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Patent Searching and Data


Title:
BALL BEARING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/098063
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a ball bearing comprising a predetermined number of rolling elements (5), characterized in that the rolling elements (5) are made of zirconium oxide. This enables the manufacture of a ball bearing which can be used without lubrication, which therefore can also be stored for a long time before use, and which does not require any maintenance.

Inventors:
PARIETTI PATRICE (CH)
LAAGER ALAIN (CH)
Application Number:
PCT/CH2003/000297
Publication Date:
November 27, 2003
Filing Date:
May 08, 2003
Export Citation:
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Assignee:
MPS MICRO PREC SYSTEMS AG (CH)
PARIETTI PATRICE (CH)
LAAGER ALAIN (CH)
International Classes:
F16C19/16; F16C33/32; F16C33/60; (IPC1-7): F16C33/32
Foreign References:
US20020013211A12002-01-31
EP0807762A11997-11-19
US5203228A1993-04-20
Other References:
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 25 12 April 2001 (2001-04-12)
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 2000, no. 25 12 April 2001 (2001-04-12)
Attorney, Agent or Firm:
Liebetanz, Michael (Postfach 6940, Zürich, CH)
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Claims:
Revendications
1. Roulement avec un nombre prédéterminé de corps roulants (5) caractérisé en ce que les corps roulants (5) sont en oxyde de zirconium.
2. Roulement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les corps roulants (5) sont des billes de forme sphériques, des cylindres ou des troncs de cône.
3. Roulement selon une des revendications 1 ou 2, caractéri sé en ce que les corps roulants (5) possèdent un coefficient li néaire de l'expansion thermale similaire au coefficient linéaire de l'expansion thermale de l'acier.
4. Roulement selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les corps roulants (5) possèdent un module d'élasticité similaire au module d'élasticité de l'acier.
5. Roulement selon une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les corps roulants (5) possèdent une densité entre 5,5 et 6,5 g/cm3, une dureté entre 11001250 HV, un module d'élasticité entre 210000 et 230000 Mpa, un coefficient linéaire de l'expansion thermale entre 10 à 12x106*K1, une ténacité à la rupture de 9 à 11 Mpa*m 1/2 et une résistance à la flexion >1800 Mpa.
Description:
Roulement La présente invention concerne un roulement et plus particuliè- rement un roulement pour applications subminiatures et un micro- roulement hybride à trois ou quatre points de contact non lubri- fié pour applications subminiatures principalement dans l'horlo- gerie mais les revendications s'étendent à tous les éléments mo- biles (tournants ou linéaires ou. autres) supportés par des élé- ments roulants sur lesquels le dit élément mobile roule.

L'art antérieur connaît maints documents avec des roulements lu- brifiés. De tels roulements sont utilisés dans toutes les appli- cations. Dans certaines applications, il s'avère qu'il est pré- férable de ne pas tre obligé de lubrifier de tels roulements.

Depuis longtemps, la lubrification des mobiles du mouvement de la montre analogique est une grande préoccupation des horlogers.

Malgré l'évolution technique des lubrifiants, le vieillissement des huiles est une des principales causes de disfonctionnement du mécanisme dans le temps. Avec le temps, l'huile de lubrifia- tion se transforme en cambouis qui altère le niveau et la régu- larité du rendement du roulement. À l'extrme, le cambouis peut se détacher des gorges de circulation du roulement et causer des dégâts importants au mouvement provoquant l'arrt de la montre.

Dans le cas du roulement à billes de masse oscillante, les tech- niques de lubrification et la quantité d'huile introduite dans le palier peuvent varier sensiblement d'un horloger à l'autre et avoir une incidence directe sur les performances du mécanisme de remontage d'une montre analogique.

Il est donc un objet de l'invention de prévoir un roulement qui est utilisable sans tre lubrifié.

Le dit objet est atteint par un roulement avec les caractéristi- ques de la revendication 1.

La présente invention offre une solution à toutes les applica- tions qui demandent une durée de stockage très longue qui ne peut pas tre garanti avec des systèmes lubrifiés, soumis à des chocs importants allant jusqu'à 5000g et/ou à des hautes tempé- ratures.

Le roulement de masse oscillante d'une montre mécanique est aus- si exposé à des chocs violents. Pour tester sa résistance aux chocs, les montres sont soumises au redoutable test dit"du mou- ton pendule"qui simule un choc de 5000g appliqué sur la montre à des endroits définis par la norme. Un essai de remontage auto- matique est ensuite effectué afin de connaître les effets du test.

Des tests dans l'application effectués sur une année ont permis de mettre en évidence la stabilité des performances de remontage de la montre automatique dans la durée alors que le roulement traditionnel les voit baisser avec le temps.

Les spécifications susmentionnées sont atteintes par un système équipé d'éléments roulants dont le matériau possède un module d'élasticité et un coefficient de dilatation proches de ceux de l'acier.

Utiliser un roulement sans lubrification en conservant les maté- riaux traditionnels (acier) n'est pas envisageable à cause du phénomène de micro-soudure provoqué dans le temps par un contact permanent acier sur acier sous charge. Il se produit alors rapi- dement une détérioration de la surface des corps en contact (ba- gue et billes) qui diminue sensiblement la durée de vie du rou- lement. L'huile est une barrière à ce phénomène et sa nature ainsi que son dosage peuvent fortement influencer la durée de vie.

La présente invention répond à toutes les spécifications susmen- tionnées par l'utilisation pour les billes d'un matériau dur, non métallique et résistant aux chocs.

Le matériau des billes est une céramique en oxyde de zirconium (Zr02) qui en plus d'une dureté élevée (1200HV) a la propriété d'avoir un module d'élasticité (220000 Mpa) proche de celui de l'acier (210000 Mpa).

De plus, le coefficient de dilatation du Zr02 (11.10-6. K-1) est également proche de celui de d'acier (11.5. 10-6. K-1). Ainsi, les variations de températures n'influencent pas les spécifications de jeu de fonctionnement déterminées à l'air ambiant.

Les caractéristiques de l'oxyde de zirconium sont par exemple : densité : 6,0 g/cm3 dureté : 1150-1200 HV module d'élasticité : 220000 Mpa coefficient linéaire de l'expansion thermale : llx10-6*K-1 ténacité à la rupture : 10 Mpa*m^1/2 résistance à la flexion : >1800 Mpa L'invention va tre décrite maintenant avec la description d'un mode de réalisation d'une application horlogère et plus spécifi- quement pour la fonction de remontage automatique assurée par le rotor. Le rotor est composé de la masse oscillante et d'un rou- lement à billes à quatre points de contact.

L'invention revendique le choix des matériaux avec le placement d'une céramique appropriée entre deux éléments métalliques per- mettant d'assurer l'emploi sans lubrifiant du roulement en conservant les mmes caractéristiques que celles du roulement lubrifié ou en les améliorant.

L'invention revendique une extension très importante de la durée de vie et notamment du temps de stockage sans altération.

L'invention s'applique principalement aux roulements à trois ou quatre points de contact de petites dimensions, mais étend ses revendications à tous les systèmes comprenant un élément mobile guidé par des éléments sur lesquels il roule.

La construction standard d'un roulement à trois ou quatre points de contact est décrite ci-dessous en relation avec l'unique des- sin de la Fig. 1 montrant une coupe à travers un roulement avec des corps roulants suivant l'invention.

Le roulement à trois ou quatre points de contact est composé, en général, d'une bague extérieure 1, de deux bagues intérieures 2 et 4, d'un nombre de corps roulants variable 5 et, afin de main- tenir les corps roulants espacés l'un de l'autre, une cage 3 est positionnée entre eux.

L'assemblage d'un roulement à trois ou quatre points de contact se fait en positionnant les corps roulants 5 et la cage 3 dans la bague extérieure 1 et la bague intérieure 2 ou 4. La bague intérieure restante est ajustée ensuite fermant le roulement. Le jeu de fonctionnement est fixé par la dimension des bagues ou par positionnement variable des bagues intérieures 2 et 4. La fixation des deux bagues intérieures 2 et 4 peut se faire par chassage, soudage laser, sertissage, collage ou tout autre moyen de fixation.

Les bagues intérieures 2 et 4 et extérieure 1 peuvent tre fa- briquées au choix en acier au chrome, acier inoxydable, en tita- nium, en céramiques ou en alliage de bronze.

La cage 3 qui permet de maintenir les corps roulants 5 espacés peut tre fabriquée en acier inoxydable, en acier au chrome, en alliage de cuivre ou en matière plastique. La cage 3 n'est pas toujours insérée dans le roulement : dans le cas, par exemple, d'une grand charge axiale ou radiale le roulement peut tre com- plètement rempli de corps roulants 5.

Les corps roulants 5 qui font ici l'objet de la présente inven- tion sont des billes de forme sphériques. Il est néanmoins évi- dent que des corps roulants de forme différente comme des cylin- dres ou troncs de cône font partie de la présente invention.

Les durées de vie ainsi que les performances des roulements à trois ou quatre points de contacts ont été testées avec des corps roulants 5 de forme sphérique. Les corps roulants 5 sont en oxyde de zirconium et possèdent avantageusement une densité entre 5,5 et 6,5 g/cm3, une dureté entre 1100-1250 HV, un module d'élasticité entre 210000 et 230000 Mpa, un coefficient linéaire de l'expansion thermale entre 10 à 12x10-6*K-1, une ténacité à la rupture de 9 à 11 Mpa*mA1/2 et une résistance à la flexion >1800 Mpa.

Les corps roulants 5 de la présente invention sont plus particu- lièrement en oxyde de zirconium avec les caractéristiques sui- vants : densité 6,0 g/cm3, dureté 1150-1200 HV, module d'élasticité 220000 Mpa, coefficient linéaire de l'expansion thermale llx10-6*K-1, ténacité à la rupture 10 Mpa*mA1/2, résis- tance à la flexion >1800 Mpa.

Un roulement équipé de billes en oxyde de zirconium n'a pas be- soin de lubrifiant ce qui prolonge sa durée de vie, facilite son entretien et rend la stérilisation possible. Il est néanmoins toujours possible, pour une raison ou une autre, d'ajouter du lubrifiant dans le roulement.