Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un composant de

micromécanique destiné aux mécanismes d'horlogerie, notamment un composant amené à être lubrifié.

Etat de la technique

[0002] Il est connu que dans les mécanismes d'horlogerie, nombreuses sont les pièces en mouvement et en contact avec frottement les unes avec les autres. Ces frottements doivent être réduits le plus possible car ils peuvent affecter la précision et/ou l'autonomie du mécanisme. Pour réduire ces frottements il est donc connu d'utiliser un lubrifiant liquide ou visqueux. Ce lubrifiant est utilisé parcimonieusement sur des zones bien définies et en quantités adaptées.

[0003] Cependant, ce lubrifiant peut s'échapper de la zone où il a été déposé. En particulier, dans l'état chimique naturel des surfaces résultant de l'exposition aux conditions ambiantes, le mouvement des pièces tend à déplacer le lubrifiant de la zone de contact vers une zone non soumise à frottement. De plus, sur un composant mécanique de petite taille tel qu'un composant de pièce d'horlogerie, il est difficile de former un film lubrifiant seulement au niveau d'une région spécifique. [0004] Afin que la partie prévue pour glisser retienne le lubrifiant pour que soit réduite l'usure due à la friction causée par le glissement durant une rotation ou analogue, il est usuel de traiter chimiquement la surface. L'état chimique de la surface est obtenu par différents types de nettoyages, suivis éventuellement du revêtement de la pièce par un film d'épaisseur nanométrique, comprenant un agent actif fluoré. Différents agents actifs fluorés sont connus dans le secteur horloger sous la dénomination d'épilame. Le revêtement des composants avec ce type de produit, hors zone de contact, permet de retenir le lubrifiant dans la zone de contact grâce à la réduction de l'énergie de surface de la pièce traitée.

[0005] Cependant, la capacité du composant mécanique à retenir durablement le lubrifiant après un traitement de surface et/ou l'adjonction d'un film de nature chimique contrôlé peut être améliorée, avec l'objectif de réduire l'usure subie par le composant mécanique du fait d'une insuffisance d'huile lubrifiante.

[0006] Le document CH713426 décrit un premier composant mécanique ayant une première zone en surface, un deuxième composant ayant une deuxième zone en surface sur laquelle la première zone en surface peut glisser. Un film de retenue d'huile est formé sur au moins une zone de réception choisie parmi les première et deuxième zones en surface, ce film de retenue d'huile étant plus oléophile que la zone de réception. Le film de retenue d'huile est un composé chimique comprenant l'un des éléments Si, Ti, et Zr et un radical hydrocarbure.

[0007] Le document EP3002637 décrit un système horloger comprenant un premier composant avec au moins une première zone fonctionnelle venant en contact de frottement avec au moins une seconde zone fonctionnelle d'un deuxième composant lors du fonctionnement du système horloger; dans lequel au moins l'une de la première zone fonctionnelle et de la seconde zone fonctionnelle comporte une

structuration submicronique contrôlée.

Résumé de l'invention

[0008] La présente divulgation concerne un composant de

micromécanique destiné aux mécanismes d'horlogerie, au moins une partie du composant étant constituée dans un matériau minéral cristallin à base de carbone ou d'alumine comprenant au moins une surface de contact destinée à venir en contact en glissement et/ou en pivotement; la surface de contact comprenant localement au moins une zone microstructurée présentant une texture tridimensionnelle; la texture tridimensionnelle étant formée de microcavités, rendant la zone microstructurée plus oléophobe que la surface de contact non microstructurée, et/ou formée de micro-piliers rendant la zone microstructurée plus oléophile que la surface de contact non microstructurée; la zone microstructurée est configurée pour confiner localement une substance lubrifiante sur une portion lubrifiée de la surface de contact. La zone microstructurée est configurée selon l'une des alternatives suivantes: la texture est formée de microcavités et la zone microstructurée s'étend à la périphérie de la portion lubrifiée; ou la texture est formée de micro-piliers et la zone microstructurée s'étend dans la portion lubrifiée; ou la zone microstructurée comprend une première zone microstructurée comprenant une texture formée de microcavités et s'étendant à la périphérie de la portion lubrifiée, et une seconde zone microstructurée comprenant une texture formée de micro piliers et s'étendant dans la portion lubrifiée.

[0009] Le composant décrit ici améliore le confinement de la substance lubrifiante dans une portion de la surface de contact. Selon la

configuration de la zone microstructurée, différents arrangements de zones oléophiles et oléophobes peuvent être pourvus à proximité ou sur la surface de contact. La zone microstructurée permet donc de maîtriser la localisation spatiale de la substance lubrifiante dans une portion de la surface de contact selon les différentes applications de lubrification. Le composant décrit ici peut également améliorer l'approvisionnement de la substance lubrifiante dans la portion de la surface de contact.

Brève description des figures

[0010] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles : la figure 1 représente schématiquement un composant de micromécanique comportant une surface de contact ayant une zone microstructurée, selon un mode de réalisation;

la figure 2 illustre la zone microstructurée présentant une texture tridimensionnelle formée de microcavités, selon un mode de réalisation;

la figure 3 montre une micrographie MEB de la texture comprenant des microcavités;

la figure 4 illustre la zone microstructurée présentant une texture tridimensionnelle formée de micro-piliers, selon un mode de réalisation;

la figure 5 montre une micrographie MEB de la texture comprenant des micro-piliers;

la figure 6 montre micrographie MEB d'une microstructure d'ondulation, selon un mode de réalisation;

la figure 7 montre une micrographie MEB d'une texture formée de micro-piliers sur laquelle est superposée la microstructure d'ondulation;

la figure 8 représente schématiquement le composant comportant une surface de contact ayant une zone microstructurée, selon un autre mode de réalisation;

la figure 9 représente schématiquement le composant comportant une surface de contact ayant une première zone

microstructurée et une seconde zone microstructurée, selon un mode de réalisation; et

la figure 10 représente schématiquement le composant comportant une surface de contact avec une zone microstructurée à proximité de la zone de contact, selon un mode de réalisation.

Exemple(s) de mode de réalisation

[0011] La fig. 1 représente schématiquement un composant 10 de micromécanique destiné aux mécanismes d'horlogerie, selon un mode de réalisation. Le composant 10 comprenant au moins une surface de contact 100, au moins une portion de la surface de contact 100 étant destinée à venir en contact en glissement et/ou en pivotement, par exemple avec un autre composant d'un mécanisme d'horlogerie.

[0012] Le composant 10 est fabriqué entièrement ou en partie constitué dans un matériau minéral cristallin à base de carbone ou d'alumine (AI2O3). De manière préférée, le matériau minéral cristallin est le rubis, le saphir ou le diamant, naturel ou synthétique. D'autres matériaux sont également envisageables, comme des polymères, des métaux ou alliages métalliques, des céramiques, de la silice, du verre, du silicium, etc...

[0013] Le composant 10, fabriqué entièrement ou en partie constitué dans un matériau minéral cristallin, comporte une surface de contact 100 comprenant localement au moins une zone microstructurée 110. La zone microstructurée 110 peut être rendue plus oléophobe que la surface de contact 100 non microstructurée. Alternativement, la zone microstructurée 110 peut être rendue plus oléophile que la surface de contact 100 non microstructurée.

[0014] Selon une forme d'exécution illustrée à la fig. 2, la zone

microstructurée 110 présente une texture tridimensionnelle formée de microcavités 20. Les microcavités 20 ont typiquement une forme

essentiellement tronconique allant en rétrécissant vers le fond de la cavité 20. La dimension latérale L de la microcavité 20 au niveau de la surface est comprise entre 5 pm et 150 pm et de préférence entre 10 pm et 60 pm. Le rapport de la hauteur H sur la dimension latérale L de la microcavité 20 est compris entre 0.01 et 1. Les microcavités 20 sont non-communicantes, c'est- à-dire que les cavités 20 ne communiques pas fluidiquement entre elles.

[0015] La fig. 3 montre une micrographie (pour deux grossissements) d'une texture tridimensionnelle comprenant des microcavités 20 formées dans une pastille monocristalline de rubis horloger traditionnel (rubis Verneuil A C Cr, clivé, tronçonné et poli). Les microcavités ont une dimension latérale L d'environ 25 pm. [0016] Selon une autre forme d'exécution illustrée à la fig. 4, la zone microstructurée 110 présente une texture tridimensionnelle formée de micro-piliers 30. Les micro-piliers 30 ont typiquement une forme

essentiellement tronconique allant en rétrécissant vers le sommet du micro pilier 30. La dimension latérale L du micro-pilier 30 au niveau de sa base est comprise entre 5 pm et 150 pm et de préférence entre 10 pm et 60 pm. Le rapport de la hauteur H sur la dimension latérale L du micro-pilier 30 est compris entre 0.01 et 1.

[0017] La dimension latérale L des microcavités 20 et des micro-piliers 30 comprise entre 10 pm et 60 pm est plus favorable pour les applications horlogères, étant donné les dimensions des composants horlogers venant en contact.

[0018] La fig. 5 montre une micrographie MEB (pour deux

grossissements) d'une texture tridimensionnelle comprenant des micro piliers 20 formées dans la même pastille monocristalline de rubis qu'à la fig. 3. Les micro-piliers 30 ont une dimension latérale L d'environ 25 pm.

[0019] Encore selon une autre forme d'exécution, la zone

microstructurée 110 comprend une microstructure d'ondulation 40. La fig.

6 montre une micrographie MEB de la microstructure d'ondulation 40 formée dans la même pastille monocristalline de rubis qu'à la fig. 3. La microstructure d'ondulation 40 présente typiquement une double texture constituée de sillons parallèles de largeur typique entre 7 et 12 pm et de profondeur inférieure à 1 pm (typiquement 0.2 à 0.9 pm). Le long d'un sillon, la profondeur est modulée d'une oscillation de période

micrométrique (typiquement 1 pm) et d'amplitude inférieure à 0.2 pm.

[0020] Encore selon une autre forme d'exécution, la zone

microstructurée 110 comprend la texture formée de micro-piliers 30 sur laquelle est superposée la microstructure d'ondulation 40. La fig. 7 montre une micrographie MEB d'une telle texture réalisée dans la même pastille monocristalline de rubis qu'à la fig. 3. [0021] La texture de microcavités 20 et de micro-piliers 30 peut être arrangée selon un motif régulier, par exemple hexagonal ou carré, ou encore selon un motif irrégulier. La densité des microcavités 20 ou des micro-piliers 30 dans la zone microstructurée 110 peut être comprise entre 0.1 et 0.9, et de préférence entre 0.4 et 0.8.

[0022] Dans ces formes d'exécution, les textures, comprenant la microstructure d'ondulation, les microcavités 20, les micro-piliers 30 et les micro-piliers 30 avec la microstructure d'ondulation superposée, ont été réalisées à l'aide d'un laser femtoseconde. D'autres méthode de fabrication des textures sont cependant envisageable, telles que la microfabrication, l'usinage mécanique, fil diamant ou autres.

[0023] La mouillabilité et le caractère plus ou moins oléophile ou oléophobe de la surface de contact 100 vis-à-vis d'un liquide ont été évalués par une mesure de l'angle de contact sur des prises de vue dynamiques lors de l'avancement (0CA) d'une goutte de liquide injectée de manière continue par une micro-canule au-dessus de la surface de contact 100 en absence de la zone microstructurée 110 et au-dessus de la surface de contact 100 comprenant la zone microstructurée 1 10, par exemple telle que représentée à la fig. 8. En particulier, la mesure de l'angle de contact 0CA a été réalisée avec l'huile horlogère Synth-A-lube 9010 fabriquée par la division Moebius de The Swatch Group Research and Development Ltd. Le matériau minéral cristallin est le rubis.

[0024] Les mesures d'angle de contact ont été effectuées sur la surface de contact 100 à l'état naturel (sans préparation), ainsi qu'après traitement chimique constitué dans ce mode de réalisation d'une combinaison d'un nettoyage solvant suivi d'un traitement par plasma d'oxygène. Cette préparation permet de réduire la contamination au carbone de la surface à un seuil inférieur à 10%at. A l'état naturel (contamination au carbone supérieure à 10%at.) pour tous les échantillons testés, les angles de contact sont inférieurs à 30°. [0025] Les mesures d'angle de contact ont été effectuées sur la surface de contact 100 ayant subi la préparation ci-dessus, suivie d'un traitement d'épilamage. Lors du traitement d'épilamage, la surface de contact 100 est recouverte d'un film très mince de polymère fluoré. En particulier, le traitement d'épilamage est réalisé avec le produit standard horloger Fixodrop® de Moebius.

[0026] La table 1 rapporte les angles de contact 0CA mesurés sur la surface de contact 100 non microstructurée et sur la surface de contact 100 comportant une zone microstructurée 110 présentant une texture formée de microcavités 20, formée de micro-piliers 30 et formée seulement de la microstructure d'ondulation. Les angles de contact 0CA ont également été mesurés sur la surface de contact 100 présentant une texture formée de micro-piliers 30 sur laquelle est superposée la microstructure d'ondulation. Les mesures ont été réalisées sur des textures ayant les dimensions suivantes: des microcavités 20 ayant une dimension latérale L de 25.6±0.6 pm et une profondeur de 13.8 ±0.2 pm, des micro-piliers 30 ayant une dimension latérale L de 15±1 pm et une hauteur de 8 à 9 pm, et une microstructure d'ondulation d'une hauteur vallée - sommet de 6±0.5 pm et avec un espace entre les sommets de 0.2 à 0.9 pm. Les microcavités 20 sont arrangées selon un motif hexagonal et les micro-piliers sont arrangés selon un motif carré. La microstructure d'ondulation est arrangée en bandes de périodicité 10 pm.

Table 1

[0027] La table 1 montre que la texture formée de microcavités 20 permet d'obtenir un angle de contact 0CA lors de l'avancement d'environ 62°, nettement plus élevé que celui mesuré sur la surface de contact 100 non microstructurée (0CA ~ 29°). L'angle de contact 0CA mesuré lors de l'avancement pour la texture formée de microcavités 20 est similaire à celui mesuré (0CA ~ 57°) pour la surface de contact 100 non microstructurée comprenant un film d'épilame (épilamage). La texture formée de microcavités 20 comprenant le film d'épilame permet d'obtenir un angle de contact 0CA d'environ 125°, soit le double de celui mesuré en absence du film d'épilame. Le caractère oléophobe de la texture formée de

microcavités 20 comprenant le film d'épilame est particulièrement remarquable. En présence du film d'épilame, la goutte d'huile montre des effets d'accrochage (pinning) et dès que la goutte d'huile sort de la surface texturée, elle a tendance à rouler et à se fixer sur la surface non

microstructurée adjacente à la zone microstructurée 110.

[0028] La texture formée de micro-piliers 30 résulte dans un angle de contact 0CA d'environ 21 °, donc nettement plus faible que ceux obtenus pour la texture formée de microcavités 20. La texture formée de micro- piliers 30 comprenant la microstructure d'ondulation superposée résulte dans un angle de contact 0CA d'environ 19°, également nettement plus faible que ceux obtenus pour la texture formée de microcavités 20. La texture formée de micro-piliers 30 avec ou sans microstructure d'ondulation superposée est plus oléophile que la surface de contact 100 non

microstructurée.

[0029] Pour la zone microstructurée 110 ne comprenant que la microstructure d'ondulation, un angle de contact 0CA d'environ 30° est mesuré. La microstructure d'ondulation n'a que très peu d'influence sur l'angle de contact et donc le caractère oléophile / oléophobe de la surface de contact 100.

[0030] La zone microstructurée 110 permet donc d'influencer la mouillabilité d'une huile horlogère. En particulier, la texture formée de micro-piliers 30 permet de rendre la surface plus oléophile que la surface de contact 100 non microstructurée et la texture formée de microcavités 20 permet de rendre la surface plus oléophobe que la surface de contact 100 non microstructurée.

[0031] Selon une forme d'exécution, la zone microstructurée 110 comporte un film d'une substance permettant de modifier l'énergie de surface. Le film peut comprendre un film d'épaisseur nanométrique, comprenant un agent actif fluoré. Le film peut comprendre un film d'épilame. L'ajout d'un tel film sur la zone microstructurée 110

comprenant la texture formée de microcavités 20 permet d'augmenter encore par effet cumulatif le caractère oléophobe de la zone

microstructurée 110.

[0032] Selon une forme d'exécution, la surface de contact 100

comprenant la zone microstructurée 110, peut recevoir un traitement par plasma d'oxygène, possiblement après un nettoyage solvant. Un tel traitement plasma d'oxygène augmente le caractère oléophobe de la zone microstructurée 110 comprenant la texture formée de microcavités 20 et augmente le caractère oléophile de la zone microstructurée 110

comprenant la texture formée de micro-piliers 30.

[0033] Les observations ci-dessus s'appliquent pour des microcavités 20 ou des micro-piliers 30 ayant une dimension latérale L comprise entre 5 pm et 150 pm, ainsi que pour des microcavités 20 ou des micro-piliers 30 dont le rapport de la hauteur H sur la dimension latérale L de la microcavité 20 est compris entre 0.01 et 1.

[0034] Les observations ci-dessus s'appliquent également pour une densité des microcavités 20 ou des micro-piliers 30 dans la zone

microstructurée 110, comprenant des microcavités 20 ou des micro-piliers 30, comprise entre 0.1 et 0.9.

[0035] En faisant référence de nouveau à la fig. 1, la surface de contact 100 comprend une portion lubrifiée 120, c'est-à-dire une portion de la surface de contact 100 destinée à recevoir une substance lubrifiante (par exemple une huile horlogère ou autres). La portion lubrifiée 120 peut correspondre à ladite au moins une portion de la surface de contact 100 destinée à venir en contact en glissement et/ou en pivotement. La zone microstructurée 110 s'étend à la périphérie de la portion lubrifiée 120.

Dans le cas où la zone microstructurée 110 est plus oléophobe que la portion lubrifiée 120, la zone microstructurée 110 confinera la substance lubrifiante dans la portion lubrifiée 120. A cette fin, la zone

microstructurée 110 peut comprendre la texture formée de microcavités 20. La portion lubrifiée 120 de la surface de contact 100 est non

microstructurée et donc plus oléophile que la zone microstructurée 110.

[0036] Selon une forme d'exécution alternative représentée à la fig. 8, la zone microstructurée 110 s'étend dans la portion lubrifiée 120 et le reste de la surface de contact 100 est non microstructurée. Dans ce cas, la zone microstructurée 110 est rendu plus oléophile que le reste de la surface de contact 100 en comprenant la texture formée de micro-piliers 30, ou possiblement de micro-piliers 30 comprenant la microstructure

d'ondulation superposée.

[0037] Encore selon une autre forme d'exécution représentée à la fig. 9, la surface de contact 100 comprend une première zone microstructurée 111 s'étendant à la périphérie de la portion lubrifiée 120 et une seconde zone microstructurée 112 s'étendant dans la portion lubrifiée 120. Dans une telle configuration, la première zone microstructurée 111 est

préférablement plus oléophobe que la seconde zone microstructurée 112 de manière à confiner la substance lubrifiante dans la portion lubrifiée 120.

[0038] Par exemple, la première zone microstructurée 111 peut présenter une texture formée de microcavités 20 et la seconde zone microstructurée 112 peut présenter une texture formée de micro-piliers 30. Un avantage de cette configuration est que le caractère oléophile de la seconde zone microstructurée 112 retient déjà la substance lubrifiante dans la portion lubrifiée 120, ce confinement étant renforcé par la première zone microstructurée 111 oléophobe à la périphérie de la portion lubrifiée 120.

[0039] La zone microstructurée 110, pouvant comprendre la première zone microstructurée 111 , peut s'étendre sur toute le reste de la surface de contact 100, c'est-à-dire toute la surface de contact 100 hors de la portion lubrifiée 120.

[0040] D'autres arrangements de la zone microstructurée 110, y compris de la première et seconde zones microstructurées 111, 112 sont également possibles de sorte que la zone microstructurée 110 s'étend sur une portion de la surface de contact 100 ou sur la totalité de la surface de contact 100.

[0041] Les cavités 20 de la texture formée de microcavités 20 peuvent également servir de réservoirs pour la substance lubrifiante. La substance lubrifiante peut alors se retrouver piégée dans les microcavités 20. Dans ce cas, les microcavités 20 assurent l'approvisionnement en lubrifiant de la surface de contact 100.

[0042] D'autres combinaisons spatiales de la zone microstructurée 110 sur la surface de contact 100 sont également possibles de manière à obtenir des arrangements de zones plus ou moins oléophobes et/ou oléophiles sur la surface de contact 100. Les différentes combinaisons spatiales de la zone microstructurée 110 peuvent être combinées avec un film d'une substance permettant de modifier l'énergie de surface et/ou un traitement par plasma d'oxygène afin de modifier le caractère oléophobe et/ou oléophile de la zone microstructurée 110. Il est ainsi possible d'optimiser le confinement de la substance lubrifiante à proximité et/ou dans la portion lubrifiée 120 afin de garantir une localisation durable du lubrifiant dans cette zone.

[0043] La fig. 10 représente schématiquement le composant selon un autre mode de réalisation, dans lequel la surface de contact 100 comporte deux zones microstructurées 110 en bande bornant la portion lubrifiée 120 entre les deux zones microstructurées 110. Un tel arrangement peut être avantageux dans le cas d'un contact linéaire (dans le sens des bandes de la zone microstructurée 110).

[0044] La zone microstructurée 110 peut être comprise sur un

composant horloger 10, notamment un composant horloger en glissement et en pivotement, par exemple contre un autre composant horloger fixe ou en mouvement.

[0045] Par exemple, la zone microstructurée 110 peut être comprise sur une pierre de pivotement ou de palier, une palette d'échappement, une cheville de plateau, une dent, ou autres pièces fonctionnelles ou

décoratives. Numéros de référence employés sur les figures

10 composant

100 surface de contact

1 10 zone microstructurée

1 1 1 première zone microstructurée

1 12 seconde zone microstructurée

120 portion lubrifiée

20 microcavités

30 micro-piliers

40 microstructure d'ondulation

O _CA angle de contact lors de l'avancement

L dimension latérale

H hauteur