supplémentaires sont également envisageables sans sortir de la portée de l'invention comme définie par les revendications.

Claims (16)

1. Ressort spiral (1) pour oscillateur balancier-spiral horloger, le matériau dudit ressort (1) comportant un alliage binaire comprenant : - un pourcentage massique d'or entre 45% et 55% ; - des éventuelles impuretés jusqu'à 0.5% en pourcentage massique ; - la balance en palladium.

2. Ressort spiral (1) selon la revendication précédente, dans lequel le pourcentage massique d'or est entre 48% et 55%.

3. Ressort spiral (1) selon la revendication précédente, dans lequel le pourcentage massique d'or est entre 48% et 52%

4. Ressort spiral (1) selon la revendication précédente, dans lequel le pourcentage massique d'or est entre 49% et 51 %, de préférence substantiellement 50%.

5. Ressort spiral (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit ressort spiral (1) est monolithique.

6. Oscillateur balancier-spiral comprenant un balancier solidaire en rotation d'une extrémité d'un ressort spiral (1) selon l'une des revendications précédentes.

7. Mouvement d'horlogerie comprenant un oscillateur balancier-spiral selon la revendication précédente.

8. Pièce d'horlogerie comprenant un mouvement selon la revendication précédente.

9. Procédé de fabrication d'un ressort spiral (1), comprenant les étapes suivantes : a) se munir d'un fil en alliage binaire palladium-or comprenant : - un pourcentage massique d'or entre 45% et 55%, de préférence entre 48% et 52%, encore de préférence substantiellement 50% ; - des éventuelles impuretés jusqu'à 0.5% en pourcentage massique ; - la balance en palladium ; b) mettre ledit ressort spiral (1) en forme.

10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, comprenant en outre, avant l'étape b), une étape de : a1) effectuer un traitement thermique audit fil.

11. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 9 et 10, comprenant en outre, après l'étape b), une étape de : b1) effectuer un traitement thermique dudit ressort spiral (1).

12. Procédé selon l'une des revendications 10 et 11, dans lequel ledit traitement thermique comporte un recuit.

13. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ledit recuit est suivi d'une trempe.

14. Procédé selon l'une des revendications 10-13, dans lequel ledit traitement thermique comprend un chauffage à une température entre 250°C et 600°C, de préférence entre 300°C et 450°C, encore de préférence entre 350°C et 450°C.

15. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel ladite température dudit chauffage est maintenue pendant un laps de temps se situant entre 1 heure et 20 heures, de préférence entre 5 heures et 15 heures, encore de préférence entre 10 heures et 15 heures.

16. Procédé selon l'une des revendications 9 à 15, dans lequel l'étape b) comprend un calandrage dudit fil.