EP2120105A1 - Pièce micromécanique améliorée comportant des éléments de lubrification - Google Patents

Pièce micromécanique améliorée comportant des éléments de lubrification Download PDF

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EP2120105A1
EP2120105A1 EP08156100A EP08156100A EP2120105A1 EP 2120105 A1 EP2120105 A1 EP 2120105A1 EP 08156100 A EP08156100 A EP 08156100A EP 08156100 A EP08156100 A EP 08156100A EP 2120105 A1 EP2120105 A1 EP 2120105A1
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EP
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micromechanical component
micromechanical
hydrophilic coating
lubricating
associated part
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EP08156100A
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German (de)
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Inventor
Marc-André Glassey
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Sigatec SA
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Sigatec SA
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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
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G04B31/08—Lubrication
    • 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
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel

Definitions

  • the present invention relates to the general technical field of mechanics and more particularly to the field of precision or micromechanical mechanics.
  • the invention finds its application particularly in the watch industry.
  • the present invention relates to the lubrication of a micromechanical component in relative movement with respect to an associated part. This kind of association is very widespread in watchmaking.
  • micromechanical component in relative movement with respect to an associated part, comprising a lubrication element to reduce friction during the relative movement between said associated part and said element.
  • a bearing for guiding in rotation and / or in translation the movement of a moving part with respect to said bearing, said bearing comprising a lubricating element for reducing, during the movement of the moving part, the friction on said bearing .
  • the object of the present invention is to propose a micromechanical component, of the bearing type, making it possible to overcome the limitations mentioned above, and to provide a micromechanical component whose service life is not affected by insufficient or faulty lubrication.
  • Another object of the present invention is to provide a permanently lubricated bearing, and with a precise location of the lubrication.
  • the objects of the invention are achieved by means of a micromechanical part whose lubrication element comprises a hydrophilic coating at least partially covering said element, to accumulate on and / or in said hydrophilic coating a lubricating means, realizing thus at least locally an interface permanently lubricated between the associated part and the micromechanical element, retaining the lubricating liquid in the friction zone.
  • the lubricating means may in particular be a liquid and / or a lubricating grease.
  • the hydrophilic coating extends at least partially on a support surface of the micromechanical component in contact with the associated part during relative movement.
  • the hydrophilic coating extends over the entire support surface capable of being in contact with the moving part during relative movement.
  • the micromechanical component according to the invention may also have a zone delimiting at least one lubrication means accumulation reservoir, said lubricating means being progressively conveyed from the reservoir to the lubricated interface via the hydrophilic coating.
  • the bearing according to the invention has a bearing surface defining a housing of the bore, drill, blind hole or through hole type, receiving the associated part.
  • the hydrophilic coating has for example a thickness between 0.05 microns and 3 microns and preferably between 0.2 microns and 0.8 microns.
  • the constituent material of the micromechanical part is hydrophobic.
  • the constituent material of the micromechanical component comprises, for example, crude silicon.
  • the hydrophilic coating comprises at least one layer of silicon oxide.
  • the micromechanical component is for example a bearing to guide the rotational movement and / or translation of an associated part of the genus shaft or axis.
  • micromechanical component may also constitute within the scope of the present invention and in a watch application, a serge or an escape wheel.
  • the object of the invention is also achieved by means of a watch mechanism or a timepiece comprising at least one piece micromechanical as presented above.
  • the micromechanical component 1, of the bearing type has a bore 2 in which is engaged a movable associated part 3, of the genus axis or shaft rotation.
  • the figure 3 illustrates the location of a hydrophilic coating 4, covering a support surface delimiting the bore 2.
  • the hydrophilic coating 4 thus constitutes the interface between the bore 2 and the moving part 3.
  • the hydrophilic coating 4 preferably extends over at least a portion of the support surface of the bearing, which is in contact with the associated part 3 during its relative movement with respect to the micromechanical component.
  • the hydrophilic coating 4 comprises for example at least one layer of silicon oxide.
  • the micromechanical part 1 is for example made of raw silicon or made with another hydrophobic material.
  • the micromechanical part 1 may also be made of a material covered with at least one hydrophobic deposit of the Nitride deposition type. This hydrophobic deposit is then covered, or will leave its place in the friction zone with the moving part, by the hydrophilic coating 4.
  • the level of the figure 1 also has a zone delimiting at least one reservoir 5 for accumulating means (eg liquid) for lubricating 6.
  • the lubricating means 6 is progressively conveyed and from the reservoir 5 towards the lubricated interface of the moving part by the intermediate of the hydrophilic coating 4.
  • the tank 5 is for example shaped by a countersink, chamfer, machining or other release of known material so as to contain the lubricating means 6 and maintain the lubricating means 6 in contact with the hydrophilic coating 4.
  • the bearing has a blind hole 7 for receiving an end of an axis, not shown.
  • the blind hole 7 has on the one hand a contact surface 8 guiding the axis in rotation and on the other hand a bottom 9.
  • the latter realizes the reservoir 5 intended to contain the lubricating means 6.
  • the bottom 9 for producing the tank 5 can be obtained by the engraving process "DRIE".
  • the hydrophilic coating 4 extends over the contact surface 8 and preferably extends over all or part of the inner surface of the tank 5, for example on the bottom 9.
  • a hydrophobic layer of the diamond or nitride type which has a high wear resistance.
  • micromechanical part 1 thus makes it possible, by the combination of hydrophilic and hydrophobic properties, to have a means of lubrication 6 locally where this is necessary.
  • micromechanical part 1 illustrated in Figures 4 to 7 is constitutive of teeth 10, 11, 12 hydrophobic materials, in different conformations, for example an escape wheel (Swiss lever escapement) not shown.
  • the tooth 10 thus has an end shoulder 10a on which is deposited the hydrophilic coating 4 and a drop of lubricant 6, as shown in FIG. figure 5 .
  • the teeth 11 and 12 respectively have a sloping end 11a and a substantially concave end 12a.
  • Other forms may also be contemplated without departing from the scope of the present invention.
  • the micromechanical part 1 according to the invention may also be a serge of a wheel or any other timepiece requiring lubrication.
  • the set of micromechanical parts according to the invention thus has, through a judicious combination of hydrophobic materials and hydrophilic surfaces, a more efficient lubrication.

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Abstract

Pièce micromécanique (1), du genre palier, pour guider en rotation et/ou en translation une pièce associée en mouvement relatif, la pièce micromécanique (1) comportant un élément de lubrification pour diminuer, lors du mouvement de la pièce mobile, les frottements sur ladite pièce. L'élément de lubrification comporte un revêtement hydrophile (4) recouvrant partiellement la pièce micromécanique (1), pour accumuler dans et/ou sur ledit revêtement hydrophile (4) un moyen de lubrification (6) et pour réaliser au moins localement une interface lubrifiée en permanence, en retenant le liquide de lubrification (6) dans la zone des frottements.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention se rapporte au domaine technique général de la mécanique et plus particulièrement au domaine de la mécanique de précision ou micromécanique. L'invention trouve donc son application notamment dans l'horlogerie.
  • La présente invention concerne la lubrification d'une pièce micromécanique en mouvement relatif par rapport à une pièce associée. Ce genre d'association est très largement répandu dans l'horlogerie.
    • Description de l'état de la technique
  • On connaît déjà une pièce micromécanique en mouvement relatif par rapport à une pièce associée, comportant un élément de lubrification pour diminuer les frottements lors du mouvement relatif entre ladite pièce associée et ledit élément.
  • On connaît ainsi un palier pour guider en rotation et/ou en translation le mouvement d'une pièce mobile par rapport au dit palier, ledit palier comportant un élément de lubrification pour diminuer, lors du mouvement de la pièce mobile, les frottements sur ledit palier.
  • Il sera fait allusion de façon plus détaillée à un palier dans la suite, mais l'invention ne se limite pas à cette application particulière.
  • Pour les mouvements de montre, on utilise en général de la pierre d'horlogerie pour réaliser un tel palier. Ce dernier doit garantir par exemple la rotation d'un axe avec de bonnes caractéristiques de frottement, de jeu et d'usure. On connaît également des paliers en Silicium fabriqués avec des procédés connus, notamment le procédé de gravure « DRIE ».
  • Les paliers connus présentent l'inconvénient que la lubrification n'est souvent pas assez efficace et/ou n'est assurée que sur une durée trop courte par rapport à la durée de vie supposée de mécanismes intégrant de tels paliers.
  • D'autre part, les paliers conventionnels sont en général des rubis de diamètre extérieur concentrique au diamètre de palier. La gravure DRIE permet de placer plusieurs paliers dans une même plaque.
    • Exposé sommaire de l'invention
  • La présente invention a pour objet de proposer une pièce micromécanique, du genre palier, permettant de s'affranchir des limitations mentionnées ci-dessus, et de fournir une pièce micromécanique, dont la durée de vie n'est pas affecté du fait d'une lubrification insuffisante ou défaillante.
  • Un autre objet de la présente invention vise à proposer un palier lubrifié en permanence, et ce avec une localisation précise de la lubrification.
  • Les objets de l'invention sont atteints à l'aide d'une pièce micromécanique dont l'élément de lubrification comporte un revêtement hydrophile recouvrant au moins partiellement ledit élément, pour accumuler sur et/ou dans ledit revêtement hydrophile un moyen de lubrification, réalisant ainsi au moins localement une interface lubrifiée en permanence entre la pièce associée et l'élément micromécanique, en retenant le liquide de lubrification dans la zone des frottements. Le moyen de lubrification peut notamment être un liquide et/ou une graisse lubrifiante.
  • Selon un exemple de réalisation, le revêtement hydrophile s'étend au moins partiellement sur une surface support de la pièce micromécanique en contact avec la pièce associée lors du mouvement relatif.
  • Selon un autre exemple de réalisation, le revêtement hydrophile s'étend sur toute la surface support susceptible d'être en contact avec la pièce mobile lors du mouvement relatif.
  • La pièce micromécanique conforme à l'invention peut également présenter une zone délimitant au moins un réservoir d'accumulation de moyen de lubrification, ledit moyen de lubrification étant acheminé progressivement du réservoir à l'interface lubrifiée par l'intermédiaire du revêtement hydrophile.
  • Selon un exemple de réalisation, le palier conforme à l'invention présente une surface support délimitant un logement du genre alésage, perçage, trou borgne ou trou traversant, recevant la pièce associée.
  • Le revêtement hydrophile présente par exemple une épaisseur comprise entre 0.05 µm et 3 µm et de préférence comprise entre 0.2 µm et 0.8 µm.
  • Selon en exemple de réalisation conforme à l'invention, le matériau constitutif de la pièce micromécanique est hydrophobe. Le matériau constitutif de la pièce micromécanique comporte par exemple du Silicium brut.
  • A titre d'exemple, le revêtement hydrophile comporte au moins une couche d'oxyde de Silicium.
  • La pièce micromécanique constitue par exemple un palier pour guider le mouvement en rotation et/ou translation d'une pièce associée du genre arbre ou axe.
  • La pièce micromécanique peut également constituer dans le cadre de la présente invention et dans une application de l'horlogerie, une serge ou une roue d'échappement.
  • L'objet de l'invention est également atteint à l'aide d'un mécanisme d'horlogerie ou d'une pièce d'horlogerie comportant au moins une pièce micromécanique tel que présentée ci-dessus.
    • Description brève des dessins
  • L'invention et ses avantages apparaîtront avec plus de détails dans le cadre de la description qui suit avec un exemple de réalisation donné à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées qui représentent :
    • la figure 1, une vue en coupe d'une pièce micromécanique, du genre palier, conforme à l'invention dans laquelle est engagée une pièce mobile du genre axe,
    • la figure 2, une vue en coupe d'une variante de réalisation du palier conforme à l'invention représenté en figure 1,
    • la figure 3, est une vue en coupe, agrandie et partielle du palier conforme à l'invention de la figure 1,
    • la figure 4, illustre un exemple de réalisation partielle de la pièce micromécanique conforme à l'invention, sous forme de dent de roue d'échappement,
    • la figure 5, illustre l'exemple de réalisation de la pièce micromécanique de la figure 4, pourvu de moyens de lubrification,
    • et les figures 6 et 7 illustrent d'autres exemples de réalisation partielle de pièces micromécaniques conformes à l'invention.
    Exposé détaillé de l'invention
  • Les éléments structurellement et fonctionnellement identiques présents dans plusieurs figures distinctes sont affectés d'une seule et même référence.
  • Dans l'exemple de réalisation illustré par la figure 1, la pièce micromécanique 1, du genre palier, présente un alésage 2 dans lequel est engagé une pièce associée 3 mobile, du genre axe ou arbre de rotation. La figure 3, illustre la localisation d'un revêtement hydrophile 4, recouvrant une surface support délimitant l'alésage 2. Le revêtement hydrophile 4 constitue donc l'interface entre l'alésage 2 et la pièce mobile 3.
  • Le revêtement hydrophile 4 s'étend de préférence sur au moins une partie de la surface support du palier, laquelle est en contact avec la pièce associée 3 lors de son mouvement relatif par rapport à la pièce micromécanique.
  • Le revêtement hydrophile 4 comporte par exemple au moins une couche d'oxyde de Silicium.
  • La pièce micromécanique 1 est par exemple réalisée en Silicium brut ou réalisée avec un autre matériau hydrophobe. La pièce micromécanique 1 peut également être réalisée avec un matériau recouvert d'au moins un dépôt hydrophobe du genre dépôt de Nitrure. Ce dépôt hydrophobe est alors recouvert, ou laissera sa place dans la zone de frottement avec la pièce mobile, par le revêtement hydrophile 4.
  • Le palier de la figure 1 présente également une zone délimitant au moins un réservoir 5 d'accumulation de moyen (p.ex. de liquide) de lubrification 6. Le moyen de lubrification 6 est acheminé progressivement et du réservoir 5 vers l'interface lubrifiée de la pièce mobile par l'intermédiaire du revêtement hydrophile 4.
  • Le réservoir 5 est par exemple conformé grâce à un lamage, un chanfrein, un usinage ou autre dégagement de matière connu de manière à pouvoir contenir le moyen de lubrification 6 et maintenir le moyen de lubrification 6 en contact avec le revêtement hydrophile 4.
  • Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 2, le palier présente un trou borgne 7 destiné à recevoir une extrémité d'un axe, non représenté. Le trou borgne 7 présente d'une part une surface de contact 8 guidant en rotation l'axe et d'autre part un fond 9. Ce dernier, avec une forme adéquate, réalise alors le réservoir 5 destiné à contenir le moyen de lubrification 6. Le fond 9 permettant de réaliser le réservoir 5 peut être obtenu par le procédé de gravure « DRIE ».
  • Le revêtement hydrophile 4 s'étend sur la surface de contact 8 et s'étend de préférence sur tout ou partie de la surface interne du réservoir 5, par exemple sur le fond 9.
  • Dans le cadre de l'invention, il est particulièrement avantageux de déposer ou de faire croître sur un matériau constitutif de la pièce micromécanique 1, une couche hydrophobe du genre diamant ou nitrure, qui présente une forte résistance à l'usure. Ces couches aux propriétés hydrophobes permettent de repousser le moyen de lubrification 6 vers le revêtement hydrophile 4 et plus généralement vers l'interface de lubrification où ont lieu les phénomènes de frottements.
  • La pièce micromécanique 1 conforme à l'invention permet ainsi, de par l'association de propriétés hydrophiles et hydrophobes de disposer de moyen de lubrification 6 localement où cela est nécessaire.
  • La pièce micromécanique 1 illustré aux figures 4 à 7 est constitutive de dents 10, 11, 12 en matériaux hydrophobes, selon différentes conformations, par exemple d'une roue d'échappement (échappement à ancre Suisse) non représentée.
  • La dent 10 présente ainsi un épaulement d'extrémité 10a sur lequel est déposé le revêtement hydrophile 4 ainsi qu'une goutte de lubrifiant 6, comme cela est montré à la figure 5.
  • Les dents 11 et 12 présentent respectivement une extrémité en pente 11a et une extrémité sensiblement concave 12a. D'autres formes peuvent également être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention.
  • La pièce micromécanique 1 conforme à l'invention peut également être une serge d'une roue ou toute autre pièce d'horlogerie nécessitant une lubrification.
  • L'ensemble des pièces micromécaniques conformes à l'invention présente ainsi, grâce à une association judicieuse de matériaux hydrophobes et de surfaces hydrophiles, une lubrification plus efficace.
  • Il existe différents procédés de fabrication connus pouvant être utilisés seuls ou en combinaison, pour réaliser des pièces micromécaniques 1, du genre paliers ou autres, conformes à l'invention. Ces procédés ne seront pas détaillés dans la présente description, mais on peut citer la gravure « DRIE » et photolithographie.
  • Naturellement, la présente invention est sujette à de nombreuses variations quant à sa mise en oeuvre. Bien que plusieurs modes de réalisations aient été décrits, on comprend bien qu'il n'est pas concevable d'identifier de manière exhaustive tous les modes possibles. Il est bien sûr envisageable de remplacer un moyen décrit par un moyen équivalent sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims (13)

  1. Pièce micromécanique (1) en mouvement relatif par rapport à une pièce associée (3), comportant un élément de lubrification pour diminuer les frottements lors du mouvement relatif entre la pièce associée (3) et ladite pièce micromécanique (1),
    caractérisée en ce que
    l'élément de lubrification comporte un revêtement hydrophile (4) recouvrant partiellement la pièce micromécanique (1) pour accumuler un moyen de lubrification (6) dans et/ou sur ledit revêtement hydrophile (4), réalisant ainsi au moins localement une interface lubrifiée en permanence entre la pièce associée (3) et la pièce micromécanique (1), en retenant le moyen de lubrification (6) dans la zone des frottements.
  2. Pièce micromécanique (1) selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que le revêtement hydrophile (4) s'étend au moins partiellement sur une surface support de la pièce micromécanique (1) en contact avec la pièce associée (3) lors du mouvement relatif.
  3. Pièce micromécanique (1) selon la revendication 1,
    caractérisée en ce que le revêtement hydrophile (4) s'étend sur toute la surface support susceptible d'être en contact avec la pièce associée (3) lors du mouvement relatif.
  4. Pièce micromécanique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
    caractérisée en ce qu'il présente une zone délimitant au moins un réservoir (5) d'accumulation de moyen de lubrification (6), ledit moyen de lubrification (6) étant acheminé progressivement du réservoir (5) à l'interface lubrifiée par l'intermédiaire du revêtement hydrophile (4) et/ou par capillarité du liquide du réservoir dans la surface ajustée.
  5. Pièce micromécanique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4,
    caractérisée en ce que la surface support délimite un logement du genre alésage (2), perçage, trou borgne ou trou traversant, recevant la pièce associée (3).
  6. Pièce micromécanique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
    caractérisée en ce que le revêtement hydrophile (4) présente une épaisseur comprise entre 0.05 µm et 3 µm et de préférence comprise entre 0.2 µm et 0.8 µm.
  7. Pièce micromécanique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
    caractérisée en ce que son matériau constitutif est hydrophobe.
  8. Pièce micromécanique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
    caractérisée en ce que le revêtement hydrophile (4) comporte au moins une couche d'oxyde de Silicium.
  9. Pièce micromécanique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,
    caractérisée en ce qu'elle constitue un palier pour guider le mouvement en rotation et/ou en translation d'une pièce associée (3) du genre axe ou arbre.
  10. Pièce micromécanique (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8,
    caractérisée en ce qu'elle constitue une dent de roue d'échappement.
  11. Pièce micromécanique (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes,
    caractérisée en ce que le moyen de lubrification est un liquide et/ou une graisse lubrifiante.
  12. Pièce d'horlogerie comportant au moins une pièce micromécanique (1) conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 11.
  13. Mécanisme d'horlogerie comportant au moins une pièce d'horlogerie conforme à la revendication 12.
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