Domaine de l’invention

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un composant de micromécanique, notamment d’un mobile d’horlogerie.

L’invention concerne le domaine des mécanismes d’horlogerie, et plus particulièrement des mécanismes d’échappement comportant au moins une roue d’échappement et au moins une ancre, dont au moins l’un d’eux est à caractère amagnétique.

Arrière-plan de l’invention

Dans les mécanismes d’échappement d’horlogerie à ancre suisse, les roues d’échappement à ancre suisse sont historiquement en acier nickelé, et sont sensibles aux champs magnétiques.

On connaît des alternatives avec des matériaux comme le nickel-phosphore Ni P 12 mis en œuvre par procédé « LIGA » (Lithographie und Galvano-Abformung », qui ont un comportement amagnétique.

Toutefois l’emploi de tels matériaux, nickel-phosphore, ou analogues, peut se révéler sensible dans certaines conditions climatiques, qui sont susceptibles d’entraîner une dégradation des performances, notamment en termes de régularité d’amplitude, d’arrêts, ou encore de vieillissement, surtout quand les deux composants antagonistes du couple de frottement sont réalisés dans des matériaux LIGA similaires.

Résumé de l’invention

L’invention se propose de résoudre le problème technique de la tenue du lubrifiant horloger habituel, et plus particulièrement de garantir un effet épilame, dans les conditions climatiques usuelles, sur des composants en LIGA NiP12, ou similaire, non ferromagnétique, en particulier sur des ancres et des roues d’échappement à ancre suisse.

A cet effet, l’invention concerne un procédé de fabrication de mobiles d’horlogerie selon la revendication 1.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

L’invention concerne le domaine des composants de micromécanique, et plus particulièrement des mobiles d’horlogerie.

L’invention se propose de résoudre notamment le problème technique de la tenue du lubrifiant horloger habituel, dans les conditions climatiques usuelles, sur des composants en LIGA NiP12, ou similaire, non ferromagnétique, en particulier sur des roues d’un mécanisme d’échappement à ancre suisse.

Dans les mécanismes d’échappement d’horlogerie à ancre suisse, le contact entre la levée en rubis de l’ancre et la dent de la roue d’échappement est particulièrement sensible, de même que le contact entre la fourchette et la cheville de plateau ou entre la fourchette et les butées d’ancre.

Il s’agit en particulier d’assurer la présence de lubrifiant sur les surfaces de contact entre la roue d’échappement et l’ancre, et de réduire le vieillissement de la roue d’échappement et de l’ancre.

Le problème principal est la perte d’effet épilame sur la planche de la roue d’échappement, qui provoque un étalement de l’huile et une perte de lubrification au contact entre la dent de la roue et la levée en rubis.

La stabilité de la lubrification au contact entre les levées de l’ancre et la roue d’échappement doit permettre de garantir la constance de l’amplitude.

A cet effet, l’ajout d’un revêtement sous la forme d’une couche de nickel galvanique (Ni) préférentiellement, ou de nickel chimique (par exemple NiP6-9), ou encore de nickel-bore déposé par voie chimique, sur une roue d’échappement en LIGA NiP12 permet d’améliorer grandement les performances des mouvements.

En effet, il a été démontré par différents tests que cette amélioration notable est liée à une meilleure tenue de l’épilame en conditions climatiques prédéterminées, par exemple à 50° Celsius et à un taux d’hygrométrie de 90%. Un meilleur accrochage de l’épilame sur la matière a été constaté par les inventeurs, quand la quantité de phosphore en surface est réduite, et par conséquent, la tenue du lubrifiant est d’autant meilleure que la quantité de phosphore est faible.

Dans une variante, le revêtement de nickel galvanique peut être un alliage, par exemple Ni-Fe, ou Ni-W, ou autre.

Ainsi l’invention concerne un procédé de fabrication de composant de micromécanique, notamment d’un mobile d’horlogerie, selon lequel on réalise un substrat avec un premier matériau comportant au moins du nickel et du phosphore, on met en forme ce substrat à la géométrie du mobile, et on effectue un revêtement du substrat, par voie galvanique et/ou chimique, au niveau d’au moins une surface du substrat du mobile, avec au moins un deuxième matériau de faible épaisseur, inférieure à 10 micromètres, qui constitue une couche périphérique du mobile au niveau de cette au moins une surface du substrat du mobile, et qui comporte au moins du nickel et qui est plus pauvre en phosphore que le premier matériau, ou qui comporte du nickel et est dépourvu de phosphore.

Plus particulièrement, on choisit ce premier matériau amagnétique.

Plus particulièrement, on choisit ce deuxième matériau amagnétique. Plus précisément, il présente un caractère amagnétique.

On remarque que le nickel n’est pas amagnétique, et que le NiP6-9% ne l’est pas forcément, c’est la faible épaisseur du dépôt qui confère à la pièce son caractère amagnétique

Dans une réalisation particulière, le substrat est un nickel-phosphore de formulation NiPx, avec x compris entre 1 % et 15% en masse, ou plus particulièrement avec x compris entre 10% et 15% en masse, cette dernière plage permettant de garantir le caractère amagnétique du revêtement.

Le revêtement recouvrant le substrat est pauvre en phosphore, et son épaisseur est non limitativement comprise entre 0.2 micromètre et 10.0 micromètres, et, plus particulièrement encore comprise entre 0.2 micromètre et 2.0 micromètres.

Préférentiellement, le revêtement présente une épaisseur de 0,5 micromètre. Le traitement de recouvrement avec un revêtement pauvre en phosphore, selon l’invention, peut se faire par voie galvanique.

Il est possible d’appliquer un traitement thermique au substrat avant l’opération de dépôt, notamment galvanique, ou bien, encore, d’appliquer un traitement thermique à l’ensemble formé par le substrat et son revêtement après l’opération de dépôt, notamment galvanique.

Il est aussi possible d’appliquer un traitement chimique au substrat pour modifier ses caractéristiques superficielles de façon à faciliter l’accroche du revêtement, notamment par voie galvanique.

En alternative, le traitement de recouvrement avec un revêtement pauvre ou nul en phosphore, selon l’invention, peut se faire par voie chimique, selon un procédé d’application de nickel chimique, qui peut être du nickel pur, ou bien un nickel-phosphore pauvre en phosphore, par exemple de NiP6-9, avec de 6% à 9% en masse de phosphore, ou bien encore un nickel-bore NiB.

L’ajout d’une couche de nickel, ou de NiP6-9, ou de NiB, permet d’augmenter la stabilité de l’épilame en toutes conditions climatiques, l’accroche de l’épilame et donc la tenue de n’importe quel lubrifiant horloger usuel.

Plus particulièrement, l’épilame utilisé est une formulation à base de fluor.

Le lubrifiant peut, encore, être déposé sur un mobile d’échappement avec un complément sous forme d’une pâte à base de bisulfure de molybdène MoS2, qui joue le rôle de lubrifiant et d’éponge à lubrifiant.

De façon avantageuse, le mobile d’échappement concerné a une géométrie permettant de réduire au minimum les surfaces de contact, par exemple on privilégie l’emploi d’une ancre bercée, qui est une ancre dont les faces actives de la fourchette, destinées à venir en contact avec la cheville de plateau et les butées, sont arrondies, ce qui permet d’avoir un point de contact à la place d’une ligne de contact.

Une réalisation innovante de mécanisme d’échappement comporte une ancre en LIGA, ou une ancre dont au moins les palettes sont en LIGA. Dans un tel cas, les parties en LIGA de l’ancre sont soumises au même problème, et la même solution est applicable. L’invention permet de garantir des conditions de vieillissement normal, une constance de l’amplitude, et l’absence d’arrêt, notamment en présence d’ancres en nickel-phosphore LIGA bercées, lesquelles assurent une meilleure tenue au choc que des ancres en silicium, par exemple.

Ainsi, de façon préférée, on met en œuvre un procédé de fabrication d’un mobile d’horlogerie, selon lequel :

- on fabrique un substrat avec un premier matériau comportant au moins du nickel et du phosphore, et

- on effectue un revêtement de ce substrat, au niveau d’au moins une surface du substrat du mobile, avec au moins un deuxième matériau qui constitue une couche périphérique du mobile au niveau de cette au moins une surface du substrat ;

- cet au moins un deuxième matériau comporte au moins du nickel, et est plus pauvre en phosphore que le premier matériau, ou bien cet au moins un deuxième matériau comporte du nickel et est dépourvu de phosphore.

Plus particulièrement, on effectue ce revêtement du substrat, au niveau d’au moins une surface jouxtant une surface frottante du mobile, avec cet au moins un deuxième matériau, qui constitue une couche périphérique du mobile au niveau de cette au moins une surface jouxtant une surface frottante. Par « jouxtant » on entend que les deux surfaces sont contiguës, ou au moins tangentes, leur intersection n’est pas vide, même si elle est limitée à un isthme de très petite section.

Plus particulièrement, on met en forme le substrat à la géométrie du mobile.

Plus particulièrement, on effectue ce revêtement du substrat par voie galvanique et/ou chimique et/ou PVD et/ou CVD.

Dans une variante, on effectue ce revêtement du substrat au niveau de surfaces du mobile autres que les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique. Plus particulièrement, on effectue ce revêtement du substrat au niveau de toutes les surfaces du mobile autres que ces surfaces de guidage du mobile.

Dans une autre variante, on effectue le revêtement du substrat au niveau de surfaces du mobile y compris ces surfaces de guidage du mobile. Dans une autre variante encore, on effectue ce revêtement au niveau d’au moins une surface jouxtant une surface frottante du mobile, autres que les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique. Plus particulièrement, on effectue ce revêtement du substrat au niveau de toutes les surfaces du mobile autres que les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique.

Dans encore une autre variante, on effectue le revêtement du substrat au niveau de surfaces jouxtant une surface frottante du mobile y compris les surfaces de guidage du mobile pour son pivotement ou pour son guidage selon un degré de liberté unique.

Dans une variante, on effectue le revêtement du substrat au niveau de toutes les surfaces du mobile.

Plus particulièrement, on choisit le premier matériau comportant du phosphore avec une proportion en masse comprise entre 1% et 15%.

Plus particulièrement, on choisit le premier matériau constitué uniquement de nickel et de phosphore.

Plus particulièrement, on choisit le premier matériau amagnétique avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 10% et 15%.

Plus particulièrement, on choisit le premier matériau amagnétique.

Plus particulièrement, on choisit le deuxième matériau comportant uniquement du nickel pur, ou bien uniquement du nickel et du phosphore.

Plus particulièrement, on choisit le deuxième matériau avec une proportion en masse de phosphore inférieure ou égale à 15%.

Plus particulièrement, on choisit le deuxième matériau amagnétique avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 10% et 15%.

Dans une alternative, on choisit le deuxième matériau avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 6% et 12%.

Dans une autre alternative, on choisit le deuxième matériau avec une proportion en masse de phosphore comprise entre 1 % et 6%. Dans une autre alternative encore, on choisit le deuxième matériau avec une proportion en masse de phosphore inférieure ou égale à 1%.

Plus particulièrement, on choisit le deuxième matériau comportant du bore.

Plus particulièrement encore, on choisit le deuxième matériau constitué uniquement de nickel et de bore.

Dans une variante, on applique le deuxième matériau par voie galvanique.

Dans une autre variante, on applique le deuxième matériau par voie chimique.

Plus particulièrement, on applique le revêtement avec une épaisseur inférieure à 10 micromètres.

Plus particulièrement, on applique le revêtement avec une épaisseur comprise entre 0.2 micromètre et 5.0 micromètre. Plus particulièrement encore, on applique le revêtement avec une épaisseur comprise entre 0.2 micromètre et 2.0 micromètre.

Dans une autre variante encore, on applique le revêtement avec une épaisseur inférieure à 0.2 micromètre, notamment au voisinage de 0.1 micromètre.

Plus particulièrement, on applique un traitement thermique à l’ensemble formé par le substrat et son revêtement, à une température comprise entre 100°C et 500°C, pendant 1 à 8 heures. Dans une alternative, on effectue ce traitement thermique après l’opération de revêtement. Dans une autre alternative, on effectue ce traitement thermique avant l’opération de revêtement.

Plus particulièrement, on réalise le substrat par un procédé « LIGA » (lithographie-galvanisation-formage, de l’allemand « Rôntgenlithographie, Galvanoformung, Abformung).

Plus particulièrement, on effectue un revêtement par voie galvanique et/ou chimique de toutes les surfaces du substrat, avec un tel deuxième matériau.

Plus particulièrement, on applique ce procédé à la fabrication d’un mobile d’échappement formé par exemple par une roue d’échappement ou une ancre.

Dans une variante, on limite l’épaisseur du deuxième matériau qui constitue la couche périphérique du mobile au niveau de la au moins une surface jouxtant une surface frottante à moins de 10 micromètres. Plus particulièrement encore, on limite l’épaisseur du deuxième matériau qui constitue la couche périphérique du mobile au niveau de la au moins une surface jouxtant une surface frottante à moins de 5 micromètres.

Dans une variante, on limite l’épaisseur du deuxième matériau qui constitue la couche périphérique du mobile au niveau de la au moins une surface du substrat à moins de 10 micromètres. Plus particulièrement encore, on limite l’épaisseur du deuxième matériau qui constitue la couche périphérique du mobile au niveau de la au moins une surface du substrat à moins de 5 micromètres.

Ce procédé permet la réalisation d’un composant micromécanique, notamment un mobile d’horlogerie, et plus particulièrement encore un mobile de mécanisme d’échappement, dont la surface est optimisée.

Le mobile ainsi fabriqué peut avantageusement recevoir, sur ses surfaces frottantes, une substance lubrifiante, par exemple une huile ou une graisse de synthèse adaptée aux applications microtechniques de précision, connue de l’homme du métier de l’horlogerie. Une telle substance lubrifiante peut être combinée à une pâte à base de bisulfure de molybdène MoS2.

Le mobile peut avantageusement également recevoir une couche d’épilame sur au moins une surface du revêtement autre que ses surfaces frottantes afin de permettre une meilleure tenue de la substance lubrifiante.