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EP2945025B1 - Mécanisme d'horlogerie à couple de contact sans lubrification - Google Patents

Mécanisme d'horlogerie à couple de contact sans lubrification Download PDF

Info

Publication number
EP2945025B1
EP2945025B1 EP14168699.8A EP14168699A EP2945025B1 EP 2945025 B1 EP2945025 B1 EP 2945025B1 EP 14168699 A EP14168699 A EP 14168699A EP 2945025 B1 EP2945025 B1 EP 2945025B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
component
friction
boron
diamond
timepiece mechanism
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP14168699.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP2945025A1 (fr
Inventor
Philippe Dubois
Christian Charbon
Cédric Faure
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nivarox Far SA
Original Assignee
Nivarox Far SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nivarox Far SA filed Critical Nivarox Far SA
Priority to CH00747/14A priority Critical patent/CH709665A2/fr
Priority to EP14168699.8A priority patent/EP2945025B1/fr
Priority to US14/707,696 priority patent/US9658597B2/en
Priority to TW104115262A priority patent/TWI551963B/zh
Priority to KR1020150068073A priority patent/KR101700031B1/ko
Priority to JP2015099694A priority patent/JP6073962B2/ja
Priority to CN201510250452.XA priority patent/CN105093898B/zh
Priority to RU2015118308/12A priority patent/RU2605828C1/ru
Publication of EP2945025A1 publication Critical patent/EP2945025A1/fr
Priority to HK16105842.1A priority patent/HK1218002A1/zh
Application granted granted Critical
Publication of EP2945025B1 publication Critical patent/EP2945025B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • 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
    • G04B13/00—Gearwork
    • G04B13/02—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots
    • G04B13/027—Wheels; Pinions; Spindles; Pivots planar toothing: shape and design
    • 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
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel
    • 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
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49579—Watch or clock making
    • Y10T29/49581—Watch or clock making having arbor, pinion, or balance

Definitions

  • the invention relates to an improved tribology clock mechanism.
  • the invention more particularly relates to a clockwork mechanism comprising at least a pair of components comprising a first component comprising a material taken from a first group comprising the natural diamond, the micro- or nanocrystalline CVD diamond, the solid monocrystalline diamond, and the amorphous carbon said "diamond like carbon" or "DLC", and a first friction surface is arranged to cooperate with a second friction surface that comprises a second antagonistic component.
  • the invention also relates to a watch movement comprising at least one such clock mechanism.
  • the invention also relates to a timepiece comprising at least one such watch movement and / or at least one such clock mechanism.
  • the invention also relates to a method for producing such a mechanism.
  • the invention further relates to a method of transforming such a mechanism.
  • the invention relates to the field of watch mechanisms comprising permanently moving components, and more particularly the field of escape mechanisms.
  • Watchmakers have always striven to increase the reliability of movements by reducing the frequency of interviews, while ensuring the precise movement of watch movements.
  • Lubrication of mobile and moving components is a difficult problem to solve. Long tribological experiments are needed to develop solutions to simplify or even eliminate lubrication.
  • the document EP 1 233 314 A1 in the name of DAMASKO describes an escapement mechanism with anchor and escape wheel, of which at least one of the contact surfaces is coated with DLC.
  • the document EP 0 732 635 A1 in the name of CSEM describes the manufacture of a micro-mechanical component, in particular an escape anchor, with a friction surface comprising silicon nitride, in an unspecified composition.
  • This document envisages a couple with a counterpart, with improved tribology: this document quotes the titanium nitride to titanium carbide pair, or the titanium nitride to silicon carbide pair.
  • the invention proposes to provide a solution to this problem.
  • the invention aims at a non-lubricated operation of the clock escapement by preventing blocking phenomena appearing in an exhaust having pallets and an exhaust wheel coated with CVD diamond.
  • the invention relates more particularly to the use of boron-containing materials in at least one of the contact surfaces within a watch mechanism.
  • the invention relates to a clockwork mechanism comprising at least one pair of components comprising a first component comprising a material taken from a first group comprising the natural diamond, the micro- or nanocrystalline CVD diamond, the solid monocrystalline diamond, and the amorphous carbon known as "Diamond like Carbon” or "DLC", and whose first friction surface is arranged to cooperate with a second friction surface that comprises a second antagonistic component, characterized in that said second antagonistic component comprises at least at his second level friction surface, a material with a high concentration of boron, greater than 10 atomic%, and in that said second antagonistic component comprises at least one ceramic containing boron.
  • said second component comprises at least one ceramic containing boron, or at a surface layer, or in the mass of said second component.
  • the invention also relates to a watch movement comprising at least one such clock mechanism.
  • the invention also relates to a timepiece comprising at least one such watch movement and / or at least one such clock mechanism.
  • the invention relates to the use of materials containing boron, and more particularly boron ceramics, in non-lubricated friction against diamond in a watch movement.
  • the invention consists in replacing one of the friction partners, usually diamond against diamond, with a material comprising boron, and more particularly with a ceramic containing boron. In particular non-oxide.
  • Non-lubricated diamond tribology non-lubricated diamond tribology
  • dangling bonds on the surface can lead to the creation of chemical bonds with the friction partner, leading to an increase in the coefficient of friction and possibly a bonding, especially if the other partner is of the same nature [ A. Erdemir, C. Donnet "Diamond Tribology, Diamond-Like Carbon, and Related Films” ].
  • the passivation of these pendant bonds can result from the ambient environment, humidity, gas.
  • boron ceramics such as BAM can be manufactured in thin layers or in massive form.
  • the manufacturing methods for obtaining ceramics in thin layers include, but are not limited to: PVD (sputtering, pulsed laser deposition, etc.), CVD, LPCVD, PECVD.
  • the manufacture of massive ceramics is generally done by a process of sintering powder.
  • a particularly promising configuration concerns an escapement, and in particular a Swiss or coaxial anchor escapement, having an escape wheel (and / or pinion) made of silicon coated with CVD diamond, in friction against massive boron ceramic pallets.
  • the silicon substrate can be replaced by other materials such as metals, silicon carbide, silicon nitride, silicon oxide, quartz, glasses or any other ceramic or material allowing the deposition and adhesion of the boron ceramic layer or the CVD diamond layer.
  • the thicknesses of the boron or diamond ceramic layer are typically from 100 nanometers to 10 microns.
  • the boron ceramic is advantageously chosen so as to have a high hardness close to that of the CVD diamond.
  • Sub-layers may be used to: promote the adhesion of the layer to boron and / or influence its state of stress.
  • the invention relates to carbon allotropes such as: micro-nanocrystalline CVD diamond, monocrystalline solid diamond and DLC (diamond like carbon).
  • carbon allotropes such as: micro-nanocrystalline CVD diamond, monocrystalline solid diamond and DLC (diamond like carbon).
  • these carbon allotropes are deposited in a thin layer by the usual techniques such as: CVD, PECVD, PVD, etc.
  • Synthetic or natural solid diamond can replace ruby pallets, diamond blades then rub against a wheel coated with a boron ceramic.
  • the invention relates to a watchmaking mechanism 100 comprising at least one pair 1 of components comprising a first component 2 comprising a material taken from a first group comprising the natural diamond, the micro- or nanocrystalline CVD diamond , solid monocrystalline diamond, and amorphous carbon known as "Diamond like Carbon” or "DLC", and a first friction surface 21 is arranged to cooperate with a second friction surface 31 that comprises a second component 3 antagonist.
  • a first component 2 comprising a material taken from a first group comprising the natural diamond, the micro- or nanocrystalline CVD diamond , solid monocrystalline diamond, and amorphous carbon known as "Diamond like Carbon” or "DLC”
  • a first friction surface 21 is arranged to cooperate with a second friction surface 31 that comprises a second component 3 antagonist.
  • the second component 3 comprises, at least at its second friction surface 31, a material with a high concentration of boron.
  • this material has a boron concentration greater than 10 atomic%.
  • This material with a high concentration of boron may be a ceramic, a metal alloy, a composite material, or the like.
  • the second antagonistic component comprises at least one boron-containing ceramic.
  • Ceramics are here understood to mean non-metallic and inorganic materials.
  • This second component 3 comprises at least one ceramic containing boron, or at a surface layer 30, or in the mass of this second component 3.
  • At least one surface layer 30 of the second component 3 consists solely of one or more ceramics containing boron.
  • the second component 3 consists solely of one or more ceramics containing boron.
  • the ceramic containing boron, which comprises the second component 3 is in a material taken from a second group comprising the orthorhombic boride of formula AlMgB14, the orthorhombic boride of formula Al0.75Mg0.75B14, the di-boride TiB2 titanium, AlB2 aluminum di-boride, ZrB2 zirconium di-boride, TaB2 tantalum di-boride, NiB nickel boride, VB3 vanadium tri-boride, SiB4 quad-boride , boron carbide B4C, polycrystalline cubic boron nitride CBN, hexagonal boron nitride, boric anhydride B2O3.
  • the orthorhombic boride of formula AlMgB14 the orthorhombic boride of formula Al0.75Mg0.75B14
  • the ceramic containing boron is a non-oxide ceramic.
  • the boron-containing ceramic comprises an orthorhombic boride of formula AlMgB14.
  • the boron-containing ceramic comprises an orthorhombic boride of formula Al0.75Mg0.75B14.
  • the boron-containing ceramic comprises titanium di-boride TiB 2.
  • the boron-containing ceramic comprises, on the one hand, an orthorhombic boride of formula AlMgB14 or Al0.75Mg0.75B14, and, on the other hand, titanium di-boride TiB2.
  • the ceramic containing boron is aluminum-magnesium boride said BAM and comprising, on the one hand, an orthorhombic boride of formula AlMgB14, and on the other hand titanium di-boride TiB2.
  • the first component 2 comprises a first friction layer 20 made of micro- or nanocrystalline CVD diamond.
  • the first component 2 comprises a first friction layer 20
  • the second component 3 comprises a friction surface layer 30, and the first friction layer 20 and the friction surface layer 30 each have a thickness of between 100 nanometers and 10,000 nanometers.
  • the first component 2 comprises a first friction layer 20
  • the second component 3 comprises a friction surface layer 30
  • the first friction layer 20 and the friction surface layer 30 have surface hardnesses close to the surface.
  • first friction surface 21 and second friction surface 31 which they respectively comprise.
  • the first component 2 comprises a first friction layer 20, and this first friction layer 20 is made in a substrate made of a material taken from a third group comprising silicon, silicon oxide, silicon, silicon carbide, silicon nitride, quartz, glass.
  • the second component 3 comprises a surface layer 30 of friction, and this surface friction layer 30 is made in a substrate made of a material taken from a third group comprising silicon, silicon oxide, carbon dioxide and the like. silicon, silicon carbide, silicon nitride, quartz, glass.
  • the second component 3 comprises a surface layer 30 of friction, and this surface friction layer 30 is made in a substrate made of a material taken from a fourth group comprising carbon steels, superalloys based on cobalt, "Phynox” K13C20N16Fe15D7, “Durnico” Z2NKDT 18-05-05, Cu Be1.9, brass, maraging steel, HIS steels.
  • the first component 2 comprises a first friction layer 20, and this first component 2 is integral with this first friction layer 20 in a material taken from the first group presented above.
  • the second component 3 comprises a surface layer 30 of friction, and this second component 3 is integral with this surface layer 30 of friction in a material consisting of a ceramic containing boron, or comprising at least one ceramic containing boron.
  • the mechanism 100 is an escape mechanism, and comprises a plurality of such pairs 1, each formed on the basis of, on the one hand, a tooth 4 of an escape wheel 40, and on the other hand a pallet 5 of an anchor 50.
  • each tooth 4 is made of silicon coated with boron ceramic
  • each said pallet 5 is made of silicon coated with CVD diamond.
  • each tooth 4 is made of silicon coated with CVD diamond
  • each pallet 5 is made of silicon coated with boron ceramic.
  • each tooth 4 is made of silicon coated with CVD diamond, and each pallet 5 is made of solid boron ceramic.
  • the contact between the first friction surface 21 and the second friction surface 31 is a dry contact free of any lubricant.
  • the invention also relates to a watch movement 200 comprising at least one such clock mechanism 100.
  • the invention also relates to a timepiece 300 comprising at least one such watch movement 200 and / or at least one such 100 clock mechanism.
  • the invention is naturally applicable to other clock mechanisms that the escape mechanism described here and which represents an exemplary case, particularly advantageous, application of the invention.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Lubricants (AREA)
  • Mechanical Operated Clutches (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne un mécanisme d'horlogerie à tribologie améliorée.
  • L'invention concerne plus particulièrement un mécanisme d'horlogerie comportant au moins un couple de composants comportant un premier composant comportant un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit « Diamond like Carbon » ou « DLC », et dont une première surface de frottement est agencée pour coopérer avec une deuxième surface de frottement que comporte un deuxième composant antagoniste.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme d'horlogerie.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie comportant au moins un tel mouvement d'horlogerie et/ou au moins un tel mécanisme d'horlogerie.
  • L'invention concerne encore un procédé de réalisation d'un tel mécanisme.
  • L'invention concerne encore un procédé de transformation d'un tel mécanisme.
  • L'invention concerne le domaine des mécanismes horlogers comportant des composants en permanence en mouvement, et plus particulièrement le domaine des mécanismes d'échappement.
    • Arrière-plan de l'invention
  • Les constructeurs horlogers se sont toujours efforcés d'accroître la fiabilité des mouvements, grâce à la réduction de la fréquence des entretiens, tout en assurant la marche précise des mouvements horlogers.
  • La lubrification des mobiles et composants en mouvement est un problème difficile à résoudre. De longues expérimentations tribologiques sont nécessaires pour mettre au point des solutions permettant de simplifier ou même de supprimer la lubrification.
  • Plus particulièrement, on recherche un fonctionnement sans lubrification des mécanismes d'échappement, en tentant de définir des couples de matériaux en frottement présentant un coefficient de frottement bas et stable ainsi qu'une faible usure, et présentant une excellente tenue dans la durée.
  • Dans le cadre d'une utilisation de matériaux en frottement non-lubrifié dans l'échappement horloger, de récentes études tendent à montrer que le diamant CVD micro- ou nanocristallin en frottement contre lui-même conduit à un arrêt de l'échappement après un temps limité de fonctionnement. Cette problématique nécessite une lubrification suivie d'un entretien régulier à la manière d'un échappement classique acier/rubis.
  • Le document EP 1 233 314 A1 au nom de DAMASKO décrit un mécanisme d'échappement avec ancre et roue d'échappement, dont au moins une des surfaces de contact est revêtue DLC.
  • Le document EP 0 732 635 A1 au nom de CSEM décrit la fabrication d'un composant de micro-mécanique, notamment d'une ancre d'échappement, avec une surface de frottement comportant du nitrure de silicium, dans une composition non précisée. Ce document envisage un couple avec une contre-pièce, avec une tribologie améliorée : ce document cite le couple nitrure de titane contre carbure de titane, ou le couple nitrure de titane contre carbure de silicium.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention se propose de fournir une solution à ce problème.
  • L'invention vise un fonctionnement non-lubrifié de l'échappement horloger en prévenant les phénomènes de blocage apparaissant dans un échappement ayant des palettes et une roue d'échappement revêtus de diamant CVD.
  • L'invention concerne plus particulièrement l'utilisation de matériaux contenant du bore, dans au moins une des surfaces de contact au sein d'un mécanisme horloger.
  • A cet effet, l'invention concerne un mécanisme d'horlogerie comportant au moins un couple de composants comportant un premier composant comportant un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit « Diamond like Carbon » ou « DLC », et dont une première surface de frottement est agencée pour coopérer avec une deuxième surface de frottement que comporte un deuxième composant antagoniste, caractérisé en ce que ledit deuxième composant antagoniste comporte au moins au niveau de sa dite deuxième surface de frottement, un matériau avec une forte concentration de bore, supérieure à 10% atomique, et en ce que ledit deuxième composant antagoniste comporte au moins une céramique contenant du bore.
  • Selon une caractéristique de l'invention, ledit deuxième composant comporte au moins une céramique contenant du bore, ou bien au niveau d'une couche superficielle, ou bien dans la masse dudit deuxième composant.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme d'horlogerie.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie comportant au moins un tel mouvement d'horlogerie et/ou au moins un tel mécanisme d'horlogerie.
  • L'invention concerne encore un procédé de réalisation d'un tel mécanisme, caractérisé en ce que :
    • on réalise un dit premier composant et on le revêt d'une dite première couche de frottement dans un matériau pris dans ledit premier groupe ;
    • on réalise un dit deuxième composant et on le revêt d'une dite couche constituée par une céramique contenant du bore, ou comportant au moins une céramique contenant du bore ;
    • on fait coopérer à sec, sans lubrifiant, une dite première surface de frottement de ladite première couche de frottement avec une dite deuxième surface de frottement de ladite couche superficielle.
  • L'invention concerne encore un procédé de réalisation d'un mécanisme d'horlogerie du type comportant au moins un couple de composants comportant un premier composant comportant une première surface de frottement agencée pour coopérer avec une deuxième surface de frottement que comporte un deuxième composant antagoniste, caractérisé en ce que :
    • on applique sur ladite première surface de frottement une première couche de frottement dans un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit « Diamond like Carbon » ou « DLC », pour constituer une nouvelle première surface de frottement dur, et
    • on applique sur ladite deuxième surface de frottement une couche de frottement constituée par une céramique contenant du bore, ou comportant au moins une céramique contenant du bore, pour constituer une nouvelle deuxième surface de frottement dur, et
    • on fait coopérer à sec, sans lubrifiant, ladite nouvelle première surface de frottement dur avec ladite nouvelle deuxième surface de frottement dur.
    Description sommaire des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :
    • la figure 1 représente, de façon schématisée et en vue en plan, un mécanisme d'échappement comportant notamment une palette d'ancre coopérant en contact avec une roue d'échappement, au niveau de surfaces de contact agencées selon l'invention ;
    • la figure 2 représente, de façon schématisée, la coopération entre les surfaces de contact antagonistes ;
    • la figure 3 représente, sous forme d'un schéma-blocs, une pièce d'horlogerie comportant un mouvement lequel comporte un mécanisme d'échappement qui comporte lui-même un couple de composants agencé selon l'invention.
    Description détaillée des modes de réalisation référés
  • L'invention concerne l'utilisation des matériaux contenant du bore, et plus particulièrement des céramiques au bore, en frottement non-lubrifié contre du diamant dans un mouvement horloger
  • L'invention consiste au remplacement de l'un des partenaires en frottement, habituellement diamant contre diamant, par un matériau comportant du bore, et plus particulièrement par une céramique contenant du bore. En particulier non-oxyde.
  • Il est connu de l'homme de métier (tribologie non-lubrifiée du diamant) que des liaisons pendantes en surface peuvent amener à la création de liaison chimiques avec le partenaire en frottement, conduisant à un accroissement du coefficient de friction et éventuellement un collage, spécialement si l'autre partenaire est de même nature [A. Erdemir, C. Donnet « Tribology of Diamond, Diamond-Like Carbon, and Related Films »]. La passivation de ces liaisons pendantes peut résulter du milieu ambiant, humidité, gaz.
  • Dans le cas du frottement dans l'échappement du diamant CVD sur des surface de quelques dizaines de microns de largeur à de très faible force de contact (∼1mN), il semble que cette passivation par le milieu ambiant se produise difficilement, conduisant à une usure prononcée, à la formation de débris graphitiques, sp2, ce qui précipite le blocage de l'échappement par collage.
  • Les mécanismes de frottement entre le diamant et d'autres matériaux sont très complexes.
  • Toutefois, un partenaire en frottement avec le diamant, capable de procurer directement des atomes libres pour former des liens avec les liaisons pendantes du carbone, permettrait de favoriser cette passivation aux faibles forces de contact rencontrées dans le mouvement. Cette passivation évite l'apparition de collage.
  • Des coefficients stables et bas ont été obtenus en frottement avec du diamant CVD microcristallin contre une céramique au bore nommée BAM (AlMgB14+TiB2, « NewTech Ceramics »).
  • Un bon comportement tribologique sans collage est également obtenu avec d'autres types de céramiques au bore en frottement contre du diamant monocristallin, microcristallin ou nanocristallin.
  • Typiquement des céramiques au bore telles que BAM peuvent être fabriquées en couches minces ou sous forme massive. Les méthodes de fabrication pour obtenir des céramiques en couches minces sont notamment, de manière non exhaustive : PVD (sputtering, pulsed laser deposition, etc), CVD, LPCVD, PECVD. La fabrication de céramiques massives se fait généralement par un procédé de frittage de poudre.
  • Dans le cadre d'une application horlogère, une configuration particulièrement prometteuse concerne un échappement, et notamment un échappement à ancre suisse ou coaxial, ayant une roue d'échappement (et/ou pignon) fabriquée en silicium revêtu de diamant CVD, en frottement contre des palettes en céramique au bore massives.
  • On peut citer des configurations non-exhaustives découlant de cette invention:
    • roue en silicium revêtue de céramique au bore / palettes en silicium revêtue de diamant CVD ;
    • roue en silicium revêtue de diamant CVD / palettes en silicium revêtue de céramique au bore ;
    • roue en silicium revêtue de diamant CVD / palettes en céramique au bore massive.
  • Il est à noter que le substrat en silicium peut être remplacé par d'autres matériaux tels que métaux, carbure de silicium, nitrure de silicium, oxyde de silicium, quartz, verres ou tout autre céramiques ou matériaux autorisant le dépôt et l'adhésion de la couche de céramique au bore ou de la couche de diamant CVD.
  • Les épaisseurs de la couche en céramique au bore ou en diamant vont typiquement de 100 nanomètres à 10 micromètres.
  • La céramique au bore est avantageusement choisie de manière à avoir une dureté élevée proche de celle du diamant CVD. Des sous-couches peuvent être utilisées de manière à : favoriser l'adhésion de la couche au bore et/ou influencer son état de contrainte.
  • Parmi les céramiques au bore sont notamment utilisables :
    • borure d'aluminium-magnésium AlMgB14 ou BAM (Aluminium Magnesium boride) + di-borure de titane TiB2 (Titanium diboride)
    • borure d'aluminium-magnésium AlMgB14 ou BAM (Aluminium Magnesium boride)
    • borures: (TiB2,AlB2,ZrB2,TaB2,NiB,VB2,SiB4,carbure de bore B4C, et similaires)
    • nitrure de bore cubique ou Cubic boron nitride (CBN), notamment polycristallin
    • trioxyde de bore ou anhydride borique Boric oxide (B2O3)
  • L'invention concerne les allotropes du carbone tels que : diamant CVD micro-nanocristallin, diamant massif monocristallin et les DLC (diamond like carbon). Typiquement ces allotropes du carbone sont déposés en couche mince grâce aux techniques usuelles telles que : CVD, PECVD, PVD, etc.
  • Du diamant massif de synthèse ou naturel peut remplacer des palettes en rubis, les palettes en diamant frottant alors contre une roue revêtue d'une céramique au bore.
  • Ainsi, dans une application préférée, l'invention concerne un mécanisme 100 d'horlogerie comportant au moins un couple 1 de composants comportant un premier composant 2 comportant un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit « Diamond like Carbon » ou « DLC », et dont une première surface de frottement 21 est agencée pour coopérer avec une deuxième surface de frottement 31 que comporte un deuxième composant 3 antagoniste.
  • Selon l'invention, le deuxième composant 3 comporte, au moins au niveau de sa deuxième surface de frottement 31, un matériau avec une forte concentration de bore.
  • De préférence, ce matériau a une concentration de bore supérieure à 10% atomique.
  • Ce matériau à forte concentration de bore peut être une céramique, un alliage métallique, un matériau composite, ou similaire.
  • Plus particulièrement, le deuxième composant 3 antagoniste comporte au moins une céramique contenant du bore.
  • On entend ici par céramiques des matériaux non-métalliques et inorganiques.
  • Ce deuxième composant 3 comporte au moins une céramique contenant du bore, ou bien au niveau d'une couche superficielle 30, ou bien dans la masse de ce deuxième composant 3.
  • Dans une variante particulière, au moins une couche superficielle 30 du deuxième composant 3 est constituée uniquement par une ou plusieurs céramiques contenant du bore.
  • Plus particulièrement encore, le deuxième composant 3 est constitué uniquement par une ou plusieurs céramiques contenant du bore.
  • Dans une variante particulière, la céramique contenant du bore, que comporte le deuxième composant 3, est dans un matériau pris dans un deuxième groupe comportant le borure orthorhombique de formule AlMgB14, le borure orthorhombique de formule Al0.75Mg0.75B14, le di-borure de titane TiB2, le di-borure d'aluminium AlB2, le di-borure de zirconium ZrB2, le di-borure de tantale TaB2, le borure de nickel NiB, le tri-borure de vanadium VB3, le quadri-borure de silicium SiB4, le carbure de bore B4C, le nitrure de bore cubique polycristallin CBN, le nitrure de bore hexagonal, l'anhydride borique B2O3.
  • Dans une variante particulière, la céramique contenant du bore est une céramique non-oxyde.
  • Dans une variante particulière, la céramique contenant du bore comporte un borure orthorhombique de formule AlMgB14.
  • Dans une variante particulière, la céramique contenant du bore comporte un borure orthorhombique de formule Al0.75Mg0.75B14.
  • Dans une variante particulière, la céramique contenant du bore comporte du di-borure de titane TiB2.
  • Dans une variante particulière, la céramique contenant du bore comporte, d'une part un borure orthorhombique de formule AlMgB14 ou Al0.75Mg0.75B14, et d'autre part du di-borure de titane TiB2.
  • Dans une variante particulière, la céramique contenant du bore est du borure d'aluminium-magnésium dit BAM et comportant, d'une part un borure orthorhombique de formule AlMgB14, et d'autre part du di-borure de titane TiB2.
  • Dans une variante particulière, le premier composant 2 comporte une première couche de frottement 20 en diamant CVD micro- ou nanocristallin.
  • Dans une variante particulière, le premier composant 2 comporte une première couche de frottement 20, le deuxième composant 3 comporte une couche superficielle 30 de frottement, et la première couche de frottement 20 et la couche superficielle 30 de frottement ont chacune une épaisseur comprise entre 100 nanomètres et 10000 nanomètres.
  • Dans une variante particulière, le premier composant 2 comporte une première couche de frottement 20, le deuxième composant 3 comporte une couche superficielle 30 de frottement, et la première couche de frottement 20 et la couche superficielle 30 de frottement ont des duretés superficielles voisines au niveau des première surface de frottement 21 et deuxième surface de frottement 31 qu'elles comportent respectivement.
  • Dans une variante particulière, le premier composant 2 comporte une première couche de frottement 20, et cette première couche de frottement 20 est réalisée dans un substrat dans un matériau pris dans un troisième groupe comportant le silicium, l'oxyde de silicium, le dioxyde de silicium, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le quartz, le verre.
  • Dans une variante particulière, le deuxième composant 3 comporte une couche superficielle 30 de frottement, et cette couche superficielle 30 de frottement est réalisée dans un substrat dans un matériau pris dans un troisième groupe comportant le silicium, l'oxyde de silicium, le dioxyde de silicium, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le quartz, le verre.
  • Dans une variante particulière, le deuxième composant 3 comporte une couche superficielle 30 de frottement, et cette couche superficielle 30 de frottement est réalisée dans un substrat dans un matériau pris dans un quatrième groupe comportant les aciers au carbone, les super-alliages à base de cobalt, le « Phynox » K13C20N16Fe15D7, le « Durnico » Z2NKDT 18-05-05, le Cu Be1.9, les laitons, les aciers maraging, les aciers HIS.
  • Dans une variante particulière, le premier composant 2 comporte une première couche de frottement 20, et ce premier composant 2 est monobloc avec cette première couche de frottement 20 dans un matériau pris dans le premier groupe présenté plus haut.
  • Dans une variante particulière, le deuxième composant 3 comporte une couche superficielle 30 de frottement, et ce deuxième composant 3 est monobloc avec cette couche superficielle 30 de frottement dans un matériau constitué par une céramique contenant du bore, ou comportant au moins une céramique contenant du bore.
  • Dans une application particulièrement avantageuse, le mécanisme 100 est un mécanisme d'échappement, et comporte une pluralité de tels couples 1, chacun formé sur la base, d'une part d'une dent 4 d'un mobile d'échappement 40, et d'autre part d'une palette 5 d'une ancre 50.
  • Dans une variante, chaque dent 4 est en silicium revêtu de céramique au bore, et chaque dite palette 5 est en silicium revêtu de diamant CVD.
  • Dans une variante, chaque dent 4 est en silicium revêtu de diamant CVD, et chaque palette 5 est en silicium revêtu de céramique au bore.
  • Dans une variante, chaque dent 4 est en silicium revêtu de diamant CVD, et chaque palette 5 est en céramique au bore massive.
  • De façon préférée et avantageuse, le contact entre la première surface de frottement 21 et la deuxième surface de frottement 31 est un contact à sec exempt de tout lubrifiant.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie 200 comportant au moins un tel mécanisme 100 d'horlogerie.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie 300 comportant au moins un tel mouvement d'horlogerie 200 et/ou au moins un tel mécanisme 100 d'horlogerie.
  • L'invention est naturellement applicable à d'autres mécanismes horlogers que le mécanisme d'échappement décrit ici et qui représente un cas exemplaire, particulièrement avantageux, d'application de l'invention.
  • L'invention concerne encore un procédé de réalisation d'un tel mécanisme 100 d'horlogerie. Selon l'invention :
    • on réalise un tel premier composant 2 et, ou bien on le revêt d'une première couche de frottement 20 dans un matériau pris dans ledit premier groupe, ou bien on le réalise de façon massive dans un matériau pris dans ledit premier groupe ;
    • on réalise un tel deuxième composant 3 et, ou bien on le revêt d'une couche superficielle 30 de frottement constituée par une céramique contenant du bore, ou comportant au moins une céramique contenant du bore, ou bien on le réalise de façon massive dans un matériau comportant au moins une céramique contenant du bore ;
    • on fait coopérer à sec, sans lubrifiant, une première surface de frottement 21 du premier composant 2, et notamment de la première couche de frottement 20 si ce premier mobile 2 est revêtu, avec une deuxième surface de frottement 31 du deuxième composant 3, et notamment de la couche superficielle 30 de frottement si ce deuxième mobile 3 est revêtu.
  • L'invention concerne encore un procédé de transformation d'un mécanisme d'horlogerie du type comportant au moins un couple 1 de composants comportant un premier composant 2 comportant une première surface de frottement 21 agencée pour coopérer avec une deuxième surface de frottement 31 que comporte un deuxième composant 3 antagoniste. Selon l'invention :
    • on applique sur la première surface de frottement 21 une première couche de frottement 20 dans un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit « Diamond like Carbon » ou « DLC », pour constituer une nouvelle première surface de frottement dur 210, et
    • on applique sur la deuxième surface de frottement 31 une couche de frottement 30 constituée par une céramique contenant du bore, ou comportant au moins une céramique contenant du bore, pour constituer une nouvelle deuxième surface de frottement dur 310, et
    • on fait coopérer à sec, sans lubrifiant, cette nouvelle première surface de frottement dur 210 avec cette nouvelle deuxième surface de frottement dur 310.

Claims (24)

  1. Mécanisme (100) d'horlogerie comportant au moins un couple (1) de composants comportant un premier composant (2) comportant un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit « Diamond like Carbon » ou « DLC », et dont une première surface de frottement (21) est agencée pour coopérer avec une deuxième surface de frottement (31) que comporte un deuxième composant (3) antagoniste, caractérisé en ce que ledit deuxième composant (3) antagoniste comporte au moins au niveau de sa dite deuxième surface de frottement (31), un matériau avec une concentration de bore supérieure à 10% atomique, et caractérisé en ce que ledit deuxième composant (3) comporte au moins une céramique contenant du bore, ou bien dans la masse dudit deuxième composant (3), ou bien au niveau d'une couche superficielle (30) auquel cas ledit deuxième composant (3) est monobloc avec ladite couche superficielle (30) dans un matériau constitué par une céramique contenant du bore ou comportant au moins une céramique contenant du bore.
  2. Mécanisme (100) d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche superficielle (30) est constituée uniquement par une ou plusieurs céramiques contenant du bore.
  3. Mécanisme (100) d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit deuxième composant (3) est constitué uniquement par une ou plusieurs céramiques contenant du bore.
  4. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite céramique contenant du bore est dans un matériau pris dans un deuxième groupe comportant le borure orthorhombique de formule AlMgB14, le borure orthorhombique de formule Al0.75Mg0.75B14, le di-borure de titane TiB2, le di-borure d'aluminium AlB2, le di-borure de zirconium ZrB2, le di-borure de tantale TaB2, le borure de nickel NiB, le tri-borure de vanadium VB3, le quadri-borure de silicium SiB4, le carbure de bore B4C, le nitrure de bore cubique polycristallin CBN, le nitrure de bore hexagonal, l'anhydride borique B2O3.
  5. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite céramique contenant du bore est une céramique non-oxyde.
  6. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite céramique contenant du bore comporte un borure orthorhombique de formule AlMgB14.
  7. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite céramique contenant du bore comporte un borure orthorhombique de formule Al0.75Mg0.75B14.
  8. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite céramique contenant du bore comporte du di-borure de titane TiB2.
  9. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite céramique contenant du bore comporte, d'une part un borure orthorhombique de formule AlMgB14 ou Al0.75Mg0.75B14, et d'autre part du di-borure de titane TiB2.
  10. Mécanisme (100) d'horlogerie selon la revendication 9, caractérisé en ce que ladite céramique contenant du bore est du borure d'aluminium-magnésium dit BAM et comportant, d'une part un borure orthorhombique de formule AlMgB14, et d'autre part du di-borure de titane TiB2.
  11. Mécanisme (100) d'horlogerie selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que le dit premier composant (2) comporte une première couche de frottement (20) en diamant CVD micro- ou nanocristallin.
  12. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dit premier composant (2) comporte une première couche de frottement (20) et en ce que ledit deuxième composant (3) comporte une couche superficielle (30) de frottement, et en ce que ladite première couche de frottement (20) et ladite couche superficielle (30) ont chacune une épaisseur comprise entre 100 nanomètres et 10000 nanomètres.
  13. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le dit premier composant (2) comporte une première couche de frottement (20) et en ce que ledit deuxième composant (3) comporte une couche superficielle (30) de frottement, et en ce que ladite première couche de frottement (20) et ladite couche superficielle (30) ont des duretés superficielles voisines au niveau desdites première surface de frottement (21) et deuxième surface de frottement (31).
  14. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dit premier composant (2) comporte une première couche de frottement (20), et en ce que ladite première couche de frottement (20) est réalisée dans un substrat dans un matériau pris dans un troisième groupe comportant le silicium, l'oxyde de silicium, le dioxyde de silicium, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le quartz, le verre.
  15. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit deuxième composant (3) comporte une couche superficielle (30) de frottement, et en ce que ladite couche superficielle (30) est réalisée dans un substrat dans un matériau pris dans un troisième groupe comportant le silicium, l'oxyde de silicium, le dioxyde de silicium, le carbure de silicium, le nitrure de silicium, le quartz, le verre.
  16. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ledit deuxième composant (3) comporte une couche superficielle (30) de frottement, et en ce que ladite couche superficielle (30) est réalisée dans un substrat dans un matériau pris dans un quatrième groupe comportant les aciers au carbone, les super-alliages à base de cobalt, le « Phynox » K13C20N16Fe15D7, le « Durnico » Z2NKDT 18-05-05, le Cu Be1.9, les laitons, les aciers maraging, les aciers HIS.
  17. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dit premier composant (2) comporte une première couche de frottement (20), et en ce que ledit premier composant (2) est monobloc avec ladite première couche de frottement (20) dans un matériau pris dans ledit premier groupe.
  18. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que ledit mécanisme (100) est un mécanisme d'échappement, et comporte une pluralité de dits couples (1), chacun formé sur la base, d'une part d'une dent d'un mobile d'échappement, et d'autre part d'une palette d'une ancre, et caractérisé en ce que, ou bien chaque dite dent est en silicium revêtu de céramique au bore et chaque dite palette est en silicium revêtu de diamant CVD, ou bien chaque dite dent est en silicium revêtu de diamant CVD et chaque dite palette est en silicium revêtu de céramique au bore ou est en céramique au bore massive.
  19. Mécanisme (100) d'horlogerie comportant au moins un couple (1) de composants comportant un premier composant (2) comportant un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit « Diamond like Carbon » ou « DLC », et dont une première surface de frottement (21) est agencée pour coopérer avec une deuxième surface de frottement (31) que comporte un deuxième composant (3) antagoniste, caractérisé en ce que ledit deuxième composant (3) antagoniste comporte au moins au niveau de sa dite deuxième surface de frottement (31), un matériau avec une concentration de bore supérieure à 10% atomique, et caractérisé en ce que le dit premier composant (2) comporte une première couche de frottement (20), et en ce que ledit premier composant (2) est monobloc avec ladite première couche de frottement (20) dans un matériau pris dans ledit premier groupe.
  20. Mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que le contact entre ladite première surface de frottement (21) et ladite deuxième surface de frottement (31) est un contact à sec.
  21. Mouvement d'horlogerie (200) comportant au moins un mécanisme (100) d'horlogerie selon une des revendications 1 à 20.
  22. Pièce d'horlogerie (300) comportant au moins un mouvement d'horlogerie (200) selon la revendication 21 et/ou au moins un mécanisme (100) d'horlogerie selon une des revendications 1 à 20.
  23. Procédé de réalisation d'un mécanisme (100) d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que :
    - on réalise un dit premier composant (2) et on le revêt d'une dite première couche de frottement (20) dans un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit "diamond like Carbond" ou "DLC;
    - on réalise un dit deuxième composant (3) et on le revêt d'une dite couche superficielle (30) de frottement constituée par une céramique contenant du bore, ou comportant au moins une céramique contenant du bore ou un matériau avec une concentration de bore supérieure à 10% atomique;
    - on fait coopérer à sec, sans lubrifiant, une dite première surface de frottement (21) de ladite première couche de frottement (20) avec une dite deuxième surface de frottement (31) de ladite couche superficielle (30).
  24. Procédé de transformation d'un mécanisme d'horlogerie du type comportant au moins un couple (1) de composants comportant un premier composant (2) comportant une première surface de frottement (21) agencée pour coopérer avec une deuxième surface de frottement (31) que comporte un deuxième composant (3) antagoniste, caractérisé en ce que :
    - on applique sur ladite première surface de frottement (21) une première couche de frottement (20) dans un matériau pris dans un premier groupe comportant le diamant naturel, le diamant CVD micro- ou nanocristallin, le diamant massif monocristallin, et le carbone amorphe dit « Diamond like Carbon » ou « DLC », pour constituer une nouvelle première surface de frottement dur (210), et
    - on applique sur ladite deuxième surface de frottement (31) une couche superficielle (30) de frottement constituée par une céramique contenant du bore, ou comportant au moins une céramique contenant du bore ou un matériau avec une concentration de bore supérieure à 10% atomique, pour constituer une nouvelle deuxième surface de frottement dur (310), et
    - on fait coopérer à sec, sans lubrifiant, ladite nouvelle première surface de frottement dur (210) avec ladite nouvelle deuxième surface de frottement dur (310).
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