[0001] La présente invention concerne un guidage flexible horloger, notamment un dispositif
de guidage élastique en rotation permettant le pivotement d'un organe d'un mouvement
de montre autour d'un axe de rotation.
[0002] Dans les mouvements horlogers il y a plusieurs composants qui pivotent autour d'un
axe de rotation tel que l'ancre, ou le balancier d'un dispositif d'échappement. Certains
de ces organes pivotants sont couplés à un ressort, entre autre des organes oscillants,
tels que le balancier du dispositif d'échappement. Dans les montres mécaniques, il
est avantageux d'avoir un mouvement à haut rendement afin d'augmenter la réserve de
marche. La perte d'énergie due aux frottements dans les paliers des pièces pivotantes
est l'une des sources de perte d'énergie les plus importantes. Le facteur de qualité
des pièces est aussi une considération importante pour les montres mécaniques.
[0003] Afin de réduire ces pertes, il est connu de proposer un guidage en rotation flexible
oscillant autour d'un pivot sans paliers tel que décrit dans la demande de brevet
EP 2 273 323. Ce guidage flexible comprend des composants en silicium gravés dans une plaque de
silicium pour réaliser une structure monolithique comportant un cadre, des lames élastiques
et un corps d'attache central. Pour obtenir un cadre suffisamment robuste et une amplitude
de rotation suffisamment élevée pour la fonction d'oscillateur, une pluralité de ces
structures monolithiques sont empilées les unes sur les autres. L'un des inconvénients
de cette structure est que le coût de fabrication des éléments monolithiques tridimensionnels
est élevé. En outre, les lames de ressort s'étendant dans la direction radiale sont
fragiles et n'ont pas une forme optimale pour la fonction désirée, à savoir une grande
souplesse dans le plan orthogonal à l'axe de rotation et une grande rigidité dans
la direction de l'axe de rotation. En effet, comme les lames sont gravées dans une
plaque de silicium selon la direction orthogonale à la surface de la plaque, le contrôle
de l'épaisseur de la lame est difficile à maîtriser avec précision, ce qui influe
négativement sur les performances et notamment les propriétés de souplesse, de robustesse
et de paramètres d'élasticité bien déterminés.
[0004] Un objet de l'invention est de fournir un dispositif de guidage élastique en rotation
compact et économique à fabriquer, et ayant un bon rendement à l'usage.
[0005] Il est avantageux, pour certaines fonctions, de fournir un dispositif de guidage
élastique permettant un grande angle de rotation.
[0006] Il est avantageux de fournir un procédé de fabrication d'un dispositif de guidage
élastique en rotation permettant de réaliser des structures complexes, selon l'application,
mais qui soit économique à mettre en oeuvre.
[0007] Il est avantageux de fournir un dispositif de guidage élastique à très faible consommation
d'énergie à l'usage.
[0008] Il est avantageux de fournir un dispositif de guidage élastique robuste.
[0009] Des objets de l'invention sont réalisés par un dispositif de guidage élastique en
rotation pour un mécanisme horloger selon la revendication 1. Les revendications dépendantes
décrivent des aspects avantageux de l'invention.
[0010] Dans la présente est décrit un dispositif de guidage élastique en rotation pour un
mécanisme horloger permettant la rotation d'un organe par rapport à un autre organe
autour d'un axe de rotation définissant une direction axiale.
[0011] Le dispositif comprend des lames de construction, chaque lame de construction comprend
une partie de fixation d'assemblage comprenant un corps et une partie fonctionnelle
s'étendant du corps jusqu'à une extrémité, la partie de fixation d'assemblage et la
partie fonctionnelle étant séparées par au moins une fente en au moins deux extensions
élastiquement connectées et qui s'étendent dans une direction radiale, ladite direction
transversale à la direction axiale, ledit dispositif comprenant en autre des zones
d'ancrage disposées à des extrémités axiales opposées du dispositif de guidage flexible,
les zones d'ancrage étant configurées pour être fixées auxdits organes. Les lames
de construction sont formées à partir d'une plaque mince (wafer) de matériau, notamment
de matériau cristallin, définissant un plan principal, les lames de construction étant
orientées de sorte que l'axe de rotation du guidage flexible soit parallèle au plan
principal des lames de construction.
[0012] Dans une forme d'exécution, la plaque mince comprend deux couches d'épaisseurs égales
ou différentes soudées ou collées ensemble, la lame de construction ayant des parties
avec une épaisseur correspondant à l'épaisseur de l'une des couches et des parties
avec une épaisseur correspondant à l'épaisseur des deux couches.
[0013] Dans une forme d'exécution, la partie de fixation d'assemblage de chacune des lames
de construction comprend une cavité ou un dégagement d'assemblage et une extension
d'assemblage qui s'entrecroisent et qui s'emboîtent, selon une direction radiale pour
être verrouillées ensemble.
[0014] Dans une forme d'exécution, le corps représente une partie centrale du dispositif
englobant un axe de rotation du dispositif.
[0015] Dans une forme d'exécution, le corps d'au moins l'une des lames de construction comprend
une cavité d'assemblage configurée pour l'insertion, selon une direction radiale,
transversale à la direction axiale, d'une partie de l'autre lame de construction de
sorte que dans la partie de fixation d'assemblage des lames de construction s'entrecroisent.
[0016] Dans une forme d'exécution, l'une des lames de construction comprend une fente formant
la cavité d'assemblage, la partie fonctionnelle de l'autre lame étant insérée dans
la fente jusqu'à ce que le corps de cette dernière butte contre le corps de la première.
[0017] Avantageusement, chaque lame de construction peut être formée par des procédés de
dépôt et/ou de gravage selon un procédé essentiellement bidimensionnel,
[0018] Dans une forme d'exécution, les lames de construction sont en une matière à base
de silicium. Dans une forme d'exécution, les lames de construction peuvent par exemple
être formées d'un wafer découpé à partir d'un bloc de silicium monocristallin.
[0019] Dans d'autres formes d'exécution les lames de construction peuvent être en Ni, NiP,
métal amorphe ou être formées par un procédé d'électroformage de type LIGA.
[0020] Les lames de construction peuvent aussi comporter des structures sacrificielles qui
aident à l'assemblage.
[0021] Dans une forme d'exécution, chaque lame de construction comprend une partie fonctionnelle
s'étendant dans une direction radiale de part et d'autre du corps, ce corps formant
une partie centrale de rotation par rapport aux extrémités des lames.
[0022] Dans une forme d'exécution, les extrémités des lames sont libres et flottantes.
[0023] Dans une forme d'exécution, le dispositif peut avantageusement être configuré en
tant que ressort, et simultanément en tant que support, pour un oscillateur ou organe
pivotant autour de l'axe de rotation, sans avoir besoin d'un autre pivot ou support
pour l'organe pivotant.
[0024] Dans une forme d'exécution, chacune des lames de construction ne comprend qu'une
partie fonctionnelle s'étendant de la partie de fixation d'assemblage, formant par
exemple une configuration essentiellement en "V".
[0025] Dans une forme d'exécution, la partie de fixation d'assemblage de chacune des lames
de construction comprend une cavité d'assemblage et une extension d'assemblage qui
s'entrecroisent et qui s'emboîtent dans une direction radiale pour être verrouillées
ensemble.
[0026] Dans une forme d'exécution, les lames de construction comprennent une pluralité de
fentes espacées dans la direction axiale pour former une pluralité d'extensions fonctionnelles
ayant des portions élastiques.
[0027] Dans une forme d'exécution avantageuse, chaque lame de construction forme une structure
monolithique.
[0028] Dans une forme d'exécution avantageuse, le dispositif ne comprend que deux lames
de construction monolithiques.
[0029] D'autres buts et aspects avantageux de l'invention apparaitront à la lecture des
revendications, ainsi que de la description détaillée de formes d'exécution ci-après,
et des dessins annexés, dans lesquels :
La Fig. 1a est une vue en perspective schématique d'un dispositif de guidage élastique
en rotation pour un mécanisme horloger, selon une forme d'exécution de l'invention
;
La Fig. 1b est une vue de la forme d'exécution de la figure 1a en cours d'assemblage
;
La Fig. 1c est un dessin schématique illustrant une fonction du dispositif de guidage
dans un mécanisme;
Les Fig. 2a, 2b sont des vues en perspective éclatée schématique d'un dispositif de
guidage élastique en rotation pour un mécanisme horloger, selon une deuxième forme
d'exécution de l'invention ;
La Fig. 2c est une vue en perspective du dispositif assemblé de la figure 2a ;
La Fig. 3 est une vue en perspective schématique d'un dispositif de guidage élastique
en rotation pour un mécanisme horloger, selon une troisième forme d'exécution de l'invention
;
La Fig. 4a est une vue en perspective éclatée d'un dispositif de guidage élastique
en rotation pour un mécanisme horloger, selon une quatrième forme d'exécution de l'invention
;
Les Fig. 4b et 4c sont des vues en perspective de la quatrième forme d'exécution en
position neutre et pivotée respectivement.
[0030] Faisant référence aux figures, un dispositif de guidage élastique en rotation 2 comprend
des lames de construction 4a, 4b configurées pour être assemblées et fixées ensemble
afin de former le dispositif de guidage élastique en rotation. Chaque lame de construction
comprend au moins une fente 12 séparant la lame de construction en au moins deux parties
couplées élastiquement et amovibles. Le dispositif de guidage élastique permet la
rotation autour d'un axe de rotation Z, d'un organe 1 (par exemple un balancier ou
une ancre) par rapport à un autre organe 3 (par exemple un bâti), les organes fixés
au dispositif de guidage élastique aux zones d'ancrage 9, 11 respectivement. Les zones
d'ancrage 9, 11 sont disposées à des extrémités axiales opposées du dispositif de
guidage flexible, la direction axiale étant définie par l'axe de rotation Z.
[0031] Les lames de construction 4a, 4b comprennent une partie de fixation d'assemblage
6, et une partie fonctionnelle 10 s'étendant de la partie de fixation d'assemblage
jusqu'à une extrémité libre 8, la partie de fixation d'assemblage 6 et la partie fonctionnelle
10 étant séparées par au moins une fente 12 en au moins deux extensions 17 élastiquement
connectés s'étendant dans une direction radiale X,
Y transversale à la direction axiale Z.
[0032] Le dispositif peut avoir des lames de construction avec des parties fonctionnelles
de part et d'autre de la partie de fixation d'assemblage 6 comme illustré dans les
figures 1 a et 1 b, ou avec une partie fonctionnelle ne s'étendant que d'un côté de
la partie de fixation d'assemblage 6 comme illustré dans les figures 2a à 2c. La partie
de fixation d'assemblage 6 peut constituer un corps 13, qui dans certaines formes
d'exécution ou variantes, représente la partie centrale du dispositif englobant l'axe
de rotation Z du dispositif.
[0033] Dans les figures, la direction axiale représentée par l'axe Z qui est parallèle à
l'axe de rotation du dispositif de guidage élastique en rotation. La direction radiale
est illustrée par les axes X et
Y se trouvant dans un plan orthogonal à la direction orthogonale Z. Dans les applications
de guidage flexible on cherche à avoir une grande rigidité dans la direction axiale
et une grande flexibilité en rotation.
[0034] La partie de fixation d'assemblage comprend un corps 13a, 13b, le corps 13b d'au
moins l'une des lames de construction 4b comprenant une cavité ou un dégagement d'assemblage
14 configuré pour l'insertion dans une direction radiale d'une partie de l'autre lame
de construction 4a de sorte que dans la partie de fixation d'assemblage 6 les lames
de construction 4a, 4b s'entrecroisent. Cet entrecroisement de parties de fixation
d'assemblage des deux lames de construction 4a, 4b est très avantageux puisqu'il permet
de fabriquer indépendamment les lames de construction de manière optimale pour définir
les épaisseurs de la lame tout en ayant, une fois assemblées, un dispositif de guidage
élastique en rotation avec une grande rigidité dans la direction axiale Z. En effet,
chaque lame de construction 4a, 4b peut être formée par des procédés connus de dépôt
ou de gravage, par exemple à travers un masque photolithographie, de silicium ou d'autres
matériaux dans un procédé essentiellement bidimensionnel. Un procédé bidimensionnel
permet d'obtenir des épaisseurs précises sur la longueur de la lame ainsi que des
formes représentées par différentes épaisseurs sur la longueur de la lame faciles
à fabriquer avec une grande précision via des masques définis par des procédés de
photolithographie simple. La direction de croissance ou de réduction des lames peut
être effectuée uniquement selon une direction de déplacement élastique
Tx, Ty orthogonale à la direction radiale
X, Y, un tel processus étant simple, économique et permettant de bien maîtriser les épaisseurs
afin d'obtenir des lames rigides dans la direction axiale
Z mais ayant une élasticité précise et bien contrôlée avec une structure uniforme et
robuste.
[0035] Les lames de construction sont formées à partir d'une plaque découpée dans un bloc
de matériau, notamment un matériau cristallin, la plaque étant communément appelée
« wafer ». Le bloc de matériau peut notamment être un bloc de silicium monocristallin
ou le bloc d'un autre matériau utilisé dans l'industrie des wafers pour circuits intégrés
ou de la micromécanique. Le gravage des lames de construction est effectué dans une
direction orthogonale au plan principal de la plaque (qui est parallèle à la surface
de découpe de la plaque). Les lames de construction sont orientées de sorte que l'axe
de rotation du guidage flexible, qui s'étend dans la direction axiale Z, soit parallèle
au plan principal des lames de construction. Les propriétés et caractéristiques élastiques
des lames de constructions dans leur direction de déplacement élastique
Tx, Ty sont par conséquent dépendantes des épaisseurs dans la direction orthogonale au plan
principal, ces épaisseurs pouvant être très bien maîtrisées dans des procédés de fabrication
économiques.
[0036] Dans une forme d'exécution, la plaque peut comporter deux couches d'épaisseurs égales
ou différentes soudées ou collées ensemble, cela permettant, dans un procédé de gravage,
d'obtenir des épaisseurs précises correspondantes aux épaisseurs de l'une ou l'autre
des couches. En effet, l'interface entre les deux couches définit un seuil permettant
d'arrêter précisément la réduction de matériau au niveau de l'interface lors du procédé
de gravage. La précision dans la formation des épaisseurs est un avantage pour bien
maitriser les propriétés élastiques et la résistance des lames de construction. Dans
cette forme d'exécution, on peut fabriquer économiquement et avec précision des lames
de construction à deux niveaux, ayant des parties avec une épaisseur correspondante
à l'épaisseur de l'une ou l'autre des couches et des parties avec une épaisseur correspondante
à l'épaisseur des deux couches.
[0037] Les lames de construction peuvent aussi comporter des structures sacrificielles qui
aident à l'assemblage.
[0038] Dans la forme d'exécution illustrée dans les figures 1b et 1a, l'une des lames de
construction 4b comprend une fente 14 formant la cavité d'assemblage, la partie fonctionnelle
10 de l'autre lame 4a étant insérée dans la fente 14 jusqu'à ce que le corps 13a de
cette dernière butte contre le corps 13b de la lame de construction 4b. Dans la variante
illustrée, chaque lame de construction 4a, 4b comprend une partie fonctionnelle 10
s'étendant dans une direction radiale de part et d'autre du corps 13a, 13b, ce corps
formant une partie centrale de rotation par rapport aux extrémités 8 des lames. Dans
cette forme d'exécution, les extrémités 8 des lames sont libres. Cependant, dans des
variantes, les extrémités 8 peuvent être fixées à un balancier ou à un bâti ou à une
autre structure.
[0039] Le corps 13a, 13b est fixé dans les zones d'ancrage 9, 11 de part et d'autre de la
fente 12 à deux organes, l'un étant mobile relatif à l'autre. Par exemple, l'une des
zones d'ancrage 9 peut être fixée à un bâti, et l'autre des zones d'ancrage à un organe
pivotant par rapport au bâti. Dans cette forme d'exécution, le dispositif peut servir
en tant que ressort et de support pour un oscillateur ou organe pivotant autour de
l'axe de rotation
Z, sans avoir besoin d'un autre pivot ou support pour l'organe pivotant. Le dispositif
peut toutefois être utilisé dans d'autres configurations, par exemple le corps central
13 peut être fixé à deux organes mobiles aux zones d'ancrage 9, 11, les extrémités
8 des lames étant couplées à un bâti.
[0040] Faisant référence à la forme d'exécution illustrée dans les figures 2a à 2c, les
lames de construction 4a, 4b ne comprennent chacune qu'une partie d'extension fonctionnelle
10 s'étendant de la partie de fixation d'assemblage 6 formant une configuration en
"V". Les extrémités axiales 9, 11 de la partie de fixation d'assemblage 6 peuvent
être couplées à des organes ou structures mobiles relatifs entre eux. La partie de
fixation d'assemblage 6 de chacune des lames de construction 4a, 4b comprend une cavité
d'assemblage 14 et une extension d'assemblage 15 qui s'entrecroisent et qui s'emboîtent
pour être verrouillées ensemble. Les deux lames de construction peuvent êtres verrouillées
ensemble par un procédé de soudage ou de brasure, par une colle, ou par une pince
ou autre moyen de clipsage mécanique. Les lames de construction 4a, 4b peuvent comprendre
une pluralité de fentes 12 espacées dans la direction axiale
Z tel qu'illustré dans la figure 2c, la figure 3 et les figures 4a à 4c pour former
une pluralité de parties d'extensions fonctionnelles ayant des parties élastiques
16. Cela permet d'augmenter l'amplitude de l'angle de rotation élastique entre les
zones d'ancre 9, 11.
[0041] Les lames de construction peuvent avoir des formes complexes tout en étant simples
à fabriquer avec précision, en variant l'épaisseur dans la direction de gravure respectivement
de dépôt (direction
T) par exemple comme illustré dans les figures 2a à 2c avec une partie fonctionnelle
comprenant des portions élastiques 16 et une portion rigide 18 interposée entre les
portions élastiques ainsi qu'une fente radiale 12 ou plusieurs fentes radiales 12.
Un autre exemple est illustré dans les figures 4a à 4c, où les lames comprennent des
portions élastiques 16 s'étendant essentiellement sur toute la longueur de la lame
et connectées à leurs extrémités 8 à des portions rigides 18, les portions rigides
s'étendant des extrémités 8 à l'axe de pivot
Z. Les portions élastiques ont des parois plus minces que les parois des portions rigides.
[0042] L'élasticité dans la direction de rotation (direction
T) des lames de construction peut être maîtrisée en variant la longueur des portions
rigides 18 respectivement la longueur des portions élastiques 16, et aussi en variant
le nombre d'extensions radiales, respectivement de fentes, empilés dans la direction
axiale. Cela permet également de maîtriser la distribution des masses et en finalité
non seulement la constante du ressort mais également les fréquences de résonnance,
notamment de premier ordre du système élastique.
[0043] Un avantage de l'invention est que les lames de construction peuvent être fabriquées
en tant que pièces structurées et en deux niveaux : un premier niveau qui peut être
très fin, par exemple de l'ordre de 10µm pour façonner les lames flexibles, et un
niveau plus épais, par exemple de l'ordre de grandeur de 400µm, permettant de réaliser
des montants rigides, cela donnant essentiellement une pièce planaire structurée à
deux niveaux avec des fentes. L'assemblage de deux lames par entrecroisement et emboîtement
est aussi très simple à effectuer.
[0044] Un guidage flexible selon l'invention peut être utilisé pour différentes applications,
par exemple en tant que guidage de l'ancre dans une montre, ou en tant que guidage
du balancier dans une montre, le balancier n'ayant plus d'axe pivotant à frottement
ni de spirale, ces deux éléments étant remplacés par le guidage flexible.
Liste de références
[0045]
1 organe (e.g. balancier)
2 dispositif de guidage élastique en rotation
3 organe (e.g. bâti)
4a, 4b lames de construction
6 partie de fixation d'assemblage
13 corps
14 cavité d'assemblage
15 extension d'assemblage
8 extrémité libre
10 partie fonctionnelle
17 extension radiale
16 portion élastique
18 portion rigide
12 fente radiale
9, 11 zones d'ancrage
Z direction axiale / axe de rotation
X, Y directions radiales
X-Y plan radial
Z-X, Z-Y plan axial
Tx, Ty directions de déplacement élastique
1. Dispositif de guidage élastique en rotation pour un mécanisme horloger permettant
la rotation d'un organe par rapport à un autre organe autour d'un axe de rotation
Z définissant une direction axiale, comprenant des lames de construction (4a, 4b),
chaque lame de construction comprend une partie de fixation d'assemblage (6) comprenant
un corps (3a, 3b) et une partie fonctionnelle (10) s'étendant du corps jusqu'à une
extrémité (8), la partie de fixation d'assemblage et la partie fonctionnelle étant
séparées par au moins une fente (12) en au moins deux extensions (17) élastiquement
connectés qui s'étendent dans une direction radiale (X, Y) transversale à la direction
axiale, ledit dispositif comprenant en outre des zones d'ancrage (9, 11) disposées
à des extrémités axiales opposées du dispositif de guidage flexible, et configurées
pour être fixées auxdits organes, ledit dispositif étant caractérisé en ce que les lames de construction sont formées à partir d'une plaque de matériau définissant
un plan principal, les lames de construction étant orientées de sorte à ce que l'axe
de rotation du guidage flexible Z soit parallèle au plan principal des lames de construction.
2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite plaque est en un matériau cristallin.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite plaque comprend deux couches d'épaisseurs égales ou différentes soudées ou
collées ensemble, la lame de construction ayant des parties avec une épaisseur correspondant
à l'épaisseur de l'une des couches et des parties avec une épaisseur correspondant
à l'épaisseur des deux couches.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps représente une partie centrale du dispositif englobant un axe de rotation
(Z) du dispositif.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le corps (13b) d'au moins l'une des lames de construction (4b) comprend une cavité
d'assemblage (14) configurée pour l'insertion, dans une direction radiale, d'une partie
de l'autre lame de construction (4a) de sorte que dans la partie de fixation d'assemblage
des lames de construction s'entrecroisent.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'une des lames de construction (4b) comprend une fente (14) formant la cavité d'assemblage,
la partie fonctionnelle de l'autre lame (4a) étant insérée dans la fente jusqu'à ce
que le corps (13a) de cette dernière butte contre le corps (13b) de la première.
7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque lame de construction est formée par des procédés de dépôt et/ou de gravage
dans un procédé essentiellement bidimensionnel.
8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames de construction sont réalisées en une matière à base de silicium.
9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque lame de construction comprend une partie fonctionnelle s'étendant dans une
direction radiale de part et d'autre du corps, ce corps formant une partie centrale
de rotation par rapport aux extrémités (8) des lames.
10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les extrémités (8) des lames sont libres.
11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est configuré en tant que ressort et support pour un oscillateur ou organe pivotant
autour de l'axe de rotation Z, sans avoir besoin d'un autre pivot ou support pour
l'organe pivotant.
12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des lames de construction ne comprennent qu'une partie fonctionnelle s'étendant
de la partie de fixation d'assemblage, formant une configuration en "V".
13. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les lames de construction comprennent une pluralité de fentes espacées dans la direction
axiale pour former une pluralité d'extensions fonctionnelles ayant des portions élastiques
(16).
14. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque lame de construction forme une structure monolithique.
15. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est constitué de deux lames de construction.
16. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la partie de fixation d'assemblage de chacune des lames de construction comprend
une cavité ou un dégagement d'assemblage (14) et une extension d'assemblage (15) qui
s'entrecroisent et qui s'emboîtent dans une direction radiale pour être verrouillées
ensemble.
17. Mouvement de montre comprenant un dispositif selon l'une des revendications précédentes.