PROCEDE DE DECORATION D'UNE PIECE COMPORTANT UNE SURFACE PLANE ET PIECE AINSI DECOREE

L'invention se rapporte au domaine de l'horlogerie. Elle concerne plus précisément un procédé de décoration d'une pièce d'horlogerie comportant une surface plane. Dans l'horlogerie haut de gamme, l'homme de métier est en permanence à la recherche d'effets esthétiques nouveaux et surprenants. Un effet esthétique bien connu, destiné à toute pièce comportant une surface plane, est procuré par les côtes de Genève. Les côtes de Genève sont formées de bandes rectilignes, juxtaposées les unes aux autres, comportant une surface supérieure légèrement inclinée par rapport au plan de la pièce et un flanc, définissant ensemble une arête. Elles existent également dans une version circulaire, les bandes étant concentriques les unes aux autres.

Le procédé de réalisation des côtes de Genève est bien connu de l'homme de métier. Il consiste à réaliser une bande, rectiligne ou circulaire, à l'aide d'une meule, puis à déplacer la pièce par rapport à la meule, réaliser une seconde bande, et ainsi de suite. Chaque bande est obtenue par un passage de la meule, et le motif final est le résultat de plusieurs passages successifs. L'ensemble est relativement long à réaliser, c'est pourquoi le procédé est coûteux et réservé à de l'horlogerie haut de gamme. La présente invention permet de pallier cet inconvénient en proposant un procédé de décoration d'une pièce d'horlogerie comportant une surface plane, rapide et bon marché. Il procure, en outre, à la surface décorée un effet de relief surprenant.

Plus précisément l'invention concerne un procédé de décoration d'une pièce d'horlogerie comportant au moins une surface plane S, comportant les principales étapes suivantes :

-se munir d'un porte pièce,

-fixer la pièce au porte pièce, la surface S étant située dans un plan XY normal à un axe Z coupant la surface S en un point Os,

-se munir d'un outil de coupe à symétrie circulaire, animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe C formant un angle αX avec l'axe Z dans le plan ZX,

-amener l'outil de coupe au contact de la surface S, et

-usiner la surface S à l'aide de l'outil de coupe par un déplacement relatif du porte pièce par rapport à l'outil, le déplacement étant une combinaison d'un mouvement de translation suivant l'axe X déterminé par une vitesse d'avance v et

d'un mouvement de rotation autour de l'axe Z déterminé par une vitesse angulaire ω, v et ω étant des fonctions continues non nulles du temps t, de manière à réaliser un motif en spirale en un seul passage dudit outil de coupe.

Un tel procédé permet de réaliser, grâce à l'inclinaison de l'axe de l'outil de coupe par rapport à la normale à normale à la surface S, et grâce à la combinaison des mouvements relatifs de translation et de rotation, un effet de décoration singulier.

L'invention concerne également une pièce d'horlogerie comportant au moins une surface sensiblement plane S, présentant une décoration formée d'une côte comportant une surface supérieure faiblement inclinée par rapport au plan de la surface S et un flanc définissant ensemble une arête, la côte étant limitée en largeur, de part et d'autre, par le flanc, et l'arête formant au moins une portion de courbe, caractérisée en ce qu'il existe au moins un repère X _s O _s Ys dans le plan de la surface S dans lequel la courbe est décrite par une relation entre R et θ, coordonnées polaires dans le repère XsO _s Ys, R étant une fonction continue non constante de θ.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation du procédé de décoration selon l'invention, cet exemple étant donné à titre purement illustratif et non limitatif seulement, en liaison avec les dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une vue en perspective schématique d'une installation destinée au procédé selon l'invention,

- les figures 2a et 2b sont des représentations des plans ZX et ZY du repère XYZ associé à l'installation,

- les figures 3a et 3b sont des vues de dessus schématiques de deux étapes du procédé selon l'invention, et

- les figures 4 et 5 sont des vues respectivement en coupe et de dessus d'une pièce simple décorée selon un tel procédé

- la figure 6 est une vue de dessus d'une pièce d'horlogerie décorée selon le procédé selon l'invention. L'installation représentée en figure 1 est une machine à commande numérique comportant un bâti 10 muni d'une branche inférieure 12 et d'une branche supérieure 14. On considère un premier repère XYZ d'origine O attaché au bâti 10. Un porte pièce 16 est monté mobile en translation suivant l'axe X et en rotation suivant l'axe Z, sur la branche inférieure 12. Un outil de coupe 18 à symétrie circulaire, de diamètre environ 30mm, est monté mobile en rotation suivant un axe C sensiblement parallèle à l'axe Z, sur la branche supérieure 14. L'outil de coupe 18 est, par exemple, un tasseau muni d'un disque abrasif, une meule ou une fraise. Le

porte pièce 16 et l'outil de coupe 18 sont entraînés par des moteurs non représentés contrôlés par une commande numérique également non représentée. Une pièce d'horlogerie 20 comportant au moins une surface plane S est fixée au porte pièce 16, la face S étant parallèle au plan XY et orientée vers l'outil de coupe 18. La pièce 20 est, par exemple, une platine, un cadran, un pont ou tout autre pièce comportant une surface sensiblement plane. On notera que la pièce 20 n'est pas nécessairement circulaire.

On considère un deuxième système d'axe XsYsZ attaché à la surface S. L'axe Z coupe le plan XsYs au point Os, origine du repère XsYsZ. Dans le mode de réalisation représenté en figure 1 , le point O _s coïncide avec le centre de symétrie de la surface S, ou avec son centre de gravité, si la pièce n'est pas circulaire. Dans une variante du procédé, le point O _s pourrait se situer en un point quelconque de la surface S, voire en dehors de celle-ci.

Comme représenté sur les figures 2a et 2b, l'axe C fait un angle α faible avec l'axe Z. Les projections de l'angle α dans les plans XOZ et YOZ valent respectivement αX et αY. Typiquement, αX est compris entre 0 et 2°, et vaut typiquement 0.2°, et αY est compris entre 0.5 et 3°, et vaut de préférence 1 °.

L'outil de coupe 18 est mis en rotation à une vitesse d'environ 3000 tours par minute. Puis, il est amené au contact de la surface S de manière à l'usiner sur une profondeur maximale P, comprise typiquement entre 5 et 50 microns. De préférence P vaut 20 microns. Dans sa position initiale représentée schématiquement en figure 3a, l'outil de coupe 18 est aligné selon l'axe X et sa périphérie vient coïncider avec le point Os. Le porte pièce 16 est alors mis en rotation à une vitesse angulaire ω initiale d'environ 20 tours par minute, et simultanément en translation suivant l'axe X, avec une vitesse d'avance v initiale d'environ 1 cm/s. Le porte pièce 16 se déplace dans le sens du dégagement de l'outil de coupe 18, de manière à ce que l'ensemble ou une partie seulement de la surface S soit usinée par l'outil 18. Pendant cette phase d'usinage de la surface S, le mouvement du porte pièce 16 est une combinaison d'un mouvement de translation et d'un mouvement de rotation, et le mouvement de l'outil de coupe 18 est un mouvement simple de rotation autour de l'axe C.

Afin de décrire plus précisément le mouvement du porte pièce 16 et donc de la pièce 20 par rapport à l'outil 18, on notera M le point de tangence de la périphérie de l'outil de coupe 18 avec sa trajectoire. Le point M, représenté en figure 3b, est déterminé par ses coordonnées polaires R et θ dans le repère XsOsYs- Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux du procédé, la combinaison des

mouvements du porte pièce 16 est choisie de sorte que les coordonnées du point M sont, à tout moment, reliées par une relation du type : R = aθ ² (1 )

Cette relation décrit une spirale d'un genre particulier, caractérisée par son facteur géométrique a, constant. On verra, par la suite, que tout autre type de spirales peut être envisagé sans sortir du cadre de l'invention.

En pratique, on obtient la relation (1 ) en programmant, par exemple, une vitesse de rotation ω du porte pièce 16 constante, et une vitesse d'avance v suivant l'axe X variant linéairement en fonction du temps. Toutefois, pour des raisons qui apparaîtront ultérieurement, la vitesse tangentielle V du point M sur sa trajectoire est avantageusement constante. En tenant compte d'une telle contrainte sur la vitesse tangentielle V du point M, les vitesses angulaire ω et d'avance v du porte pièce 16 sont des fonctions décroissantes du temps t : ω = b/a. t ^"2/3 (2) v = 2b. t ^"1/3 (3)

Dans ces relations, b est une constante égale à la vitesse tangentielle du point M. La programmation de la commande numérique, à partir de ces indications, est une opération bien connue de l'homme de métier.

Le procédé d'usinage ainsi décrit permet de réaliser une côte 28 en spirale s'enroulant autour du point O _s , représentée en coupe suivant l'axe X _s sur la figure 4. La côte 28 comporte une surface supérieure 30 et un flanc 32 définissant ensemble une arête 34. La surface supérieure est inclinée d'un angle αX avec le plan de la surface S, en raison de l'inclinaison de l'axe C de l'outil 18 par rapport à l'axe Z dans le plan XZ. Le flanc 32, formé par la périphérie de l'outil 18, limite la largeur de la côte 28, pour autant qu'une condition géométrique particulière, explicitée ultérieurement, soit vérifiée. L'arête 34, formée par l'intersection de la surface 30 et du flanc 32, est confondue avec la trajectoire du point M, représentée par la fonction mathématique R = aθ ² .

Dans sa position initiale, la périphérie de l'outil 18 étant disposée sur le point Os, le point M est confondu avec le point O _s et le rayon initial R ₀ est nul. Après un premier tour, l'angle θ vaut 2π, et le rayon R ₁ est proportionnel à 4π ² . Au second tour, l'angle θ vaut 4π et le rayon R ₂ est proportionnel à 16π ² , c'est-à-dire 4R ₁ . Au troisième tour, l'angle θ vaut 6π et le rayon R ₂ est proportionnel à 36π ² , c'est-à- dire 9/4R ₂ . Au quatrième tour, le rayon R ₃ est proportionnel à 16/9R ₂ , et ainsi de suite.

On notera que d'une extrémité à l'autre de la côte 28, la surface supérieure 30 doit couper le flanc 32 avant de couper la surface S. Cela signifie, à quelques

approximations près, que la largeur de la côte 28, doit être inférieure au rapport de la profondeur de coupe P au sinus de l'angle αX, en tout point de la surface S. Dans le cas contraire, une portion plate 36 inesthétique apparaît entre la surface 30 et le flanc 32. Comme la largeur de la côte 28 va en augmentant lorsque le rayon R augmente, il suffit que la condition explicitée précédemment soit réalisée en périphérie de la spirale, pour être réalisée sur l'ensemble de la spirale.

On notera n le nombre de tours maximum de la spirale P vérifiant la condition sur la largeur de la côte 28. Pour n tours, l'angle θ _n vaut 2πn et la largeur de la côte 28 est égale à la différence entre le rayon R _n en 2πn et le rayon R _n-1 en 2π(n-1 ). La condition posée plus haut s'exprime de la façon suivante : a(2πn) ² - a(2π(n-1 )f < P/sinαX (4)

En développant la relation précédente, on établit la relation approximative que doit vérifier n le nombre de tours maximum de la spirale, afin d'obtenir une côte 28 dont la surface supérieure 30 s'élargit régulièrement tout en conservant une inclinaison constante d'angle αX : n < P/(8π ² a.sinαX) + 1/2 (5)

A titre d'exemple, on détermine que pour un angle αX de 0.2°, une profondeur P de 0.02mm et un facteur a de 0.0215, le nombre de tours n maximum doit être inférieur à 3.8. En terme de procédé, la relation (5) est équivalente à la relation (6) suivante, dans laquelle t _max est égale à la durée maximale du procédé d'usinage, à partir de laquelle, la portion plate 36 apparaît : ωt _max < Pω/(4vt _max ^"1/3 .π ² .sinαX) + 1/2 (6)

La côte 28 est représentée en vue de dessus sur la figure 5. La côte 28 forme une spirale de largeur croissante s'enroulant autour du centre de symétrie de la pièce 20, de manière à lui donner un aspect esthétique particulier, et un effet de relief surprenant. Sa surface supérieure 30 comporte des stries de meulage 38 accentuant la ressemblance avec une coquille d'escargot. Les stries 38 forment des portions de cercles juxtaposées, sensiblement équidistantes les unes des autres. L'effet de juxtaposition des stries 38 est obtenu grâce à l'inclinaison de l'axe C de l'outil 18 par rapport à l'axe Z dans le plan YZ. Cette inclinaison, appelée aussi détalonnage de l'outil 18, a pour effet que seul le bord antérieur de l'outil 18 entre en contact avec la surface S et l'usine. Ainsi, le bord postérieur de l'outil 18 ne forme pas de stries se superposant aux stries 38 de façon inesthétique. Par ailleurs, les stries 38 sont sensiblement équidistantes en raison du fait que la vitesse tangentielle V du point M est constante sur toute sa trajectoire. Une vitesse tangentielle V non

constante aurait pour effet de réduire ou d'augmenter l'écart entre les stries 38, ce qui serait inesthétique.

On notera que le procédé ainsi décrit permet de décorer l'ensemble de la surface S d'une pièce d'horlogerie 20, en un seul passage de l'outil de coupe 18. Par conséquent, le procédé est rapide et économique en comparaison des procédés existants du type 'côtes de Genève'.

Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées.

On a vu, par exemple, que, dans la position initiale de l'outil 18, sa périphérie vient coïncider avec le point O _s . Or, il n'est pas toujours souhaitable de commencer la côte 28 au point Os, pour des raisons esthétiques, ou lorsque le centre de la pièce est occupé par un rubis. On préférera alors décaler le début de la côte 28 d'une distance d du point Os, le procédé d'usinage n'étant par ailleurs pas modifié. La relation (1 ) s'écrira donc, dans ce cas :

R = aθ ² + d (7)

Par ailleurs, la fonction R = aθ ² représente un cas particulier de spirale. Toutefois, l'invention ne se limite pas à cette spirale en particulier, mais recouvre tout type de spirale. On citera entre autre, la spirale d'Archimède déterminée par la relation suivante :

R = aθ (8)

Une telle spirale est obtenue, par exemple, pour des vitesses angulaire ω et d'avance v du porte pièce 16 constantes. Toutefois, en tenant compte du fait que la vitesse tangentielle V du point M est une constante égale à b, les vitesses angulaire ω et d'avance v du porte pièce 16 sont proportionnelles à _f 1/2 . ω = (b/2a) ^1/2 .f ^1/2 (9) v = (ab/2) ^1/2 .f ^1/2 (10) De plus, dans le cas d'une spirale d'Archimède, la largeur de la côte 28 est constante et vaut 2πa. La relation (5) se simplifie à une relation reliant le facteur a, la profondeur P et l'angle αX :

2πa < P/sinαX (1 1 )

En terme de procédé, la relation (11 ) devient une relation liant la vitesse d'avance v et la vitesse de rotation ω du porte pièce 16 afin qu'aucune portion plate 36 inesthétique n'apparaisse durant le procédé :

2π.v/ω < P/sinαX (12)

On citera encore le cas d'une spirale caractérisée par la relation suivante :

R = aθ ³ (13)

Dans ce cas particulier, qui produit une côte 28 s'élargissant rapidement, la vitesse de rotation ω du porte pièce 16 est proportionnelle à t ^"3/4 et sa vitesse d'avance est proportionnelle à t ^"1/4 , pour une vitesse tangentielle V du point M constante.

La condition sur la largeur des côtes 28 s'exprime de la façon suivante : n(n-1 ) < P/(24π ³ a.sinαX) - 1/3 (14)

Un autre cas particulier, est celui d'une spirale caractérisée par la relation suivante :

R = aθ ^1/2 (15)

Dans ce cas particulier de spirale, la largeur de la côte 28 décroît en fonction de l'angle θ, ce qui confère à la spirale un aspect particulier. Les vitesses angulaire ω et d'avance v du porte pièce 16 sont proportionnelles respectivement à t ^" et t ^" , pour une vitesse tangentielle V du point M constante.

En figure 6, on a représenté une cage décorée selon le procédé selon l'invention. Cette cage est formée d'une platine 40 et de ponts 42, 44, 46, 48 et 50 fixés rigidement à la platine 40 selon une technique bien connue de l'homme de métier. Les ponts 42 à 50 ne forment pas une surface S située dans un plan XsOsYs, en raison de différences de hauteur de l'un à l'autre. Par conséquent, il n'est pas possible de les décorer en un seul passage de l'outil de coupe. On procède donc de la façon suivante. La platine 40 est montée sur le porte pièce 16, son centre de symétrie coïncidant avec le point Os. Un premier pont 42 est fixé sur la platine 40, et est usiné selon le procédé selon l'invention. Le pont 42 est ensuite démonté, et le pont 44 est monté sur la platine 40 puis usiné à son tour, et ainsi de suite pour l'ensemble des ponts 42 à 50. Pour chaque pont, la hauteur de l'outil 18 est réglée en fonction de la hauteur de sa surface supérieure à décorer. Lorsque tous les ponts sont usinés, ils sont montés sur la platine 40, et ils forment, ensemble, un motif en spirale particulièrement esthétique.