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Title:
METHOD FOR MANUFACTURING A GUIDE DEVICE WITH ROLLER BODIES FOR A MEDICAL MECHANISM
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/180999
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for manufacturing a rolling bearing (100) for a medical guide device with roller bodies, comprising components, at least one component (20; 6, 2, 4, 5, 5') being made of titanium or of titanium alloy, the method comprising the steps of - using the component made of titanium or of titanium alloy; - carrying out a hardening treatment by diffusion of the machined component, so that the component comprises a superficial layer (21) having a hardness in the range of 900 Hv – 1100 Hv. The invention makes it possible to manufacture a medical guide device with roller bodies from a material that does not have a priori the properties necessary for these applications.

Inventors:
WAHLI VINCENT (CH)
ERARD RAPHAEL (CH)
HOURIET ARNAUD (CH)
SALAMIN MARC (CH)
MOSER YVES (CH)
Application Number:
PCT/IB2023/052909
Publication Date:
September 28, 2023
Filing Date:
March 24, 2023
Export Citation:
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Assignee:
MPS MICRO PREC SYSTEMS AG (CH)
International Classes:
C23C8/02; A44C27/00; C21D1/02; C21D1/06; C23C8/06; C23C8/08; C23C8/10; C23C8/20; C23C8/24; C23C8/80; G04B37/22; G04D3/00
Foreign References:
FR2136037A51972-12-22
CH539128A1973-07-15
EP1146136A12001-10-17
US20200199725A12020-06-25
CH715668A22020-06-30
US5372660A1994-12-13
FR2136037A51972-12-22
CH539128A1973-07-15
EP1146136A12001-10-17
US20200199725A12020-06-25
Attorney, Agent or Firm:
P&TS SA (AG, LTD.) (CH)
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Claims:
Revendications

1. Procédé de fabrication d'un dispositif de guidage à corps roulants (100) pour mécanisme médical, comprenant des composants, ces composants comprenant :

- un premier élément (6),

- un deuxième élément (2, 4),

- des corps roulants (5, 5') disposés entre le premier élément (6) et le deuxième élément (2, 4), pour faciliter le déplacement relatif du premier élément (6) par rapport au deuxième élément (2, 4), au moins un composant (20 ; 6, 2, 4, 5, 5') étant en titane ou en alliage de titane le procédé comprenant les étapes de

- mettre en œuvre le composant en titane ou en alliage de titane ;

- effectuer un traitement de durcissement par diffusion du composant usiné, le traitement de durcissement par diffusion comprenant une étape d'immersion du composant en titane ou en alliage de titane (20 ; 6, 2, 4, 5, 5') dans un gaz, le gaz comportant au moins un atome sélectionné parmi carbone, azote, argon ou oxygène, le procédé comprenant les étapes de :

- sélection d'une température comprise dans la plage 500 °C - 800 °C,

- sélection d'une pression supérieure à celle atmosphérique, dans lequel le temps du traitement de durcissement étant compris dans la plage 1 h - 24h, en sorte que le composant comprenne une couche superficielle (21) ayant une dureté comprise dans la plage 900 Hv - 1100 Hv.

2. Procédé selon la revendication 1, la couche superficielle (21) étant définie entre une surface externe (210) et une surface interne (212), la surface interne étant adjacente à une couche de base (22) du composant, le procédé comprenant l'étape de :

- effectuer un traitement de durcissement par diffusion interstitielle, en sorte que la dureté de la couche superficielle (21) diminue dès la surface externe (210) à la surface interne (212).

3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, la couche superficielle (21) ayant une épaisseur (e) comprise dans la plage 5 .m - 50 |im.

4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, le composant traité ayant au moins une dimension et/ou la masse plus grande par rapport à celle du composant final souhaité, le procédé comprenant après l'étape de traitement de durcissement l'étape de :

- découper le composant traité, afin de limiter les déformations dues au traitement de durcissement.

5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, le dispositif de guidage étant un roulement rotatif, le procédé comprenant après l'étape de traitement de durcissement l'étape de :

- réglage d'un jeu axial du dispositif de guidage lors de l'assemblage du dispositif de guidage.

6. Procédé selon la revendication 5, le roulement rotatif comprenant une première bague intérieure et une deuxième bague intérieure, le réglage du jeu axial étant réalisé en chassant première bague intérieure sur la deuxième bague intérieure.

7. Dispositif de guidage à corps roulants (100) pour mécanisme médical, fabriqué avec le procédé selon l'une des revendications 1 à 6, le dispositif comprenant au moins les composants suivants :

- un premier élément (6),

- un deuxième élément (2, 4),

- des corps roulants (5, 5') disposés entre le premier élément (6) et le deuxième élément (2, 4), ), pour faciliter le déplacement relatif du premier élément (6) par rapport au deuxième élément (2, 4), dans lequel au moins un composant (20 ; 6, 2, 4, 5, 5') est réalisé en titane et/ou en alliage de titane et comprend une couche superficielle (21) en titane traité et/ou en alliage de titane traité, ladite couche superficielle (21) ayant une dureté comprise dans la plage 900 Hv - 1100 Hv.

8. Dispositif selon la revendication 7, la couche superficielle (21) étant définie entre une surface externe (210) et une surface interne (212), la surface interne étant adjacente à une couche de base (22) du composant, la dureté de la couche superficielle (21) diminuant dès la surface externe vers la surface interne.

9. Dispositif selon l'une des revendications 7 ou 8, la couche superficielle (21) ayant une épaisseur (e) comprise dans la plage 5 .m - 50 |im.

10. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 9, les composants comprennent une cage arrangée pour maintenir les corps roulants.

11. Dispositif selon l'une des revendications 7 à 10, étant un roulement rotatif, un roulement linéaire ou une vis-à-bi I les. 12. Dispositif médical implantable, comprenant le dispositif de guidage à corps roulants (100) selon l'une des revendications 7 à 11.

Description:
Procédé de fabrication d'un dispositif de guidage à corps roulants pour mécanisme médical

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif de guidage à corps roulants pour mécanisme horloger, médical, pour le domaine des semi-conducteurs ou de l'Ion-beam. Elle concerne aussi un dispositif de guidage à corps roulants pour mécanisme horloger, médical, pour le domaine des semi-conducteurs ou de l'Ion-beam. Elle concerne également un mécanisme horloger, un dispositif médical, un dispositif pour le domaine des semi-conducteurs ou les applications liées à l'ion beam comprenant un tel dispositif de guidage à corps roulants.

Etat de la technique

[0002] L'expression « dispositif de guidage à corps roulants » désigne un dispositif qui comprend (au moins) un premier élément, (au moins) un deuxième élément et des corps roulants maintenus entre le premier élément et le deuxième élément, afin de faciliter le déplacement relatif du premier élément par rapport au deuxième, ou vice-versa. Un dispositif de guidage à corps roulants dans ce contexte a un coefficient de charge statique C0 maximal de 2000 N, un coefficient de charge dynamique C maximal de 2000 N ainsi que des corps roulants ayant un diamètre maximal de 1,6 mm.

[0003] Dans ce contexte, l'expression « corps roulant » indique tout corps qui peut rouler, par exemple et de façon non limitative, une bille ou un rouleau, par exemple un rouleau cylindrique, conique, une aiguille, etc.

[0004] Un roulement rotatif est un exemple d'un dispositif de guidage à corps roulants. Il comprend en général (au moins) une bague extérieure (le premier élément), (au moins) une bague intérieure (le deuxième élément, i qui comprend en général deux parties fixées entre elles) et des corps roulants maintenus entre la bague extérieure et la bague intérieure. Une cage peut dans certains cas être utilisée afin d'espacer les corps roulants entre les bagues.

[0005] En général, la cage (appelée aussi séparateur de corps roulants) est monobloc. Les éléments roulants situés entre les bagues intérieure et extérieure du roulement sont maintenus en général avec un espacement régulier par la cage, qui les guide et facilite leur rotation. La cage peut être aussi composée de plusieurs segments indépendants. La cage peut aussi assurer des fonctions supplémentaires à l'espacement des corps roulants, par exemple et de façon non-limitative une fonction de blocage.

[0006] Le nombre de points de contact (par exemple dans le cas où les corps roulants sont des billes) ou de lignes de contact (par exemple dans le cas où les corps roulants sont des rouleaux) des corps roulants avec les bagues peut varier selon le type de roulement.

[0007] La surface sur laquelle roulent les corps roulants est généralement appelée « chemin de roulement ». Elle supporte les charges (axiales et/ou radiales) appliquées au roulement.

[0008] Un roulement linéaire est un autre exemple d'un dispositif de guidage à corps roulants. Il comprend en général une douille (le premier élément), un axe (le deuxième élément) et des corps roulants maintenus entre la douille et l'axe. Un roulement linéaire peut comprendre une cage qui sert à maintenir les corps roulants et à permettre la recirculation de ceux-ci. Dans ce cas, la cage ne joue pas le rôle de séparateur de corps roulants. Il existe également une configuration dans laquelle les corps roulants sont insérés dans une cage qui a la fonction de séparateur de corps roulants. Dans ce cas, il n'y a pas de recirculation des corps roulants.

[0009] Une vis-à-bi I les est un autre exemple d'un dispositif de guidage à corps roulants. Elle comprend en général un écrou (le premier élément), une vis (le deuxième élément) et des corps roulants maintenus entre l'écrou et la vis.

[0010] En général, les roulements rotatifs servent en général à soutenir et guider des éléments à mettre en rotation, comme par exemple et de façon non-limitative des roues dentées, des vis, des axes etc. ; les roulements linéaires servent à guider des éléments qui se déplacent linéairement, comme par exemple et de façon non limitative un axe ; les vis à billes servent à transformer un mouvement rotatif en mouvement linéaire et vice-versa, tout en minimisant la friction (et en maximisant le rendement).

[0011] Afin de permettre le bon fonctionnement d'un dispositif de guidage à corps roulants et garantir sa durée de vie, certaines propriétés de ses composants sont souhaitées, notamment :

- grande précision de la géométrie des corps roulants (par exemple ISO Grade 3) ;

- bonnes propriétés mécaniques, par exemple dureté et module d'Young (notamment pour les corps roulants, pour les zones de roulement sur les chemins des corps roulants du premier et/ou deuxième élément) ;

- conformité géométrique des faces de roulement, tant du premier élément que du deuxième élément.

[0012] Le titane ou un alliage de titane présente une combinaison de propriétés intéressantes pour un grand nombre d'applications mécaniques, en particulier :

- sa masse volumique relativement faible pour les applications dynamiques ;

- sa stabilité chimique pour les applications en contact avec des environnements externes ;

- sa faible perméabilité magnétique pour les applications dans lesquelles un champ magnétique rémanent est préjudiciable. [0013] En plus de ces caractéristiques, la biocompatibilité chimique du titane ou d'un alliage de titane le rend un matériau adapté pour le domaine médical.

[0014] Dans ce contexte, l'expression « alliage de titane » (désigne un alliage (notamment un métal) qui comprend du titane et d'autres éléments chimiques. Des exemples non-limitatifs d'alliages de titane comprennent les alliages en phase a, a/0, P, o, etc.

[0015] Cependant, le module d'Young bas et/ou la dureté limitée (par exemple en comparaison à de l'acier) du titane ou d'un alliage de titane ne permettent pas de l'utiliser pour certaines applications.

[0016] Dans le cas des roulements horlogers ou médicaux, le titane ou un alliage de titane serait un matériau de choix pour les raisons précitées, en particulier son insensibilité au magnétisme respectivement sa biocompatibilité. Sa masse volumique faible est également un avantage qui peut se révéler crucial pour certaines applications.

[0017] Le faible module d'Young n'est pas un frein à l'utilisation du titane dans les dispositifs de guidage à corps roulants horlogers ou médicaux.

[0018] Cependant, la dureté très limitée que peut atteindre le titane est un point bloquant pour son application dans le champ des dispositifs de guidage à corps roulants d'horlogerie ou médicaux.

[0019] Ces derniers sont amenés à supporter des charges importantes, tout en respectant un encombrement réduit. Par exemple, le diamètre maximal de l'élément externe (bague extérieure ou douille) d'un dispositif de guidage à corps roulants pour mécanisme horloger ou médical est de 28 mm. Les matériaux utilisés doivent donc présenter des propriétés mécaniques de premier ordre. Les contraintes au contact entre les billes et les surfaces de roulement sont extrêmement élevées, par exemple des contraintes ponctuelles de l'ordre de grandeur de 4600 MPa dans le domaine horloger ou médical.

[0020] Afin de garantir le bon fonctionnement du dispositif de guidage à corps roulants au cours de son utilisation, une dureté de surface élevée est nécessaire dans le domaine horloger ou médical. Plus la dureté est élevée, plus le dispositif de guidage à corps roulants sera à même de supporter des charges importantes et les contraintes liées à son utilisation quotidienne, ce qui prolongera sa durée de vie.

[0021] Il existe une grande variété de procédés conférant au titane des duretés de surface importantes.

[0022] Les traitements de déposition PVD (Physical Vapour Deposition) et CVD (Chemical Vapour Deposition) permettent de déposer des couches de quelques nanomètres à quelques micromètres sur les surfaces de composants en titane.

[0023] Ces traitements, par exemple les TiN/CrN/TiC/TiCN, etc. régulièrement utilisés pour les surfaces des outils de coupe, ont montré des résultats satisfaisant pour un grand nombre d'application. Cependant, dans le cas des dispositifs de guidage à corps roulants horlogers et/ou médicaux, l'épaisseur maximale de déposition de l'ordre de quelques micromètres ne permet pas une reprise efficace des charges.

[0024] De plus, la frontière nette entre le dépôt et la couche de base génère une discontinuité défavorable à un transfert de la charge entre le dépôt et la couche de base.

[0025] Les traitements DLC (diamond like carbon) sont une sous-famille des traitements PVD. Ils permettent une déposition d'une couche de carbone d'une épaisseur généralement comprise entre 0,5 pm et 3 pm adoptant une structure partielle diamant. La couche est constituée d'une fraction de carbone sous forme diamant (état d'hybridation sp3), une fraction de graphite/graphène (état d'hybridation sp2) et elle peut contenir également une certaine quantité d'hydrogène. Les propriétés de la couche dépendent des proportions entre ces trois constituants.

[0026] Les traitements de type DLC présentent des inconvénients pour des dispositifs de guidage à corps roulants horlogers et/ou médicaux, malgré une dureté superficielle élevée. En effet, la faible épaisseur de la couche ne permet pas une reprise des charges suffisante. Combiné avec une adhésion variable (faible) du revêtement sur la surface, des cas de fracture de la couche et de délamination existent et rendent ce traitement non- applicable.

[0027] Une surface en titane ou en alliage de titane peut être anodisée afin de lui conférer une coloration. L'anodisation du titane ou d'un alliage de titane modifie également le coefficient de friction et la topologie de surface du composant de base. Les propriétés des couches de titane ou d'un alliage de titane anodisé ne permettent cependant pas de résister aux contraintes d'un dispositif de guidage à corps roulant, par exemple un roulement horloger.

[0028] L'oxydation micro-arc permet également de créer une couche de surface dense sur les alliages ayant des fils d'oxydes passifs denses naturellement. La pièce en alliage est plongée dans un bain basique et un courant électrique alternatif lui est appliqué. Les arcs électriques créés vont permettre l'oxydation de la surface sur une épaisseur d'environ 10 pm à 150 pm. Seule la couche inférieure (environ 65%) est dense, la surface externe est poreuse et doit être retirée.

[0029] La rugosité de surface induite par ce traitement est néfaste pour les caractéristiques de liberté nécessaire au bon fonctionnement d'un dispositif de guidage à corps roulants horloger ou médical. De plus, les dimensions des composants des dispositifs de guidage à corps roulants horlogers et/ou médicaux sont en dessous des limites de réalisation par cette technique.

[0030] Le durcissement structural du titane ou d'un alliage en titane est également possible, mais les valeurs de duretés atteintes par ce traitement ne permettent pas de répondre aux exigences des dispositifs de guidage à corps roulants horlogers ou médicaux.

[0031] Les procédés de dépôts galvanique permettent une déposition de matériaux de différente nature. Le nickel chimique durci peut atteindre des duretés élevé mais des risques de délamination du traitement empêchent leur utilisation pour des applications avec des hautes charges.

[0032] En résumant, il n'est pas possible à ce jour de fabriquer des dispositifs de guidage à corps roulants dans des matériaux (tels que le titane ou un alliage de titane) ne présentant à priori pas les propriétés nécessaires pour le domaine horloger ou médical.

[0033] Le document FR2136037 concerne un procédé de durcissement pour pièces métalliques telles que des boîtes de montre, un bouton de machette, etc., qui doivent satisfaire à des exigences esthétiques car elles ont des surfaces visibles. La pièce est réalisée en titane et elle est d'abord mise en forme et ensuite exposée à haute température (environ 1100 °C ou 1400 °C - 1500 °C) et sous faible pression à la diffusion d'oxygène, d'azote, d'hydrogène ou d'un mélange de ces gaz, puis refroidie rapidement. Le traitement est réalisé à des pressions basses et pour une durée limitée.

[0034] Le document CH539128 est similaire au document FR2136037.

[0035] Le document EP1146136 concerne un ornement, tel qu'une partie ornementale externe d'une montre, qui comprend un substrat comprenant de l'acier inoxydable, du titane ou un alliage de titane. D'abord une force externe est appliquée pour créer une couche déformée d'épaisseur de 2 .m à 100 |im. Ensuite une couche durcie d'épaisseur de 5 .m à 50 .m est formée par diffusion d'un atome de carbone, d'azote ou d'oxygène à une température de 100 °C à 500 °C. Un film de revêtement dur tel que TiC ou TiN est déposé sur la couche durcie.

[0036] Le document US2020199725 décrit un procédé de durcissement permettant d'obtenir une dureté de surface de 900 HV ou plus, qui est suffisante pour fournir une résistance aux rayures pour les composants de montres, de bijoux, de lunettes et analogues où l'aspect visuel est important.

Bref résumé de l'invention

[0037] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication d'un dispositif de guidage à corps roulants médical exempt des limitations des roulements connus.

[0038] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un dispositif de guidage à corps roulants médical dans un matériau ne présentant à priori pas les propriétés nécessaires pour un dispositif de guidage à corps roulants médical.

[0039] Un autre but de l'invention est de proposer un procédé de fabrication d'un dispositif de guidage à corps roulants médical qui répond aux exigences des dispositifs de guidage à corps roulants horlogers ou médicaux.

[0040] Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un procédé de fabrication d'un tel dispositif de guidage à corps roulants selon la revendication 1, et au moyen d'un dispositif de guidage à corps roulants selon la revendication 10. [0041] L'invention concerne un procédé de fabrication d'un dispositif de guidage à corps roulants pour mécanisme médical, comprenant des composants, ces composants comprenant :

- un premier élément,

- un deuxième élément,

- des corps roulants disposés entre le premier élément et le deuxième élément, pour faciliter le déplacement relatif du premier élément par rapport au deuxième élément ou vice-versa, au moins un composant étant en titane ou en alliage de titane, le procédé comprenant les étapes de

- mettre en œuvre, par exemple usiner, le composant en titane ou en alliage de titane,

- effectuer un traitement de durcissement par diffusion du composant usiné, en sorte que le composant comprenne une couche superficielle ayant une dureté comprise dans la plage 900 Hv - 1100 Hv.

[0042] Selon l'invention, un composant en titane ou en alliage de titane d'un dispositif de guidage à corps roulants médical est d'abord usiné (dans son état « mou », c'est-à-dire avant durcissement), et ensuite il est durci par diffusion.

[0043] Le procédé consiste donc à mettre en œuvre, par exemple usiner, au moins un composant du dispositif de guidage à corps roulants dans une matière ne présentant pas les propriétés nécessaires pour un dispositif de guidage à corps roulants médical, et ensuite à le durcir en sorte qu'il ait ces propriétés nécessaires.

[0044] Cela n'empêche pas que, dans une variante, le composant soit retravaillé (ou re-usiné) après le traitement de durcissement. Il est également possible que le traitement de durcissement doive être refait après cette étape ultérieure de re-usinage, si nécessaire. [0045] L'utilisation du titane ou d'un alliage de titane pour réaliser un dispositif de guidage à corps roulants médical est surprenante, car sa dureté n'est pas suffisante pour de tels dispositifs.

[0046] Parmi tous les procédés de durcissement du titane ou d'un alliage de titane connus, la demanderesse a sélectionné un type de traitement de durcissement spécifique, connu en horlogerie, notamment pour des boîtes de montre, mais pas pour des dispositifs de guidage à corps roulants.

[0047] Ce type de traitement de durcissement spécifique était connu pour améliorer l'aspect esthétique d'une boîte de montre. Souvent l'aspect esthétique n'est pas important pour un dispositif de guidage à corps roulants, qui reste en général caché pour un utilisateur de la pièce ou du dispositif où il est monté. Donc la demanderesse n'avait aucune incitation pour essayer ce type de traitement connu.

[0048] De plus, les dispositifs de guidage à corps roulants médicaux ont des dimensions petites par rapport aux pièces durcies avec ce type de traitement de durcissement spécifique connu. Par exemple, le diamètre maximal de l'élément externe (bague extérieure ou douille) d'un dispositif de guidage à corps roulants pour mécanisme médical est de 28 mm. Puisque les pièces de petite taille réagissent différemment aux cycles thermiques, par exemple en se déformant, encore une fois la demanderesse n'avait aucune incitation pour essayer ce type de traitement connu.

[0049] Cette solution présente notamment l'avantage par rapport à l'art antérieur d'obtenir pour (au moins) un composant du dispositif de guidage à corps roulants dont au moins un composant est en titane ou en alliage de titane, avec une couche superficielle ayant une dureté comprise dans la plage 900 Hv - 1100 Hv, ce qui le rend adapté pour le domaine médical.

[0050] De plus, le module d'Young de la matière du composant traité, ainsi que ses dimensions géométriques, ne sont pas ou peu affectés par le traitement de durcissement par diffusion, qui ne modifie que sa dureté de surface, en l'améliorant.

[0051] L'aspect esthétique du composant traité est légèrement modifié par rapport à celui du composant non traité (la couleur est un peu plus foncée et mate). Cependant, dans les applications des dispositifs de guidage à corps roulants médicaux, cette légère modification est sans importance. Eventuellement, il est possible d'enlever - après le traitement de durcissement - quelques micromètres de la couche superficielle, par exemple et de façon non limitative par décapage, afin d'obtenir un aspect esthétique plus similaire à celui du composant non traité.

[0052] Il est essentiel de mettre en œuvre, par exemple d'usiner, d'abord le composant du dispositif de guidage à corps roulants médical, et ensuite de le durcir, car autrement lors de son usinage le risque élevé d'enlever une grande partie de la couche superficielle (à savoir la couche durcie ou traitée) ne permettrait pas d'obtenir un dispositif de guidage à corps roulants de qualité, adapté au domaine médical.

[0053] Dans une variante, la couche superficielle est définie entre une surface externe et une surface interne, la surface interne étant adjacente à une couche de base (à savoir une couche non traitée) du composant, le procédé comprenant l'étape de :

- effectuer un traitement de durcissement par diffusion (purement ou majoritairement) interstitielle, en sorte que la dureté de la couche superficielle diminue dès la surface externe à la surface interne.

Dans cette variante, la diminution progressive de la dureté améliore le transfert de la charge entre la couche superficielle et celle de base.

[0054] Dans une autre variante, moins préférée, la diffusion est (purement ou majoritairement) substitutionnelle.

[0055] Selon l'invention, le traitement de durcissement par diffusion comprend l'étape d'immersion de la pièce dans un gaz. [0056] Selon l'invention, ce gaz comporte au moins un atome sélectionné parmi carbone, azote, argon ou oxygène.

[0057] Selon l'invention, le procédé comprend l'étape de sélection d'une température pour effectuer le durcissement, par exemple d'une température sensiblement supérieure à la température ambiante, par exemple d'une température comprise dans la plage 300°C - 1100°C, préférentiellement entre 500 °C - 800 °C.

[0058] Dans une variante, le procédé comprend l'étape de contrôle de la température lors du durcissement, afin de permettre la diffusion en évitant la croissance de phases ou de composés non désirés, tels que par exemple des carbures, nitrures ou oxydes.

[0059] Selon l'invention, le procédé comprend l'étape de sélection d'une pression pour effectuer le durcissement, par exemple d'une pression supérieure à celle atmosphérique, par exemple d'une pression qui peut atteindre plusieurs fois la pression atmosphérique.

[0060] Selon l'invention, le temps du traitement de durcissement est compris dans la plage 1 h - 24h.

[0061] Dans une variante, l'étape d'effectuer un traitement de durcissement par diffusion du composant usiné est une étape finale du procédé de fabrication.

[0062] Dans une variante, le composant traité a au moins une dimension et/ou la masse plus grande par rapport à celle du composant final souhaité, et le procédé comprend après l'étape de traitement de durcissement l'étape de :

- découper le composant traité, afin de limiter les déformations dues au traitement de durcissement. [0063] En effet, le traitement de durcissement déforme le composant traité. Il est donc souhaitable de traiter un composant ayant au moins une dimension et/ou la masse plus grande par rapport à celle du composant souhaité, par exemple au moins deux fois plus grande, afin de limiter ses déformations pendant le traitement, et de le découper après le traitement afin d'obtenir le composant ayant la forme, les dimensions et/ou la masse souhaitée.

[0064] Dans un roulement rotatif, le jeu dépend des dimensions des pièces. Le jeu axial du roulement est très important car il définit l'angle de contact des corps roulants.

[0065] Cela fait qu'un roulement rotatif (par exemple un roulement à gorge profonde) doit être rectifié après le traitement de durcissement. Une rectification sur un composant traité avec le traitement de durcissement selon l'invention n'est pas possible car l'épaisseur de la couche est trop faible.

[0066] Dans un mode de réalisation, le dispositif de guidage est un roulement rotatif, le procédé comprend après l'étape de traitement de durcissement l'étape de :

- réglage d'un jeu axial du roulement rotatif lors de l'assemblage du dispositif de guidage.

[0067] Dans un mode de réalisation, le dispositif de guidage comprend une première bague intérieure (cône) et une deuxième bague intérieure (noyau), le réglage du jeu axial étant réalisé en chassant la première bague intérieure (cône) sur la deuxième bague intérieure (noyau). L'invention concerne également un dispositif de guidage à corps roulants pour mécanisme horloger ou médical qui comprend (au moins) premier élément et (au moins) un deuxième élément. Des corps roulants sont disposés entre le premier élément et le deuxième élément, pour faciliter le déplacement relatif du premier élément par rapport au deuxième élément ou vice-versa. [0068] Selon l'invention, au moins un composant est réalisé en titane et/ou en alliage de titane et comprend une couche superficielle en titane traité et/ou en alliage de titane traité, ladite couche superficielle ayant une dureté comprise dans la plage 900 Hv - 1100 Hv.

[0069] Cette dureté permet une reprise efficace des charges et répond aux exigences des dispositifs de guidage à corps roulants horlogers ou médicaux.

[0070] Dans une variante, la couche superficielle est définie entre une surface externe et une surface interne, la surface interne est adjacente à une couche de base (c'est-à-dire une couche non traitée) du composant, la dureté de la couche superficielle diminuant dès la surface externe vers la surface interne. Dans cette variante, il y a une continuité favorable à un transfert de la charge entre la couche superficielle et celle de base.

[0071] Dans une variante, la couche superficielle 21 ayant une épaisseur comprise dans la plage 5 .m - 50 |im. Cette épaisseur permet aussi une reprise des charges suffisante pour le domaine horloger et/ou médical.

[0072] Dans une variante, les composants comprennent une cage arrangée pour maintenir les corps roulants.

[0073] Dans une variante, le dispositif de guidage à corps roulants est un roulement rotatif.

[0074] Dans une variante, le dispositif de guidage à corps roulants est un roulement linéaire.

[0075] Dans une variante, le dispositif de guidage à corps roulants est une vis-à-billes. [0076] La présente invention concerne aussi un dispositif médical implantable comprenant le dispositif de guidage à corps roulants selon l'invention. Dans une variante, le dispositif de guidage à corps roulants selon l'invention est utilisé pour minimiser la perte par friction et/ou augmenter la durée de vie des implants médicaux.

Brève description des figures

[0077] Des exemples de mise en œuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :

La figure 1 illustre une vue en perspective d'un exemple d'un mécanisme horloger comprenant un roulement rotatif selon un mode de réalisation de l'invention.

La figure 2 illustre une vue de dessus du mécanisme horloger de la figure 1.

La figure 3 illustre une vue en coupe selon le plan B-B du mécanisme horloger de la figure 2.

La figure 4 illustre une vue de dessus d'une partie du roulement du mécanisme horloger de la figure 1.

La figure 5 illustre une vue en perspective du roulement de la figure 4.

La figure 6 illustre de façon schématique les étapes du procédé de fabrication selon l'invention.

La figure 7 illustre une vue en coupe d'une portion d'un composant du dispositif de guidage à corps roulants selon l'invention. La figure 8A illustre une vue en perspective d'un composant du dispositif de guidage à corps roulants avant le traitement de durcissement par diffusion du procédé selon l'invention.

La figure 8B illustre une vue en perspective d'une partie du composant du dispositif de guidage à corps roulants après le traitement de durcissement par diffusion du procédé selon l'invention et après une étape de découpe.

La figure 9A illustre une vue en coupe d'un dispositif de guidage à corps roulants sous la forme d'un roulement rotatif, afin de montrer un exemple de jeu radial.

La figure 9B illustre une vue en coupe du dispositif de guidage à corps roulants de la figure 9A, afin de montrer un exemple de jeu axial.

La figure 10 illustre une vue en coupe d'un dispositif de guidage à corps roulants sous la forme d'un roulement rotatif selon l'invention, afin de montrer un mode de réalisation du réglage du jeu axial.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0078] Dans la description suivante fournie à titre d'exemple, on fera référence, par simplicité, à un roulement rotatif unidirectionnel.

L'invention cependant n'est pas limitée à un tel roulement unidirectionnel mais concerne aussi d'autres dispositifs de guidage à corps roulants, par exemple des roulements rotatifs bidirectionnels, des roulements linéaires ou des vis-à-billes.

[0079] Dans la description suivante fournie à titre d'exemple, on fera référence, par simplicité, à un roulement comprenant une bague extérieure (monobloc), deux bagues intérieures fixées entre elles, une cage et des corps roulants maintenus dans la cage et disposés entre la bague extérieure et les deux bagues intérieures. Il faut toutefois comprendre que l'invention n'est pas limitée à un tel mode de réalisation, mais inclut également tous les dispositifs de guidage à corps roulants couverts par les revendications, y compris par exemple des roulements similaires mais comprenant un nombre de bagues intérieures plus grand que deux ; des roulements comprenant (au moins) deux bagues extérieures, une bague intérieure (monobloc), une cage et des corps roulants maintenus dans la cage et disposés entre les bagues extérieures et la bague intérieure ; des roulements comprenant (au moins) deux bagues extérieures, (au moins) deux bagues intérieures, une cage et des corps roulants maintenus dans la cage et disposés entre les bagues extérieures et les bagues intérieures ; ou bien des roulements comprenant une bague intérieure monobloc, une bague extérieure monobloc, une cage et des corps roulants maintenus dans la cage et disposés entre la bague extérieure et la bague intérieure, des roulements sans cage, ou bien encore des roulements linéaires ou des vis-à-bi I Is.

[0080] L'invention trouve une application dans le domaine de l'horlogerie. Elle trouve également application dans le domaine médical, notamment lorsque le dispositif de guidage à corps roulants est utilisé dans un dispositif médical implantable dans un corps vivant, par exemple un corps humain.

[0081] La figure 1 illustre une vue en perspective d'un exemple d'un mécanisme horloger 101 comprenant le roulement 100, ici rotatif, selon un mode de réalisation de l'invention. Le mécanisme horloger 101 de la figure 1 comprend une roue 200, coopérant (directement ou indirectement) avec une masse oscillante (non illustrée), ainsi qu'un pignon 400, coopérant avec (directement ou indirectement) avec une source d'énergie (non illustrée) d'un mouvement horloger, par exemple un barillet.

[0082] Dans l'exemple illustré, la roue 200 et le pignon 400 sont coaxiaux, à savoir ils tournent autour du même axe de rotation A. [0083] Lorsque la roue 200 tourne dans un premier sens de rotation autour de son centre, le roulement 100 permet de transmettre cette rotation au pignon 400. Lorsque la roue 200 tourne dans un deuxième sens de rotation opposé au premier, le roulement 100 ne transmet pas cette rotation au pignon 400.

[0084] La figure 2 illustre une vue de dessus du mécanisme horloger de la figure 1. La figure 3 illustre une vue en coupe selon le plan B-B du mécanisme horloger de la figure 2.

[0085] Le roulement 100 illustré sur la figure 3 comprend une cage 1, une bague extérieure 6 et deux bagues intérieures 2, 4, fixées entre elles par exemple de façon amovible ou non-amovible. Il comprend également des corps roulants 5, par exemple et de façon non limitative des billes, maintenus dans la cage 1 et disposés entre la bague extérieure 6 et les deux bagues intérieures 2, 4.

[0086] Comme visible sur la figure 4, qui illustre une vue de dessus d'une partie du roulement 100 du mécanisme horloger de la figure 1, la cage 1 comprend trois segments 11, ayant la même forme et étant régulièrement espacés entre eux. Cependant, l'invention n'est pas limitée à une cage 1 comprenant plusieurs segments 11, car elle trouve application également pour une cage 1 monobloc. L'invention n'est pas limitée non plus au nombre de segments 11 indiqués sur la figure 4, car, au cas où la cage 1 comprend des segments 11, un nombre de segments 11 différent de trois peut être envisagé.

[0087] Chaque segment 11 de la figure 4 comprend deux plans inclinés 10, 10'. Cependant, l'invention n'est pas limitée à des segments 11 comprenant chacun deux plans inclinésIO, 10', car il suffit un seul plan incliné 10 ou 10' par segment/cage. L'invention n'est pas non plus limitée à la présence de plans inclinés dans la cage. [0088] Dans l'exemple de la figure 4, les angles a des plans inclinés 10, 10' de chaque segment 11 sont identiques entre eux et sont identiques aux mêmes angles des autres segments 11. Dans une variante, la valeur de l'angle a est comprise entre 78° et 88°.

[0089] Dans une autre variante, un ou plusieurs segments 11 comprennent chacun des plans inclinés selon une rampe non-linéaire. Dans une variante cette rampe non-linéaire est une dégressive pour que lorsque le corps roulant monte sur le plan incliné, il y ait toujours le même angle entre la rampe et la droite passant par les centres du corps roulant et du roulement. Ce type de rampe permet d'améliorer le blocage, notamment dans des petits roulements.

[0090] Chaque segment 11 définit, avec les bagues intérieures 2, 4 et la bague extérieure 6 un espace 15 destiné à recevoir un corps roulant 5, par exemple et de façon non limitative une bille. Dans une variante préférentielle, la bille présente trois ou quatre points de contact avec les bagues 2, 4, 6.

[0091] Dans le sens de rotation de blocage lorsque la bague 6 est entraînée dans le sens horaire sur la figure 4, les billes 5, 5' remontent le long du plan incliné 10, respectivement 10' de chaque segment 11, jusqu'au moment où ces dernières se trouvent coincées entre le segment 11 et la bague intérieure 2 d'une part et la bague extérieure 6 d'autre part. Dans ce cas, le roulement 100 se trouve dans le mode d'embrayage et la rotation de la roue 200, solidaire à la bague extérieure 6, est transmise via les bagues intérieures 2, 4 au pignon 400.

[0092] Comme illustré à la figure 5, dans le sens de rotation opposé à celui de blocage, qui est le sens antihoraire sur la figure 4, les billes 5, 5' descendent le long du plan incliné 10, respectivement 10' de chaque segment 11, jusqu'au moment où ces dernières se trouvent bloquées par une surface d'arrêt 12, respectivement 12' de chaque segment 11. Dans ce cas, le roulement 100 se trouve dans le mode de débrayage et la rotation de la roue 200 n'est pas transmise au pignon 400.

[0093] Chaque segment 11 de la figure 4 a une forme qui permet de créer un deuxième espace 16 : cette forme/espace permet de maintenir le segment 11 lors d'un découpage par électroérosion. Cependant, cette forme n'est pas limitative et surtout sa présence pas nécessaire. Par exemple, lors d'un découpage du segment par étampage, chaque segment 11 sera dépourvu de la forme permettant de créer ce deuxième espace 16.

[0094] La figure 6 illustre de façon schématique les étapes du procédé de fabrication selon l'invention. Ce procédé comprend les étapes de

- mettre en œuvre au moins un composant du dispositif de guidage à corps roulants (étape 1000),

- effectuer un traitement de durcissement par diffusion du composant usiné, en sorte que le composant comprenne une couche superficielle ayant une dureté comprise dans la plage 900 Hv - 1100 Hv (étape 2000).

[0095] Selon l'invention, un composant en titane ou en alliage de titane d'un dispositif de guidage à corps roulants horloger ou médical est d'abord usiné (dans son état « mou », c'est-à-dire avant durcissement), et ensuite il est durci par diffusion.

[0096] Le procédé consiste donc à mettre en œuvre, par exemple usiner, au moins un composant du dispositif de guidage à corps roulants dans une matière ne présentant pas les propriétés nécessaires pour un roulement horloger ou médical, et ensuite à le durcir en sorte qu'il ait ces propriétés nécessaires.

[0097] La dureté comprise dans la plage 900 Hv - 1100 Hv rend le dispositif de guidage à corps roulants selon l'invention adapté pour le domaine horloger ou médical. De plus, le module d'Young de la matière du composant traité, ainsi les dimensions géométriques de la pièce traitée, ne sont pas ou peu affectés par le traitement de durcissement par diffusion. [0098] Il est essentiel de mettre en œuvre, par exemple d'usiner, d'abord le composant du dispositif de guidage à corps roulants horloger ou médical (étape 1000), et ensuite de le durcir (étape 2000), car autrement lors de son usinage le risque élevé d'enlever la couche superficielle (à savoir la couche durcie ou traitée) ne permettrait pas d'obtenir un roulement de qualité, adapté au domaine horloger ou médical.

[0099] La figure 7 illustre une vue en coupe d'une portion d'un composant 20 du dispositif de guidage à corps roulants selon l'invention. Ce composant 20 peut être la bague extérieure 6, la bague intérieure 2, 4, un corps roulant 5, 5' ou éventuellement une cage.

[00100] De préférence, ce composant 20 est une bague intérieure 2, 4, car elle est soumise à des contraintes élevées dans un roulement horloger ou médical.

[00101] Dans une variante, la couche superficielle 21 est définie entre une surface externe 210 et une surface interne 212, la surface interne 212 étant adjacente à une couche de base 22 (à savoir une couche non traitée) du composant. Les proportions des couches 21, 22 de la figure 7 ne correspondent pas nécessairement à celles réelles.

[00102] Dans une variante, le procédé comprenant l'étape de :

- effectuer un traitement de durcissement par diffusion (purement ou majoritairement) interstitielle, en sorte que la dureté de la couche superficielle 21 diminue dès la surface externe 210 à la surface interne 212. Dans cette variante, la diminution progressive de la dureté améliore le transfert de la charge entre la couche superficielle et celle de base.

[00103] Dans une autre variante, moins préférée, la diffusion est (purement ou majoritairement) substitutionnelle. [00104] Dans une variante, la couche superficielle ayant une épaisseur e, visible sur la figure 7, comprise dans la plage 5 .m - 50 |im. Cette épaisseur e permet aussi une reprise des charges suffisante pour le domaine horloger et/ou médical.

[00105] Selon l'invention, le traitement de durcissement par diffusion comprend l'étape d'immersion de la pièce dans un gaz, par exemple un gaz comportant au moins un atome sélectionné parmi carbone, azote, argon ou oxygène.

[00106] Selon l'invention, le procédé comprend l'étape de sélection d'une température pour effectuer le durcissement, par exemple une température sensiblement supérieure à la température ambiante, par exemple une température comprise dans la plage 500 °C - 800 °C.

[00107] Dans une variante, le procédé comprend l'étape de contrôle de la température lors du durcissement, afin de permettre la diffusion en évitant la croissance de phases ou de composés non désirés, tels que des carbures, nitrures ou oxydes.

[00108] Selon l'invention, le procédé comprend l'étape de sélection d'une pression pour effectuer le durcissement, par exemple d'une pression supérieure à celle atmosphérique (par exemple elle peut atteindre plusieurs fois la pression atmosphérique).

[00109] Selon l'invention, le temps du traitement de durcissement est compris dans la plage 1 h - 24h.

[00110] Le temps de maintien dans une chambre de traitement, sous pression et température cible, définit la profondeur de la couche superficielle 21, pour un matériau donné. [00111] Dans une variante non revendiquée, le composant du roulement qui est durci par diffusion est réalisé en acier inoxydable.

[00112] La figure 8A illustre une vue en perspective d'un composant 20 du dispositif de guidage à corps roulants avant le traitement de durcissement par diffusion du procédé selon l'invention.

[00113] Le traitement de durcissement selon l'invention déforme le composant 20 traité. Notamment, le traitement de durcissement peut modifier la forme, au moins une dimension et/ou la masse du composant traité. Dans un mode de réalisation, le traitement de durcissement modifie au moins une dimension jusqu'à 1 % de sa longueur. Il est donc souhaitable de traiter un composant 20 ayant au moins une dimension et/ou la masse plus grande par rapport à celle du composant final souhaité, par exemple au moins deux fois plus grande, afin de limiter ses déformations pendant le traitement, et de le découper après le traitement afin d'obtenir le composant ayant la forme, les dimensions et/ou la masse souhaitée. Par exemple, si on désire obtenir un composant traité plat et fin (à savoir, ayant au moins une dimension inférieure à un dixième de ses autres dimensions), dans un mode de réalisation, on traitera avec le traitement de durcissement un composant initial épais (à savoir, non fin), qu'on découpera ensuite pour obtenir le composant fin souhaité, en sorte que la surface de découpe soit plate : la surface de découpe n'ayant pas été traitée, elle ne présentera aucune modification de forme due au traitement et aura la planéité désirée

[00114] Dans une variante, le composant traité a au moins une dimension et/ou la masse plus grande par rapport à celle du composant final souhaité, et le procédé comprend après l'étape de traitement de durcissement l'étape de :

- découper le composant traité, afin de limiter les déformations dues au traitement de durcissement.

[00115] La figure 8A illustre une possible ligne de découpe D du composant 20, après le traitement. [00116] La figure 8B illustre une vue en perspective d'une partie du composant (final) 20' du dispositif de guidage à corps roulants après le traitement de durcissement par diffusion du procédé selon l'invention et après la découpe le long de la ligne de découpe D de la figure 8B.

[00117] Le composant 20' comprend (au moins) une surface non traitée (la surface inférieure 23 sur la figure 8B), mais la ligne de découpe D est choisie en sorte que cette surface non traitée soit non fonctionnelle dans le dispositif de guidage.

[00118] La figure 9A illustre une vue en coupe d'un dispositif de guidage à corps roulants 100 sous la forme d'un roulement rotatif, afin de montrer un exemple de jeu radial JR, suite à la soumission d'une force radiale FR.

[00119] La figure 9B illustre une vue en coupe du dispositif de guidage à corps roulants 100 de la figure 9A, afin de montrer un exemple de jeu axial JA, suite à la soumission d'une force axiale FA.

[00120] Dans un roulement rotatif, le jeu dépend des dimensions des pièces. Le jeu axial JA du roulement est très important car il définit l'angle de contact des corps roulants 5 avec la(les) bague(s).

[00121] Cela fait qu'un roulement rotatif (par exemple un roulement à gorge profonde) doit être rectifié après le traitement de durcissement. Une rectification sur un composant traité avec le traitement de durcissement selon l'invention n'est pas possible car l'épaisseur de la couche est trop faible. Une rectification enlèverait au moins une partie voire toute la couche traitée. Dans un mode de réalisation, le dispositif de guidage est un roulement rotatif, le procédé comprend après l'étape de traitement de durcissement l'étape de :

- réglage d'un jeu axial du roulement rotatif lors de l'assemblage du dispositif de guidage. [00122] Cela permet de ne pas enlever la couche traitée lors du réglage d'un jeu axial.

[00123] Dans un mode de réalisation, le dispositif de guidage comprend une première bague intérieure 4 (cône) et une deuxième bague intérieure 2 (noyau), le réglage du jeu axial étant réalisé en chassant la première bague intérieure (cône) 4 sur la deuxième bague intérieure (noyau) 4.

[00124] La figure 10 illustre une vue en coupe d'un dispositif de guidage à corps roulants 100 sous la forme d'un roulement rotatif selon l'invention, afin de montrer un mode de réalisation du réglage du jeu axial RJA, par chassage la première bague intérieure (cône) 4 sur la deuxième bague intérieure (noyau) 4.

Numéros et signes de référence employés sur les figures

1 Cage

2 Première bague interne

4 Deuxième bague interne

5 Corps roulant

6 Bague externe

10, 10' Plan incliné

11 Segment de la cage

12, 12' Surface d'arrêt

15, 15' Premier espace

16 Deuxième espace

20, 20' Composant

21 Couche superficielle

22 Couche de base

23 Surface non traitée

100 Roulement

101 Mécanisme horloger

200 Roue

210 Surface externe

212 Surface interne

400 Pignon

1000 Etape d'usinage

2000 Etape de traitement de durcissement par diffusion

A Axe de rotation

D Ligne de découpe e Epaisseur de la couche superficielle

FA Force axiale

FR Force radiale

JA Jeu axial

JR Jeu radial

RJA Réglage jeu axial