Oscillateur mécanique

Abstract

 La présente invention concerne un oscillateur mécanique oscillant autour d'un axe d'oscillation sans pivot, ledit oscillateur comportant :
- une serge (18) centrée sur l'axe d'oscillation et montée sur une première portion d'attache (32) située sur ledit axe d'oscillation,
- une portion de fixation (10) destinée à être fixée à un bâti d'un mouvement d'horlogerie,
- une pluralité de systèmes élastiques reliant la serge et la portion de fixation.
Selon l'invention, au moins certain des systèmes élastiques sont suspendus et sont libres en référence audit bâti.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention se rapporte au domaine de l'horlogerie mécanique. Elle concerne, plus particulièrement, un oscillateur mécanique oscillant autour d'un axe d'oscillation sans pivot. Un tel oscillateur comporte :

• une serge centrée sur l'axe d'oscillation et montée sur une première portion d'attache située sur ledit axe d'oscillation,
• une portion de fixation destinée à être fixée à un bâti d'un mouvement d'horlogerie,
• une pluralité de systèmes élastiques reliant la serge et la portion de fixation.

Etat de la technique

[0002] Dans les montres mécaniques, l'énergie permettant le fonctionnement du mouvement est fournie, de manière conventionnelle, par un ressort que l'on arme. Il libère progressivement son énergie, grâce à un mécanisme d'échappement, régulé par un oscillateur mécanique. Dans les mécanismes de montre les plus courants, l'oscillateur est un balancier-spiral, bien connu de l'homme du métier. Le balancier-spiral est muni de pivots, coopérant avec des paliers. Pour la régularité de l'oscillation et limiter la quantité d'énergie que le balancier-spiral doit recevoir pour que ses oscillations soient entretenues, on comprend aisément que les conditions de frottement au niveau des pivots du balancier-spiral doivent être optimales. Des efforts importants ont été fournis afin d'améliorer la qualité des paliers ou celle de la lubrification.

[0003] Le document EP1736838 propose un oscillateur sans pivot. Ce dernier comporte un corps, centré sur l'axe d'oscillation de l'oscillateur, ce corps étant relié au bâti du mouvement par quatre ressorts en forme de U, se déformant au cours de l'oscillation. Ce système, particulièrement intéressant au niveau de la réduction des frottements, puisqu'il ne comporte pas de pivot, est cependant limité dans ses applications. En effet, il est particulièrement adapté au mécanisme d'échappement décrit dans le document correspondant, qui fonctionne à une fréquence importante, mais avec une amplitude des oscillations limitée. De fait, il ne saurait être appliqué à un échappement conventionnel, de type à ancre suisse par exemple.

[0004] La présente invention a pour but de proposer un oscillateur mécanique sans pivot, bénéficiant des avantages de l'oscillateur quant à la réduction des frottements, mais exempt de ses inconvénients et adaptables à un échappement conventionnel.

Divulgation de l'invention

[0005] De manière plus précise, l'invention porte sur un oscillateur tel que défini dans les revendications.

Brève description des dessins

[0006] D'autres caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre, faite en référence au dessin annexé, dans lequel :

• la figure 1 et la figure 2 sont respectivement des vues en perspective et de côté d'un premier mode de réalisation d'un oscillateur selon l'invention,
• la figure 3 est une vue en perspective d'un deuxième mode de réalisation, et
• la figure 4 propose une vue de dessus d'un système de réglage de l'oscillateur selon l'invention, avec une vue en gros plan.

Mode(s) de réalisation de l'invention

[0007] On a représenté sur la figure 1 un oscillateur selon l'invention, destiné à être monté dans un mouvement horloger non représenté. Pour sa fixation au bâti du mouvement, l'oscillateur comprend une portion de fixation 10, pouvant consister en une plaque 12 munie d'au moins deux orifices 14 pour recevoir des vis de fixation. L'utilisation d'une plaque 12 est intéressante car elle permet d'offrir une bonne stabilité à l'oscillateur, qui n'est ainsi pas relié au bâti par des zones ponctuelles. La portion de fixation 10 peut en outre présenter des flancs 16 droits et parallèles pour coopérer avec des parois de guidage d'un logement ménagé dans le bâti et destiné à recevoir la portion de fixation. Dans ce cas, les orifices 14 peuvent être en forme d'oblongs orientés parallèlement à ces flancs 16. Ainsi, la position longitudinale de la portion de fixation 10 en référence au logement peut être réglée, pour ajuster la position de l'oscillateur. L'homme du métier pourra bien sûr adapter d'autres systèmes de réglage de la position de la portion de fixation 10, soit dans le plan, soit en hauteur, éventuellement par des vis micrométriques ou autres.

[0008] L'oscillateur comprend une serge 18 tronquée ou annulaire, jouant le rôle d'un balancier conventionnel. Le centre de la serge 18 définit l'axe d'oscillation de l'oscillateur. En son centre, la serge 18 est agencée de manière à pouvoir être montée sur une portion d'attache pour être reliée aux autres éléments de l'oscillateur, comme on va le décrire par la suite. Selon l'exemple illustré au dessin, la serge 18 comprend une ouverture 20, centrée sur l'axe d'oscillation, à l'intérieur de laquelle prend place rigidement une portion d'attache de l'élément voisin de l'oscillateur.

[0009] La serge 18 est idéalement réalisée dans un matériau à forte densité, tel que l'or ou le platine, mais elle peut également être fait dans un matériau cuivreux, de type laiton, habituellement utilisé pour faire des balanciers. La serge 18 porte, au niveau de sa partie centrale, un doigt, par exemple en silicium, ou une ellipse en rubis, jouant le rôle d'une cheville de plateau d'un balancier conventionnel et représenté schématiquement sous la référence 19 sur la figure 2. Cette ellipse ou ce doigt est disposé en saillie, parallèlement à l'axe d'oscillation et est destiné à coopérer avec l'ancre ou avec une palette de dégagement du mécanisme d'échappement du mouvement.

[0010] La serge 18 est reliée à la portion de fixation 10 par une série d'organes de rappel. Chaque organe de rappel est formé d'une paire de lames élastiques 22 constituée d'une première et d'une deuxième lames situées dans un même plan perpendiculaire à l'axe d'oscillation. Les lames 22 d'une paire sont reliées, par une première de leurs extrémités, à une portion d'attache intermédiaire 24 située sur l'axe d'oscillation. La deuxième extrémité des lames élastiques 22 est reliée à un cadre 26 suspendu qui est coplanaire aux lames qu'il relie. Les lames 22 d'une paire définissent entre elles un angle compris entre 45 et 120°, typiquement compris entre 60 et 105°, typiquement voisin de 90°.

[0011] Le cadre 26 est de préférence de forme circulaire, concentrique à l'axe d'oscillation. Les lames 22 d'une paire sont alors situées sur des rayons du cercle défini par le cadre. Toutes les lames élastiques ont donc la même longueur.

[0012] Dans un premier mode de réalisation représenté sur les figures 1 et 2, des organes de rappel sont assemblés deux par deux, en étant reliés rigidement uniquement par leur cadre 26. Autrement dit, deux organes de rappel sont superposés, au moins partiellement, ce qui définit un organe de rappel supérieur et un organe de rappel inférieur, en référence au dessin, avec la serge 18 qui est située du côté inférieur. Dans l'exemple, deux organes de rappel sont entièrement superposés. Les cadres 26 sont fixés l'un à l'autre, par exemple par un cadre intermédiaire 28, en maintenant une distance entre eux de manière à ce que les lames 22 des deux organes de rappel ne se touchent pas. Les portions d'attache intermédiaires 24 des organes de rappel dont les cadres sont reliés, sont libres l'une en référence à l'autre. Elles ne sont pas liées directement entre elles. Dans la présente description, on considère que l'ensemble formé par deux organes de rappel reliés l'un à l'autre par leur cadre, est appelé un système élastique.

[0013] Plusieurs systèmes élastiques peuvent ainsi être assemblés l'un à l'autre, par l'intermédiaire des portions d'attache intermédiaires 24 des premier et deuxième organes de rappel. La portion d'attache intermédiaire 24 d'un organe de rappel supérieur d'un premier système élastique peut être reliée rigidement à la portion d'attache intermédiaire 24 d'un organe de rappel inférieur d'un deuxième système élastique. La liaison peut avantageusement se faire par l'intermédiaire d'une entretoise 30 de manière à éviter que les lames élastiques de deux organes de rappel se touchent.

[0014] De même, la portion d'attache intermédiaire 24 d'un organe de rappel inférieur du premier système élastique peut être reliée rigidement à la portion d'attache intermédiaire 24 d'un organe de rappel supérieur d'un troisième système élastique.

[0015] Dans l'exemple représenté, on n'a que deux système élastiques, régulièrement répartis autour de l'axe d'oscillation. Ainsi, la portion d'attache intermédiaire 24 de l'organe de rappel inférieur du premier système élastique est reliée à la serge 18, comme évoqué ci-dessus. Une entretoise formant une première portion d'attache 32, assure que la serge 18 ou les bras tenant la serge ne frotte pas contre les lames élastiques 22. L'entretoise relie la portion d'attache intermédiaire 24 de l'organe de rappel inférieur et s'insère rigidement dans l'ouverture 20 de la serge 18.

[0016] La portion d'attache intermédiaire 24 de l'organe de rappel supérieur du deuxième système élastique est reliée à la portion de fixation 10. Cette dernière est dotée de deux lames élastiques 34, semblables à celles d'un organe de rappel et se réunissant en une dernière portion d'attache 36 centrée sur l'axe d'oscillation. Une entretoise 30 assurant que les lames élastiques de la portion de fixation ne frottent pas contre les lames élastiques de l'organe de rappel, relie rigidement la portion d'attache intermédiaire 24 de l'organe de rappel supérieur et la dernière portion d'attache 36.

[0017] Les organes de rappel sont réalisés de manière privilégiée, en silicium par gravage profond à partir d'un wafer, ce qui permet de réaliser de manière monolithique le cadre 26, les lames 22 et la portion d'attache intermédiaire 24. D'autres matériaux peuvent être envisagés, notamment du diamant synthétique polycristallin. Dans le cas de pièces en silicium, leur surface peut être oxydée de manière à stabiliser la fréquence propre du système en température et une meilleure stabilité à la manipulation.

[0018] L'ensemble des lames élastiques 22 et 34 est arrangé et calculé de telle manière que tous les degrés de liberté de la serge 18 sont minimisés, à l'exception de l'oscillation autour de l'axe d'oscillation. Ainsi, tous les degrés de liberté de la serge sont rigides, c'est-à-dire plus grand, comparativement au degré de liberté autour de l'axe d'oscillation. La raideur angulaire de l'oscillateur autour de cet axe est calculée de manière à assurer une fréquence déterminée à l'oscillateur. Il n'y a donc pas de ressort-spiral. Au cours des oscillations, les lames élastiques se déforment mais, grâce au fait que les cadres 26 des organes de rappel sont libres et qu'ils sont assemblés deux par deux, ils se déplacent radialement en référence à l'axe, mais sans perturber ni déplacer les portions d'attache 24 qui restent sur l'axe d'oscillation.

[0019] En fonction de la place disponible dans le mouvement et de la proximité des autres éléments du mouvement, soit les différents systèmes élastiques sont suffisamment rigides pour éviter que, en cas de chocs, des parties de l'oscillateur vienne heurter d'autres pièces du mouvement ou alors, on prévoit des butées de limitation pour éviter ces collisions qui risqueraient d'endommager les pièces fragiles, en silicium.

[0020] Dans un deuxième mode de réalisation proposé à la figure 3, les organes de rappel d'un système élastique ne sont pas entièrement superposés. Néanmoins, ils sont de préférence situés à équidistance du centre d'oscillation et toutes les lames 22 ont la même longueur. Seule une partie de leur cadre 26 est superposée afin de permettre leur solidarisation. La portion d'attache n'est pas représentée pour des raisons de clarté du dessin.

[0021] Une option possible est représentée à la figure 4. On propose un système de précontrainte en compression ou en traction des lames d'un organe de rappel, un tel système pouvant être implémenté soit au niveau de chaque organe de rappel ou au niveau de chaque système élastique. En exerçant une précontrainte en traction sur les lames 22, la rigidité angulaire des lames est réduite, et en exerçant une précontrainte en compression sur les lames 22, la rigidité angulaire des lames est augmentée, ce qui permet d'ajuster la fréquence propre du système et de jouer le rôle d'une raquetterie (d'ajuster le temps moyen et donc la marche de la montre).

[0022] Comme le montre la figure 4, on peut réaliser, sur la paroi du ou des cadres 26, éventuellement sur le cadre intermédiaire 28, un organe d'attache 38 à plusieurs positions, présentant par exemple une denture. Un système ressort 40 ayant un point d'attache sur le centre d'oscillation présente à son autre extrémité un organe d'accrochage 42 susceptible de coopérer avec l'organe d'attache 38. Par exemple, l'organe d'accrochage 42 est obtenu par une ou deux dents 44 conformées pour coopérer avec la denture. La denture de l'organe d'attache peut être mobile élastiquement pour permettre d'ajuster la position de l'organe d'accrochage 42 dans la denture. Le système ressort 40 est agencé de manière à exercer sur le cadre 26 une contrainte en traction ou en compression des lames 22. On pourra envisager d'autres systèmes de réglage, mais celui-ci est avantageux car les éléments peuvent être réalisés directement, de manière monolithique, au cours du gravage des organes de rappel.

[0023] On notera que pour une serge annulaire, la périphérie lourde, réalisée dans un matériau métallique, peut être reliée à la portion d'attache pour une liaison en silicium venue d'une pièce avec la portion d'attache. Cela permet d'accentuer la répartition de la masse à l'extérieur.

[0024] Ainsi est proposé un oscillateur ne présentant aucun frottement, ni usure et ne nécessitant pas de lubrification. Les amplitudes au plat et au pendu se trouvent égalisées, du fait de l'absence de pivot. Un tel oscillateur peut être adapté à des échappements et des mouvements conventionnels, grâce aux amplitudes et fréquences atteintes. Typiquement, l'amplitude est de 100° (on rappelle que, pour l'homme du métier, l'amplitude est définie dans chaque sens par rapport à la ligne des centres). En outre, étant donné qu'il n'y a pas de pivot, l'oscillateur n'est pas tenu par un pont de balancier recouvrant l'axe d'oscillation. L'oscillateur peut donc être entièrement visible de l'extérieur du mouvement. Enfin, la mise en série des organes de rappel permet d'augmenter le nombre de lames élastiques intervenant dans le dimensionnement de l'oscillateur, ce qui permet de diminuer leur raideur pour des caractéristiques données de l'oscillateur.

Revendications

1. Oscillateur mécanique oscillant autour d'un axe d'oscillation sans pivot, ledit oscillateur comportant :

- une serge (18) centrée sur l'axe d'oscillation et montée sur une première portion d'attache (32) située sur ledit axe d'oscillation,

- une portion de fixation (10) destinée à être fixée à un bâti d'un mouvement d'horlogerie,

- une pluralité de systèmes élastiques reliant la serge et la portion de fixation,
caractérisé en ce que au moins certain des systèmes élastiques sont suspendus et sont libres en référence audit bâti.

2. Oscillateur mécanique selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite portion de fixation est dotée de deux lames élastiques (34), situées dans un même plan perpendiculaire à l'axe d'oscillation et reliées en une dernière portion d'attache (36) située sur ledit axe d'oscillation.

3. Oscillateur mécanique selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un nombre paire d'organes de rappel comprenant :

- une paire de lames élastiques (22) constituée d'une première et d'une deuxième lames situées dans un même plan perpendiculaire à l'axe d'oscillation et reliées, par une première de leurs extrémités, à une portion d'attache intermédiaire (24) située sur ledit axe d'oscillation, et

- un cadre (26) suspendu relié aux lames d'une paire par leur deuxième extrémité, ledit cadre étant coplanaire aux lames qu'il relie,
et en ce qu'un organe de rappel inférieur et un organe de rappel supérieur sont reliés rigidement deux à deux uniquement par leur cadre (26) suspendu pour former un premier système élastique, la portion d'attache intermédiaire de l'organe de rappel inférieur étant reliée à la portion d'attache intermédiaire d'un organe de rappel supérieur d'un deuxième système élastique ou à la première portion d'attache, la portion d'attache intermédiaire de l'organe de rappel supérieur étant reliée à la portion d'attache d'un organe de rappel inférieur d'un troisième système élastique ou à la dernière portion d'attache.

4. Oscillateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de systèmes élastiques régulièrement répartis autour de l'axe d'oscillation.

5. Oscillateur selon l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que toutes les lames élastiques sont de même longueur.

6. Oscillateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits cadres (26) suspendus sont concentriques à l'axe d'oscillation.

7. Oscillateur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les premier et deuxième organes de rappel d'un système élastique sont superposés.

8. Oscillateur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les premier et deuxième organes de rappel d'un système élastique sont décalés angulairement.

9. Oscillateur selon l'une des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que les organes de rappel sont réalisés en silicium.

10. Oscillateur selon la revendication 9, caractérisé en ce que le silicium est recouvert d'une couche d'oxyde.

11. Oscillateur selon l'une des revendications 3 à 10, caractérisé en ce que les organes de rappel sont réalisés diamant synthétique polycristallin.

12. Oscillateur selon l'une des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un système de précontrainte en traction ou en compression des lames d'un organe de rappel.

13. Oscillateur selon la revendication 12, caractérisé en ce que le système de précontrainte est monolithique avec l'organe de rappel.

14. Oscillateur selon l'une des revendications 11 à 13, le système de précontrainte comporte :

- un organe d'attache (38) à plusieurs positions en lien avec un cadre de l'organe de rappel,

- un système ressort (40) ayant un point d'attache sur le centre d'oscillation et présentant à son autre extrémité un organe d'accrochage (42) susceptible de coopérer avec l'organe d'attache et pour occuper plusieurs positions différentes en référence à l'organe d'attache.

15. Oscillateur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la serge comporte un organe en saillie, parallèle à l'axe d'oscillation, pour coopérer avec un mécanisme d'échappement.

Dessins