La présente invention concerne un oscillateur d'horlogerie pouvant servir de base de temps dans un mouvement horloger mécanique.

Plus particulièrement, la présente invention concerne un oscillateur d'horlogerie à pivot flexible, c'est-à-dire un oscillateur comprenant une serge guidée en rotation non pas par un axe physique mais par des lames élastiques qui relient la serge à un support et qui définissent un axe de rotation virtuel.

Le pivot flexible utilisé dans la présente invention est du type à lames croisées séparées : les lames qui relient la serge au support s'étendent dans des plans parallèles différents et se croisent sans contact.

Des oscillateurs d'horlogerie à lames croisées séparées sont décrits dans les demandes de brevet EP 2 911 012 et WO 2016/096677. Dans l'oscillateur selon EP 2 911 012 les lames se croisent aux 7/8^ème de leur longueur conformément à la théorie développée par W.H. Wittrick. Ce croisement des lames aux 7/8^ème de leur longueur a pour effet de minimiser les déplacements de l'axe de rotation virtuel et donc de rendre la fréquence de l'oscillateur indépendante de l'orientation de la montre par rapport à la gravité. La demande de brevet WO 2016/096677 enseigne quant à elle qu'avec un angle entre les lames élastiques compris entre 68° et 76°, et de préférence égal à 71,2°, le moment résultant de l'action des lames peut être linéaire en fonction de l'angle de rotation de la serge, rendant ainsi la fréquence de l'oscillateur indépendante de l'amplitude d'oscillation (isochronisme).

Ces oscillateurs présentent l'inconvénient d'une faible tenue aux chocs, la serge ayant tendance à pivoter autour d'un axe parallèle à son plan lors de chocs verticaux.

La présente invention vise à proposer un oscillateur d'horlogerie à lames croisées séparées dont la tenue aux chocs est améliorée tout en permettant à l'oscillateur d'avoir une fréquence indépendante des positions de la montre et de l'amplitude d'oscillation ou, en variante, d'avoir un anisochronisme souhaité pour compenser un défaut apporté par exemple par l'échappement.

A cette fin il est proposé un oscillateur d'horlogerie comprenant une serge, un support et un pivot flexible reliant la serge au support pour guider la serge en rotation par rapport au support autour d'un axe de rotation virtuel, le pivot flexible étant agencé pour rappeler élastiquement la serge vers une position de repos, caractérisé en ce que le pivot flexible comprend une première paire de lames constituée par des première et deuxième lames élastiques qui s'étendent dans des premier et deuxième plans parallèles et qui se croisent sans contact et une deuxième paire de lames constituée par des troisième et quatrième lames élastiques qui s'étendent dans des troisième et quatrième plans parallèles aux premier et deuxième plans et qui se croisent sans contact, et en ce que, en vue plane de dessus et lorsque la serge est dans sa position de repos, la première paire de lames et la deuxième paire de lames sont symétriques par rapport au centre de rotation de la serge et le point de croisement des première et deuxième lames élastiques est décalé par rapport au point de croisement des troisième et quatrième lames élastiques.

La présente invention propose en outre un mouvement horloger et une montre comprenant l'oscillateur tel que défini ci-dessus.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

• les figures 1 et 2 sont respectivement une vue en perspective et une vue plane de dessus d'un oscillateur d'horlogerie selon un premier mode de réalisation de l'invention ;
• la figure 3 est une vue plane de dessus d'une zone centrale de l'oscillateur d'horlogerie selon le premier mode de réalisation ;
• la figure 4 est un diagramme montrant l'écart de marche maximum entre les différentes positions de référence de l'oscillateur d'horlogerie par rapport à la force gravitationnelle en fonction de la position de points de croisement de lames élastiques de l'oscillateur ;

• la figure 5 est un diagramme montrant la marche de l'oscillateur d'horlogerie entre des amplitudes d'oscillation de 20° et de 2° en fonction de la distance, en vue plane de dessus, entre lesdits points de croisement ;
• la figure 6 est un dessin schématique montrant un oscillateur d'horlogerie selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ;
• la figure 7 est une vue en perspective d'un oscillateur d'horlogerie selon un troisième mode de réalisation de l'invention ; et
• la figure 8 est une vue en perspective d'un dispositif de réglage sur lequel peut être monté l'oscillateur d'horlogerie selon le troisième mode de réalisation de l'invention.

En référence aux figures 1 et 2, un oscillateur d'horlogerie 1 selon l'invention, pour un mouvement horloger mécanique destiné à faire partie d'une montre telle qu'une montre-bracelet ou une montre de poche, comprend un support 2, une serge 3 et un pivot flexible 4 formé de lames élastiques 4a à 4d.

La serge 3 est typiquement sous la forme d'un anneau fermé, comme représenté.

Le support 2 est en deux parties, à savoir une première partie 2a et une deuxième partie 2b. Le support 2 est destiné à être fixé sur un support fixe ou mobile du mouvement, typiquement sur le bâti du mouvement. Les deux parties 2a, 2b du support 2 sont situées dans l'ouverture définie par la serge 3, de manière diamétralement opposée.

Les lames élastiques 4a à 4d relient le support 2 à la serge 3, cette dernière étant tenue uniquement par les lames 4a à 4d. Les lames élastiques 4a à 4d sont au nombre de quatre. Elles guident la serge 3 en rotation autour d'un axe de rotation virtuel A et tendent à rappeler la serge 3 vers une position de repos (position d'équilibre) pendant ses oscillations autour de l'axe A. Les lames élastiques 4a à 4d s'étendent respectivement dans quatre plans différents qui sont parallèles au plan de la serge 3 et perpendiculaires à l'axe de rotation virtuel A.

Les lames élastiques 4a à 4d comprennent plus particulièrement des première et deuxième lames 4a, 4b qui se croisent sans contact et des troisième et quatrième lames 4c, 4d qui se croisent sans contact. En vue plane de dessus (figures 2 et 3) les première et deuxième lames 4a, 4b, plus précisément leurs fibres neutres, se croisent en un point de croisement P1 et les troisième et quatrième lames 4c, 4d, plus précisément leurs fibres neutres, se croisent en un point de croisement P2. Les première et deuxième lames 4a, 4b s'étendent de la première partie 2a du support 2 à la face intérieure de la serge 3. Les troisième et quatrième lames 4c, 4d s'étendent de la deuxième partie 2b du support 2 à la face intérieure de la serge 3. Dans l'exemple illustré, la première lame 4a est entre les troisième et deuxième lames 4c, 4b et la deuxième lame 4b est entre les première et quatrième lames 4a, 4d dans la direction verticale (axiale). L'ordre des lames 4a à 4d pourrait toutefois être différent.

L'oscillateur 1 est de préférence constitué de deux ensembles monolithiques superposés et assemblés. Un premier ensemble monolithique comprend une première moitié 3a de la serge 3, une sous-partie 2a' de la première partie 2a du support 2, une sous-partie 2b' de la deuxième partie 2b du support 2 et les première et troisième lames 4a, 4c. Un deuxième ensemble monolithique comprend une deuxième moitié 3b de la serge 3, une autre sous-partie 2a" de la première partie 2a du support 2, une autre sous-partie 2b" de la deuxième partie 2b du support 2 et les deuxième et quatrième lames 4b, 4d. Après avoir superposé les deux ensembles monolithiques, les deux sous-parties 2a', 2a" de la première partie 2a du support 2 sont fixées l'une à l'autre, de même que les deux sous-parties 2b', 2b" de la deuxième partie 2b du support 2 et que les deux moitiés 3a, 3b de la serge 3. L'assemblage est réalisé par exemple par soudage, brasage ou collage, de préférence par un soudage par thermocompression (thermocompression bonding), un soudage eutectique (eutectic bonding) ou une liaison polymère (polymer bonding). Dans une variante, l'oscillateur 1 est entièrement monolithique.

L'oscillateur 1, lorsqu'il est entièrement monolithique, ou chaque ensemble monolithique 3a, 2a', 2b', 4a, 4c et 3b, 2a", 2b", 4b, 4d est réalisé par exemple en silicium ou dans toute autre matière appropriée selon la technique de gravure ionique réactive profonde dite « DRIE » (Deep Reactive Ion Etching), en nickel, alliage de nickel ou toute autre matière appropriée selon la technique LIGA (lithographie, galvanoplastie, moulage), en acier, cuivre-béryllium, maillechort ou autre alliage métallique par fraisage, par électroérosion ou par impression 3D, en verre métallique par moulage, en verre, saphir ou toute autre matière appropriée selon la technique de micro-structuration laser couplée à une attaque chimique.

Conformément à l'invention, la paire de lames constituée par les première et deuxième lames 4a, 4b et la paire de lames constituée par les troisième et quatrième lames 4c, 4d sont symétriques l'une de l'autre en vue plane de dessus (figures 2 et 3) par rapport au centre de rotation O (correspondant à l'axe de rotation virtuel A) de la serge 3 lorsque la serge 3 est dans sa position de repos. De préférence le centre de rotation O est aussi le centre de masse de la serge 3. Le centre de rotation O est situé à mi-distance entre les points de croisement P1, P2. De préférence, les paires de lames 4a, 4b et 4c, 4d sont en outre symétriques l'une de l'autre en vue plane de dessus par rapport à une droite D passant par le centre de rotation O de la serge 3 lorsque la serge 3 est dans sa position de repos, comme illustré aux figures 2 et 3.

Cet agencement symétrique des paires de lames 4a, 4b et 4c, 4d confère à l'oscillateur 1 une excellente tenue aux chocs en ce sens que la serge 3 aura tendance à se déplacer verticalement (dans la direction de l'axe de rotation virtuel A) en cas de choc vertical plutôt qu'en rotation autour d'un axe parallèle au plan de l'oscillateur 1. En effet, la résultante des forces appliquées à la serge 3 lors d'un choc vertical passera par le centre de masse de la serge 3, les contre-réactions des lames 4a à 4d s'exerçant de manière symétrique. La fréquence propre de l'oscillateur 1 de même que l'interaction entre l'oscillateur 1 et l'échappement du mouvement horloger seront dès lors moins perturbées.

Cet agencement symétrique rend en outre la fréquence de l'oscillateur 1 sensiblement indépendante de l'orientation de la montre par rapport au champ gravitationnel, ceci quelle que soit la position des points de croisement P1 et P2 (au moins dans une grande plage). A titre d'illustration le diagramme de la figure 4 montre l'écart de marche maximum entre les différentes orientations de référence de l'oscillateur 1 par rapport à la gravité en fonction de la position, en pourcentage de la longueur de chaque lame 4a à 4d mesurée depuis son point de jonction au support 2, des points de croisement P1, P2. On peut voir que cet écart de marche est sensiblement nul au moins pour des positions des points de croisement P1 et P2 entre 10 et 30%. Les lames élastiques peuvent donc se croiser à des positions différentes de celle (12,7%) d'un oscillateur de type Wittrick, en particulier à des positions supérieures voire très supérieures à 12,7% qui permettront d'augmenter l'amplitude d'oscillation et/ou de diminuer le diamètre de la serge 3.

Selon l'invention, également, la paire de lames 4a, 4b et la paire de lames 4c, 4d sont décalées en vue plane de dessus de sorte que les points de croisement P1, P2 sont eux aussi décalés. Ce décalage des points de croisement P1, P2 permet de rendre l'oscillateur 1 sensiblement isochrone, ou d'obtenir un anisochronisme souhaité compensant un défaut d'isochronisme apporté par un autre composant du mouvement horloger tel que l'échappement. Dans la présente invention on entend par « anisochronisme » les variations de la fréquence en fonction de l'amplitude d'oscillation de l'oscillateur 1. Plus ces variations sont faibles plus l'oscillateur 1 est proche de l'isochronisme.

Un exemple de courbe d'isochronisme est illustré à la figure 5. La courbe de la figure 5 représente la marche M, en secondes/jour, de l'oscillateur 1 entre une amplitude d'oscillation de 20° et une amplitude d'oscillation de 2° en fonction de la distance d, en µm et en vue plane de dessus, entre les points de croisement P1, P2. La marche M est définie de la manière suivante : $$M=\frac{T\left(20°\right)-T\left(2°\right)}{T\left(20°\right)}.86400$$ où T(20°) est la période de l'oscillateur 1 à une amplitude d'oscillation de 20° et T(2°) est la période de l'oscillateur 1 à une amplitude d'oscillation de 2°. On constate à la figure 5 qu'il existe une valeur de d, désignée par do, qui annule la marche M et qui rend donc l'oscillateur 1 isochrone. Dans l'exemple illustré, cette valeur do est égale à 26 µm. La courbe de la figure 5 a été obtenue avec des points de croisement P1, P2 situés à 30% de la longueur des lames élastiques 4a à 4d. La valeur do varie en fonction de la position de ces points de croisement P1, P2. Plus les points de croisement P1, P2 sont éloignés des points de jonction des lames correspondantes 4a à 4d au support 2, plus leur décalage doit être grand.

De manière générale, dans la présente invention le décalage entre les points de croisement P1, P2, en vue plane de dessus et lorsque la serge 3 est dans sa position de repos, est de préférence d'au moins 1 µm, de préférence d'au moins 1,2 µm, de préférence d'au moins 1,5 µm, de préférence d'au moins 2 µm, de préférence d'au moins 3 µm, de préférence d'au moins 4 µm, de préférence d'au moins 5 µm, de préférence d'au moins 6 µm, de préférence d'au moins 7 µm, de préférence d'au moins 8 µm, de préférence d'au moins 9 µm, de préférence d'au moins 10 µm, de préférence d'au moins 15 µm, de préférence d'au moins 20 µm.

L'angle α entre les première et deuxième lames 4a, 4b, respectivement entre les troisième et quatrième lames 4c, 4d, en vue plane de dessus et lorsque la serge 3 est dans sa position de repos, est typiquement compris entre 30° et 150°, de préférence compris entre 60° et 120°, de préférence compris entre 80° et 100° et de préférence égal à 90°. L'angle de 90° est optimum en termes de résistance aux chocs et d'indépendance de la fréquence par rapport à l'orientation de la montre. Dans la présente invention l'angle α a peu d'influence sur l'isochronisme.

Dans l'exemple des figures 1 à 3 toute la paire de lames 4a, 4b est décalée par rapport à la paire de lames 4c, 4d. On peut cependant obtenir le décalage entre les points de croisement P1, P2 d'une autre manière, par exemple en décalant seulement une lame de la paire de lames 4a, 4b par rapport à la lame de l'autre paire de lames 4c, 4d qui lui est symétrique, comme dans l'oscillateur 1' illustré schématiquement à la figure 6. Dans l'oscillateur 1', comme dans l'oscillateur 1 des figures 1 à 3, la paire de lames 4c, 4d est symétrique de la paire de lames 4a, 4b par rapport au centre de rotation O de la serge 3. L'oscillateur 1' est représenté avec une position des points de croisement P1, P2 plus proche des points de jonction des lames correspondantes au support que dans le mode de réalisation des figures 1 à 3.

Selon un autre mode de réalisation de l'invention qui peut être combiné aux précédents et qui est illustré à la figure 7, l'oscillateur, désigné par 1 ", est agencé pour permettre un réglage de la position des points de croisement P1, P2 afin d'optimiser l'isochronisme (marche nulle entre les amplitudes d'oscillation de 20° et de 2°, cf. figure 5) malgré les tolérances de fabrication. La partie 2a du support 2 depuis laquelle s'étendent les première et deuxième lames 4a, 4b est en deux sous-parties 2₁, 2₂ reliées par un organe élastique 2₃ et donc mobiles l'une par rapport à l'autre. La partie 2b du support 2 depuis laquelle s'étendent les troisième et quatrième lames 4c, 4d est en deux sous-parties 2₄, 2₅ mobiles l'une par rapport à l'autre et fixées respectivement aux deux sous-parties 2₁, 2₂ de la partie 2a du support 2. Dans ce mode de réalisation, l'ordre des lames 4a à 4d dans la direction verticale est différent de celui du mode de réalisation illustré aux figures 1 à 3 et, de préférence, les deux sous-parties 2₁, 2₂ de la partie 2a du support 2, l'organe élastique 2₃, les première et deuxième lames 4a, 4b et une première moitié 3a de la serge 3 forment un premier ensemble monolithique et la partie 2b du support 2, les troisième et quatrième lames 4c, 4d et une deuxième moitié 3b de la serge 3 forment un deuxième ensemble monolithique, ces deux ensembles monolithiques étant assemblés l'un à l'autre.

L'organe élastique 2₃ est un organe de guidage conçu pour autoriser un déplacement des sous-parties 2₁, 2₂ de la partie 2a du support 2 seulement en translation. Dans une variante, il pourrait être conçu pour autoriser un déplacement des sous-parties 2₁, 2₂ seulement en rotation. Il pourrait aussi être supprimé.

En pratique, le support 2 peut être monté sur un dispositif de réglage. Le dispositif de réglage est par exemple à excentrique ou à vis micrométrique associé(e) à un coulisseau ou à un système à guidage linéaire flexible. Un exemple de tel dispositif de réglage est illustré à la figure 8. Il comprend un coulisseau 5 guidé dans une rainure 6 d'un support 7 fixé sur le bâti du mouvement horloger. La position du coulisseau 5 dans la rainure 6 peut être réglée par un excentrique 8. Un ressort de rappel 9 maintient le coulisseau 5 en appui contre l'excentrique 8. Le coulisseau 5 porte une goupille 10 engagée dans un ou des trous alignés 12 des sous-parties 2₁, 2₄ du support 2. Le support 7 porte une autre goupille 11 engagée dans un ou des trous alignés 13 des sous-parties 2₂, 2₅ du support 2.

Ainsi, en réglant la position relative des sous-parties 2₁, 2₂ de la partie 2a du support 2, et avec elle la position relative des sous-parties 2₄, 2₅ de la partie 2b du support 2, on règle la position des points de croisement P1, P2. L'assemblage des parties 2a, 2b du support 2 est tel que la symétrie des paires de lames 4a, 4b et 4c, 4d est conservée après le réglage. En d'autres termes, les positions respectives des points de croisement P1, P2 sont réglées simultanément et symétriquement.