L'invention concerne un ensemble disque-clavier pour une pièce d'horlogerie musicale ou à sonnerie, comportant au moins un disque tournant autour d'un axe et muni de goupilles saillantes sensiblement parallèlement audit axe, et agencées pour coopérer avec des lames que comporte au moins un clavier dudit ensemble, chaque dite goupille comportant une surface d'activation agencée pour coopérer avec une surface de réception complémentaire au niveau d'une extrémité distale d'une dite lame correspondante et laquelle extrémité distale est placée sur le même rayon dudit disque que ladite goupille, où la section desdites lames dudit clavier est progressivement croissante de ladite lame la plus courte qui est la plus aigüe, à ladite lame la plus longue qui est la plus grave, où ladite surface de réception complémentaire comporte une bordure d'extrémité, qui est placée, à la fin de la phase d'activation de ladite lame, sur le même rayon par rapport audit axe de pivotement qu'une bordure d'extrémité complémentaire que comporte ladite goupille, et ladite bordure d'extrémité et ladite bordure d'extrémité complémentaire étant des segments de droite.

L'invention concerne encore un mécanisme sonore, musical ou de sonnerie, comportant au moins un tel ensemble disque-clavier.

L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme sonore.

L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel mouvement ou/et au moins un tel mécanisme.

L'invention concerne le domaine des pièces d'horlogerie musicales et des boîtes à musique, et, plus particulièrement des montres musicales, montres à sonnerie et à répétitions minutes, et réveils.

Le mécanisme de sonnerie des montres musicales est généralement constitué par un clavier et un système d'activation des lames de ce clavier. Le système d'activation peut être un cylindre tournant, comme dans la plupart des boîtes à musique, ou encore un disque tournant.

Cette dernière solution, avec un disque tournant disposé dans le plan de la montre, est particulièrement avantageuse en raison de son faible encombrement vertical, mais elle limite fortement l'énergie d'activation des lames produisant les notes les plus graves. La mélodie est de ce fait assez peu audible.

Sur le disque de sonnerie, des goupilles traversantes sont disposées de manière à soulever et relâcher rapidement chaque lame du clavier. Deux critères sont généralement suivis pour le dimensionnement du système disque-clavier :

• toutes les lames ont la même course de levée, indépendamment de leur longueur;
• le relâchement des lames est abrupt pour éviter un suramortissement de la flexion et l'occurrence de bruits parasites.

Malgré l'ancienneté des pièces d'horlogerie musicales, aucune prescription n'existe dans l'état de la technique connue en ce qui concerne :

• l'adaptation de la position des lames du clavier par rapport au disque de sonnerie ;
• la largeur des lames du clavier et des goupilles d'activation ;
• la hauteur des lames du clavier ;
• la hauteur des goupilles d'activation ;
• l'adaptation entre la forme du plan incliné permettant de soulever la lame par le contact avec la goupille, la forme des goupilles et la direction de déplacement des goupilles (qui, pour un disque tournant, décrivent une orbite circulaire).

De ce fait, la consommation du couple et donc de l'énergie mécanique du mécanisme de sonnerie n'est généralement pas optimisée :

• la prise de couple est très différente pour l'activation des notes aigües et graves et peut être excessive, pour l'activation des lames du clavier les plus courtes, correspondant aux notes les plus aigües;
• une partie importante de l'énergie peut être consommée par la production d'une déformation incorrecte des lames du clavier, notamment une déformation ayant une contribution de torsion ou de flexion dans le plan de la montre : ces déformations étant sur-amorties et ayant une contribution fréquentielle incorrecte (dissonances), correspondent à une perte nette de rendement acoustique.

Puisque la perte d'énergie est proportionnelle à la force et au couple appliqués selon les degrés de liberté correspondants à ces déformations incorrectes, comme elle dépend du produit entre la déformation spatiale générée et la contrainte mécanique crée dans la matière, cette perte d'énergie peut être très importante même si les lames sont rigidifiées de telle manière à réduire fortement les déformations spatiales incorrectes, car alors les contraintes mécaniques augmentent.

Le document US 2 876 670 A au nom de DUNCAN décrit un ensemble disque-clavier de boîte à musique avec des lames d'épaisseur constante et de longueur et largeur inégales, toutes internes à la projection du disque sur le plan médian de la table du clavier, lequel comporte, dans sa partie massive du côté de l'attache des lames, des rainures faisant cavités résonantes..

Le document CH 704 670 A au nom de BREGUET décrit un ensemble disque-clavier de boîte à musique avec des lames toutes internes à la projection du disque sur le plan médian de la table du clavier, et où la hauteur des goupilles de commande du disque est adaptée en fonction du couple à transmettre

Le document CH 405 896 A au nom de FERNAND décrit un clavier de boîte à musique partiellement surmoulé dans un enrobage déterminant la longueur libre des différentes lames qui le composant.

Le document WO 2004/090863 A2 au nom de SEGAN LTD décrit un dispositif électronique de génération de musique, avec mémoire, générateur de sons magnétique, et un clavier.

L'invention se propose d'optimiser un système clavier-disque de sonnerie pour résoudre ces défauts de la technique.

Pour réduire les pertes d'énergie chroniques dans l'art antérieur, la présente invention vise à maximiser l'énergie dans le premier mode de flexion de chaque lame du clavier, en optimisant la direction et la typologie de l'effort produit lors de l'activation des lames, sans toutefois augmenter la rigidité des lames pour les degrés de liberté parasites: torsion et flexion dans le plan de la pièce d'horlogerie ou de la boîte à musique.

A cet effet, l'invention concerne un ensemble disque-clavier pour une pièce d'horlogerie musicale ou à sonnerie, selon la revendication 1.

L'invention concerne encore un mécanisme sonore, musical ou de sonnerie, comportant au moins un tel ensemble disque-clavier.

L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme sonore.

L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel mouvement ou/et au moins un tel mécanisme.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :

• la figure 1 représente, de façon schématisée et en vue en plan, un clavier de montre musicale selon l'invention, où les lames ont une largeur croissante de la lame la plus courte à la plus longue ;
• la figure 2 représente, de façon similaire à la figure 1, le clavier de la figure 1 en superposition avec le disque de sonnerie ou de mélodie avec lequel il coopère, où les lames les plus longues du clavier sont disposées en partie à l'extérieur du disque de sonnerie ;
• la figure 3 représente, de façon schématisée et en coupe selon un plan parallèle à l'axe de rotation du disque, et orthogonal à la radiale issue du centre du disque, ce plan passant par une direction T, et passant par un couple goupille-lame donné, un détail de coopération des plans inclinés d'une goupille et d'une lame vibrante d'un ensemble disque-clavier classique;
• la figure 4 représente un ensemble disque-clavier selon l'invention, avec une orientation du plan incliné de la lame et du plan incliné de la goupille selon la direction radiale du disque au point de contact lame-goupille;
• la figure 5 représente, sous forme d'un schéma-blocs, une montre musicale ou à sonnerie comportant un ensemble disque-clavier selon l'invention.

La disposition et les propriétés mécaniques et géométriques des lames du clavier et des goupilles du disque de sonnerie sont adaptées entre elles pour optimiser l'activation de chaque lame du clavier, assurer l'exploitation optimale de l'énergie mécanique et minimiser la prise de couple nécessaire à la génération du son.

L'invention concerne un ensemble disque-clavier 1 pour une pièce d'horlogerie 1000 musicale ou à sonnerie, comportant au moins un disque 2 tournant autour d'un axe D et muni de goupilles 3 saillantes sensiblement parallèlement à cet axe D, et agencées pour coopérer avec des lames 4 d'au moins un clavier 5.

Chaque goupille 3 comporte une surface d'activation 30, formée de préférence par un plan incliné ou similaire, qui est agencée pour coopérer avec une surface de réception complémentaire 40 au niveau d'une extrémité distale 41 d'une lame 4 correspondante et laquelle extrémité distale 41 est placée sur le même rayon du disque 2 que cette goupille 3, cette surface de réception complémentaire 40 étant aussi de préférence un plan incliné ou similaire.

L'activation correspond à la phase pendant laquelle la surface d'activation 30 pousse la surface de réception complémentaire 40 pour armer la lame en l'écartant de sa position au repos et lui fournir une énergie potentielle. La fin de l'activation intervient après l'armement complet de la lame 4 par la goupille 3 correspondante, et juste avant leur séparation pour laisser résonner la lame 4, la lame 4 restituant alors sous forme d'énergie sonore l'énergie potentielle qui lui a été fournie par la goupille 3 lors du mouvement de rotation du disque 2.

De façon avantageuse, la section des lames 4 du clavier 5 est progressivement croissante de la lame la plus courte 4C qui est la plus aigüe, à la lame la plus longue 4L qui est la plus grave. Par progressivement croissante, on entend ici croissante ou croissante par paliers, alors avec des sections identiques entre lames voisines de longueur différente. Dans une variante particulière de l'invention, la croissance est stricte d'une lame à l'autre. De façon avantageuse, la surface de réception complémentaire 40 comporte une bordure d'extrémité 42, qui est placée, à la fin de la phase d'activation de la lame 4, sur le même rayon par rapport à l'axe de pivotement D qu'une bordure d'extrémité complémentaire 32 que comporte la goupille 3.

Plus particulièrement, la largeur des lames 4 du clavier 5 est progressivement croissante de la lame la plus courte 4C (la plus aiguë) à la lame la plus longue 4L (la plus grave), tel que visible sur la figure 1. Par progressivement croissante, on entend ici croissante ou croissante par paliers, avec des largeurs identiques entre lames voisines de longueur différente. Dans une variante particulière de l'invention, la croissance est stricte d'une lame à l'autre.

De façon avantageuse, la largeur des goupilles d'activation 3 est elle aussi progressivement croissante, en correspondance avec la largeur des lames 4 avec lesquelles coopèrent les goupilles 3 considérées. La largeur d'une goupille 3 est sa dimension utile dans la direction radiale par rapport à l'axe D du disque 2, c'est-à-dire la dimension de la partie de cette goupille destinée à coopérer avec la lame 4 correspondante. Dans une réalisation particulière tel que visible sur la figure 4, la goupille 3 est de type trapézoïdal.

Des hauteurs de lames identiques pour l'ensemble du clavier permettent une fabrication plus économique, quand le clavier est monobloc.

Une variante imaginable consiste à jouer sur la hauteur des lames 4, et avoir, en variante de la largeur croissante des lames, une hauteur croissante des lames, ou, plus simplement, une section croissante des lames de la plus aigüe à la plus grave.; dans une réalisation particulière, la hauteur des lames 4 est progressivement croissante de la lame la plus courte 4C qui est la plus aigüe, à la lame la plus longue 4L qui est la plus grave. Toutefois l'énergie d'activation est alors supérieure si la lame a une section constante, ce qui fait préférer l'utilisation du mode illustré sur les figures où les lames ont une hauteur constante et une largeur variable.

Dans une réalisation particulière propre à l'invention, la bordure d'extrémité 42 et la bordure d'extrémité complémentaire 32 sont des segments de droite 49, 49A.

Plus particulièrement, selon l'invention, ces segments de droite 49, 49A, sont obliques, c'est-à-dire inclinés par rapport à un plan P perpendiculaire à l'axe D de rotation du disque.

Dans une réalisation particulière, la largeur des bordures d'extrémité complémentaire 32 que comportent les goupilles d'activation 3 est aussi progressivement croissante dans la même proportion que la section des lames 4 avec lesquelles coopèrent respectivement ces goupilles 3.

De façon avantageuse, tel que visible sur la figure 2, certaines des lames 4 parmi les plus longues du clavier 5 sont, au moins en partie, de préférence sur plus du tiers de leur longueur, disposées à l'extérieur du disque de sonnerie 2: cette propriété permet de minimiser la prise de couple, et donc de prolonger la réserve de marche de la sonnerie ou du mécanisme musical, ainsi que de rendre uniforme la prise de couple pendant une sonnerie ou pendant l'exécution d'une mélodie.

Par rapport à une configuration classique des surfaces d'activation 30 des goupilles 3, et des surfaces de réception complémentaires 40 des lames 4, qui sont les unes et les autres orientées orthogonalement à la direction principale des lames, l'invention propose une configuration permettant de consommer moins de couple: les surfaces d'activation 30 des goupilles 3, et des surfaces de réception complémentaires 40 des lames 4, sont orientées de manière adaptée, selon la direction radiale DR issue du centre du disque 2 et passant par le point de contact lame-goupille, tel que visible sur les figures 2 et 4, de façon à corriger l'angle que fait la lame 4 concernée avec la direction radiale locale DR pour éviter toute déperdition d'énergie lors de la levée de cette lame 4 par sa goupille 3, et à maximiser l'énergie stockée dans le premier mode de flexion de la lame.

La ligne de contact entre la goupille 3 et la lame 4 doit donc de préférence être selon la direction radiale du disque au moment du relâchement de la lame, donc à la fin de l'activation.

La figure 4 montre les deux extrémités des surfaces en coopération, la ligne 32 sur la goupille 3, et la ligne 42 sur la lame 4. Bien sûr, l'alignement radial strict est une condition optimale, qui ne peut pas toujours être remplie en raison de l'implantation des autres composants de la pièce d'horlogerie 1000 musicale ou à sonnerie, surtout dans le cas d'une montre où la sonnerie est liée à des complications occupant un volume important. Par rapport à cette radiale, on peut tolérer un écart angulaire maximal de préférence à 5°.

La figure 2 montre deux radiales DRC et DRL correspondant respectivement à la lame 4C la plus courte, et à la lame 4L la plus longue du clavier 5.

Puisque la pente, dans la réalisation selon l'invention, telle qu'illustrée où les surfaces 30 et 40 sont des plans inclinés, est orientée tangentiellement à la trajectoire T des goupilles 3 fixées sur le disque 2, chaque lame 4 est soulevée orthogonalement au plan P du clavier 2, en évitant ainsi la torsion et la flexion dans le plan de la montre.

Les goupilles 3 du disque 2 de sonnerie ont de préférence une hauteur, par rapport au plan P du disque 2, qui est progressivement croissante de la lame la plus courte à la lame la plus longue, ce qui impose une levée progressivement croissante.

L'énergie d'activation de chaque lame est donnée par : $$U=\frac{\mathit{Eb}{h}^3{\delta }^2}{8L^3}$$ où E est le module de Young, b la largeur, h la hauteur, L la longueur de la lame et δ la levée de la lame.

Selon l'invention, le ratio entre l'énergie d'activation de la lame la plus grave et celle de la lame la plus aigüe doit être supérieur à 1/3 (ce qui correspond à une différence de niveau acoustique inférieure à 5 dB).

Ce critère impose une relation stricte entre la largeur des lames, leur levée et leur longueur, dans une réalisation particulière où la hauteur des lames est avantageusement identique pour toutes les lames. En considérant la lame 4L la plus grave (la plus longue) (b_g ;L_g ; δ_g), et la lame 4C la plus aigüe (la plus courte) (b_a ;L_a ; δ_a), la relation est : $$\frac{b_g{\delta }_g^2}{L_g^3}\ge \frac{b_a{\delta }_a^2}{3L_a^3}$$

De façon particulière, pour des lames 4 de même hauteur et de même largeur, et chacune de caractéristiques de fréquence et levée données (f ; δ), la relation entre la lame 4L la plus grave (f_g ; δ_g), et la lame 4C la plus aigüe (f_a ; δ_a), obéit à l'inégalité $$\frac{{\delta }_g}{{\delta }_a}\ge \frac{2}{3}{\left(\frac{f_a}{f_g}\right)}^{3/4}.$$

Selon l'invention, les surfaces d'activation 30 des goupilles 3, et les surfaces de réception complémentaires 40 des lames 4, sont des plans obliques par rapport au plan P du disque 2, selon une direction radiale locale DR issue du centre du disque 2 et passant par le point de contact entre la lame 4 et la goupille 3 concernées.

Plus particulièrement, par rapport à l'axe D, une première radiale DRC correspondant à la lame 4 la plus courte 4C, et une deuxième radiale DRL correspondant à la lame 4 la plus longue 4L du clavier 5, font l'une avec l'autre un angle au centre non nul.

L'invention concerne encore un mécanisme sonore 100, musical ou de sonnerie, comportant au moins un tel ensemble disque-clavier 1.

L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie 200 comportant au moins un tel mécanisme sonore 100.

L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie 1000, notamment une montre, comportant au moins un tel mouvement 200 ou/et au moins un tel mécanisme 100.

L'invention présente de nombreux avantages :

• l'amélioration du niveau acoustique du son rayonné par une montre dans la bande de fréquences comprises entre 1 kHz et 4 kHz;
• l'augmentation de l'uniformité du niveau acoustique perçu au cours de la mélodie ;
• l'amélioration de l'accordage et de la pureté de la mélodie ;
• l'augmentation de la réserve de marche de la sonnerie.