La présente invention concerne un procédé d'assemblage d'un dispositif comprenant une première pièce et au moins une seconde pièce, ladite première pièce et ladite au moins une seconde pièce étant agencées pour pourvoir s'assembler.

Le domaine technique de l'invention est le domaine de la mécanique fine.

ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE II existe de nombreux dispositifs qui utilisent au moins un élément réalisé en un matériau fragile. Par exemple, le monde de l'horlogerie commence à utiliser le silicium qui est un métalloïde utilisé pour ses propriétés magnétiques et sa capacité à être insensible aux variations de températures lors d'une utilisation courante. C'est pourquoi il est utilisé pour des applications horlogères, notamment pour les organes réglant comme le spiral ou des rouages.

Néanmoins, le silicium a pour inconvénient d'avoir un domaine plastique très faible. Le silicium est un matériau fragile qui a tendance à se briser lorsqu'on lui fait subir une contrainte trop importante.

Or, lorsqu'un rouage en silicium est réalisé, ce dernier est destiné à être fixer à un axe de sorte à être mis en place dans le mouvement de la montre. La fixation de ce rouage à l'axe est réalisée par différentes méthodes.

Une première méthode consiste à chasser ledit rouage sur l'axe comme pour un rouage classique en laiton. Or le chassage consiste en une insertion à force dudit axe dans le trou du rouage. Comme le silicium est un matériau fragile, le chassage est très difficile car une contrainte élevée est appliquée à la pièce en silicium et cela cause généralement la rupture des pièces.

Une autre méthode consiste à utiliser le brasage/soudage pour fixer la pièce en silicium à son support. Or, cette technique est également problématique car pour avoir une chance de souder un matériau céramique ou silicium, il faut avoir recours aux brasures/soudures réactives qui doivent être réalisées à relativement haute température (généralement > 700 °C) et sous atmosphère neutre ou sous vide poussé. Ceci engendre des cycles d'assemblage très longs et des risques de rupture/fissuration du silicium.

Par ailleurs, le collage peut être également utilisé mais ce dernier engendre des risques de dégazage de composés organiques néfastes pour le fonctionnement du mouvement et peut poser des problèmes de vieillissement (exposition de la colle aux ultraviolets pour les mouvements squelettes).

RESUME DE L'INVENTION

L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur en proposant de fournir un procédé de fabrication simple, fiable et précis.

A cet effet, l'invention concerne le procédé de fabrication cité ci- dessus qui se caractérise en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes :

- se munir de ladite au moins une seconde pièce et la placer dans un négatif ayant l'empreinte de la première pièce et de la au moins une seconde pièce assemblées, ladite au moins une seconde pièce étant placé de sorte à occuper l'espace lui correspondant,

- se munir de la première pièce, le premier matériau étant un alliage métallique apte à devenir au moins partiellement amorphe; - mettre en forme ledit premier matériau de sorte à réaliser ladite première pièce dans l'empreinte du négatif lui correspondant et de sorte que la première et la au moins une seconde pièce soient solidaires l'une de l'autre, ledit premier matériau ayant subit au plus tard au moment de ladite étape de mise en forme le traitement lui permettant de devenir au moins partiellement amorphe.

Un premier avantage de la présente invention est de permettre la réalisation de la première pièce sur laquelle la seconde pièce en matériau fragile est fixée en même temps que la fixation de ladite seconde pièce à ladite première pièce. Cette possibilité de réaliser la première pièce et d'assembler la première pièce avec la seconde pièce en même temps est en partie due aux propriétés du métal amorphe. Effectivement, le métal amorphe a la particularité de pouvoir être mis en forme à basse température et sous de faibles contraintes. Or, cette mise en forme sous faibles contraintes est idéale pour l'assemblage d'un matériau fragile comme le silicium qui casse facilement. De plus, les métaux amorphes ont la capacité de se ramollir fortement lorsqu'ils sont chauffés à une température comprise entre leur température de transition vitreuse et leur température de cristallisation. Dans cet intervalle de température, ces métaux amorphes ont une viscosité qui diminue fortement, la diminution de la viscosité étant dépendante de la température : plus la température est élevée, plus la viscosité diminue. Cette viscosité permet au métal amorphe de s'insérer dans tous les recoins et ainsi d'améliorer la fixation tout en réalisant une pièce parfaitement précise.

Des modes de réalisation avantageux de ce procédé font l'objet des revendications dépendantes 2 à 13.

Dans un premier mode de réalisation avantageux, ledit premier matériau est soumis à une montée en température au dessus de sa température de fusion lui permettant de perdre localement toute structure cristalline, ladite montée étant suivie d'un refroidissement à une température inférieure à sa température de transition vitreuse permettant audit matériau de fixation de devenir au moins partiellement amorphe.

Dans un second mode de réalisation avantageux, l'étape de mise en forme consiste à mettre en forme ledit premier matériau seulement après l'avoir au préalable transformé en une préforme au moins partiellement amorphe, ladite préforme étant ensuite soumise à une température comprise entre la température de transition vitreuse et la température de cristallisation du matériau de fixation puis à une opération de formage par pression suivie d'une opération de refroidissement permettant audit premier matériau de garder une nature au moins partiellement amorphe.

Dans un troisième mode de réalisation avantageux, l'étape de mise en forme est simultanée avec un traitement rendant ledit premier matériau au moins partiellement amorphe, en le soumettant à une température supérieure à sa température de fusion suivie d'un refroidissement à une température inférieure à sa température de transition vitreuse lui permettant de devenir au moins partiellement amorphe, lors d'une opération de coulée.

Dans un quatrième mode de réalisation avantageux, il comprend en outre une étape de cristallisation dudit premier matériau consistant à chauffer ledit premier matériau à une température comprise entre sa température de transition vitreuse et sa température de fusion et à la maintenir durant un temps déterminé à cette température afin qu'il cristallise au moins partiellement, puis à le refroidir à la température ambiante.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, le refroidissement dudit premier matériau est réalisé à une vitesse de refroidissement déterminée et en ce que cette vitesse de refroidissement est choisie pour permettre un taux de cristallisation déterminé.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, ladite au moins une seconde pièce comprend des moyens d'accrochages au niveau de son interface avec la première pièce de sorte à améliorer la solidarisation entre la première pièce et ladite au moins une seconde pièce. Dans un autre mode de réalisation avantageux, les moyens d'accrochages sont reliefs se présentant sous la forme d'évidement et/ou de saillie.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, ledit premier matériau est totalement amorphe.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, ledit alliage métallique comprend au moins un élément métallique du type précieux et choisi dans le groupe formé par l'or, le platine, le palladium, le rhénium, le ruthénium, le rhodium, l'argent, l'iridium ou l'osmium.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, le second matériau est un matériau dont le domaine plastique n'est pas exploitable.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, ledit second matériau est choisi dans le groupe formé par le quartz, le rubis, le saphir, le verre, le silicium, le nitrure de silicium et le carbure de silicium. Dans un autre mode de réalisation avantageux, ladite première pièce est une ancre et en ce que ladite au moins une seconde pièce est une palette.

Dans un autre mode de réalisation avantageux, ladite première pièce est un axe et en ce que ladite au moins une seconde pièce est une roue.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

Les buts, avantages et caractéristiques du procédé 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 :

- la figures 1 représente de manière schématique un dispositif fabriqué avec le procédé selon l'invention; - les figures 2 à 7 représentent de manière schématique les différentes étapes du procédé selon une première solution ;

- les figures 8 à 1 1 représentent de manière schématique les différentes étapes du procédé selon une seconde solution ;

- la figure 12 représente un diagramme des étapes du procédé selon la présente invention ; et

- les figures 13 et 14 représentent de manière schématique une variante du dispositif fabriqué avec le procédé selon l'invention;

DESCRIPTION DETAILLEE

Sur la figure 1 est représenté un dispositif comprenant une première pièce 2 et au moins une seconde pièce 3. Ce dispositif 1 peut être par exemple une roue 30 fixée sur un axe 20. On considère alors que la première pièce 2 est l'axe 20 et la au moins une seconde pièce 3 est la roue 30. Cette roue 30 se présente sous la forme d'une pièce circulaire percée d'un trou central traversant 33. Cette pièce circulaire comprend donc une tranche extérieure 31 sur laquelle peuvent être agencées des dents et une tranche intérieure 32 située au niveau du trou 33 central. La première pièce 2 est réalisée en un premier matériau et la seconde pièce 3 est réalisée en un second matériau. Dans le reste de la description, le dispositif 1 composé d'une première pièce 2 qui est un axe 20 et de la au moins une seconde pièce 3 qui est une roue 30, sera pris pour exemple.

Le second matériau peut être un matériau classiquement utilisé comme l'acier, le laiton, l'aluminium ou le titane mais il peut être également un matériau fragile. On entend par matériau fragile un matériau qui n'a pas de domaine plastique exploitable comme le quartz, le rubis, le saphir, le verre, le silicium, le nitrure de silicium et le carbure de silicium. On comprend alors qu'une pièce dans un tel matériau est très fragile. La roue 3 est ensuite assemblée sur l'axe 20 de sorte à former le dispositif.

Avantageusement selon l'invention, l'axe 20 est réalisé en un matériau au moins partiellement amorphe comprenant au moins un élément métallique tel qu'un alliage métallique au moins partiellement amorphe. Cet élément métallique peut être un élément métallique 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 soumis à une montée en température au dessus de sa température de fusion lui permettant de perdre localement toute structure cristalline, ladite montée étant suivie d'un refroidissement à une température inférieure à sa température de transition vitreuse lui permettant de devenir au moins partiellement amorphe Ce matériau peut alors être un alliage métallique.

L'utilisation d'un matériau amorphe comme le métal amorphe permet de profiter de ses caractéristiques mécaniques avantageuses pour ledit axe mais aussi pour le processus de fabrication et d'assemblage dudit dispositif.

En effet, l'avantage de ces métaux amorphes vient du fait que, lors de leur fabrication, les atomes qui les composent 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, également appelé module d'élasticité (exprimé généralement en GPa) et caractérisant sa résistance à la déformation, d'un métal cristallin et d'un métal amorphe est sensiblement le même, la limite élastique σ _θ, (exprimée généralement en GPa) qui représente la contrainte au-delà de laquelle le matériau se déforme plastiquement, est différente. Un métal amorphe se différencie alors par une limite élastique σ _θ Α plus élevée que celle a _e c du métal cristallin d'un facteur deux à quatre. En conséquence, les métaux amorphes peuvent subir une plus forte contrainte avant d'arriver à la limite élastique σ _θ et de se déformer plastiquement.

Si la contrainte pouvant être appliquée avant qu'il ne se déforme plastiquement est supérieure pour un métal amorphe que pour son homologue cristallin, il devient envisageable de réduire les dimensions de la pièce réalisée en métal amorphe par rapport à celle en métal cristallin.

Par ailleurs, le métal amorphe est utile pour simplifier le procédé de fabrication et d'assemblage dudit dispositif comprenant la roue 30 et l'axe 20.

En effet, le procédé de fabrication et d'assemblage dudit dispositif comprend en une première étape consistant à se munir d'un négatif 5 dont l'empreinte correspond à celle du dispositif à réaliser.

Une seconde étape consiste ensuite à placer cette roue 30 dans le négatif 5 dont l'empreinte 5a correspond à celle du dispositif 1 à réaliser. La roue 30 est donc placée dans l'espace de l'empreinte 5a qui lui est dédié, qui lui correspond. On se retrouve donc avec un négatif 5 dont l'empreinte 5a est celle de la roue 30 et de l'axe 20 comme ils doivent être assemblés. Après le placement de la roue dans le négatif 5, seule l'empreinte de l'axe 20 subsiste.

Une troisième étape consiste à se munir du premier matériau 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 et comprenant au moins un élément métallique comme du métal amorphe.

Dans une quatrième étape, le premier matériau est mis en forme dans le négatif 5 pour réaliser ledit axe 20 tout en effectuant l'assemblage de la roue 30 à l'axe 20. Ce premier matériau est donc mis en forme dans l'espace de l'empreinte 5a, formant l'axe 20, c'est-à-dire l'espace lui correspondant. Dans une première solution visible aux figures 4, 5 et 6, la mise en forme du premier matériau est réalisée par formage à chaud. Ce procédé consiste en premier lieu à mettre en forme le premier matériau de sorte qu'il se présente sous la forme d'une préforme 6 en phase amorphe comme représentée à la figure 4. Pour cela, le premier matériau est chauffé jusqu'à une température égale ou supérieure à sa température de fusion, devenant ainsi liquide. Il est ensuite coulé dans un moule de forme prédéfinie. Il est ensuite refroidi rapidement de sorte que les atomes composant ledit matériau ne puissent se structurer et d'être ainsi amorphe. La forme de la préforme 6 est choisi pour être proche de la forme définitive. Par exemple, dans le cas de l'axe 20, la forme de la préforme 6 est celle d'une barre.

Une fois la préforme 6 réalisée, celle-ci est posée sur la roue puis le tout est alors chauffé jusqu'à une température comprise entre la température de transition vitreuse et la température de cristallisation du premier matériau. Dans cet intervalle, le premier matériau voit donc sa viscosité diminuer fortement de sorte qu'il devient facilement manipulable. Une faible contrainte de l'ordre de 1 MPa peut donc être appliquée audit matériau afin de le faire s'insérer dans l'empreinte du négatif. La faible viscosité du matériau amorphe lui permet de bien remplir l'empreinte tout en s'assurant que la contrainte qui lui est appliquée pour opérer ce remplissage ne soit trop forte. En conséquence, il n'y a aucun risque de casser la roue 30 en matériau fragile.

Une fois le métal amorphe dans l'empreinte 5a du négatif 5, une cinquième étape dit de refroidissement est effectuée. Le refroidissement est fait rapidement de sorte que les atomes n'aient pas le temps de se structurer permettant au matériau de fixation de rester sous forme amorphe.

Ensuite, le dispositif ainsi formé est sorti du négatif et on obtient alors un axe 20 en métal amorphe auquel est fixée une roue 30 en matériau fragile comme visible à la figure 7. Une autre solution, représentée aux figures 8 à 1 1 , consiste à utiliser la coulée pour remplir les interstices avec le premier matériau. Pour cela, le premier matériau est chauffé jusqu'à une température égale ou supérieure à sa température de fusion, ledit matériau devenant ainsi liquide. Il est ensuite coulé dans un négatif ou moule 50, muni d'un orifice 51 pour la coulée, dans lequel la roue 30 est préalablement placée. Cette coulée est opérée afin de remplir l'empreinte correspondant à ladite roue 30. Il est ensuite refroidi rapidement de sorte que les atomes composant ledit matériau ne puissent s'arranger pour former une structure, l'absence de structure permettant audit matériau d'être amorphe.

L'avantage de la coulée d'un métal amorphe est de permettre une plus grande précision et une plus grande résistance de l'objet coulé. En effet, les métaux amorphes, lorsqu'ils sont coulés, ont l'avantage de présenter un retrait de solidification de moins de 1 % alors que la coulée de leurs équivalents cristallins présente un retrait de solidification de 5 à 7%. Cela signifie que le matériau amorphe va garder la forme et les dimensions de l'endroit dans lequel il est coulé alors qu'un matériau cristallin va se contracter.

Dans une première variante, il est prévu une étape supplémentaire appelée sixième étape pendant laquelle la position de la roue est réglée. En effet, pour une raison ou une autre, il est possible que la position de la roue doive être modifiée pour être optimale. Pour cela, la zone de l'axe 20 où la roue 30 est fixée est chauffée jusqu'à atteindre une température comprise entre la température de transition vitreuse Tg et la température de cristallisation Tx du métal amorphe. Le second matériau présente alors une viscosité qui diminue fortement. Cette baisse de la viscosité permet de modifier facilement la position de la première pièce 2 par rapport à la seconde pièce 3, c'est-à-dire la position de la roue 30 par rapport à l'axe 20. Dans une seconde variante, il est prévu une étape supplémentaire appelée septième étape pendant laquelle, l'axe 20 en métal amorphe est cristallisé. Cette étape peut être réalisée après ou à la place de la sixième étape de la premier variante. Cette cristallisation est réalisée en chauffant ledit dispositif jusqu'à une température comprise entre la température de transition vitreuse Tg et la température de fusion du métal amorphe. Le refroidissement dudit premier matériau est réalisé à une vitesse de refroidissement déterminée, cette vitesse de refroidissement est choisie pour permettre un taux de cristallisation déterminé. On entend par là que le premier matériau est maintenu à une température comprise entre sa température de transition vitreuse Tg et sa température de fusion pendant un temps défini pour permettre la cristallisation et qu'ensuite ledit premier matériau est refroidit jusqu'à la température ambiante. Cette sixième étape permet alors de figer définitivement la position de la seconde pièce 3 par rapport à la première pièce 2 de sorte que l'étape de réglage ou sixième étape n'est plus possible.

Dans une troisième variante, il peut être prévu d'augmenter la fixation entre la roue et l'axe. Pour cela, des moyens d'accrochage 8 sont agencés au niveau de la tranche intérieure 32 du trou traversant 33 de la roue 30 comme visibles aux figures 13 et 14. Ces moyens d'accrochage, agencés au niveau de l'interface entre la seconde pièce et la première pièce se présentent sous la forme de reliefs 9 situés sur la tranche intérieure du trou traversant 33 de la roue 30 de sorte à améliorer la solidarisation. Ces reliefs 9 se présentent sous la forme de saillies ou d'évidements. L'amélioration de la fixation vient de l'association de ces reliefs 9 avec les caractéristiques du métal amorphe dont la viscosité diminue fortement, de sorte qu'il devient facilement manipulable, lorsqu'il est chauffé jusqu'à une température comprise entre sa température de transition vitreuse et sa température de cristallisation. Cela lui permet de prendre la forme des reliefs lors de la mise en forme. Ces reliefs 9 permettent ainsi un maintien radial et axial de sorte que la roue 30 fixée à l'axe 20 ne puisse plus bouger. 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.

On pourra prévoir que la première pièce 2 est une ancre 29 et que la seconde pièce 3 est au moins une palette 39.