Brevet FR2864644A1 — publié le 20050701

Cas 2322 JL/ert PROCEDE DE FABRICATION DE PIECES EN SAPHIR OU AUTRE MATERIAU CRISTALLIN POUR DES MOUVEMENTS D'HORLOGERIE Arrière-plan de l'invention La présente invention concerne un procédé de fabrication de pièces en matériau cristallin dur pour des mouvements d'horlogerie, notamment la fabrication de platines et de ponts en saphir. L'invention concerne aussi de telles pièces obtenues par ce procédé. Les applications classiques des matériaux cristallins durs tels que ceux de la famille du corindon (saphir, rubis) et le spinelle dans l'horlogerie sont, d'une part, les glaces de montres inrayables, qui sont faites généralement en saphir transparent dit "blanc", et d'autre part les pierres servant de coussinets et de contre-pivots pour supporter les pivots de certains axes d'un mouvement d'horlogerie. La présente invention concerne d'autres applications de ces matériaux, à savoir des pièces en forme générale de plaques faisant partie d'un mouvement d'horlogerie, plus particulièrement des pièces de la structure fixe de ce mouvement, à savoir les platines et les ponts. Depuis quelques années, certains fabricants de montres de prestige ont produit des mouvements du type squelette ayant une platine transparente en saphir, ainsi que certains ponts. Cependant, l'usinage de telles pièces présente de grandes difficultés. D'une part, une platine ou un pont en saphir ou similaire doit comporter des trous recevant des paliers pour des mobiles rotatifs du mouvement et des trous pour les organes d'assemblage de l'ossature transparente. Les trous doivent être réalisés avec une grande précision, surtout quant à la position de leur axe par rapport aux autres trous, pour que le mouvement fonctionne bien. D'autre part, une platine ou souvent aussi un pont présente des creux par rapport à l'une de ses faces extérieures ou les deux, c'est-à-dire qu'il ou elle présente différentes surfaces parallèles à sa face extérieure et échelonnées dans la profondeur de la plaque. Ces surfaces sont appelées "lamages" par les horlogers parce qu'elles forment souvent des surfaces d'appui axial pour des mobiles rotatifs du mouvement. Les techniques courantes d'usinage des glaces de montres en saphir ne permettent pas d'usiner de telles parties creuses avec précision et d'une manière industrielle. Un procédé divulgué dans le brevet CH 690 518 a permis de fabriquer des platines transparentes en saphir pour des mouvements de montre et consiste à réaliser les trous et les creux par érosion aux ultrasons, en utilisant une sonotrode qui a une forme complémentaire à la forme voulue du côté concerné de la platine. Cependant, comme la sonotrode s'use rapidement, la précision de l'usinage est médiocre et l'outillage a une faible durée de service. En outre, l'usinage aux ultrasons casse facilement les parties amincies des pièces, si bien que le rebut est énorme. Enfin, l'usinage aux ultrasons livre des surfaces mates et doit être suivi d'un travail de polissage de grande ampleur, spécialement difficile à exécuter dans les surfaces en creux. C'est pourquoi ce procédé connu est resté limité à la production d'un petit nombre de pièces très coûteuses. Une autre solution, décrite dans le brevet CH 649 185, consiste à réaliser un bâti-support constitué par un empilement de plaques transparentes dont certaines sont découpées de manière à former des logements pour les composants du mouvement d'horlogerie. Ces plaques peuvent être faites d'un matériau cristallin dur tel que le saphir, le rubis ou le spinelle et, dans ce cas, le découpage peut avantageusement être réalisé par faisceau laser ou par ultrasons. Cette solution simplifie évidemment l'exécution des parties en creux et le polissage, mais elle ne résout pas le problème de la précision des trous. Par ailleurs, l'empilement comprenant une bonne dizaine de plaques nuit à la transparence de l'ensemble et complique beaucoup l'assemblage du mouvement. Résumé de l'invention La présente invention vise à éviter d'une manière substantielle les inconvénients susmentionnés de l'état de la technique, en fournissant un procédé qui permet de fabriquer des pièces de mouvements d'horlogerie en matériau cristallin très dur, en particulier des platines en saphir, avec une grande précision sur le diamètre et la position des trous, ainsi que la position et la profondeur des évidements le cas échéant, et un taux de rebut réduit. A titre additionnel, le procédé devrait permettre d'obtenir un excellent aspect des pièces produites, notamment du point de vue du polissage et de l'absence de défauts sur les arêtes. A cet effet, il est prévu un procédé de fabrication d'une pièce en matériau cristallin dur pour un mouvement d'horlogerie, notamment d'une platine ou d'un pont en saphir, dans lequel on prépare une plaque dudit matériau dur et l'on réalise des trous dans cette plaque, caractérisé en ce que la réalisation d'un trou ayant une position précise dans la plaque comporte les étapes suivantes: (a) percer un trou provisoire ayant un diamètre inférieur à la taille du trou final; (b) rectifier ensuite la paroi périphérique du trou au moyeu d'une meule pour donner à cette paroi la position précise désirée, grâce à des mouvements relatifs entre la plaque et la meule. Le cas échéant, l'étape (b) peut être précédée d'au moins une étape (a1) consistant à agrandir le trou provisoire par meulage pour modifier sa forme et/ou son étendue. De préférence, au moins durant les étapes (a) à (b), la plaque de matériau dur est fixée sur un support comportant un fond parallèle à la plaque, le fond étant pourvu d'une pluralité de trous de positionnement de même diamètre, dont chacun définit la position d'un trou ou d'un évidement de la plaque et est agencé pour s'engager sans jeu sur une goupille verticale placée à l'axe de rotation d'une table tournante d'une machine d'usinage. Les avantages résultant de l'invention apparaîtront dans la description suivante d'un mode d'exécution de l'invention pour fabriquer diverses pièces en saphir d'un mouvement d'horlogerie, cette description étant présentée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés. Description sommaire des dessins La figure 1 représente une platine transparente en saphir pour un mouvement de montre de type squelette, vue du côté du cadran de la montre. La figure 2 est une vue de l'autre côté de la platine de la figure 1. La figure 3 est une vue en plan d'un pont transparent en saphir, utilisable avec 20 la platine des figures 1 et 2. La figure 4 est une vue en élévation suivant la flèche IV de la figure 3. Description détaillée d'un mode d'exécution La platine transparente 1 représentée dans les figures 1 et 2 se présente sous la forme générale d'une plaque circulaire ayant, dans cet exemple, un diamètre d'environ 32 mm et une épaisseur de 1,65 mm après polissage et comportant sur son pourtour un épaulement 2 en retrait de 0,5 mm pour l'appui contre un cercle d'emboîtage, comme une platine habituelle en métal. La platine est percée de trous circulaires 3, 4, 5, 6, 7 et 8 dont les diamètres vont de 2,30 à 0,80 mm et d'un trou non circulaire 9. Ses faces présentent divers évidements pourvus d'un fond plat appelé lamage, ayant généralement en plan la forme d'un cercle ou d'une portion de cercle, ou encore d'une combinaison de plusieurs portions de cercle. Dans la figure 1, on distingue cinq lamages 11 à 15 dont les niveaux par rapport à la surface extérieure 10 de la platine s'échelonnent par exemple de 1,08 à 0,36 mm. Sur l'autre face représentée en figure 2, on distingue trois lamages 16 à 18 dont les niveaux par rapport à la surface extérieure 19 de la platine du côté des ponts s'échelonnent par exemple de 0,70 à 0,17 mm. Comme dans une platine métallique, la plupart des lamages sont centrés sur un trou respectif tel que 3, 4, 5, destiné à recevoir un palier pour supporter l'axe d'une roue prenant place devant le lamage. Par contre, certains trous tels que 7 peuvent servir directement de paliers pour des pièces du mouvement. Les trous 6 sont destinés aux organes de fixation des ponts, par exemple des pieds métalliques équipés d'une vis à chaque extrémité. La platine présente en outre, sur le pourtour de sa surface 19, trois encoches 20 sur une partie de son épaisseur, pour permettre de la fixer dans une boîte de montre comme une platine métallique classique. Pour fabriquer la platine 1, on réalise d'abord une ébauche sous forme d'un disque circulaire en saphir présentant le diamètre final de la platine et le diamètre intérieur réduit de l'épaulement 2, par des techniques de meulage usuelles dans le domaine. L'épaisseur de l'ébauche est de préférence supérieure d'environ 0,20 mm à l'épaisseur finale de la platine 1, pour permettre l'ablation d'un dixième de mm sur chaque face par un polissage final. On colle l'ébauche ainsi préparée sur un support métallique appelé "posage", comportant dans sa face supérieure un logement pour l'ébauche et, dans sa face inférieure, un ensemble de trous de positionnement dont les axes coïncident chacun avec le centre d'un des trous ou lamages à usiner dans l'ébauche. Ces trous de positionnement ont tous le même diamètre et sont destinés à s'engager sans jeu sur une goupille verticale placée au centre d'une table tournante de la machine d'usinage utilisée pour les opérations qui suivent. Le pourtour du posage présente deux côtés rectilignes parallèles qui permettent de maintenir le posage et l'ébauche dans l'orientation voulue sur la table tournante. Celle-ci peut tourner autour de son axe vertical Z et elle est supportée par un bâti dont la position par rapport à la broche porte-outil de la machine est réglable en translation dans les directions orthogonales X, Y et Z avec une précision de l'ordre de 0,01 mm. La broche porte-outil est montée sur une coulisse verticale munie d'une butée micrométrique et peut être déplacée dans la direction Z par une commande manuelle associée à un frein hydraulique et par un dispositif de va-et-vient à came, au choix. Le perçage de chaque trou dans l'ébauche s'effectue au moyen d'un burin rotatif diamanté ayant un diamètre inférieur au diamètre final du trou, avec arrosage à l'eau. Par exemple, on utilise un burin de 0,80 mm pour un trou ayant un diamètre d'ébauche d'environ 0,90 à 0,95 mm et un diamètre final de 1,00 mm. Les grands trous 3 et 4 de 1,8 à 2,3 mm de diamètre final peuvent être percés avec un burin de 1,50 mm. La descente de l'outil est produite par gravité et ajustée au moyen d'un contrepoids et du frein. Pour le trou non circulaire 9, on effectue seulement un perçage circulaire, le trou étant agrandi dans une étape ultérieure. Pour passer d'un trou au suivant, on déplace le posage sur la goupille centrale de la table tournante, laquelle ne tourne pas pendant l'étape de perçage. Bien entendu, le perçage au burin ne donne pas une bonne précision de la taille de chaque trou. Après le perçage de tous les trous de la platine et éventuellement l'agrandissement de certains d'entre eux comme on le décrira plus loin, l'étape suivante consiste à rectifier la paroi latérale de chaque trou par meulage, ce qui permet d'amener chaque portion de la paroi périphérique du trou à la position précise qu'elle doit avoir dans la platine. Par conséquent, l'axe de chaque trou prend ainsi la position précise voulue par rapport aux autres trous de la platine, et en outre la précision du diamètre du trou est assurée. Pour cette étape de rectification d'un trou cylindrique, on monte sur la broche porte-outil une meule diamantée cylindrique dont le diamètre est inférieur à celui du trou percé, la différence étant par exemple de 0,05 à 0,2 mm. L'axe de rotation de la meule est habituellement vertical. On introduit la meule dans le trou et on déplace la table horizontalement, par exemple dans la direction X, pour mettre la meule en contact avec la paroi du trou. Sous arrosage d'eau, on met en marche un mouvement de vaet-vient axial (donc vertical dans ce cas) de la meule, on met en rotation la table tournante dans le sens opposé à la rotation de la meule pour que la paroi du trou circule lentement autour de la meule, puis on déplace la table graduellement par pas de 0,01 mm dans la direction X jusqu'à obtenir le diamètre voulu du trou. Comme l'axe de rotation de la table coïncide avec l'axe de la goupille engagée dans le trou de positionnement du posage, la paroi rectifiée du trou est centrée avec une grande précision sur ce trou de positionnement et son rayon peut aussi être défini avec une grande précision grâce au comparateur en X associé à la table. Le va-et-vient axial de la meule n'est pas seulement destiné à répartir l'usure de la meule sur une assez large surface. Il a aussi l'avantage de redresser un trou qui serait quelque peu incliné, et de manière générale toute paroi du trou qui ne serait pas bien perpendiculaire aux faces de la plaque. Le procédé décrit ici permet au demandeur de respecter des tolérances de -0,000/+0,006 mm sur les diamètres des trous et de 0,01 mm sur les autres cotes de la platine. De plus, il élimine les éventuelles égrisures que le perçage a pu produire sur les bords des trous. La rectification livre une surface mate, qui convient pour les trous dans lesquels on va coller un bouchon portant une pierre du mouvement. Dans les autres trous, on arrête la rectification à un diamètre inférieur de 0, 02 mm du diamètre final voulu et l'on effectue un polissage au moyen d'un outil en fonte avec apport d'une suspension de poudre de diamant dans de l'huile, en imposant à l'outil et à la table des mouvements analogues à ceux de l'étape de rectification. Pour un trou non circulaire, par exemple le trou oblong 9, l'étape de rectification est précédée d'une étape d'agrandissement par meulage, au cours de laquelle on utilise une meule diamantée de diamètre égal à la largeur provisoire du trou oblong et qui effectue un va-et-vient vertical. L'avance se fait par action manuelle sur la table. On peut réaliser ainsi des formes de trou quelconques, par exemple en T, en L ou en croissant. Pour l'usinage des évidements et des lamages, le positionnement se fait comme pour les perçages: le trou de positionnement ménagé dans le posage à l'emplacement du logement est inséré sur la goupille de la table tournante, puis le posage est fixé à la table. On usine d'abord les évidements les plus profonds, pour supprimer les éventuelles égrisures des arêtes avec l'usinage des surfaces moins profondes. On creuse les évidements au moyen d'une meule diamantée cylindrique qui est décentrée dans la mesure appropriée par rapport à l'évidement, pendant que la table tourne sous arrosage d'eau. De préférence, le diamètre du creusement est inférieur d'environ 0,06 mm au diamètre final, pour permettre la finition et le polissage. L'outil descend par exemple de 0,01 mm toutes les six secondes, jusqu'à une profondeur n'atteignant pas tout à fait le niveau fini voulu, par exemple à 0,03 mm de ce niveau pour permettre le polissage. Le travail de finition et polissage des flancs et du lamage de chaque évidement se fait au moyen d'une meule en fonte décentrée, avec apport de poudre de diamant dans l'huile au pinceau. Les mouvements sont analogues à ceux du creusement. On procède ensuite à un glaçage du lamage au moyen d'un outil rotatif en bois ou en Resofil, avec apport de poudre de diamant très fine au pinceau, ce qui donne un aspect parfaitement transparent. Ensuite, on décolle la pièce du posage, on la lave et on la remet à l'envers sur le posage pour usiner les évidements de l'autre face de la même façon que ceux de la première. Enfin, on amène l'épaisseur de la platine à sa valeur finale par polissage des 30 deux faces extérieures planes 10 et 19 successivement, par des techniques classiques, en contrôlant la profondeur des évidements. On obtient ainsi une platine dont toutes les surfaces ont non seulement un aspect parfait, mais occupent aussi chacune la position précise voulue pour garantir le meilleur fonctionnement possible du mouvement d'horlogerie. A cet effet, il importe d'obtenir une position précise non seulement des trous destinés aux paliers du mouvement, mais aussi des trous destinés à recevoir des pieds de ponts dans la platine et dans chaque pont, puisque le positionnement précis d'un pont est indispensable pour positionner précisément tout palier porté par ce pont vis-à-vis d'un palier correspondant dans la platine. Les figures 3 et 4 représentent un pont de moyenne 30 en saphir qui peut être associé à la platine 1 décrite ci-dessus. Le pont 30 se présente comme une plaque de forme irrégulière ayant, dans cet exemple, une longueur d'environ 15 mm et une épaisseur maximale d'environ 1,3 mm après polissage. L'épaisseur d'une partie terminale 31 du pont est réduite à environ 0,6 mm par un évidement 32 dont le fond forme un lamage 33 et comporte un trou 34 de 1,30 mm de diamètre. Des trous de fixation 35 de 1, 00 mm de diamètre sont ménagés dans la partie épaisse du pont. L'exécution des trous 34 et 35 dans le pont 30 se fait de la même façon que dans la platine 1, sauf qu'on utilise de préférence une plaque rectangulaire comme ébauche. Ensuite, on façonne le contour 36 du pont sur une machine d'usinage CNC classique à table mobile dans deux directions X et Y parallèles à la plaque. Au moins deux des trous sont engagés sans jeu sur des goupilles d'un support fixé à la table mobile, pour permettre d'indexer l'ébauche par rapport à la table. Le contour 36 est d'abord ébauché au moyen d'une meule de diamètre aussi grand que possible, puis on le façonne de manière précise au moyen d'une meule de petit diamètre, par exemple 5 mm pour un rayon de courbure minimal de 3 mm de la partie concave du contour 36, cette meule tournant à grande vitesse, par exemple 80000 tours/minute, et animée de préférence d'un mouvement de va-et-vient axial. Pour réaliser l'évidement 32 de la même façon que ceux de la platine 1, le pont 30 est fixé sur un posage ayant des goupilles qui s'engagent sans jeu dans les trous 34 et 35. La face inférieure du posage comporte un trou de positionnement situé en face du centre de la paroi circulaire 37 délimitant l'évidement, ce trou s'engageant sur la goupille centrale de la table tournante. Ledit centre peut se situer largement à l'extérieur du contour 36 du pont. On termine par un polissage final des deux faces extérieures 38 et 39 du pont, comme pour la platine. Le champ d'application de la présente invention ne se limite pas à la fabrication de pièces fixes de mouvements d'horlogerie, telles que des platines ou des ponts, mais peut aussi s'étendre à la fabrication de pièces mobiles telles que des roues, des bascules, des disques d'affichage ou des couvercles de barillet, par exemple. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'une pièce en matériau cristallin dur pour un mouvement d'horlogerie, notamment d'une platine (1) ou d'un pont (30) en saphir, dans lequel on prépare une plaque dudit matériau dur et l'on réalise des trous (3 à 9, 34, 35) dans cette plaque, caractérisé en ce que la réalisation d'un trou ayant une position précise dans la plaque comporte les étapes suivantes: (a) percer un trou provisoire ayant un diamètre inférieur à la taille du trou final; (b) rectifier ensuite la paroi périphérique du trou au moyeu d'une meule pour donner à cette paroi la position précise désirée, grâce à des mouvements relatifs entre la plaque et la meule. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape (b) est précédée d'au moins une étape (a1) consistant à agrandir le trou provisoire par meulage pour modifier sa forme et/ou son étendue. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, au moins durant les étapes (a) à (b), ladite plaque est fixée sur un support comportant un fond parallèle à la plaque, le fond étant pourvu d'une pluralité de trous de positionnement de même diamètre, dont chacun définit la position d'un trou ou d'un évidement de la plaque et est agencé pour s'engager sans jeu sur une goupille verticale placée à l'axe de rotation d'une table tournante d'une machine d'usinage. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que dans l'étape (a), on utilise un outil rotatif dont l'axe coïncide avec l'axe de la table et en ce que, dans l'étape (c), on utilise une meule rotative dont l'axe est décalé latéralement par rapport à l'axe de la table ou réciproquement, et l'on fait tourner la table autour de son axe. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'on réalise, dans une partie de l'épaisseur de la plaque, un évidement circulaire autour d'au moins un desdits trous de la plaque, en utilisant un outil rotatif dont l'axe est décalé latéralement par rapport à l'axe de la table ou réciproquement, et en faisant tourner la table autour de son axe. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on réalise successivement dans une face de la plaque plusieurs desdits évidements, qui se recoupent et ont différentes profondeurs, et en ce qu'un évidement qui recoupe un évidement plus profond est réalisé après celui-ci. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'après avoir réalisé au moins deux trous (34, 35) ayant une position précise dans la plaque, on fixe la plaque sur une table mobile d'une machine d'usinage CNC en engageant lesdits trous sans jeu sur des goupilles, pour indexer la plaque par rapport à la table, et l'on façonne les bords de la plaque à la meule pour lui donner un contour voulu (36) par des déplacements de la table. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que le façonnage des bords est effectué au moyen d'une meule à axe de rotation perpendiculaire à la plaque, la meule étant en outre animée d'un mouvement de va-et-vient axial. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que ladite meule a un diamètre de 5 mm ou moins et tourne à au moins 80000 tours/minute. 10. Pièce en matériau cristallin dur pour un mouvement d'horlogerie, notamment platine ou pont en saphir, obtenue par le procédé selon l'une des revendications précédentes. 11. Pièce selon la revendication 10, caractérisée en ce qu'elle comporte des évidements à fond plat (11 à 18) dans ses deux faces.