CH703343B1 - Needle of timepiece. - Google Patents
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Abstract
L’invention concerne une aiguille spéciale pour accélération brusque. Ladite aiguille (2) est montée en pivotement autour d’un axe de sorte à pouvoir indiquer une information. Ladite aiguille est réalisée en un matériau au moins partiellement amorphe comprenant au moins un élément métallique. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une telle aiguille, ainsi que son utilisation dans un chronographe ou dans un affichage rétrograde.The invention relates to a special needle for sudden acceleration. Said needle (2) is pivotally mounted about an axis so as to be able to indicate information. Said needle is made of at least partially amorphous material comprising at least one metallic element. The invention also relates to a method of manufacturing such a needle, as well as its use in a chronograph or in a retrograde display.
Description
[0001] La présente invention concerne une aiguille de pièce d’horlogerie, ladite aiguille étant montée en pivotement autour d’un axe de sorte à pouvoir indiquer une information.The present invention relates to a timepiece needle, said needle being pivotally mounted about an axis so as to be able to indicate information.
[0002] Le domaine technique de l’invention est le domaine technique de la mécanique fine.The technical field of the invention is the technical field of fine mechanics.
Arrière-plan technologique [0003] Il est connu que les pièces d’horlogerie comprennent des aiguilles. Ces aiguilles consistent en une poutre dont la longueur est beaucoup plus grande que la largeur, elle-même beaucoup plus grande que l’épaisseur. Ces aiguilles comprennent un orifice afin d’être chassées sur un axe de sorte à être montées en pivotement. Afin d’avoir des aiguilles fines et résistantes, il est prévu de les réaliser en métal cristallin comme l’acier, le laiton, l’or ou même en silicium ou céramique. Ces aiguilles peuvent être usinées ou découpées au laser ou au jet d’eau à partir d’une plaque. Elles peuvent également être moulées, frittées ou réalisées par croissance par dépôt de matière. Ces aiguilles sont ensuite utilisées pour l’indication des heures, des minutes et des secondes mais également lors de l’exécution de certaines fonctions comme les fonctions chronographe ou les fonctions de quantième.Technological background [0003] It is known that timepieces include hands. These needles consist of a beam whose length is much greater than the width, itself much greater than the thickness. These needles include an orifice in order to be driven out on an axis so as to be pivotally mounted. In order to have fine and resistant needles, it is planned to produce them in crystalline metal such as steel, brass, gold or even in silicon or ceramic. These needles can be machined or cut by laser or water jet from a plate. They can also be molded, sintered or produced by growth by depositing material. These hands are then used to indicate the hours, minutes and seconds but also when performing certain functions such as the chronograph functions or the date functions.
[0004] Or, ces aiguilles subissent de nombreuses contraintes. Une de ces contraintes est le poids de l’aiguille elle-même. Effectivement, l’aiguille est en général chassée sur son axe au niveau d’une de ses extrémités. De ce fait, il est tout à fait normal, vu les faibles dimensions d’une aiguille, que celle-ci plie, ne serait-ce que légèrement, sous son propre poids. Cette contrainte de poids est également appliquée au balourd, servant de contrepoids, de l’aiguille.However, these needles are subject to many constraints. One of these constraints is the weight of the needle itself. Indeed, the needle is generally driven on its axis at one of its ends. Therefore, it is quite normal, given the small dimensions of a needle, that it bends, if only slightly, under its own weight. This weight constraint is also applied to the unbalance, serving as a counterweight, of the needle.
[0005] L’aiguille subit également des contraintes d’accélération. Ces contraintes peuvent être dues, en premier lieu, au déplacement commandé par le mouvement horloger. Ce déplacement est lié à l’affichage de l’heure ou à une fonction de ladite pièce d’horlogerie comme par exemple la fonction chronographe, et peut être rétrograde. Or, pour un affichage rétrograde ou lors de l’utilisation de la fonction chronographe, une remise à zéro instantanée des aiguilles est effectuée. Cette remise à zéro consiste en un brusque retour de l’aiguille dans sa position initiale. Pendant cette opération de remise à zéro, l’accélération de l’aiguille peut atteindre 1.106 rad.s-2. Une telle accélération implique une contrainte élevée appliquée sur l’aiguille lors de l’accélération ainsi que lors de la décélération et l’arrêt de l’aiguille.The needle also undergoes acceleration constraints. These constraints may be due, firstly, to the movement controlled by the watch movement. This movement is linked to the time display or to a function of said timepiece such as the chronograph function, and can be retrograde. However, for a retrograde display or when using the chronograph function, an instant reset of the hands is carried out. This reset consists of a sudden return of the needle to its initial position. During this reset operation, the acceleration of the needle can reach 1.10 6 rad.s -2 . Such acceleration implies a high stress applied to the needle during acceleration as well as during deceleration and stopping of the needle.
[0006] En second lieu, les contraintes liées à l’accélération peuvent être dues à un choc appliqué sur la montre. En effet, lorsque, par exemple, la montre chute, elle subit une accélération. L’énergie emmagasinée lors de cette chute est transmise aux aiguilles lors du contact de ladite montre avec le sol. Ces chocs peuvent alors déformer l’aiguille ou le balourd pouvant alors provoquer des problèmes lors du déplacement de l’aiguille.Second, the stresses associated with acceleration may be due to a shock applied to the watch. Indeed, when, for example, the watch falls, it undergoes an acceleration. The energy stored during this fall is transmitted to the hands when the watch contacts the ground. These shocks can then deform the needle or unbalance, which can then cause problems when the needle moves.
[0007] Or, un inconvénient des aiguilles en métal cristallin est leur faible tenue mécanique lorsque des contraintes élevées sont appliquées. En effet, chaque matériau se caractérise par son module d’Young E également appelé module d’élasticité (exprimé généralement en GPa), caractérisant sa résistance à la déformation. Chaque matériau est aussi caractérisé par sa limite élastique σθ (exprimée généralement en GPa) qui représente la contrainte au-delà de laquelle le matériau se déforme plastiquement. Il est alors possible, pour des dimensions données, de comparer les matériaux en établissant pour chacun le rapport de leur limite élastique sur leur module d’Young σθ/Ε, ledit rapport étant représentatif de la déformation élastique de chaque matériau. Ainsi, plus ce rapport est élevé, plus la déformation élastique du matériau est élevée. Typiquement, pour un alliage du type Cu-Be, le module d’Young E est égal à 130 GPa et la limite d’élasticité σθ est égale à 1 GPa, ce qui donne un rapport σθ/Ε de l’ordre de 0,007, c’est-à-dire faible. Les aiguilles en métal ou alliage cristallin possèdent, par conséquent, une déformation élastique limitée. En conséquence, lors d’un retour à zéro ou d’un choc, les contraintes appliquées auxdites aiguilles peuvent être si élevées que les aiguilles se déforment plastiquement, c’est-à-dire qu’elles se tordent. Cette déformation pose alors un problème de lisibilité et de fiabilité de l’information.However, a disadvantage of crystalline metal needles is their poor mechanical strength when high stresses are applied. Indeed, each material is characterized by its Young E modulus also called elastic modulus (generally expressed in GPa), characterizing its resistance to deformation. Each material is also characterized by its elastic limit σθ (generally expressed in GPa) which represents the stress beyond which the material deforms plastically. It is then possible, for given dimensions, to compare the materials by establishing for each the ratio of their elastic limit to their Young's modulus σθ / Ε, said ratio being representative of the elastic deformation of each material. Thus, the higher this ratio, the higher the elastic deformation of the material. Typically, for an alloy of the Cu-Be type, the Young's modulus E is equal to 130 GPa and the elastic limit σθ is equal to 1 GPa, which gives a ratio σθ / Ε of the order of 0.007, that is to say, weak. Metal or crystal alloy needles therefore have limited elastic deformation. Consequently, during a return to zero or an impact, the stresses applied to said needles can be so high that the needles deform plastically, that is to say that they twist. This distortion then poses a problem of readability and reliability of the information.
[0008] Ce phénomène de déformation est encore plus accentué pour des métaux cristallins précieux. En effet, ceux-ci possèdent des caractéristiques mécaniques encore plus faibles. Les métaux précieux présentent notamment une limite élastique faible, de l’ordre de 0,5 GPa pour les alliages d’Au, de Pt, de Pd et d’Ag, contre environ 1GPa pour les alliages cristallins classiquement utilisés dans la fabrication d’aiguilles. Etant donné que le module élastique de ces métaux précieux est de l’ordre de 120 GPa, on arrive à un rapport σθ/Ε d’environ 0,004 soit un chiffre encore plus faible que pour les alliages non précieux. Les risques de déformation, suite aux contraintes appliquées lors d’une forte accélération comme une remise à zéro, sont alors augmentés. Par conséquent, l’homme du métier n’est pas incité à utiliser ces métaux précieux pour la réalisation d’une aiguille de pièce d’horlogerie.This deformation phenomenon is even more accentuated for precious crystalline metals. Indeed, these have even weaker mechanical characteristics. Precious metals notably have a low elastic limit, of the order of 0.5 GPa for Au, Pt, Pd and Ag alloys, compared to around 1GPa for crystalline alloys conventionally used in the manufacture of needles. Since the elastic modulus of these precious metals is around 120 GPa, we arrive at a σθ / Ε ratio of around 0.004, an even lower figure than for non-precious alloys. The risks of deformation, following the constraints applied during a strong acceleration such as a reset, are then increased. Consequently, a person skilled in the art is not encouraged to use these precious metals for the production of a timepiece hand.
[0009] De plus, les méthodes actuelles telles que l’étampage, la découpe laser ou la croissance par dépôt sont limitées. Elles ne permettent pas la réalisation d’aiguilles tridimensionnelles. En effet, dans le cas de l’étampage ou de la découpe laser, les aiguilles sont réalisées à partir d’une plaque. Pour la fabrication d’aiguilles par croissance matière de type LIGA, l’inconvénient est que les parois des aiguilles sont droites et qu’ainsi aucune inclinaison de type anglage n’est possible.In addition, current methods such as stamping, laser cutting or deposition growth are limited. They do not allow the production of three-dimensional needles. Indeed, in the case of stamping or laser cutting, the needles are made from a plate. For the manufacture of needles by material growth of the LIGA type, the disadvantage is that the walls of the needles are straight and thus no inclination of the bevelling type is possible.
CH 703 343 B1CH 703 343 B1
Résumé de l’invention [0010] L’invention a pour but de pallier les inconvénients de l’art antérieur en proposant de fournir une aiguille en métal pour accélération brusque qui ne se déforme pas lors de son déplacement afin d’avoir une lisibilité précise et une durabilité importante.Summary of the invention The invention aims to overcome the drawbacks of the prior art by proposing to provide a metal needle for sudden acceleration which does not deform during its movement in order to have a precise readability and significant durability.
[0011] A cet effet, l’invention concerne l’aiguille citée ci-dessus qui se caractérise en ce qu’elle est réalisée en matériau au moins partiellement amorphe et comprenant au moins un élément métallique.To this end, the invention relates to the needle cited above which is characterized in that it is made of at least partially amorphous material and comprising at least one metallic element.
[0012] Un premier avantage de la présente invention est de permettre la réalisation d’aiguilles en métal précieux pouvant supporter les chocs ou les accélérations brusques. En effet, de façon surprenante, les métaux amorphes précieux ont des caractéristiques élastiques plus intéressantes que leurs équivalents cristallins. La limite élastique σθ est augmentée permettant d’augmenter le rapport σθ/Ε de sorte que le matériau voit la contrainte au-delà de laquelle il ne reprend pas sa forme initiale augmenter.A first advantage of the present invention is to allow the production of precious metal needles that can withstand shock or sudden acceleration. Indeed, surprisingly, precious amorphous metals have more interesting elastic characteristics than their crystalline equivalents. The elastic limit σθ is increased making it possible to increase the ratio σθ / Ε so that the material sees the stress beyond which it does not resume its initial shape increase.
[0013] Un autre avantage de la présente invention est de permettre une grande facilité dans la mise en forme permettant l’élaboration de pièces aux formes compliquées avec une plus grande précision. En effet, les métaux précieux amorphes ont la caractéristique particulière de se ramollir tout en restant amorphe durant un certain temps dans un intervalle de température (T g-Tx) donné propre à chaque alliage (avec Tx: température de cristallisation et T g: température de transition vitreuse). Il est ainsi possible de les mettre en forme sous une contrainte relativement faible et à une température peu élevée permettant alors l’utilisation d’un procédé simplifié. L’utilisation d’un tel matériau permet en outre de reproduire très précisément des géométries fines car la viscosité de l’alliage diminue fortement en fonction de la température dans l’intervalle de température (Tg-Tx) et l’alliage épouse ainsi tous les détails d’un négatif. On entend par négatif, un moule qui présente en creux un profil complémentaire à celui de l’aiguille recherchée. Cela rend alors possible la réalisation d’aiguille en trois dimensions, ce que les techniques de l’art antérieur ne peuvent pas ou difficilement permettre.Another advantage of the present invention is to allow great ease in shaping allowing the production of parts with complicated shapes with greater precision. Indeed, amorphous precious metals have the particular characteristic of softening while remaining amorphous for a certain time in a given temperature interval (T g-Tx) specific to each alloy (with Tx: crystallization temperature and T g: temperature glass transition). It is thus possible to shape them under a relatively low stress and at a low temperature then allowing the use of a simplified process. The use of such a material also makes it possible to reproduce very precisely fine geometries because the viscosity of the alloy decreases strongly as a function of the temperature in the temperature range (Tg-Tx) and the alloy thus marries all details of a negative. By negative is meant a mold which has a hollow profile complementary to that of the desired needle. This then makes it possible to produce a needle in three dimensions, which the techniques of the prior art cannot or hardly allow.
[0014] Des modes de réalisation avantageux de cette aiguille font l’objet des revendications dépendantes 2 à 6.Advantageous embodiments of this needle are the subject of dependent claims 2 to 6.
[0015] Un des avantages de ces modes de réalisation est de permettre de réaliser des aiguilles en métaux précieux supportant les contraintes appliquées à l’aiguille lors d’une remise à zéro d’un chronographe. Il devient donc possible de réaliser des aiguilles en matériaux précieux ayant des dimensions similaires à celles en matériaux non précieux, sans risque qu’elles ne se déforment lors d’une forte accélération.One of the advantages of these embodiments is that it makes it possible to produce precious metal needles supporting the stresses applied to the hand when resetting a chronograph. It therefore becomes possible to make needles of precious materials having dimensions similar to those of non-precious materials, without the risk that they will deform during a strong acceleration.
[0016] L’invention se propose aussi de fournir une utilisation d’une telle aiguille dans un chronographe ou dans un affichage rétrograde.The invention also proposes to provide a use of such a needle in a chronograph or in a retrograde display.
[0017] L’invention se propose également de fournir un procédé de réalisation de l’aiguille selon la présente invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:The invention also proposes to provide a method for producing the needle according to the present invention, said method comprising the following steps:
a) se munir du négatif de l’aiguille à réaliser;a) bring the negative of the needle to be produced;
b) se munir d’un matériau comprenant au moins un élément métallique et étant apte à se solidifier au moins partiellement en phase amorphe;b) be provided with a material comprising at least one metallic element and being capable of solidifying at least partially in the amorphous phase;
c) mettre en forme ledit matériau dans le négatif de sorte à obtenir ladite aiguille;c) shaping said material in the negative so as to obtain said needle;
d) séparer ladite aiguille dudit négatif.d) separating said needle from said negative.
[0018] Des modes de réalisation avantageux de ce procédé font l’objet des revendications dépendantes 9 à 15.Advantageous embodiments of this process are the subject of dependent claims 9 to 15.
Brève description des figures [0019] Les buts, avantages et caractéristiques de l’aiguille selon la présente invention apparaîtront plus clairement dans la description détaillée suivante d’au moins une forme de réalisation de l’invention donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et illustrée par les dessins annexés sur lesquels:Brief Description of the Figures The objects, advantages and characteristics of the needle according to the present invention will appear more clearly in the following detailed description of at least one embodiment of the invention given solely by way of nonlimiting example and illustrated by the appended drawings in which:
CH 703 343 B1CH 703 343 B1
Description détaillée [0019] Sur la fig. 1 est représentée une pièce d’horlogerie 1 comprenant plusieurs aiguilles 2 pointant des informations sur le cadran de ladite pièce d’horlogerie. Ces aiguilles 2 peuvent être les aiguilles indiquant les heures, les minutes ou les secondes. Elles peuvent être animées d’un déplacement continu ou rétrograde, ledit déplacement pouvant comprendre de brusques accélérations. On comprend par accélération brusque, une accélération soudaine, prévisible ou non et se produisant durant un temps limité et dont la valeur est très élevée, ladite accélération succédant à un déplacement ayant une accélération nulle, constante ou faible. Les accélérations brusques pouvant être supportés sont au minimum de 250 000 rad.s-2 et de préférence de 1.106 rad.s-2. Ces aiguilles 2 peuvent également être des aiguilles 2 de chronographe ou de quantième ou autres. Une telle aiguille 2, représentée à la fig. 2, consiste en une poutre 3 dont la longueur est beaucoup plus grande que la largeur de cette poutre 3, cette largeur étant elle-même beaucoup plus grande que l’épaisseur. Une première extrémité 31 de la poutre sert à pointer une information. Cette première extrémité 31 est de préférence l’extrémité la plus fine. Un orifice 4 est prévu afin de permettre à l’aiguille d’être chassée sur son axe 10. Cet orifice 4 est agencé à proximité de la seconde extrémité 32 de la poutre formant l’aiguille 2. Cette seconde extrémité 32 peut être agencée de sorte à servir de balourd afin d’assurer un bon équilibrage de l’aiguille 2 lors de son déplacement. On peut également envisager que la seconde extrémité 32 soit agencée, comme visible à la fig. 1, pour être circulaire et comprendre l’orifice 4 permettant de la chasser sur son axe 10.Detailed description In FIG. 1 shows a timepiece 1 comprising several hands 2 pointing to information on the dial of said timepiece. These hands 2 can be the hands indicating the hours, the minutes or the seconds. They can be driven by a continuous or retrograde movement, said movement possibly comprising sudden accelerations. Sudden acceleration is understood to mean sudden acceleration, predictable or not, occurring during a limited time and the value of which is very high, said acceleration succeeding a displacement having zero acceleration, constant or weak. The sudden accelerations that can be supported are at least 250,000 rad.s -2 and preferably 1.10 6 rad.s -2 . These hands 2 can also be chronograph or calendar hands 2 or the like. Such a needle 2, shown in FIG. 2, consists of a beam 3 whose length is much greater than the width of this beam 3, this width itself being much greater than the thickness. A first end 31 of the beam is used to point information. This first end 31 is preferably the thinnest end. A hole 4 is provided to allow the needle to be driven on its axis 10. This hole 4 is arranged near the second end 32 of the beam forming the needle 2. This second end 32 can be arranged so as to serve as an unbalance in order to ensure a good balancing of the needle 2 during its displacement. It is also conceivable that the second end 32 is arranged, as visible in FIG. 1, to be circular and to understand the orifice 4 allowing it to be driven out on its axis 10.
[0020] L’aiguille 2 est montée sur un axe 10 en étant directement chassée sur ledit axe 10 comme visible à la fig. 2 ou en étant rapportée sur un canon 5 lui-même chassé sur l’axe 10 comme visible à la fig. 4. Il est également possible que le canon 5 vienne directement de matière avec l’aiguille 2 comme visible à la fig. 3.The needle 2 is mounted on an axis 10 while being directly driven onto said axis 10 as visible in FIG. 2 or by being attached to a barrel 5 itself driven out on the axis 10 as visible in FIG. 4. It is also possible that the barrel 5 comes directly from the material with the needle 2 as shown in FIG. 3.
[0021] Avantageusement, au moins une des aiguilles 2 est réalisée en un matériau au moins partiellement amorphe comprenant au moins un élément métallique. Cet élément métallique peut être précieux tel que de l’or, du platine, du palladium, du rhénium, du ruthénium, du rhodium, de l’argent, de l’iridium ou de l’osmium. On comprendra par matériau au moins partiellement amorphe que le matériau est apte à se solidifier au moins partiellement en phase amorphe, c’est-à-dire qu’il est apte à perdre au moins localement toute sa structure cristalline.Advantageously, at least one of the needles 2 is made of an at least partially amorphous material comprising at least one metallic element. This metallic element can be precious such as gold, platinum, palladium, rhenium, ruthenium, rhodium, silver, iridium or osmium. It will be understood by material at least partially amorphous that the material is capable of solidifying at least partially in the amorphous phase, that is to say that it is capable of losing at least locally all of its crystalline structure.
[0022] En effet, l’avantage de ces alliages métalliques amorphes vient du fait que, lors de leur fabrication, les atomes composant ces matériaux amorphes ne s’arrangent pas selon une structure particulière comme c’est le cas pour les matériaux cristallins. Ainsi, même si le module d’Young E d’un métal cristallin et d’un métal amorphe est identique, la limite élastique aeA est différente. Un métal amorphe se différencie alors par une limite élastique aeA plus élevée que celle σθ0 du métal cristallin d’un facteur sensiblement égal à deux, comme représenté sur la fig. 5. Cette figure représente la courbe de la contrainte σ en fonction de la déformation ε pour un métal amorphe (en pointillés) et pour un métal cristallin (en trait plein). De plus, l’énergie maximale qui peut être stockée élastiquement se calcule comme étant le rapport entre la limite élastique σθ au carré et le module d’Young E. Or, avec une limite élastique plus élevée d’un facteur sensiblement égal à deux, l’énergie que le métal amorphe peut stocker élastiquement est donc plus élevée d’un facteur sensiblement égal à quatre. Cela permet aux métaux amorphes de pouvoir subir une plus forte contrainte avant d’arriver à la limite élastique σθ. Les métaux amorphes se déforment plastiquement plus difficilement et cassent de manière fragile, c’est-à-dire qu’ils cassent sans déformation plastique préalable et donc que leur déformation plastique est très faible voire nulle, lorsque la contrainte appliquée dépasse la limite élastique.Indeed, the advantage of these amorphous metal alloys comes from the fact that, during their manufacture, the atoms making up these amorphous materials do not arrange themselves according to a particular structure as is the case for crystalline materials. Thus, even if the Young's modulus E of a crystalline metal and of an amorphous metal is identical, the elastic limit a eA is different. An amorphous metal is then differentiated by an elastic limit a eA higher than that σθ 0 of the crystalline metal by a factor substantially equal to two, as shown in fig. 5. This figure represents the curve of the stress σ as a function of the deformation ε for an amorphous metal (dotted line) and for a crystalline metal (in solid line). Furthermore, the maximum energy which can be stored elastically is calculated as being the ratio between the elastic limit σθ squared and the Young's modulus E. Now, with a higher elastic limit by a factor substantially equal to two, the energy that the amorphous metal can store elastically is therefore higher by a factor substantially equal to four. This allows amorphous metals to be able to undergo a higher stress before arriving at the elastic limit σθ. Amorphous metals are more difficult to deform plastically and break in a fragile manner, that is to say that they break without prior plastic deformation and therefore their plastic deformation is very low or even zero, when the applied stress exceeds the elastic limit.
[0023] Une aiguille 2 en métal amorphe permet, en premier lieu, d’améliorer la fiabilité de cette dernière par rapport à son équivalent en métal cristallin. En effet, la contrainte appliquée à l’aiguille 2 est liée au moment d’inertie de l’aiguille 2, qui est fonction de la masse et de la longueur. Dès lors, plus une aiguille sera longue ou plus la masse à l’extrémité de l’aiguille 2 sera importante et plus le moment d’inertie de l’aguille 2 sera élevé. L’énergie cinétique accumulée lors du déplacement de l’aiguille 2 suite à une remise à zéro ou à un choc est dépendante du moment d’inertie. Cette énergie cinétique détermine la contrainte appliquée à l’aguille 2 lors du mouvement de retour à zéro ou lors du choc. Une énergie cinétique élevée entraîne une forte contrainte et donc un risque de déformation important.A needle 2 of amorphous metal allows, first, to improve the reliability of the latter compared to its equivalent in crystalline metal. Indeed, the stress applied to needle 2 is linked to the moment of inertia of needle 2, which is a function of mass and length. Consequently, the longer the needle or the greater the mass at the end of needle 2, the greater the moment of inertia of needle 2. The kinetic energy accumulated during movement of needle 2 following a reset or a shock is dependent on the moment of inertia. This kinetic energy determines the stress applied to the pin 2 during the return to zero movement or during the impact. A high kinetic energy causes a high stress and therefore a significant risk of deformation.
[0024] Etant donné que la limite élastique σθ est plus élevée pour un métal amorphe que pour un métal cristallin, la contrainte à appliquer pour obtenir une déformation plastique est plus élevée. Ainsi, à énergie cinétique équivalente, une aiguille 2 en métal amorphe aura moins de risques de se déformer qu’une aiguille 2 en métal cristallin.Since the elastic limit σθ is higher for an amorphous metal than for a crystalline metal, the stress to be applied to obtain plastic deformation is higher. Thus, at equivalent kinetic energy, a needle 2 made of amorphous metal will have less risk of deformation than a needle 2 made of crystalline metal.
[0025] Un matériau peut également être caractérisé par sa résistance spécifique qui est le rapport de la limite élastique sur la densité. Un métal amorphe à une résistance spécifique plus élevée qu’un métal cristallin car, d’une part, pour un même type d’alliage, le métal amorphe a une limite élastique qui est environ deux fois supérieure et, d’autre part, pour une composition donnée, la structure amorphe a une densité qui est environ 10% inférieure à celle de la structure cristalline. Il en résulte qu’une aiguille en alliage métallique amorphe ou métal amorphe sera plus légère qu’une aiguille de mêmes dimensions réalisée dans un alliage métallique de même composition mais de structure cristalline. Le moment d’inertie sera donc plus faible pour l’aiguille en métal amorphe, le moment d’inertie étant lié à la masse. L’énergie cinétique et donc la contrainte appliquée sur l’aiguille en métal amorphe, seront plus faibles de sorte que l’aiguille sera capable de supporter une plus forte contrainte avant de se déformer plastiquement.A material can also be characterized by its specific resistance which is the ratio of the elastic limit to the density. An amorphous metal with a higher specific resistance than a crystalline metal because, on the one hand, for the same type of alloy, the amorphous metal has an elastic limit which is approximately twice higher and, on the other hand, for a given composition, the amorphous structure has a density which is about 10% lower than that of the crystal structure. As a result, a needle of amorphous metal alloy or amorphous metal will be lighter than a needle of the same dimensions made of a metal alloy of the same composition but of crystalline structure. The moment of inertia will therefore be lower for the amorphous metal needle, the moment of inertia being linked to mass. The kinetic energy and therefore the stress applied to the amorphous metal needle, will be weaker so that the needle will be able to withstand a greater stress before being deformed plastically.
[0026] Les caractéristiques du métal amorphe permettent, en second lieu, d’envisager des formes d’aiguilles 2 plus variées. Effectivement, le moment d’inertie est utilisé pour connaître l’énergie cinétique de l’aiguille et la contrainte qu’elleThe characteristics of the amorphous metal allow, secondly, to consider forms of needles 2 more varied. Indeed, the moment of inertia is used to know the kinetic energy of the needle and the stress it
CH 703 343 B1 subira lors de son retour à zéro. Ce moment d’inertie est dépendant de la masse et de la longueur de l’aguille 2. Ces paramètres sont donc calculés pour limiter le risque de déformation plastique de l’aiguille 2.CH 703 343 B1 will suffer when it returns to zero. This moment of inertia is dependent on the mass and length of the needle 2. These parameters are therefore calculated to limit the risk of plastic deformation of the needle 2.
[0027] Comme le métal amorphe peut supporter une plus forte contrainte, c’est-à-dire une plus forte énergie cinétique et donc un moment d’inertie plus important, la masse et la longueur de l’aiguille 2 peuvent être augmentées sans pour autant risquer une déformation plastique. Plus particulièrement, la masse au niveau de la première extrémité de l’aiguille 2 peut être augmentée, permettant d’accéder à des possibilités de formes d’aiguilles 2 plus grandes. Il est alors possible de prévoir que cette première extrémité comprenne, par exemple, une zone aux dimensions plus importantes permettant d’appliquer un matériau luminescent, ou que la trotteuse du chronographe prenne la forme d’une aiguille 2 de type Breguet. Il est également possible que la masse au niveau de la seconde extrémité 32, pouvant servir de balourd, soit augmentée. [0028] Si les caractéristiques du métal amorphe permettent d’augmenter les dimensions des aiguilles 2, elles permettent également de réaliser des aiguilles 2 avec des dimensions plus faibles. En effet, à contrainte équivalente, l’aiguille 2 pourra être de longueur et/ou de masse inférieure sans se déformer plastiquement, cela étant la conséquence d’une limite élastique plus élevée. Cette diminution des dimensions peut être également appliquée au balourd de l’aiguille 2 servant pour l’équilibre de ladite aiguille 2.As the amorphous metal can withstand a higher stress, that is to say a higher kinetic energy and therefore a greater moment of inertia, the mass and the length of the needle 2 can be increased without however risking plastic deformation. More particularly, the mass at the first end of the needle 2 can be increased, allowing access to possibilities of larger needle shapes 2. It is then possible to provide that this first end comprises, for example, an area with larger dimensions allowing the application of luminescent material, or that the second hand of the chronograph takes the form of a Breguet type hand 2. It is also possible that the mass at the second end 32, which can serve as an unbalance, is increased. If the characteristics of the amorphous metal make it possible to increase the dimensions of the needles 2, they also make it possible to produce needles 2 with smaller dimensions. Indeed, at equivalent stress, the needle 2 may be of length and / or of lower mass without plastically deforming, this being the consequence of a higher elastic limit. This reduction in dimensions can also be applied to the unbalance of the needle 2 serving for the balance of said needle 2.
[0029] Le métal amorphe possède donc le double avantage de permettre d’augmenter ou de diminuer la taille des aiguilles 2 sans augmenter le risque de déformation plastique. La diminution de la taille et/ou de la masse de l’aiguille peut se faire en agençant des évidements 11 traversants ou non sur les aiguilles 2 comme visibles à la fig. 15. Ces évidements 11 permettent de réduire, par enlèvement de matière, la masse des aiguilles 2 et donc de réduire le moment d’inertie tout en offrant un effet visuel intéressant.The amorphous metal therefore has the double advantage of making it possible to increase or decrease the size of the needles 2 without increasing the risk of plastic deformation. The reduction in the size and / or the mass of the needle can be done by arranging recesses 11 passing through or not on the needles 2 as visible in FIG. 15. These recesses 11 make it possible to reduce, by removing material, the mass of the needles 2 and therefore to reduce the moment of inertia while providing an interesting visual effect.
[0030] Pour réaliser une aiguille 2 en métal amorphe, plusieurs méthodes sont envisageables.To make a needle 2 of amorphous metal, several methods are possible.
[0031] En premier lieu, il est possible d’utiliser les méthodes traditionnelles que sont l’étampage ou le découpage. Le métal amorphe est donc préalablement agencé sous formes de plaques fines. Ces plaques fines sont alors étampées sous presse ou découpées par jet d’eau ou par laser.First, it is possible to use the traditional methods of stamping or cutting. The amorphous metal is therefore previously arranged in the form of thin plates. These thin plates are then stamped in a press or cut by water jet or laser.
[0032] Toutefois, il est possible d’utiliser les propriétés du métal précieux amorphe pour le mettre en forme. En effet, le métal amorphe permet une grande facilité dans la mise en forme permettant l’élaboration de pièces aux formes compliquées avec une plus grande précision. Cela est dû aux caractéristiques particulières du métal amorphe qui peut se ramollir tout en restant amorphe durant un certain temps dans un intervalle de température (Tg-Tx) donné propre à chaque alliage (par exemple pour un alliage Zr41.24Ti13.75Cu12.5Ni10Be22.5, Tg = 350 °C et Tx = 460 °C). Il est ainsi possible de les mettre en forme sous une contrainte relativement faible et à une température peu élevée permettant alors l’utilisation d’un procédé simplifié tel que le formage à chaud. L’utilisation d’un tel matériau permet en outre de reproduire très précisément des géométries fines car la viscosité de l’alliage diminue fortement en fonction de la température dans l’intervalle de température (Tg-Tx) et l’alliage épouse ainsi tous les détails du négatif. Par exemple, pour un matériau à base de platine, la mise en forme se fait aux alentours de 300 °C pour une viscosité atteignant 103 Pa.s pour une contrainte de 1 MPa, au lieu d’une viscosité de 1012 Pa.s à la température Tg. L’utilisation de matrices a pour avantage la création de pièces en trois dimensions de grande précision, ce que le découpage ou l’étampage ne permettent pas d’obtenir.However, it is possible to use the properties of the amorphous precious metal to shape it. Indeed, the amorphous metal allows great ease in shaping allowing the development of parts with complicated shapes with greater precision. This is due to the particular characteristics of the amorphous metal which can soften while remaining amorphous for a certain time in a given temperature interval (Tg-Tx) specific to each alloy (for example for an alloy Zr 41 .24Ti 1 3.75Cu 1 2.5Ni 10 Be22.5, Tg = 350 ° C and Tx = 460 ° C). It is thus possible to shape them under a relatively low stress and at a low temperature then allowing the use of a simplified process such as hot forming. The use of such a material also makes it possible to reproduce very precisely fine geometries because the viscosity of the alloy decreases strongly as a function of the temperature in the temperature range (Tg-Tx) and the alloy thus marries all details of the negative. For example, for a material based on platinum, the shaping is done around 300 ° C for a viscosity reaching 10 3 Pa.s for a stress of 1 MPa, instead of a viscosity of 10 12 Pa. s at the temperature Tg. The advantage of using dies is the creation of high-precision three-dimensional parts, which cutting or stamping does not make it possible to obtain.
[0033] Un procédé utilisé est le formage à chaud d’une préforme amorphe. Cette préforme 7 est obtenue par fusion des éléments métalliques constituant l’alliage amorphe dans un four. Cette fusion est faite sous atmosphère contrôlée avec pour but d’obtenir une contamination de l’alliage en oxygène aussi faible que possible. Une fois ces éléments fondus, ils sont coulés sous forme de produit semi-fini, comme par exemple une lame de dimension proche de l’aiguille, puis refroidis rapidement afin de conserver l’état ou la phase au moins partiellement amorphe. Une fois la préforme 7 réalisée, le formage à chaud est réalisé dans le but d’obtenir une pièce définitive. Ce formage à chaud est réalisé par pressage dans une gamme de température comprise entre sa température de transition vitreuse Tg et sa température de cristallisation Tx durant un temps déterminé pour conserver une structure totalement ou partiellement amorphe. Ceci est fait dans le but de conserver les propriétés élastiques caractéristiques des métaux précieux amorphes. Les différentes étapes de mise en forme définitive de l’aiguille 2 sont alors:One method used is the hot forming of an amorphous preform. This preform 7 is obtained by melting the metallic elements constituting the amorphous alloy in an oven. This fusion is carried out under a controlled atmosphere with the aim of obtaining the lowest possible contamination of the oxygen alloy. Once these elements have melted, they are cast in the form of a semi-finished product, such as for example a blade of dimension close to the needle, then cooled quickly in order to preserve the state or the phase at least partially amorphous. Once the preform 7 has been produced, the hot forming is carried out with the aim of obtaining a final part. This hot forming is carried out by pressing in a temperature range between its glass transition temperature Tg and its crystallization temperature Tx for a determined time to maintain a totally or partially amorphous structure. This is done in order to maintain the elastic properties characteristic of amorphous precious metals. The different stages of final shaping of needle 2 are then:
a) chauffage des matrices 8 ayant la forme négative de l’aiguille 2 jusqu’à une température choisie comme visible à la fig. 6,a) heating the dies 8 having the negative shape of the needle 2 to a chosen temperature as shown in FIG. 6
b) introduction de la préforme 7 en métal amorphe entre les matrices chaudes comme visible à la fig. 7,b) introduction of the preform 7 of amorphous metal between the hot dies as visible in FIG. 7
c) application d’une force de fermeture sur les matrices 8 afin de répliquer la géométrie de ces dernières sur la préforme 7 en métal précieux amorphe comme visible à la fig. 8,c) application of a closing force on the dies 8 in order to replicate the geometry of the latter on the preform 7 of amorphous precious metal as shown in FIG. 8
d) attente durant un temps maximal choisi,d) waiting for a selected maximum time,
e) ouverture des matrices 8,e) opening of the dies 8,
f) refroidissement rapide de l’aiguille 2 en dessous de Tg de sorte que le matériau garde sa phase au moins partiellement amorphe, etf) rapid cooling of the needle 2 below Tg so that the material keeps its phase at least partially amorphous, and
CH 703 343 B1CH 703 343 B1
g) sortie de l’aiguille 2 des matrices 8 comme visible à la fig. 9.g) outlet of the needle 2 from the dies 8 as visible in FIG. 9.
[0034] Le formage à chaud permet de simplifier la réalisation de ladite aiguille 2, notamment pour réaliser les évidements 11 de l’aiguille représentée à la fig. 15.Hot forming makes it possible to simplify the production of said needle 2, in particular for producing the recesses 11 of the needle shown in FIG. 15.
[0035] De plus, il est possible de réaliser l’aiguille 2 directement avec son canon 5, en utilisant la technique de formage à chaud comme visible aux fig. 6 à 9. On comprend donc par là que le canon 5 et l’aiguille 2 ne sont qu’une seule et même pièce comme visible à la fig. 3. Les matrices 8 formant le moule sont alors agencées pour former le négatif de l’aiguille 2 et de son canon 5 intégré. Les étapes a) à g) sont alors réalisées pour former ladite aiguille 2. Cet agencement de l’aiguille 2 et de son canon 5 en une seule pièce permet de ne pas avoir de problèmes de fixation entre ladite aiguille 2 et son canon 5.In addition, it is possible to produce the needle 2 directly with its barrel 5, using the hot forming technique as shown in Figs. 6 to 9. It is therefore understood by this that the barrel 5 and the needle 2 are only one and the same piece as visible in FIG. 3. The dies 8 forming the mold are then arranged to form the negative of the needle 2 and its integrated barrel 5. Steps a) to g) are then carried out to form said needle 2. This arrangement of needle 2 and its barrel 5 in one piece makes it possible to have no problems of attachment between said needle 2 and its barrel 5.
[0036] Dans une variante, il est prévu de réaliser une aiguille 2 directement fixée au canon 5. Le canon 5, représenté à la fig. 4, consiste en une pièce cylindrique dont le diamètre intérieur d est égal au diamètre de l’axe 10 sur lequel le canon 5 est chassé. Le canon 5 comprend un diamètre extérieur D supérieur au diamètre intérieur d, le diamètre extérieur D pouvant ne pas être uniforme sur la totalité du canon 5. Le profil de ce canon 5 comprend un décrochement annulaire 6 dans lequel aiguille 2 est placée. Ce décrochement, dont le diamètre est compris entre les diamètres intérieur et extérieur, permet un maintien axial de l’aiguille 2. Le canon 5 est placé entre les matrices 8 dans lesquelles l’aiguille 2 sera réalisée comme visible à la fig. 11. Les étapes a) à g) précédemment décrites sont alors réalisées et représentées aux fig. 12, 13 et 14. Il en résulte que l’aiguille 2 est surmoulée directement sur le canon 5 et donc est directement fixée au canon 5. Il peut être prévu que la paroi du décrochement annulaire comprenne des reliefs ou autres moyens permettant d’améliorer le maintien de l’aiguille 2 dans le canon 5 et notamment le maintien angulaire.Alternatively, provision is made for a needle 2 directly attached to the barrel 5. The barrel 5, shown in FIG. 4, consists of a cylindrical part whose internal diameter d is equal to the diameter of the axis 10 on which the barrel 5 is driven. The barrel 5 comprises an outside diameter D greater than the inside diameter d, the outside diameter D possibly not being uniform over the whole of the barrel 5. The profile of this barrel 5 comprises an annular recess 6 in which needle 2 is placed. This recess, the diameter of which is between the inside and outside diameters, allows axial maintenance of the needle 2. The barrel 5 is placed between the dies 8 in which the needle 2 will be produced as shown in FIG. 11. The steps a) to g) previously described are then carried out and shown in FIGS. 12, 13 and 14. It follows that the needle 2 is molded directly on the barrel 5 and therefore is directly fixed to the barrel 5. It can be provided that the wall of the annular recess includes reliefs or other means for improving the maintenance of the needle 2 in the barrel 5 and in particular the angular maintenance.
[0037] On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations et/ou combinaisons évidentes pour l’homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l’invention exposée ci-dessus sans sortir du cadre de l’invention définie par les revendications annexées.It will be understood that various modifications and / or improvements and / or combinations obvious to those skilled in the art can be made to the various embodiments of the invention described above without departing from the scope of the invention defined by the appended claims.
[0038] Bien entendu, on comprendra que l’aiguille 2 ou la pièce formant le canon 5 et l’aiguille 2 peut être réalisée par coulée ou par injection. Ce procédé consiste à couler l’alliage obtenu par fusion des éléments métalliques dans un moule possédant la forme de la pièce définitive. Une fois le moule rempli, celui-ci est refroidi rapidement jusqu’à une température inférieure à Tg afin d’éviter la cristallisation de l’alliage et ainsi obtenir une aiguille 2 en métal précieux amorphe ou partiellement amorphe.Of course, it will be understood that the needle 2 or the part forming the barrel 5 and the needle 2 can be produced by casting or by injection. This process consists in casting the alloy obtained by melting the metallic elements in a mold having the shape of the final part. Once the mold is filled, it is quickly cooled to a temperature below T g in order to avoid crystallization of the alloy and thus obtain a needle 2 made of amorphous or partially amorphous precious metal.
Revendicationsclaims
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