EP3223085B1 - Dispositif comportant un ressort de réglage rapide pour mouvement horloger - Google Patents

Dispositif comportant un ressort de réglage rapide pour mouvement horloger Download PDF

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EP3223085B1
EP3223085B1 EP17162414.1A EP17162414A EP3223085B1 EP 3223085 B1 EP3223085 B1 EP 3223085B1 EP 17162414 A EP17162414 A EP 17162414A EP 3223085 B1 EP3223085 B1 EP 3223085B1
Authority
EP
European Patent Office
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spring
finger
mobile
previous
teeth
Prior art date
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Active
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EP17162414.1A
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German (de)
English (en)
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EP3223085A1 (fr
Inventor
Frédéric Dreyer-Gonzales
Arnaud HOURIET
Frédéric Rondeau
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Officine Panerai AG
Original Assignee
Officine Panerai AG
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/22—Arrangements for indicating different local apparent times; Universal time pieces
    • G04B19/221—Arrangements for indicating different local apparent times; Universal time pieces mechanisms for correcting the hours hand only, i.e. independently for minutes and seconds hands
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B19/00—Indicating the time by visual means
    • G04B19/22—Arrangements for indicating different local apparent times; Universal time pieces
    • G04B19/23—Arrangements for indicating different local apparent times; Universal time pieces by means of additional hands or additional pairs of hands
    • G04B19/235—Arrangements for indicating different local apparent times; Universal time pieces by means of additional hands or additional pairs of hands mechanisms for correcting the additional hand or hands

Definitions

  • the present invention relates to a device comprising a quick adjustment spring for a watch movement in which the spring is more compact, has a reduced risk of breakage and has a longer service life than a conventional quick-adjusting spring.
  • GTT Greenwich Mean Time
  • a GMT watch typically comprises an elastic clutch device comprising a spindle spring.
  • the spindle spring allows the time setting of the second time zone, by moving the second hour hand (or GMT hand) in successive jumps of an entire hour.
  • the first hour hand, the minute hand and the second hand are not influenced by this operation.
  • the figure 4 shows such spring pin 1 cooperating with a star 4 to twelve teeth 41 kinematically connected to the GMT needle.
  • the spring 1 comprises two flexible arms 21 and two fingers 3 exerting a compressive force on the teeth 41 of the star 4. When the fingers 3 move between a hollow between two successive teeth 41 and the top of one of the teeth, the arm 21 are biased.
  • spindle springs of this type are typically made of "maraging C300" or “Durnico®” steel or the like. These spindle springs have a limited life, ranging from 4 (element in Durnico) to 20 years (element in Nivaflex). The life has a character random, due in particular to the length of the arms 21 and their small sections. However, it is difficult to make such a spring with larger arm sections without losing the elastic properties of the arms, necessary for the proper functioning of the spring. The available manufacturing techniques impose a ratio between the thickness and the width of the arms at a ratio close to 1.
  • An object of the present invention is to provide a device comprising a rapid adjustment spring free from the limitations of known devices, particularly in terms of freedom of design including its form factor, its thickness and / or its width.
  • Another object of the invention is to provide a device comprising a rapid adjustment spring of compact geometry and which reduces the risk of rupture and the random nature of the break.
  • a device comprising a fast adjusting spring cooperating with a mobile of a watch movement, the spring comprising a finger and a flexible part located on either side of said finger so as to achieve a closed geometry, the finger cooperating with the mobile so as to be movable in a maximum displacement by a movement of the mobile and to exert a force against the mobile due to the flexion of the flexible portion; at least the flexible portion of the spring being made of an amorphous metal alloy having a ratio of the elastic limit ( ⁇ lim ) on its Young's modulus of at least 0.010.
  • the amorphous metal alloy in which at least the flexible part of the spring is made has a ratio of the elastic limit on its Young's modulus which is preferably 0.015, and more preferably at least 0.020.
  • the dimensioning of the flexible portion limits the ratio of the maximum stress on the elastic limit to 0.70 at the maximum and preferably 0.64 at the maximum, during the maximum displacement of the finger.
  • the constraints on the form factors are much less severe compared to conventional materials.
  • a quick-adjust spring 1 is shown at figure 1 according to one embodiment.
  • the spring 1 is intended to operate in a resilient clutch device of a secondary display indicating the time zone time (not shown), for example by moving a needle (also not shown) in successive jumps of an entire hour.
  • the spring 1 comprises a flexible portion 2 having two flexible arms 21, each having an arcuate shape so that the two arms form a continuous geometry and closed on itself.
  • Each of the arms 21 ends with a finger 3 arranged to cooperate with the teeth 41 of a star 4 to twelve teeth 41.
  • figure 1 an hour wheel 6 is also shown.
  • the hour wheel 6 is typically driven by a timer (not shown) and itself drives the star 4 in rotation.
  • the finger 3 comprises a projection 31 which is housed in a hollow between two successive teeth 41 of the star with twelve teeth 41.
  • the arms 3 exert a compressive force on the teeth 41 of the star 4.
  • the projections 31 of the fingers 3 of the spring 1 deviate from their rest position in a hollow between two teeth 41 of the star 4 and fall into the immediately following hollow under the effect of their elasticity and the compressive force exerted by the flexible portion 2.
  • the spring 1 thus makes it possible to define twelve stable positions for the secondary hour hand.
  • the two arms 21 are substantially symmetrical so that the two fingers 3 are arranged diametrically opposed, each of the fingers 3 exerting a restoring force towards the axis 42 of pivoting of the star 4.
  • the configuration of the arms 21 allows each fingers 3 to exert a symmetrical force towards the pivot axis 42 of the star 4.
  • the maximum displacement of the finger 3 corresponds to the spacing of the finger 3 between a first position of the spring 1 where each of the fingers 3 are in a hollow between two teeth 41 and a second position of the spring 1 where the fingers 3 are each on the top of a tooth 41.
  • the maximum displacement of the finger 3 therefore corresponds generally to the height of the teeth 41.
  • the deformation of the finger and the spring may be more large if there is pre-arming at rest to guarantee the impact resistance of the needle or the indicator associated with star 4.
  • the figure 1 shows the spring in the first position.
  • the spring is shown in the second position.
  • Each of the fingers 3 may comprise a pin 8 slidable in an oblong opening (not visible) made in another component (as the hub of the hour wheel 6) and adapted to receive the pin 8.
  • the oblong openings allow to guide the fingers 3 and impose them a precise positioning.
  • the oblong openings may also be of rectangular shape or any other suitable form.
  • At least the flexible portion 2 of the spring 1 is made of an amorphous metal alloy having a ratio of the elastic limit stress ⁇ lim on its Young's modulus which is at least 0.010, preferably 0.015, and still preferably at least 0.02.
  • a ratio of the elastic limit stress ⁇ lim on its Young's modulus which is at least 0.010, preferably 0.015, and still preferably at least 0.02.
  • the assembly of the spring 1 is manufactured in the massive amorphous metal alloy.
  • the amorphous metal alloy comprises a metallic glass.
  • the metallic glasses do not have a precise crystallographic structure and are in a vitreous state. This gives them very particular properties. From a mechanical point of view, the phenomena of deformation and rupture known in crystalline metals are no longer necessary. It has also been shown that the chemical stability of solid amorphous alloys is superior to that of conventional alloys.
  • the metallic glasses have a relatively low Young's modulus.
  • Young's modulus of a metallic glass is about two times lower than that of an alloy such as X2NiCoMo18-9-5 steel known under the name "maraging C300" or “Durnico®” while having a limit at break substantially equivalent to that of Durnico.
  • the Durnico is typically used in watchmaking for the manufacture of complicated parts with high spring properties and fatigue resistance.
  • a metal glass spring will have an elongation at break approximately twice as large as for the same Durnico spring. It is therefore possible to operate a metal glass spring over a larger deformation range.
  • the figure 3 represents the spring 1 showing simulations of the displacements of the arms 21 and the fingers 3 of the spring 1, as well as the stresses undergone by the different parts of the spring 1.
  • the displacements and the simulated stresses are shown for the spring 1 in the second position, that is to say when the fingers 3 are each at the top of one of the teeth 41.
  • the spring 1 is made of zirconia-based metal glass, Zr (Zr-BMG) characterized by a density of 6830 kg / m 3 , an elastic limit stress ⁇ lim of 1620 N / mm 2 and a Young's modulus of 81000 N / mm 2 .
  • the Zr-BMG alloy can include copper, nickel and aluminum as well.
  • the maximum displacement of each of the arms 21, between the first position and the second position of the spring 1, is 0.26 mm (in the middle of the length of the arm 21).
  • the maximum displacement of each of the fingers 3, between the first position and the second position of the spring 1, is 0.19 mm.
  • the maximum stress ⁇ max calculated under these conditions is between 1028 N / mm 2 and 1032 N / mm 2 which results in a ratio ⁇ max / ⁇ lim of 0.64. No fatigue aging was found by the inventors after 10 7 Maximum displacement cycles fingers 3. The only observed rupture was attributed to wear phenomena caused by the friction between the spring 1 and the star 4.
  • the figure 4 shows a conventional spindle spring 1 made in Durnico® alloy, cooperating with a star 4 to twelve teeth 41.
  • the spring 1 is shown (in black) in a position where each of the fingers 3 are in a hollow between two teeth 41 and is shown (in wire) in a position where each of the fingers 3 are on the top of one of the teeth 41.
  • figure 5 represents the same type of simulations performed for the spring of the figure 3 .
  • Durnico® alloy is characterized by a density of 8.1 g / cm 3 , an elastic limit stress ⁇ lim between 1800 N / mm 2 and 2200 N / mm 2 and a Young's modulus of 195000 N / mm 2 .
  • the elastic limit stress ⁇ lim of the Durnico is similar to that of the metal glass Zr-BMG but its Young's modulus is about twice as high.
  • the flexible arms 21 must be longer when the spring 1 is manufactured in Durnico. We notice the arms 21 longer in the geometry of the spring 1 of the figure 4 as well as the folding of the arms more marked.
  • the maximum stress ⁇ max calculated is between 1681 N / mm 2 and 1718 N / mm 2 , which results in a ratio ⁇ max / ⁇ lim of 0.95 for a module of Young of 1800 N / mm 2 and 0.78 for a Young's modulus of 2200 N / mm 2 .
  • Such values for the ratio ⁇ max / ⁇ lim are high, making the spring sensitive to oligocyclic fatigue.
  • the metallic glasses having a Young's modulus smaller than for the alloys commonly used for horological applications, but a similar limit of rupture to these alloys makes it possible to exploit the metal glass spring over a wider range of deformation (the elongation at break is about twice as large as for the Durnico).
  • the properties of metal lenses allow the adoption of a spring geometry that is more compact and reduces stress concentrations.
  • the stresses are distributed in a more homogeneous way in the spring and the metallic glass works in a field more distant from the elastic limit, thus reducing the risk of rupture and the random nature of the rupture.
  • the metal glass spring 1 also has improved fatigue strength, reduced sensitivity to corrosion, and a reduced coefficient of friction compared to a spring made of a conventional alloy.
  • the form factor allowed by the use of this material is also of primary interest.
  • the above description describes a spindle spring for an elastic clutch of a secondary display indicating the time of the time zone.
  • the invention is not limited to such a spring but also applies to any type of quick adjustment spring and / or elastic member intended to operate in a watch movement.
  • the metal-glass spring of the invention may be a quick-setting spring, a rocker spring, a ratchet spring, a driving finger, or a jumper such as a pull-cord or a jumper of calendar settings.
  • the solid amorphous metal alloy, or the metallic glass can be shaped starting from a liquid alloy.
  • the solidification is then carried out with a very high cooling rate in order to avoid the crystallization of the material, but such a high speed greatly limits the maximum thickness that can be achieved.
  • Some massive amorphous metal alloys can be cooled at significantly lower speeds while maintaining an amorphous structure. These amorphous metal alloys allow the use of a much wider range of forming processes. For example, these alloys make it possible to manufacture solid metal glass parts by injection, thus making it possible to obtain more precise shape tolerances than by conventional stamping.
  • alloys also have a much more stable amorphous phase, which makes it possible to carry out various rework operations on the parts, without the material recrystallising.
  • finishes for example, polishing or satin finishing
  • a laser engraving method has been developed to meet the needs of industrial applications.
  • Metal glass injection processes require copper or silicon molds to ensure efficient cooling.
  • the thicknesses of the manufactured parts are limited to a few millimeters in order to extract enough heat and to allow a sufficiently fast cooling.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne un dispositif comportant un ressort de réglage rapide pour mouvement horloger dans lequel le ressort est plus compact, a un risque de rupture réduit et une durée de vie plus longue qu'un ressort de réglage rapide conventionnel.
    • Etat de la technique
  • Les montres dites "Greenwich Mean Time" (GMT) permettent l'affichage de l'heure d'un second fuseau horaire simultanément au premier. Dans la plupart des cas, cela est réalisé en positionnant une seconde aiguille des heures en dessous d'une première aiguille des heures. Une montre GMT comporte typiquement un dispositif d'embrayage élastique comprenant un ressort fuseau. Le ressort fuseau permet la mise à l'heure du second fuseau horaire, en déplaçant la seconde aiguille des heures (ou aiguille GMT) par sauts successifs d'une heure entière. La première aiguille des heures, celle des minutes et celle des secondes ne sont pas influencées par cette opération. La figure 4 montre un tel ressort fuseau 1 coopérant avec une étoile 4 à douze dents 41 reliée cinématiquement à l'aiguille GMT. Le ressort 1 comprend deux bras flexibles 21 et deux doigts 3 exerçant une force compressive sur les dents 41 de l'étoile 4. Lorsque les doigts 3 se déplacent entre un creux entre deux dents successives 41 et le sommet d'une des dents, les bras 21 sont sollicités en déformation.
  • Les ressorts fuseaux connus de ce type sont typiquement fabriqués dans un acier "maraging C300" ou "Durnico®" ou similaire. Ces ressorts fuseaux ont une durée de vie limitée, comprise entre 4 (élément en Durnico) et 20 ans (élément en Nivaflex). La durée de vie a un caractère aléatoire, dû notamment à la longueur importante des bras 21 et à leurs petites sections. Il est cependant difficile de réaliser un tel ressort avec des sections de bras plus grandes sans perdre les propriétés élastiques des bras, nécessaires au bon fonctionnement du ressort. Les techniques de fabrication à disposition imposent un rapport entre l'épaisseur et la largeur des bras à un rapport proche de 1.
  • La problématique décrite ci-dessus s'applique également à d'autres ressorts de réglage rapide utilisés dans un mouvement horloger, tel qu'un ressort de rappel de bascule, un ressort-cliquet, un doigt entraineur, ou un sautoir. La demande de brevet EP 1 637 942 A1 divulgue un dispositif comportant un ressort de réglage rapide comprenant deux doigts et une partie flexible.
    • Bref résumé de l'invention
  • Un but de la présente invention est de proposer un dispositif comportant un ressort de réglage rapide exempt des limitations des dispositif connus, notamment en termes de la liberté de design incluant son facteur de forme, son épaisseur et/ou sa largeur.
  • Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif comportant un ressort de réglage rapide de géométrie compacte et qui permet de réduire le risque de rupture et le caractère aléatoire de la rupture.
  • Selon l'invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d'un dispositif comportant un ressort de réglage rapide coopérant avec un mobile d'un mouvement horloger, le ressort comprenant un doigt et une partie flexible située de part et d'autre dudit doigt de sorte à réaliser une géométrie fermée, le doigt coopérant avec le mobile de sorte à être déplaçable selon un déplacement maximal par un mouvement du mobile et à exercer une force contre le mobile grâce à la flexion de la partie flexible; au moins la partie flexible du ressort étant fabriquée dans un alliage métallique amorphe ayant un rapport de la limite élastique (σlim) sur son module d'Young d'au moins 0.010.
  • Selon une forme d'exécution, l'alliage métallique amorphe dans lequel est réalisée au moins la partie flexible du ressort a un rapport de la limite élastique sur son module d'Young qui est de préférence 0.015, et encore de préférence au moins 0.020.
  • Selon une autre forme d'exécution, le dimensionnement de la partie flexible limite le rapport de la contrainte maximale sur la limite élastique à 0.70 au maximum et de préférence 0.64 au maximum, lors du déplacement maximal du doigt. Par conséquent, les contraintes sur les facteurs de forme sont nettement moins sévères par rapport aux matériaux conventionnels.
    • Brève description des figures
  • Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles:
    • la figure 1 illustre un ressort de réglage rapide dans une première position, selon un mode de réalisation;
    • la figure 2 illustre le ressort de réglage rapide de la figure 1, dans une seconde position;
    • la figure 3 montre les déplacements et les contraintes dans le ressort de la figure 1, en position de repos et dans une position déformée;
    • la figure 4 représente un ressort de réglage rapide conventionnel; et
    • la figure 5 montre les déplacements et les contraintes dans le ressort de la figure 4, en position de repos et dans une position déformée.
    Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
  • Un ressort de réglage rapide 1 est illustré à la figure 1, selon un mode de réalisation. Le ressort 1 est destiné à fonctionner dans un dispositif d'embrayage élastique d'un affichage secondaire indiquant l'heure du fuseau horaire (non représenté), par exemple en déplaçant une aiguille (également non représentée) par sauts successifs d'une heure entière.
  • Le ressort 1 comprend une partie flexible 2 comportant deux bras flexibles 21, chacun ayant une forme d'arc de sorte que les deux bras forment une géométrie continue et fermée sur elle-même. Chacun des bras 21 se termine par un doigt 3 arrangé pour coopérer avec les dents 41 d'une étoile 4 à douze dents 41. Dans la figure 1, une roue des heures 6 est également représentée. Dans cette configuration, la roue des heures 6 est typiquement entraînée par une minuterie (non représentée) et entraîne elle-même l'étoile 4 en rotation. En particulier, le doigt 3 comprend une saillie 31 qui vient se loger dans un creux entre deux dents successives 41 de l'étoile à douze dents 41. Les bras 3 exercent une force compressive sur les dents 41 de l'étoile 4. Lorsque l'étoile 4 tourne, les saillies 31 des doigts 3 du ressort 1 s'écartent de leur position de repos dans un creux entre deux dents 41 de l'étoile 4 et tombent dans le creux immédiatement suivant sous l'effet de leur élasticité et de la force compressive exercée par la partie flexible 2. Le ressort 1 permet donc de définir douze positions stables pour l'aiguille des heures secondaire.
  • Dans l'exemple de la figure 1, les deux bras 21 sont sensiblement symétriques de sorte que les deux doigts 3 sont arrangés diamétralement opposés, chacune des doigts 3 exerçant une force de rappel vers l'axe 42 de pivotement de l'étoile 4. La configuration des bras 21 permet à chacune des doigts 3 d'exercer une force symétrique vers l'axe de pivotement 42 de l'étoile 4.
  • Le déplacement maximal du doigt 3 correspond à l'écartement du doigt 3 entre une première position du ressort 1 où chacun des doigts 3 sont dans un creux entre deux dents 41 et une seconde position du ressort 1 où les doigts 3 sont chacun sur le sommet d'une des dents 41. Le déplacement maximal du doigt 3 correspond donc généralement à la hauteur des dents 41. La déformation du doigt et du ressort peut être plus grand s'il y a un préarmage au repos afin de garantir la tenue aux chocs de l'aiguille ou l'indicateur associé à l'étoile 4.
  • La figure 1 montre le ressort dans la première position. Dans la figure 2, le ressort est représenté dans la seconde position.
  • Chacun des doigts 3 peut comporter un téton 8 pouvant coulisser dans une ouverture oblongue (pas visible) pratiqué dans un autre composant (comme le moyeu de la roue des heures 6) et apte à recevoir le téton 8. Les ouvertures oblongues permettent de guider les doigts 3 et de leur imposer un positionnement précis. Les ouvertures oblongues peuvent également être de forme rectangulaire ou toute autre forme appropriée.
  • Dans un mode de réalisation, au moins la partie flexible 2 du ressort 1 est fabriquée dans un alliage métallique amorphe ayant un rapport de la contrainte de limite élastique σlim sur son module d'Young qui est au moins 0.010, de préférence 0.015, et encore préférence au moins 0.02. Un tel rapport permet d'optimiser la géométrie de la partie flexible 2 de manière à ce que le rapport σmax/σlim de la contrainte maximale σmax lors d'un déplacement maximal du doigt 3 sur la contrainte de limite élastique σlim, correspondant à la limite d'élasticité soit 0.70 au maximum et de préférence 0.64 au maximum.
  • Selon une forme d'exécution, l'ensemble du ressort 1 est fabriqué dans l'alliage métallique amorphe massif. De manière préférée, l'alliage métallique amorphe comprend un verre métallique.
  • Les verres métalliques n'ont pas une structure cristallographique précise et sont dans un état appelé vitreux. Ceci leur procure des propriétés tout à fait particulières. D'un point de vue mécanique, les phénomènes de déformation et rupture connus dans les métaux cristallins n'ont plus lieu d'être. Il a également été montré que la stabilité chimique des alliages amorphes massifs est supérieure à celle des alliages conventionnels.
  • Les verres métalliques présentent un module de Young relativement bas. Par exemple le module de Young d'un verre métallique est environ deux plus faible que celui d'un alliage tel que l'acier X2NiCoMo18-9-5 connu sous la dénomination "maraging C300" ou "Durnico®" tout en ayant une limite à la rupture substantiellement équivalent à celle du Durnico. Le Durnico est typiquement utilisé en horlogerie pour la fabrication de pièces compliquées présentant des propriétés ressorts et une résistance à la fatigue élevées.
  • Un ressort en verre métallique aura une élongation à la rupture environ deux fois plus importante que pour un même ressort en Durnico. Il est donc possible d'exploiter un ressort en verre métallique sur une plage de déformation plus importante.
  • La figure 3 représente le ressort 1 montrant des simulations des déplacements des bras 21 et des doigts 3 du ressort 1, ainsi que des contraintes subies par les différentes parties du ressort 1. Les déplacements et les contraintes simulés sont montrés pour le ressort 1 dans la seconde position, c'est-à-dire lorsque les doigts 3 sont chacun au sommet d'une des dents 41. Dans l'exemple de la figure 3, le ressort 1 est fabriqué dans un verre métallique à base de zircone, Zr (Zr-BMG) caractérisé par une densité de 6830 kg/m3, une contrainte de limite élastique σlim de 1620 N/mm2 et un module de Young de 81000 N/mm2. L'alliage Zr-BMG peut comprendre le cuivre, le nickel et l'aluminium également.
  • Le déplacement maximal de chacun des bras 21, entre la première position et la seconde position du ressort 1, est de 0.26 mm (au milieu de la longueur du bras 21). Le déplacement maximal de chacun des doigts 3, entre la première position et la seconde position du ressort 1, est de 0.19 mm. La contrainte maximale σmax calculée dans ces conditions est comprise entre 1028 N/mm2 et 1032 N/mm2 ce qui résulte dans un rapport σmax/σlim de 0.64. Aucun vieillissement par fatigue n'a été constaté par les inventeurs après 107 cycles de déplacement maximal des doigts 3. La seule rupture observée a été attribuée à des phénomènes d'usure causés par le frottement entre le ressort 1 et l'étoile 4.
  • La figure 4 montre un ressort fuseau 1 conventionnel réalisé dans l'alliage Durnico®, coopérant avec une étoile 4 à douze dents 41. Le ressort 1 est représenté (en noir) dans une position où chacun des doigts 3 sont dans un creux entre deux dents 41 et est représenté (en filaire) dans une position où chacun des doigts 3 sont sur le sommet d'une des dents 41. La figure 5 représente le même type de simulations réalisées pour le ressort de la figure 3. L'alliage Durnico® est caractérisé par une densité de 8.1 g/cm3, une contrainte de limite élastique σlim entre 1800 N/mm2 et 2200 N/mm2 et un module de Young de 195000 N/mm2.
  • On remarque que la contrainte de limite élastique σlim du Durnico est similaire à celle du verre métallique Zr-BMG mais son module de Young est environ deux fois plus élevé. Afin d'accommoder les mêmes déformations que le ressort 1 en verre métallique tout en restant dans le domaine élastique, par exemple un déplacement maximal de chacun des doigts de l'ordre de 0.19 mm, les bras flexibles 21 devront être plus longs lorsque le ressort 1 est fabriqué en Durnico. On remarque les bras 21 plus long dans la géométrie du ressort 1 de la figure 4 ainsi que le repliement des bras plus marqué.
  • Dans le cas du ressort 1 de la figure 4 et pour un déplacement maximal du doigt 3 de 0.19 mm, la contrainte maximale σmax calculée est comprise entre 1681 N/mm2 et 1718 N/mm2, ce qui résulte dans un rapport σmax/σlim de 0.95 pour un module de Young de 1800 N/mm2 et de 0.78 pour un module de Young de 2200 N/mm2. De telles valeurs pour le rapport σmax/σlim sont élevées, rendant le ressort sensible à la fatigue oligocyclique.
  • On comprend de la comparaison des géométries de ressort des figures 3 et 4 ainsi que des rapports σmax/σlim que l'utilisation d'un verre métallique pour la fabrication du ressort 1 permet une géométrie du ressort 1 plus compacte (par exemple des bras 21 plus courts) tout en réduisant les concentrations de contraintes, autrement dit en ayant un rapport σmax/σlim plus faible que dans le cas d'alliages conventionnels. Par rapport à un ressort dans un alliage conventionnel, le ressort 1 en verre métallique permet de réduire l'encombrement et est plus sécuritaire, c'est-à-dire que les valeurs de contrainte maximale σmax sont plus éloignées que la valeur de la contrainte de limite élastique σlim (rapport σmax/σlim plus faible).
  • Les verres métalliques ayant un module de Young plus petit que pour les alliages couramment utilisés pour les applications horlogères, mais une limite à la rupture semblable à ces alliages permet d'exploiter le ressort en verre métallique sur une plus large plage de déformation (l'élongation à la rupture est d'environ deux fois plus importante que pour le Durnico).
  • Les propriétés des verres métalliques autorisent l'adoption d'une géométrie du ressort qui est plus compacte et qui permet de réduire les concentrations de contraintes. Les contraintes sont réparties d'une manière plus homogène dans le ressort et le verre métallique travaille dans un domaine plus éloigné de la limite élastique, diminuant ainsi le risque de rupture et le caractère aléatoire de la rupture.
  • Le ressort 1 en verre métallique a également une meilleure résistance à la fatigue, une sensibilité réduite à la corrosion, et un coefficient de friction réduit par rapport à un ressort fabriqué dans un alliage conventionnel. Le facteur de forme autorisé par l'utilisation de ce matériau est également de premier intérêt.
  • La description ci-dessus décrit un ressort fuseau pour un embrayage élastique d'un affichage secondaire indiquant l'heure du fuseau horaire. Cependant, l'invention n'est pas limitée à un tel ressort mais s'applique également à tout type de ressort de réglage rapide et/ou élément élastique destiné à fonctionner dans un mouvement horloger.
  • Par exemple, le ressort en verre métallique de l'invention peut être un ressort de réglage rapide de l'heure, un ressort de rappel de bascule, un ressort-cliquet, un doigt entraineur, ou un sautoir tel qu'un sautoir de tirette ou un sautoir de réglages de calendrier.
  • L'alliage métallique amorphe massif, ou le verre métallique, peut être mis en forme en partant d'un alliage liquide. Pour certains alliages, la solidification est alors effectuée avec une vitesse de refroidissement très importante afin d'éviter la cristallisation de la matière, mais une telle vitesse importante limite fortement l'épaisseur maximale qu'il est possible d'atteindre.
  • Certains alliages métalliques amorphes massifs peuvent être refroidis à des vitesses nettement plus faibles, tout en conservant une structure amorphe. Ces alliages métalliques amorphes permettent l'utilisation d'une gamme beaucoup plus large de procédés de mise en forme. Par exemple, ces alliages permettent de fabriquer des pièces en verre métallique massif par injection, permettant ainsi d'obtenir des tolérances de forme plus précises que par un étampage classique.
  • Ces alliages possèdent également une phase amorphe nettement plus stable, ce qui permet d'effectuer diverses opérations de reprise sur les pièces, sans que la matière ne se recristallise. Ainsi, tous types de finitions (par exemple, le polissage ou le satinage) peuvent être appliqués. Il est ainsi possible de rectifier des trous, des faces ainsi que de tarauder des trous. A titre d'exemple, une méthode de gravure laser a été développée afin de répondre aux besoins des applications industrielles.
  • Les procédés d'injection des verres métalliques requièrent des moules en de cuivre ou silicium afin de garantir un refroidissement efficace. Les épaisseurs des pièces fabriquées sont limitées à quelques millimètres afin d'extraire suffisamment de chaleur et permettre un refroidissement suffisamment rapide.
    • Numéros de référence employés sur les figures
    • 1
    ressort de réglage rapide
    2
    partie flexible
    21
    bras
    3
    doigt
    31
    saillie
    4
    étoile
    41
    dent
    42
    axe
    6
    roue des heures
    8
    téton
    σlim
    contrainte de limite élastique
    σmax
    contrainte maximale

Claims (15)

  1. Dispositif comportant un ressort de réglage rapide (1) coopérant avec un mobile (4) d'un mouvement horloger, le ressort (1) comprenant un doigt (3) et une partie flexible (2) située de part et d'autre dudit doigt (3) de sorte à réaliser une géométrie fermée, le doigt (3) coopérant avec le mobile (4) de sorte à être déplaçable selon un déplacement maximal par un mouvement du mobile (4) et à exercer une force contre le mobile (4), grâce à la flexion de la partie flexible (2), caractérisé en ce que
    au moins la partie flexible (2) du ressort est réalisée dans un alliage métallique amorphe ayant un rapport de la limite élastique (σlim) sur son module d'Young d'au moins 0.010.
  2. Le dispositif selon la revendication précédente
    dans lequel l'alliage métallique amorphe dans lequel est réalisée au moins la partie flexible (2) du ressort (1) a un rapport de la limite élastique (σlim) sur son module d'Young de préférence d'au moins 0.015.
  3. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel le dimensionnement de la partie flexible (2) limite le rapport de la contrainte maximale (σmax) sur la limite élastique (σlim) à 0.70 au maximum lors du déplacement du doigt (3) sur le mobile (4).
  4. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel l'alliage métallique amorphe comprend un verre métallique.
  5. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel l'alliage métallique amorphe a un rapport de la limite élastique (σlim) sur son module d'Young d'au moins 0.02.
  6. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel le rapport de la contrainte maximale (σmax) lors d'un déplacement maximal du doigt (3) sur la limite élastique (σlim) est 0.64 au maximum.
  7. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel le mobile (4) comprend des dents (41); le déplacement maximal du doigt (3) étant généralement au plus égal à la hauteur des dents (41).
  8. Le dispositif selon la revendication 7,
    dans lequel le mobile comprend une roue telle qu'une étoile (4) comportant des dents (41); et
    dans lequel le déplacement maximal du doigt (3) correspond généralement à l'écartement du doigt (3) entre une première position du ressort (1) où le doigt (3) est dans un creux entre deux dents (41) et une seconde position du ressort (1) où le doigt (3) est sur le sommet d'une des dents (41).
  9. Le dispositif selon la revendication 8,
    dans lequel la partie flexible (2) comprend au moins deux doigts (3) et deux bras (21) formant une géométrie continue et fermée sur elle-même, chacun des bras (21) se terminant sur chacune de ses extrémités par un doigt (3) arrangé pour venir se loger dans un creux entre deux dents successives (41) du mobile (4).
  10. Le dispositif selon la revendication 9,
    dans lequel les au moins deux bras (21) sont arrangés de sorte à exercer la force vers un axe (42) de pivotement du mobile (4).
  11. Le dispositif selon la revendication 10,
    dans lequel la configuration des bras (21) permet à chacun des doigts (3) d'exercer une force symétrique vers l'axe (42) de pivotement du mobile (4).
  12. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel le au moins un doigt (3) comprend des moyens de guidage (8).
  13. Le dispositif selon la revendication 12,
    dans lequel les moyens de guidage comprennent un téton (8) apte à coopérer avec une ouverture oblongue.
  14. Le dispositif selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le mobile (4) est une étoile à douze dents (41) solidaire d'un canon d'aiguille des heures d'un rouage de fuseau horaire.
  15. Mouvement horloger comprenant un dispositif selon l'une des revendications 1 à 14.
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