Composant d'une pièce d'horlogerie allégé et renforcé

Abstract

 L'invention porte sur un composant d'une pièce d'horlogerie choisi parmi une roue d'échappement (1a), un balancier (1b), une ancre (1c), une roue d'un train de rouages, et une masse oscillante (1d). Le composant comporte une structure ajourée d'une épaisseur E. Cette structure, plus communément appelée structure squelettique, est pourvue de plusieurs évidements (2) repartis au travers de ladite structure de manière à ce que chaque évidement (2) soit séparé d'un évidement adjacent (2') par une paroi dite rigidificateur (3). La largeur de chaque rigidificateur (3) de la structure squelettique est sensiblement identique et le rapport entre l'épaisseur E de ladite structure et la largeur (l) de chaque rigidificateur est compris entre ¼ et 1.

Description

[0001] La présente invention est relative au domaine de l'horlogerie, et concerne un composant d'une pièce d'horlogerie comportant une structure allégée et renforcée. En particulier, ce composant horloger remplace avantageusement les composants traditionnels de l'organe régulateur d'une montre, à savoir la roue d'échappement, l'ancre et le balancier.

[0002] La fabrication de composants de pièces d'horlogerie allégés et renforcés ont déjà fait l'objet de recherches approfondies. La société GFD Gesellschaft für Diamantprodukte GmbH (GFD) par exemple est une entreprise spécialisée en matière de micro-structuration du diamant offrant toute une gamme de micro-composant notamment dans l'industrie horlogère. Cette société fabrique en particulier des composants horlogers entièrement en diamant et des pièces en silicium recouvertes d'une couche de diamant.

[0003] L'utilisation du diamant permet de fabriquer des composants horlogers légers qui présentent, par rapport aux composants traditionnels, des propriétés mécaniques supérieures, un coefficient de frottement bien meilleur et une usure moins élevée. Ce choix de matériau permet ainsi d'améliorer de manière significative le rendement.

[0004] Les pièces réalisées par GFD sont obtenues par une méthode consistant à fabriquer en premier lieu une plaque de diamant plus communément appelée "wafer" dans l'épaisseur désirée au moyen de la technologie CVD (Chemical Vapour Deposition). Puis, les parties inutiles du wafer sont retirées à l'aide des méthodes plasma et des gabarits de précision. La pièce est donc façonnée dans la masse. Les pièces obtenues par cette technique permettent d'atteindre une épaisseur de l'ordre de 0,15 mm.

[0005] W02004029733 divulgue explicitement divers composants horlogers dont au moins une partie, possédant une surface de contact difficile à lubrifier, est en diamant naturel ou synthétique.

[0006] Néanmoins, la structure géométrique de ces pièces n'est pas homogène, celles-ci étant par ailleurs essentiellement en silicium et diamant obtenus par un procédé CVD.

[0007] Le but de la présente invention est donc de proposer un composant d'une pièce d'horlogerie présentant une structure mécanique allégée et renforcée, cette structure pouvant par ailleurs être dans un matériau autre que le silicium tel que l'acier ou des matériaux synthétiques tel que le rubis.

[0008] Conformément à l'invention, ce but est atteint grâce à un composant d'une pièce d'horlogerie ou composant horloger selon la revendication 1. Ce composant est choisi parmi une roue d'échappement, un balancier, une ancre, une roue d'un train de rouages, et une masse oscillante. Le composant horloger comporte une structure ajourée d'une épaisseur E. Cette structure, plus communément appelée structure squelettique, est pourvue de plusieurs évidements repartis au travers de ladite structure de manière à ce que chaque évidement soit séparé d'un évidement adjacent par une paroi dite rigidificateur. La largeur de chaque rigidificateur de la structure squelettique est sensiblement identique et le rapport entre l'épaisseur E de ladite structure et la largeur (l) de chaque rigidificateur est compris entre ¼ et 1.

[0009] L'invention a également pour objet un échappement comportant avantageusement une roue d'échappement, une ancre et/ ou un balancier comportant chacun une structure squelettique. Un échappement comportant chacune de ces trois pièces permet un gain de rendement supérieur à 10 % par rapport à un échappement traditionnel.

[0010] L'invention a en outre pour objet une méthode de fixation d'une roue d'horlogerie sur un axe et plus particulièrement une roue d'échappement sur un pignon d'échappement.

[0011] Les caractéristiques de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture d'une description de plusieurs variantes d'exécution données uniquement à titre d'exemples, nullement limitatives en se référant aux figures schématiques, dans lesquelles:

• La Figure 1 représente une vue en perspective de dessus d'une roue d'échappement et d'une ancre suisse selon l'invention,
• La Figure 2 représente une vue en plan de la roue d'échappement de la Figure 1,
• La Figure 3 représente une vue en perspective de dessous de la roue d'échappement de la Figure 1 montée sur un pignon d'échappement,
• La Figure 4 représente une vue en plan d'une roue d'échappement avec un moyeu de forme triangulaire,
• La Figure 5 représente une vue en plan d'une roue d'échappement avec un moyeu de forme hexagonale,
• La Figure 6 représente une vue en perspective de dessous d'un système de fixation d'une roue d'échappement en silicium au pignon d'échappement,
• La Figure 7 représente une méthode de fixation pour une roue d'échappement préférablement en acier,
• La Figure 8 représente une vue en plan de l'ancre suisse de la Figure 1.
• La Figure 9 représente une vue en plan d'un balancier selon l'invention,
• La Figure 10 représente une vue en perspective de dessus d'un balancier selon une variante d'exécution de l'invention,
• La Figure 11 représente une vue en perspective de dessus d'un balancier selon une deuxième variante d'exécution de l'invention.
• La Figure 12 représente une vue en plan d'une masse oscillante selon une troisième variante de l'invention.

[0012] Selon le mode d'exécution préférentiel de l'invention, la roue d'échappement 1 a selon la Figure 1 et 2, comporte quatre bras courbés 4 équidistants de 90°les uns par rapport aux autres, une serge 5 et une denture 5'. Les quatre bras 4, la serge 5 et la denture 5' de la roue d'échappement 1 a sont constitués d'une structure ajourée dite squelettique. Cette structure squelettique comporte une multitude d'évidements 2 de forme triangulaire et repartis au travers de ladite structure de manière à ce que chaque évidement 2 soit séparé d'un évidement adjacent 2' par une paroi 3 dite rigidificateur. La largeur de chaque rigidificateur 3 de la structure squelettique est sensiblement identique.

[0013] La forme, la position et l'orientation de chaque évidemment 2 les uns par rapport aux autres ont été déterminés afin d'obtenir une structure présentant un ratio optimal entre le poids de la pièce et sa résistance mécanique. A cet effet, l'armature telle que représentée par la Figure 1 et 2 permet d'obtenir une résistance mécanique optimale lorsque l'épaisseur de la roue d'échappement 1 a est environ trois fois la largeur 1 de chaque rigidificateur 3. Précisons que la plupart des angles des évidements triangulaires 2 sont arrondis afin de réduire au maximum les contraintes mécaniques sur la roue d'échappement 1a. Par ailleurs, environ la moitié des évidements triangulaires 2 situés sur la serge 5 ont un de leurs côtés adjacent et sensiblement parallèle à une partie du pourtour interne de la serge 5 de manière à former un rigidificateur 3 de géométrie sensiblement identique aux autres rigidificateurs 3 de la roue 1 a. En outre, chaque évidement triangulaire 2 situé sur les bras 4 de la roue d'échappement 1 a a également un de ses cotés adjacent et sensiblement parallèle à une partie de l'un des deux flancs desdits bras 4 afin de former une rigidificateur 3 de géométrie sensiblement identique aux autres rigidificateurs 3. Enfin chaque dent 5' de la roue d'échappement 1 a comporte un évidement triangulaire 2.

[0014] La fabrication de cette roue d'échappement fait appelle à différentes techniques qui dépendent du matériau utilisé. Cette roue d'échappement peut par exemple être en acier ou en un matériau synthétique obtenu par un procédé de micro-usinage d'une ébauche d'une roue d'échappement par découpage au laser.

[0015] La roue d'échappement peut aussi être en silicium comportant un revêtement en diamant. Dans cette configuration, la roue d'échappement en silicium est obtenue par un procédé de gravure du type DRIE (Deep reactive-ion etching). Une roue d'échappement 1a obtenue par ces procédés de fabrication offre plusieurs avantages.

[0016] Le tableau ci-après expose des données comparatives d'une roue d'échappement 1a selon l'invention par rapport à une roue d'échappement traditionnelle (non évidée) en fonction du matériau utilisé et de l'épaisseur de la roue 1 a. Les données figurant dans la première ligne de ce tableau correspondent à une roue d'échappement traditionnelle non évidée (pièce étalon) tandis que les données figurant dans les lignes suivantes sont relatives à des roues d'échappement 1 a évidées selon la forme d'exécution préférentielle de la présente invention telle qu'illustrée à la Figure 1 et 2, d'épaisseurs différentes.

Matériau	Epaisseur	Masse Volumique	Masse	Inertie	Gain en poids
Acier	0.12mm	7,85 Kg/dm3	5,41 E-03 g	8.03E-03 g•mm2	0%
Acier	0.12mm	7,85 Kg/dm3	4,37E-03 g	6.30E-03 g•mm2	- 20%
Acier	0.10 mm	7,85 Kg/dm3	3,64E-03 g	5.25E-03 g•mm2	- 33%
Acier	0.08 mm	7,85 Kg/dm3	2,92E-03 g	4.20E-03 g•mm2	-47%
Acier	0.07 mm	7,85 Kg/dm3	2,55E-03 g	3.68E-03 g•mm2	-53%
Silicium	0.15 mm	2,33 Kg/dm3	1,67E-03 g	2.46E-03 g•mm2	-70%

[0017] La structure squelettique en acier de la roue d'échappement 1 a permet d'obtenir des épaisseurs aussi infimes que 0.07mm ce qui permet de réduire significativement le moment d'inertie de la roue 1 a et son poids de plus de 50% par rapport à roue d'échappement traditionnelle. Cette diminution d'inertie permet de diminuer l'énergie nécessaire à la mise en mouvement de la roue d'échappement 1 a. Cette faible épaisseur permet en outre de diminuer les frottements avec les palettes de l'ancre sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un biseau habituellement réalisé sur les roues d'échappements plus épaisses afin de diminuer la hauteur de la surface de friction, en l'occurrence sur le plan d'impulsion.

[0018] L'utilisation du silicium est également intéressante au vu de sa faible masse volumique. Toutefois, la résistance mécanique du silicium n'est pas aussi élevée que celle de l'acier. Une roue d'échappement d'une épaisseur de 0,15mm peut néanmoins être fabriquée en silicium. Un revêtement d'une fine couche de diamant de quelques microns est ensuite déposé sur la roue par un procédé CVD afin d'en améliorer sa résistance mécanique.

[0019] Une roue d'échappement en acier de 0,07mm d'épaisseur ou une roue en silicium de 0,15 mm d'épaisseur ne peuvent pas être montées sur un pignon d'échappement 9 par les méthodes traditionnelles utilisées par l'homme du métier. En effet, le rivetage de la roue en acier de 0,07 mm d'épaisseur sur le pignon d'échappement 9 n'est plus possible étant donné que la déformation de la roue d'échappement 1 a serait trop importante alors que le faible coefficient d'élasticité du silicium et du diamant ne se prête pas non plus à ce type de fixation. Dès lors, différentes méthodes de fixation ont été étudiées pour la fixation de la roue d'échappement 1a sur le pignon d'échappement 9.

[0020] La fixation d'une roue d'échappement 1 a en acier sur le pignon d'échappement 9 peut être effectuée par différentes méthodes. L'une d'elles consiste à réaliser en lieu et place du moyeu une ouverture 9a, 9 dont la forme est un triangle équidistant 9a ou un hexagone 9b destinée à recevoir par chassage l'axe du pignon d'échappement 9 (Figures 4 et 5).La roue d'échappement 1 a en acier peut également être fixée au pignon d'échappement 9 par soudage laser en trois points préférablement équidistant de 120°autour du pignon 9 (Figure 7). Une autre méthode consiste à fixer la roue d'échappement 1 a sur l'axe du pignon d'échappement 9 par frettage.

[0021] Ces méthodes de fixation ne sont néanmoins pas applicables au silicium. Pour une roue d'échappement 1 a en silicium, des moyens d'assemblage et de fixation tels qu'illustrés par la Figure 6 sont avantageusement utilisés. La roue en silicium 1 a est ajustée dans un premier temps autour de l'axe du pignon d'échappement 9 contre la butée axiale de l'extrémité du pignon. Une rondelle 9c, préférablement en Délrin ®, est ensuite chassée sur l'axe du pignon 9 et collée contre la partie centrale de la roue d'échappement 1a pour assurer une parfaite solidarité entre ladite roue 1 a et ledit pignon 9.

[0022] Selon les formes d'exécution particulières de la présente invention telles que définies dans les sous-revendications, d'autres composants d'une pièce d'horlogerie comportent une structure squelettique similaire à celle de la roue d'échappement 1 a.

[0023] Pour exemple, la figure 8 illustre une ancre 1c comportant une baguette 6, un bras d'entrée 7 et un bras de sortie 8 entièrement constitués de la structure squelettique, ladite structure comportant des évidements 2 de forme essentiellement triangulaire.

[0024] La figure 9, 10 et 11 quant-à-elles, illustrent plusieurs variantes d'un balancier 1b à structure squelettique. La figure 9 illustre un balancier 1b comportant deux bras 4 intégralement constitués de la structure squelettique pourvue des évidements 2 de forme triangulaire. Ces deux bras sont diamétralement opposés et s'étendent à partir de l'axe de pivotement du balancier 1b et dont les extrémités externes sont connectées au volant 5 du balancier 1b. Avantageusement, le rapport entre l'épaisseur des bras 4 et la largeur de chaque rigidificateur 3 correspond approximativement à trois. La Figure 10 illustre une variante d'un balancier 1b dont les bras 4, qui sont au nombre de quatre, sont similaires aux bras de la roue d'échappement 1 a selon la Figure 1. La Figure 11 illustre une autre variante d'un balancier. Cette structure allégée permet de concentrer l'inertie du balancier 1b sur le volant 5 tout en offrant moins de résistance à l'air (amélioration du coefficient de trainée plus communément appelé C_x) ce qui permet d'améliorer la précision de l'organe régulateur. L'épaisseur du volant 5 est préférablement d'au moins trois fois l'épaisseur des bras 4 à structure squelettique.

[0025] Un échappement comportant la roue d'échappement 1a, l'ancre 1c et le balancier 1b comportant la structure squelettique telle que définie par la présente invention permet un gain de rendement supérieur à 10% qu'un échappement traditionnel.

[0026] Cette structure squelettique peut en outre être transposée à une masse oscillante telle qu'illustrée par la Figure 12 afin de déplacer le centre de gravité de la masse vers sa périphérie tout en gardant une grande rigidité de la pièce. Cette structure squelettique comporte une partie de liaison permettant de relier le secteur de masse 10 à l'axe de pivotement.

[0027] Il va de soit que l'invention n'est pas limitée aux variantes d'exécution décrites ci-dessus à titre d'exemples. Par exemple, la structure de ces composants horlogers peut être transposée à tout type de rouage horloger.

Revendications

1. Composant d'une pièce d'horlogerie choisi parmi une roue d'échappement (1a), un balancier (1b), une ancre (1c), une roue d'un train de rouages, et une masse oscillante (1d),
caractérisé en ce qu'
il possède une structure ajourée squelettique d'une épaisseur E, ladite structure étant pourvue de plusieurs évidements (2) repartis au travers de la structure de manière à ce que chaque évidement (2) soit séparé d'un évidement adjacent (2') par une paroi (3) dite rigidificateur, où la largeur (l) de chaque rigidificateur (3) de la structure squelettique est sensiblement identique, et le rapport entre l'épaisseur E de la structure squelettique et la largeur (l) de chaque rigidificateur (3) est compris entre 1/5 et 1.

2. Composant d'une pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux bras (4) constitués de la structure squelettique.

3. Composant d'une pièce d'horlogerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le rapport entre l'épaisseur E de ladite structure et la largeur (l) de chaque rigidificateur (3) est compris entre ¼ et ½ et notamment approximativement de 1/3.

4. Composant d'une pièce d'horlogerie selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que les évidements (2) ont une forme essentiellement triangulaire.

5. Composant d'une pièce d'horlogerie selon la revendication 4, caractérisé en ce que la plupart des angles des évidements triangulaires sont arrondis.

6. Roue d'échappement (1a) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comportant au moins deux bras (4) qui s'étendent à partir d'un axe de pivotement et dont les extrémités externes sont connectés à une serge (5), caractérisée en ce que les bras (4) et la serge (5) sont constitués de ladite structure squelettique.

7. Balancier (1 b) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comportant au moins deux bras (4) et un volant d'inertie (5'), lesdits bras (4) étant constitués de ladite structure squelettique, le balancier étant en outre caractérisé en ce que l'épaisseur E' du volant d'inertie (5') est d'au moins deux fois celle de ladite structure squelettique.

8. Ancre (1c) selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, comportant une baguette (6), un bras d'entrée (7) et un bras de sortie (8), caractérisé en ce que ladite baguette (6), le bras d'entrée (7) et le bras de sortie (8) sont constitués de la structure squelettique.

9. Composant d'une pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le composant est en acier ou en une matière synthétique tel que le rubis.

10. Composant d'une pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le composant est en silicium comportant un revêtement en une matière dure telle que le diamant.

11. Procédé de fabrication d'un composant d'une pièce d'horlogerie selon la revendication 9 ou 10, consistant à réaliser les évidements (2) par découpage au laser.

12. Procédé d'assemblage du composant d'une pièce d'horlogerie selon la revendication 9 ou 10 autour d'un axe de rotation (9) par frettage.

13. Echappement d'une montre mécanique comportant un composant d'une pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, notamment une roue d'échappement (1a); et une ancre (1 c); et/ ou un balancier (1 b).

14. Montre-bracelet comportant un composant d'une pièce d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, ou un échappement selon la revendication 13.

Dessins