Domaine technique
[0001] La présente invention se rapporte au domaine de l'horlogerie. Elle concerne, plus
particulièrement, un oscillateur mécanique dépourvu de pivot et comprenant un balancier
suspendu au bâti par l'intermédiaire d'une pluralité de systèmes élastiques.
Etat de la technique
[0002] Le document
EP 2 273 323 décrit un oscillateur du genre susmentionné, dans lequel un balancier est suspendu
à un élément de bâti par des systèmes élastiques agencés en série. Ces derniers comprennent
chacun une paire de lames s'étendant en « V » entre une partie centrale rigide et
un cadre en arc de cercle, et servent à fournir le couple de rappel pour le balancier
ainsi qu'à soutenir ce dernier. Dans le niveau supérieur de cette construction, le
cadre est agencé pour être vissé sur un élément de bâti tel qu'une platine ou un pont,
et la partie centrale rigide est fixée à celle du niveau adjacent. Le cadre de ce
dernier niveau est à son tour fixé au cadre du prochain système élastique, qui est
fixé par sa partie centrale rigide au système élastique subséquent. Cette séquence
continue jusqu'au balancier, qui est fixé à son centre à la partie centrale rigide
du dernier système élastique.
[0003] Dans cet agencement, plusieurs des systèmes élastiques sont liés entre eux par leurs
parties centrales rigides, et le balancier est également fixé à la partie centrale
rigide du dernier système élastique. Par conséquent, la rigidité angulaire de la suspension
de la masse, considérée selon les deux axes perpendiculaires à l'axe de rotation de
la masse, n'est pas optimale, et cette dernière peut ainsi pencher légèrement, notamment
en cas de choc angulaire tendant à faire pivoter le balancier selon un axe sensiblement
perpendiculaire à l'axe de rotation du balancier.
[0004] Par ailleurs, lors des oscillations, le cisaillement engendré dans les liaisons centrales
est relativement élevé, ce qui augmente le risque de casse de ces interfaces.
[0005] Finalement, on note que chaque système élastique individuel est extrêmement déséquilibré
autour de l'axe virtuel de rotation, ce qui donne lieu à des déplacements et des forces
parasites non souhaités.
[0007] Le but de l'invention est par conséquent de proposer un oscillateur mécanique dans
lequel les défauts susmentionnés sont au moins partiellement surmontés.
Divulguation de l'invention
[0008] De façon plus précise, l'invention concerne un oscillateur mécanique pour pièce d'horlogerie
comprenant un balancier suspendu, de n'importe quelle forme, agencé pour osciller
autour d'un axe de rotation géométrique, c'est-à-dire un axe virtuel dépourvu d'arbre
et de pivots conventionnels. Une pluralité de systèmes élastiques agencés en série
relient ledit balancier à un organe d'attache agencé pour fixer ledit oscillateur
directement ou indirectement à un élément structurel que comporte ladite pièce d'horlogerie,
tel qu'un élément de bâti fixe, une cage de tourbillon ou de carrousel ou similaire.
À cet effet, les systèmes élastiques présentent une raideur considérée parallèle à
la direction axiale qui est suffisante pour suspendre et pour soutenir le balancier
indépendamment de l'orientation du système par rapport à la direction du vecteur de
gravité, et une élasticité autour dudit axe de rotation adaptée pour permettre au
balancier d'osciller en rotation.
[0009] Selon l'invention, chaque système élastique comporte un nombre pair d'au moins quatre
cadres extérieurs (c'est-à-dire quatre, six, huit ou même plus) et au moins deux éléments
de liaison intérieurs. Chaque cadre porte deux (ou même plus) éléments élastiques
(lames élastiques, combinaisons de barreaux rigides et lames ou cols, ou similaires
qui assurent l'élasticité de l'élément élastique considéré dans son ensemble) s'étendant
chacun entre ledit cadre et l'un desdits éléments de liaison intérieurs.
[0010] Chaque élément de liaison intérieur est relié aux deux éléments élastiques portés
par l'un desdits cadres, ainsi qu'à un élément élastique adjacent de chacun des autres
cadres du même système élastique se situant de part et d'autre dudit cadre considéré.
[0011] De plus, chacun desdits systèmes élastiques est fixé à chaque système élastique y
adjacent au niveau d'un de ses cadres sur deux (ces cadres étant non adjacents l'un
par rapport à l'autre), par exemple par l'intermédiaire de tenons, goupilles, plots,
vis, soudage, collage ou similaires, ces moyens étant agencés pour rendre mutuellement
solidaires les cadres en question. En d'autres mots, chaque système élastique qui
est adjacent à un seul autre est fixé à cet autre par un cadre sur deux, et chaque
système élastique qui se situe entre deux autres est fixé d'une part à un premier
de ces autres systèmes par un cadre sur deux, et d'autre part à l'autre de ces autres
systèmes par l'autre moitié de ses cadres.
[0012] Par ces moyens, chaque système élastique peut être mieux équilibré que ceux de l'art
antérieur et, puisque les systèmes élastiques sont reliés en série par leurs cadres,
la force ainsi transmise lors des oscillations est éloignée du centre de rotation
et engendre par conséquent un cisaillement significativement moins important dans
les liaisons entre systèmes élastiques.
[0013] Avantageusement:
- ledit balancier est relié à l'un cadre sur deux du système élastique y adjacent, cesdits
cadres n'étant pas directement adjacents l'un par rapport à l'autre, les autres cadres
interposés entre ceux fixés au balancier étant donc libres d'osciller par rapport
à ce dernier ;
ledit organe d'attache est relié à l'un cadre sur deux du système élastique y adjacent,
cesdits cadres n'étant pas directement adjacents l'un par rapport à l'autre, les autres
cadres interposés entre ceux fixés à l'organe d'attache étant donc libres d'osciller
par rapport à l'organe d'attache.
[0014] Dans le cas où l'oscillateur comporte au moins trois desdits systèmes élastiques,
chaque cadre appartenant à chaque système élastique intermédiaire (c'est-à-dire chaque
système élastique qui n'est pas immédiatement adjacent au balancier ou à l'organe
d'attache) est relié à un cadre de l'un ou l'autre des systèmes élastiques y adjacents,
la moitié des cadres dudit système élastique considéré étant reliés à un cadre sur
deux d'un autre système élastique situé en regard d'un premier côté du système élastique
considéré (c'est-à-dire au premier système élastique y adjacent), les autres cadres
que comportent ledit système élastique considéré étant reliés à un cadre sur deux
d'un autre système élastique situé en regard du deuxième côté du système élastique
considéré (c'est-à-dire au deuxième système élastique y adjacent), lesdits cadres
du système élastique considéré étant reliés par alternances à l'un ou l'autre desdits
systèmes élastiques adjacents, par leurs cadres (c'est-à-dire que les cadres du système
élastique considéré sont liés, par une succession alternée, aux cadres correspondants
du premier ou du deuxième système élastique adjacent).
[0015] Avantageusement, chaque système élastique est orienté d'un angle de (360/N)° autour
dudit axe de rotation par rapport au système élastique adjacent, N étant le nombre
de cadres que comporte chacun desdits systèmes élastiques considérés individuellement.
Donc, pour quatre cadres par système élastique, l'angle d'orientation relatif est
de 90°, pour six cadres 60°, pour huit cadres 45°, etc.
[0016] Avantageusement, chaque élément élastique comporte une barre médiane substantiellement
rigide, une première lame flexible s'étendant entre une première extrémité de ladite
barre et l'un desdits éléments de liaison intérieurs ainsi qu'une deuxième lame flexible
s'étendant entre une deuxième extrémité de ladite barre, opposée à ladite première
extrémité, et l'un desdits cadres. Bien entendu, la plus petite dimension de la section
desdites lames est, de préférence, orientée perpendiculairement audit axe de rotation
afin de fournir de l'élasticité et de la rigidité dans les sens désirés, pour obtenir
le fonctionnement décrit ci-dessus. Cette configuration d'élément élastique lui confère
une raideur (c'est-à-dire une relation entre le déplacement angulaire déformant cet
élément élastique et le couple qui y est associé) substantiellement constant en fonction
de l'angle de rotation du balancier, en tout cas plus constant que d'autres configurations.
Alternativement, les éléments élastiques peuvent être formés comme des lames simples,
aucune barre médiane n'étant présente.
[0017] Avantageusement, chacun desdits éléments de liaison intérieurs est relié exclusivement
à des cadres du même système élastique par l'intermédiaire des éléments élastiques
correspondants. En d'autres termes, aucune liaison directe entre un élément de liaison
intérieure d'un système élastique et un élément de liaison intérieure du système élastique
adjacent n'est présente, les seules liaisons entre les systèmes élastiques étant au
niveau des cadres comme décrit ci-dessus.
[0018] Avantageusement, l'oscillateur comporte en outre une tige s'étendant axialement depuis
ledit balancier en direction opposée auxdits systèmes élastiques, ladite tige étant
agencée pour prendre place avec jeu dans une ouverture prévue dans un élément structurel
de ladite pièce d'horlogerie, aucun contact entre la tige et l'ouverture n'étant présent
lors du fonctionnement normal de l'oscillateur. En cas de choc présentant une composante
radiale, la tige peut ainsi entrer en contact avec les parois de ladite ouverture,
ce qui limite le débattement radial du balancier et réduit la probabilité que les
systèmes élastiques soient endommagés. Si l'ouverture définit également une butée
axiale pour la tige, un choc tendant à éloigner le balancier du système élastique
peut également être amorti en limitant le débattement du balancier dans cette direction.
[0019] Avantageusement, l'oscillateur comporte en outre une vis vissée axialement dans l'extrémité
de ladite tige, la tête de ladite vis étant agencée pour entrer en contact avec une
butée solidaire dudit élément structurel en cas de choc selon une direction axiale,
notamment en cas de choc tendant à faire rapprocher le balancier des systèmes élastiques.
Dans le cas d'un conc axial dans l'autre sens, la tige peut également buter contre
une butée axiale correspondante. Par conséquent, en cas de choc dans n'importe quel
sens, l'oscillateur est protégé puisque le débattement du balancier est limité dans
toute direction.
[0020] Alternativement, l'oscillateur peut comporter un circlip ou une rondelle solidaire
en translation de ladite tige et agencé pour entrer en contact avec une butée solidaire
dudit élément structurel, et ce en cas de choc selon une direction axiale. Cette butée
peut être rigide ou flexible.
[0021] Encore alternativement, ladite tige comporte une rainure circonférentielle agencée
pour coopérer avec une butée que porte ledit élément structurel, et ce en cas de choc
selon une direction axiale. À nouveau, cette butée peut être rigide ou flexible. Ladite
rainure peut être usinée dans la tige, ou peut être constituée par un interstice entre
deux bagues fixées sur cette dernière.
[0022] Avantageusement, ledit balancier est apte à effectuer des oscillations ayant une
amplitude d'au moins 15°. Avec une amplitude d'au moins 30°, l'oscillateur est ainsi
compatible avec des échappements conventionnels, comme par exemple des échappements
à ancre suisse ou anglaise, à détente, Omega-Daniels, ou similaire. Bien entendu,
l'amplitude peut s'élever à au moins 60°, au moins 90°, ou même plus.
[0023] Avantageusement, chaque système élastique 5 présente une symétrie en rotation de
(720/N)°, N étant le nombre de cadres que comporte chaque système élastique.
[0024] Avantageusement, l'oscillateur mécanique peut se composer de deux oscillateurs individuels
comme décrits ci-dessus, à agencés en tête-bêche et comportant un balancier commun.
Ce dernier peut se composer d'un seul balancier, ou de deux sous-balanciers solidaires
en rotation l'un de l'autre, par exemple par l'intermédiaire d'un tige s'étendant
substantiellement le long de l'axe de rotation, par des piliers liant les serges des
deux sous-balanciers, ou similaire.
[0025] Avantageusement, au moins certain desdits éléments élastiques sont fait en silicium
muni d'une couche d'oxyde de silicium sur au moins certaines (de préférence l'ensemble)
de leurs surfaces extérieures. Cette couche permet de modifier le coefficient thermique
du module de Young des éléments élastiques et ainsi de compenser des erreurs de marche
dues aux effets des variations de température sur les matériaux des systèmes élastiques
et/ou du balancier.
Brève description des dessins
[0026] D'autres détails de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description
qui suit, faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- Fig. 1 est une vue isométrique, côté organe d'attache, d'un oscillateur mécanique
selon l'invention en état assemblé ;
- Fig. 2 est une vue isométrique latérale de l'oscillateur mécanique de la figure 1
;
- Fig. 3 est une vue isométrique, côté balancier, de l'oscillateur mécanique de la figure
1 ;
- Fig. 4 est une vue isométrique du balancier de l'oscillateur de la figure 1 ;
- Fig. 5 est une vue isométrique de l'un des systèmes élastiques de l'oscillateur de
la figure 1 ;
- Fig. 6 est une vue isométrique, côté organe d'attache, du balancier et du système
élastique y adjacent de l'oscillateur de la figure 1 ;
- Fig. 7 et 8 sont des vues isométriques de tenons utilisés pour relier les cadres de
l'un des systèmes élastiques à ses voisins ;
- Fig. 9 est une vue isométrique de l'organe d'attache et le système élastique y associé
de l'oscillateur de la figure 1 ;
- Fig. 10 est une vue isométrique explosée de l'oscillateur de la figure 1 ;
- Fig. 11 est une vue isométrique de deux systèmes élastiques adjacents de l'oscillateur
de la figure 1 ;
- Fig. 12 est une vue isométrique coupée de l'oscillateur de la figure 1 ainsi que d'une
partie du mouvement horloger dans lequel l'oscillateur est intégré ;
- Fig. 13 est une vue similaire à celle de la figure 12 dont une partie a été agrandie,
illustrant une variante de l'agencement de protection antichoc ;
- Fig. 14 est une vue isométrique coupée agrandie d'encore une variante d'un agencement
antichoc ;
- Fig. 15 est encore une vue isométrique coupée agrandie d'encore une autre variante
d'un agencement antichoc ;
- Fig. 16 est encore une vue isométrique coupée agrandie d'encore une autre variante
d'un agencement antichoc ; et
- Fig. 17 est une vue isométrique coupée d'une autre variante d'un oscillateur selon
l'invention.
Modes de réalisation de l'invention
[0027] Dans la description qui suit, le terme « rigide » signifie qu'un élément n'est pas
susceptible de se déformer substantiellement lors du fonctionnement normal de l'oscillateur,
selon au moins une direction donnée. Sans indication d'une telle direction, un « élément
rigide » est considéré comme rigide dans toute direction. Le terme « élastique » signifie
par contre qu'une déformation élastique d'un élément est souhaitée lors dudit fonctionnement,
également selon au moins une direction donnée, cette déformation ayant un effet recherché
sur le fonctionnement de l'oscillateur. Si un élément est rigide selon une première
direction et élastique selon une deuxième direction, ceci sera indiqué clairement
dans le texte. Par ailleurs, afin de ne pas surcharger les figures, l'ensemble de
signes de référence n'apparait pas sur chaque dessin. Finalement, on note que, en
l'absence d'autre indication explicite contraire, les relations spatiales entre des
éléments sont définies par défaut lorsque l'oscillateur est au repos, et la direction
axiale est déterminée par rapport à l'axe de rotation 9.
[0028] Les figures 1 à 3 illustrent un oscillateur mécanique 1 selon l'invention, en état
assemblé. Cet oscillateur 1 comporte un balancier 3, qui fournit l'inertie qui, en
coopération avec l'élasticité d'une pluralité de systèmes élastiques 5, détermine
la fréquence d'oscillation de l'oscillateur 1 lorsque ce dernier est en marche, c'est-à-dire
lorsqu'il est mis en oscillation. Ces systèmes élastiques 5 sont agencés en série
de telle sorte à relier le balancier 3 à un organe d'attache 7, ce dernier étant agencé
pour être fixé directement ou indirectement (par exemple par le biais d'une pièce
intermédiaire) à un élément fixe d'une pièce d'horlogerie tel qu'un pont, une platine
ou similaire ou à une cage de tourbillon. De cette façon, le balancier 3 est suspendu
et peut pivoter sensiblement autour d'un axe de rotation 9 non-physique, c'est-à-dire
autour d'un axe virtuel, géométrique et non autour d'un arbre monté entre paliers
conventionnels. L'oscillateur 1 est ainsi dépourvu de pivots, ce qui réduit les frottements
et améliore son facteur de qualité par rapport à un oscillateur balancier-spiral conventionnel.
[0029] Le balancier 3 du mode de réalisation illustré, qui est représenté en isolation sur
la figure 4, est formé d'un cadre substantiellement rigide définissant une serge 3a
périphérique ainsi qu'un moyeu 3b central, ces deux éléments étant reliés entre eux
par une pluralité de bras 3c. Des bras supplémentaires 3d s'étendent en cantilever
depuis le moyeu 3b en direction de la serge 3a. La serge 3a ainsi que les bras supplémentaires
3d portent des masses 3f, déterminant l'inertie du balancier 3. En variant l'inertie
par rapport à l'axe de rotation 9 des masses 3f portées par les bras supplémentaires
3d et/ou de celles portées par la serge 3a, la fréquence de résonance de l'oscillateur
1 peut être ajustée de façon connue. Alternativement, en variant la rigidité des éléments
élastiques 5b (par exemple en enlevant de la matière par l'intermédiaire d'un laser),
on peut également varier la fréquence de résonance de l'oscillateur.
[0030] Le moyeu 3b porte un plateau 3g (voir la figure 3) fixé dans l'ouverture centrale
du moyeu 3b par le biais d'une pièce intermédiaire 3j (voir la figure 12) et porte
une tige 3k s'étendant axialement en direction opposée aux systèmes élastiques 5.
Le fonctionnement de cette tige 3k sera décrit ci-dessous dans le contexte de la figure
12.
[0031] Le plateau 3g porte une cheville 3h ainsi qu'un système anti-renversement 3i conformément
à ceux du document
EP 3 037 894. Cependant, le balancier 3 ainsi que le plateau 3g, peuvent prendre n'importe quelles
formes connues, adaptées pour coopérer avec un échappement de n'importe quel genre,
comme par exemple un échappement à ancre anglaise ou suisse, un échappement à détente,
un échappement Omega-Daniels ou similaire. En ce qui concerne la serge 3a, cette dernière
peut être complète, fendue, ou partielle (par exemple en ne comportant que deux sections
en forme de barre ou en arc de cercle comme dans le document
EP 2 273 323 susmentionné).
[0032] Comme mentionné ci-dessus, le balancier 3 est relié à l'organe d'attache 7 par l'intermédiaire
d'une pluralité de systèmes élastiques 5, agencés en série. Dans le mode de réalisation
illustré, l'oscillateur 1 comporte quatre de ces systèmes 5, mais le nombre peut varier
par exemple entre deux et huit ou même plus.
[0033] La figure 5 illustre l'un parmi ces systèmes élastiques 5 en isolation. Ce dernier
comporte quatre cadres rigides 5a, chacun en arc de cercle. Ces cadres sont reliés
chacun par l'intermédiaire d'une paire d'éléments élastiques 5b à des organes de liaison
intérieurs 5c, lesdits éléments élastiques 5b fixés à chaque cadre individuel 5a faisant
un angle aigu entre eux préférentiellement entre 45° et 75°, plus préférentiellement
entre 50° et 70°. Dans le mode de réalisation illustré, les quatre cadres 5a sont
substantiellement identiques et s'étendent sur le même angle, et le système élastique
5 présente une symétrie en rotation de 180°. De cette façon, l'angle formé entre les
éléments élastiques 5b de chaque cadre 5a est également substantiellement identique.
Cependant, il est possible de varier ces angles, par exemple par paires opposées de
cadres. On note par ailleurs que la prolongation de chaque élément élastique 5 intersecte
de préférence l'axe de rotation 9 lorsque l'oscillateur est au repos.
[0034] Les éléments élastiques 5b du mode de réalisation illustré se composent chacun d'un
barreau rigide 5d médian ainsi que d'une paire de lames élastiques 5f s'étendant de
part et d'autre entre le barreau rigide et, d'une part l'un des cadres 5a, d'autre
part un élément de liaison intérieur 5c. Les éléments élastiques 5b sont agencés pour
présenter une élasticité en flexion dans le plan du système élastique 5, ainsi que
d'être substantiellement rigide en flexion perpendiculaire audit plan. De cette façon,
la raideur de l'élément élastique 5b perpendiculaire audit plan est au moins dix fois,
de préférence au moins cent fois, celle dans ledit plan, la plus petite dimension
de chaque lame 5f étant dans ce plan et donc perpendiculaire à l'axe de rotation 9.
Cette forme d'élément élastique 5b présente une raideur angulaire qui est substantiellement
constante en fonction de l'angle de rotation du balancier, c'est-à-dire que son coefficient
d'élasticité reste substantiellement invariant lors des oscillations.
[0035] Alternativement, les éléments élastiques 5b peuvent prendre chacun la forme d'une
lame simple, comme c'est le cas dans le document
EP 2 273 323, ou peuvent prendre la forme de n'importe quel genre d'élément de flexion équivalent
comme par exemple des agencements de cols situés de part et d'autre du barreau 5d
rigide. Il n'est pas nécessaire non plus que les éléments élastiques 5b soient droits
: en effet, ils peuvent prendre un grand nombre de formes ad hoc selon les besoins
de l'homme du métier, notamment courbes.
[0036] Les organes de liaison intérieurs 5c sont séparés l'un de l'autre par une fente 5g
et sont fixés chacun à quatre éléments élastiques 5b adjacents, dont les deux au milieu
sont associés à l'un des cadres 5a, et les deux autres appartiennent chacun à un cadre
5a adjacent correspondant, ces derniers cadres 5a se situant de part et d'autre du
premier cadre 5a mentionné.
[0037] Afin de mieux illustrer cet aspect du système élastique 5, les quatre cadres 5a et
leurs lames correspondantes ont été indiqués par les lettres « A », « B », « C » et
« D » sur la figure 5.
[0038] Par conséquent, un premier des organes de liaison intérieur 5c est solidaire d'un
seul élément élastique 5b appartenant au cadre A, des deux éléments élastiques 5b
du cadre B, ainsi que d'un seul des éléments élastiques 5b du cadre C, selon cette
séquence. De la même façon, l'autre organe de liaison intérieur 5c est solidaire de
l'autre élément élastique 5b du cadre C, des deux éléments élastiques 5b du cadre
D, ainsi que de l'autre élément élastique 5b du cadre A.
[0039] Même si chaque système élastique 5 tel qu'illustré comporte quatre cadres 5a associés
chacun à deux éléments élastiques 5b, on peut également en prévoir six ou même huit,
ce qui augmentera le nombre d'éléments de liaison intérieurs 5c à trois ou quatre
respectivement, chaque élément de liaison intérieur 5c restant associé à quatre éléments
élastiques 5b adjacents de la manière décrite ci-dessus. À cet effet, la symétrie
en rotation de chaque système élastique 5 est de (720/N)°, où N est le nombre de cadres
5a par système élastique 5.
[0040] Comme mentionné ci-dessus, les systèmes élastiques 5 sont reliés en série entre le
balancier 3 et l'organe d'attache 7, comme expliqué en détails ci-dessous.
[0041] Côté balancier 3, ce dernier est fixé à deux cadres 5a opposés d'un premier système
élastique 5 par l'intermédiaire de tenons 11 (voir notamment la figure 6) qui assurent
non seulement la fixation de ces composants l'un par rapport à l'autre, mais aussi
une séparation prédéterminée entre le balancier 3 et le système élastique 5.
[0042] Ces tenons 11 peuvent prendre diverses formes, dont deux exemples différents et non
limitatifs sont illustrés sur les figures 7 et 8, mais il est également possible de
fixer les cadres 5a les uns aux autres par des entretoises quelconques, quelles que
soient les pièces supplémentaires, ou les pièces venues de matière avec les cadres
5a.
[0043] La figure 7 illustre un premier tenon 11 qui est notamment fabricable à partir d'une
plaque de matériau micro-usinable tel que du silicium. À cet effet, le tenon 11 comporte
deux têtes 11a s'étendant en deux directions opposées, et séparées par une entretoise
11b de section rectangulaire, et peut être formé par gravage (laser, chimique (par
exemple DRIE), par voie sèche...), électroformage (par exemple LIGA ou autre), par
un procédé additif (imprimerie 3D), ou tout autre procédé similaire. Les têtes 11a
sont agencées pour être fixées dans des ouvertures correspondantes présentant des
formes complémentaires prévues dans les éléments à lier par chassage, collage, soudage,
clipsage ou similaire. L'entretoise 11b sert à définir une séparation prédéterminée
entre les deux éléments ainsi fixés l'un à l'autre, afin que les cadres 5a, les éléments
élastiques 5b et les éléments de liaison intérieurs 5c n'entrent pas en contact.
[0044] La figure 8 illustre un tenon 11 conventionnel, de section circulaire, qui peut être
usiné de manière classique et qui ne nécessite pas d'être décrit en détail. Bien entendu,
ses têtes 11a ainsi que son entretoise 11b remplissent les mêmes fonctions que ceux
du tenon 11 de la figure 7. Des tenons 11 de cette forme peuvent également être fixées
dans les ouvertures complémentaires par l'intermédiaire de chassage, collage, soudage,
clipsage ou similaire.
[0045] Alternativement, les tenons 11 peuvent être venus de matière avec certains des cadres
5a.
[0046] Passant maintenant au côté opposé au balancier 3, la figure 9 illustre l'organe d'attache
7, qui est destiné à être fixé à un élément structurel fixe d'une pièce d'horlogerie,
comme par exemple un pont ou une platine, ou bien à un élément structurel mobile telle
qu'une cage de tourbillon ou de carrousel ou similaire. Dans le mode de réalisation
illustré, cet organe d'attache comporte une paire de langues 7a munies d'une pluralité
d'ouvertures destinées à recevoir des goupilles de positionnement, des vis de fixation,
des pieds-vis ou similaire, ainsi qu'un anneau rigide 7b. Bien entendu, d'autres formes
d'organes d'attache sont possibles.
[0047] Bien qu'il soit possible de fixer deux cadres 5a du dernier système élastique 5 à
cet anneau de façon similaire à la fixation du balancier au système élastique 5 y
adjacent, il est avantageux de former ledit dernier système élastique 5 de façon monobloc
avec ledit organe d'attache 7. À cet effet, deux des cadres 5a sont formés intégralement
avec l'anneau 7b, cesdits cadres 5a étant bien entendu opposés l'un par rapport à
l'autre. Les deux autres cadres 5a qui se trouvent entre les cadres fixes 5a sont
libres et peuvent ainsi se déplacer dans le plan de ce système élastique 5. Ce faisant,
l'épaisseur de l'oscillateur 1 peut être réduite à un minimum, et chaque cadre 5a
qui peut se déplacer se trouve entre les deux cadres 5a fixes.
[0048] On note par ailleurs qu'il est également possible que deux des cadres 5a du dernier
système élastique 5 puissent agir eux-mêmes comme organes d'attache, en étant fixés
directement ou indirectement à un élément structurel du mouvement, ou en étant intégrés
à cet élément structurel.
[0049] La figure 10 illustre l'oscillateur 1 en vue explosée afin d'illustrer plus clairement
l'agencement en série des divers systèmes élastiques 5.
[0050] Dans cette figure, le niveau de l'organe d'attache a été indiqué comme « niveau 1
», celui immédiatement adjacent au balancier comme « niveau 4 », et la séquence de
niveaux intermédiaires a été numérotée comme indiquée sur la figure. Par ailleurs,
les suffixes A, B, C, D ont été utilisés afin d'identifier les cadres spécifiques,
suivant les indications correspondantes de la figure 5.
[0051] On commence par le système élastique 5 du niveau 1 qui, pour rappel, est venu de
matière avec l'organe d'attache au niveau des cadres 5aB et 5aD. Les deux autres cadres
5aA et 5aC, qui sont libres de se déplacer dans leur plan par rapport à l'organe d'attache
7a, sont fixés aux deux cadres adjacents 5aB et 5aD du prochain système élastique
5, par l'intermédiaire des tenons 11 susmentionnés. Ce dernier système élastique 5
est orienté à 90° par rapport à celui intégré à l'organe d'attache et ce lorsque l'oscillateur
1 est au repos, de telle sorte que les fentes 5g entre les organes de liaison intérieurs
5c de chaque niveau s'oriente à 90° l'une par rapport à l'autre.
[0052] Les deux autres cadres 5aA et 5aC du niveau 2 sont à leur tour fixés par l'intermédiaire
de tenons 11 aux deux cadres adjacents 5aB et 5aD du prochain système élastique 5
du niveau 3, les autres deux cadres 5aA et 5aC de ce niveau étant fixés à leur tour
aux cadres 5aB et 5aD respectivement du niveau 4. Finalement, les autres cadres 5aA
et 5aC du niveau 4 sont fixés au balancier 3. On note qu'on considère les systèmes
élastiques 5 des niveaux 2 et 3 comme étant des systèmes élastiques 5 intermédiaires,
puisque chacun de ces systèmes élastiques 5 est adjacent à deux autres situés de part
et d'autre selon la direction axiale.
[0053] La figure 11 illustre plus clairement l'orientation relative de deux niveaux adjacents
de systèmes élastiques 5, notamment les niveaux 4 et 3. L'orientation de cette vue
est l'inverse de celle de la figure 10, et pour cette raison le niveau 4 est en dessus
du niveau 3 sur cette figure. On voit clairement comment les fentes entre les organes
de liaison intérieurs 5c de chaque niveau adjacent sont orientées à 90° l'une par
rapport à l'autre, puisque les deux systèmes élastiques 5 sont orientés à 90° l'un
par rapport à l'autre.
[0054] On note par ailleurs qu'il n'y a aucune liaison entre les différents niveaux au centre
des systèmes élastiques 5, les organes de liaison intérieurs 5c d'un niveau donné
étant libres par rapport à ceux du niveau adjacent. En effet, dans la construction
proposée, les seules liaisons entre les niveaux se trouvent au niveau des cadres 5a.
[0055] Dans le cas où chaque système élastique comporte six cadres 5a (et ainsi trois organes
de liaison intérieurs 5c), la relation angulaire entre chaque système élastique 5
et les systèmes élastiques 5 adjacents est de 60°. De la même façon, dans le cas de
huit cadres par niveau, la relation angulaire est de 45°, les mêmes considérations
s'y appliquant également. Plus généralement, pour N cadres, la relation angulaire
entre systèmes élastiques adjacents est à raison de (360/N)°, grâce à la symétrie
en rotation de (720/N)° de chaque système élastique 5.
[0056] Dans le mode de réalisation illustré, le nombre de systèmes élastiques 5 est quatre,
mais le nombre peut varier entre deux et huit ou même plus. L'agencement de quatre
systèmes élastiques 5 permet une amplitude d'environ 100° à 120° pour les oscillations
du balancier 3, un nombre inférieur de systèmes élastiques 5 engendrant des oscillations
de plus petites amplitude, un nombre supérieur entrainant des oscillations de plus
grande amplitude.
[0057] La figure 12 illustre en vue isométrique coupée, l'oscillateur 1 décrit ci-dessus,
monté sur un pont 11 solidaire d'une platine 13 d'un mouvement d'horlogerie. Cette
platine 13 porte également un rouage de finissage 15 et un échappement 17 de manière
connue. Afin de protéger l'oscillateur 1 de chocs au moins selon certaines directions,
l'extrémité libre de la tige cylindrique 3k prend place dans une ouverture 19a prévue
dans une bague 19 fixée dans la platine 13 par chassage, collage, soudage ou similaire.
Alternativement, cette ouverture peut être formée directement dans la platine 13.
L'ouverture 19a peut être borgne ou traversante, et dans le mode de réalisation illustrée
elle est traversante mais comporte un épaulement 19c contre lequel l'extrémité de
la tige 3k peut buter en cas de choc axial tendant à éloigner le balancier 3 des systèmes
élastiques 5. Dans d'autres variantes de construction non illustrées, la bague 19
(ou l'ouverture susmentionnée formée directement dans un élément structurel) peut
être prévue dans un pont, un élément d'une cage de tourbillon ou de carrousel, ou
n'importe quel autre élément structurel, quel que ce soit fixe ou mobile. Ceci s'applique
également pour les autres variantes décrites ci-dessous.
[0058] Lorsque l'oscillateur est au repos ou fonctionne normalement, un jeu existe entre
la tige 3k et les parois intérieures de l'ouverture 19a, ces deux éléments n'entrant
donc pas en contact. Cependant, en cas de choc radial, axial ou en rotation autour
d'un axe autre que l'axe de rotation 9 de l'oscillateur 1, la tige 3k bute contre
au moins l'une des parois intérieures de l'ouverture 19a, notamment contre sa paroi
cylindrique ou son épaulement 19c. Ce faisant, le débattement du balancier 3 est limité,
les contraintes mécaniques engendrées dans l'oscillateur sont limitées et le risque
de rupture des éléments élastiques 5b est également minimisé. Cependant, cet agencement
ne confère aucune protection contre un choc axial tendant à faire rapprocher le balancier
3 des systèmes élastiques 5, c'est-à-dire vers le haut selon l'orientation de cette
figure.
[0059] La figure 13 illustre une variante d'un agencement antichoc qui diffère de celui
de la figure 12 en ce qu'une vis 3p est vissée axialement dans l'extrémité libre de
la tige 3k, la vis n'entrant pas en contact avec les parois de l'ouverture 19a lors
du fonctionnement normal de l'oscillateur 1. L'ouverture 19a dans la bague 19 définit
un épaulement 19c contre lequel la tête de la vis 3p bute en cas de choc axial tendant
à faire rapprocher le balancier 3 des systèmes élastiques 5. À nouveau, lors du fonctionnement
normal de l'oscillateur, ni la tige 3k, ni la vis 3p n'entre en contact avec une surface
quelconque de l'ouverture 19a ou de l'épaulement. Le débattement de l'oscillateur
est ainsi limité en cas de choc selon n'importe quel axe de translation ou de rotation,
à l'exception de l'axe de rotation 9 de l'oscillateur 1.
[0060] La figure 14 illustre encore une variante d'un agencement antichoc, dans lequel la
tige 3k est munie d'un circlip 3m qui est fixé à un endroit ad hoc, par exemple par
clipsage. Alternativement, au lieu d'un circlip, on peut utiliser une rondelle chassée,
collée, soudée ou similaire sur la tige 3k. Le débattement axial du balancier 3 est
limité d'une part par la surface extérieure de la bague 19 qui est en regard du balancier
3, et d'autre part par un élément de butée 21 qui est solidaire d'un élément de bâti
et dont l'extrémité 21a est en superposition du circlip 3m. Cet élément de butée peut
prendre n'importe quelle forme, mais peut être par exemple une bascule montée sur
l'élément de bâti. Cette bascule peut par exemple pivoter autour d'une goupille dans
une plage angulaire déterminée par un excentrique ou par d'autres moyens de positionnement
(comme par exemple deux vis opposées), un dispositif de verrouillage tel qu'une ou
plusieurs vis ou similaires pouvant être agencé pour bloquer la bascule en pivotement.
L'ouverture 19a dans la bague 19 est cylindrique dans la variante illustrée, mais
rien n'empêche l'utilisation d'une bague 19 comme celle de la figure 12 dont l'ouverture
19a est partiellement fermée par un épaulement 19c.
[0061] Par conséquent, lors d'un choc radial ou angulaire, la tige 3k bute contre la paroi
intérieure de l'ouverture 19a, et lors d'un choc axial, le circlip 3m bute contre
l'une ou l'autre de la surface de la bague 19 ou l'extrémité 21a de l'élément de butée
21.
[0062] La figure 15 illustre encore une autre variante d'un agencement antichoc, où la tige
3k présente une rainure circonférentielle 3n dans laquelle prend place l'extrémité
d'un élément de butée 21 fixé à un élément de bâti 13.
[0063] À nouveau, lorsque l'oscillateur 1 est au repos ou fonctionne normalement, la tige
3k n'entre en contact ni avec l'ouverture 19a, ni avec l'extrémité 21a de l'élément
de butée 21, grâce au jeu qui est présent entre ces éléments.
[0064] En cas de choc axial, une surface de la rainure 3n entre en contact avec ladite extrémité
21a, ce qui limite le déplacement du balancier.
[0065] Même si une bague 19 annulaire simple comme celle de la figure 14 peut être utilisée
dans cette variante, dans le mode de réalisation illustré, l'extrémité 21a de l'élément
de butée 21 passe au travers d'une ouverture latérale 19b pratiquée dans la bague
19. Si l'élément de butée 21 présente une certaine élasticité en flexion, l'élément
de butée 21 peut servir en tant qu'amortisseur de choc. En cas de choc axial fort,
qui est suffisant pour faire fléchir l'élément de butée, ce dernier rentre en contact
avec l'une ou l'autre des parois de ladite ouverture 19b qui se trouvent en regard
de l'élément de butée 21 afin de limiter le déplacement du balancier 3.
[0066] La figure 16 illustre encore une variante d'un agencement antichoc, qui diffère de
celle de la figure 15 en ce que, au lieu d'une rainure 3n usinée dans le corps de
la tige 3k, deux bagues 3o, 3p sont chassées, collées ou soudées sur la tige 3k. Ces
deux bagues 3o, 3p sont séparées l'une de l'autre par un interstice annulaire, qui
constitue ladite rainure 3n dans laquelle l'extrémité 21a de l'élément de butée 21
prend place. Dans la variante illustrée, le diamètre de l'extrémité de la tige 3k
est réduit, mais il est également possible qu'elle présente le même diamètre au niveau
de chaque bague 3o, 3p.
[0067] Dans les figures 12-16, l'oscillateur 1 selon l'invention a été illustré fixé à un
élément fixe de bâti d'un mouvement d'horlogerie. Cependant, il peut alternativement
être fixé à un élément structurel mobile, telle qu'une cage de tourbillon ou de carrousel,
ou à un pont fixé à son tour à une telle cage.
[0068] L'organe de fixation 7, les systèmes élastiques 5 ainsi que le cadre 3a du balancier
3 sont particulièrement adaptés à une fabrication par micro-usinage, sur la base d'un
matériau non métallique.
[0069] À ce titre, on peut mentionner des procédés de fabrication par masquage et gravage
(par voie humide ou sèche) de plaques de matériau (tels que le procédé DRIE), découpage
laser de telles plaques et similaires. Des procédés de microstructuration sont également
possibles, en modifiant la structure de plaques de matériau par exemple par irradiation
laser (notamment par « femtolaser ») et puis l'élimination du matériau irradié par
gravage chimique. En principe, on pourrait même créer un oscillateur monobloc en appliquant
ce dernier procédé à un bloc de matériau photostructurable tel que du verre approprié.
[0070] Des procédés de fabrication additifs se basant sur l'impression 3D (stéréolithographie,
frittage sélectif par laser, fusion sélective par laser, etc.) ou sur la formation
de moules et leur remplissage de matériau tels que du LIGA (Lithographie, Galvanoformung,
Abformung), frittage et similaires sont également envisageables.
[0071] En ce qui concerne des matériaux convenables, on peut citer de manière non limitative
les suivants :
- Des matériaux à base de silicium, c'est-à-dire le silicium lui-même, son nitrure,
son carbure ou son oxyde, sous forme amorphe, polycristallin (nanocristallin, microcristallin),
monocristallin selon n'importe quel orientation cristallographique ;
- Le diamant synthétique ;
- Des céramiques telles que de l'alumine (rubis, corindon, saphir), sous forme mono-
ou polycristallin ;
- Des verres, notamment des verres photostructurables comme mentionné ci-dessus ;
- Des verres céramiques ;
- Des métaux conventionnels présentant des propriétés élastiques convenables ;
- Des verres métalliques (c'est-à-dire des métaux amorphes).
[0072] Ces matériaux peuvent également être revêtus, par exemple par de l'oxyde de silicium,
du carbone adamantin (DLC), de l'alumine ou similaire, afin de modifier leurs propriétés
mécaniques, thermiques ou optiques, de manière connue. Si les systèmes élastiques
5 sont à base de silicium, une couche extérieure en oxyde de silicium peut être avantageusement
formée sur une âme de silicium afin de rendre la marche de l'oscillateur 1 substantiellement
indépendant de la température en modifiant le coefficient thermique du module de Young
des éléments élastiques 5b. En effet, en variant l'épaisseur de cette couche, ledit
coefficient thermique du module de Young des éléments élastiques peut être rendu substantiellement
nul, ou peut être rendu l'inverse de celui du silicium afin de compenser les variations
de la marche engendrées par le dilatation thermique du balancier. Par ailleurs, il
est également possible d'appliquer l'enseignement du document
EP 2 215 531 aux éléments élastiques 5b du présent oscillateur 1. Ce faisant, le constructeur
peut fabriquer un oscillateur 1 qui respecte les critères du COSC, ces derniers exigeant
une précision de marche de ±0.6s/(j°C).
[0073] Finalement, la figure 17 illustre encore une autre variante d'un oscillateur mécanique
1 selon l'invention, qui comporte deux oscillateurs 1 tels que décrits ci-dessus agencés
en tête-bêche et comprenant un balancier 3 commun. Ces deux sous-oscillateurs sont
ainsi couplés au niveau du balancier 3, et l'ensemble peut alternativement être considéré
comme un système d'oscillateurs.
[0074] En d'autres termes, cette variante comporte deux oscillateurs 1 comme illustrés dans
les figures 1 à 11 montés selon des orientations inverses, leurs balanciers individuels
3 étant adjacents et rendus solidaires en rotation l'un de l'autre afin de former
un balancier commun qui est lié à la fois à chaque organe d'attache 7 par l'intermédiaire
d'un système élastique correspondant 5. Dans ce cas, les balanciers individuels associés
à chaque système élastique 5 sont considérés comme des « sous-balanciers », leur ensemble
constituant le balancier 3 commun.
[0075] Dans la variante illustrée, chaque système élastique 5 est identique, et les langues
7a de chaque organe d'attache 7 s'étendent dans la même direction. Cependant, les
deux systèmes élastiques 5 peuvent être différents, et les langues 7a peuvent s'étendre
dans des directions différentes.
[0076] Afin de constituer ledit balancier commun 3, les deux balanciers individuels, voire
sous-balanciers, sont rendus solidaires en rotation l'un de l'autre par l'intermédiaire
d'une tige 3k qui s'étend substantiellement le long de l'axe géométrique de rotation
9, et est chassée, collée, soudée ou similaire à chaque sous-balancier. Cependant,
des piliers ou similaire s'étendant entre les serges ou entre autres parties des balanciers
sont également prévisibles. Par ailleurs, un seul balancier individuel est également
possible en tant que balancier commun.
[0077] Cet agencement présente une raideur plus importante en translation, notamment le
long de l'axe 9, ainsi qu'en torsion, notamment autour de tout axe n'étant pas l'axe
de rotation 9. Le débattement du balancier 3 en cas de choc est ainsi réduit, quel
que ce soit un choc translationnel ou rotationnel.
[0078] Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en lien avec des modes de réalisation
spécifiques, des variantes supplémentaires sont également envisageables sans sortir
de la portée de l'invention comme définie par les revendications.
[0079] Par exemple, il n'est pas obligatoire que chaque système élastique 5 soit planaire,
des formes plus complexes étant également possibles. Les divers cadres 5a ne doivent
pas non plus être absolument tous de forme identique.
1. Oscillateur mécanique (1) pour pièce d'horlogerie comprenant :
• un balancier suspendu (3) agencé pour osciller autour d'un axe de rotation géométrique
(9),
• une pluralité de systèmes élastiques (5) agencés en série et reliant ledit balancier
(9) à un organe d'attache (7) agencé pour fixer ledit oscillateur (1) à un élément
structurel (11) que comporte ladite pièce d'horlogerie ;
caractérisé en ce que chaque système élastique (5) comporte un nombre pair d'au moins quatre cadres extérieurs
(5a) et au moins deux éléments de liaison intérieurs (5c), chaque cadre (5a) portant
deux éléments élastiques (5b) s'étendant chacun entre ledit cadre (5a) et l'un desdits
éléments de liaison intérieurs (5c),
en ce que chaque élément de liaison intérieur (5c) est relié aux deux éléments élastiques (5b)
portés par l'un desdits cadres (5a), ainsi qu'à un élément élastique (5b) adjacent
de chacun des cadres (5a) du même système élastique (5) se situant de part et d'autre
dudit l'un cadre (5a) ;
et
en ce que chacun desdits systèmes élastiques (5) est fixé à chaque système élastique (5) y
adjacent par l'intermédiaire de l'un sur deux de ses cadres (5a), cesdits cadres (5a)
étant non adjacents l'un de l'autre.
2. Oscillateur (1) selon la revendication 1, dans lequel :
• ledit balancier (3) est relié à l'un cadre (5a) sur deux du système élastique (5)
y adjacent, cesdits cadres (5a) étant non adjacents l'un de l'autre ;
• ledit organe d'attache (7) est relié à l'un cadre (5a) sur deux du système élastique
(5) y adjacent, cesdits cadres (5a) étant non adjacents l'un de l'autre.
3. Oscillateur (1) selon la revendication 2, dans lequel ledit oscillateur comprend au
moins trois desdits systèmes élastiques (5), chaque cadre (5a) appartenant à chaque
système élastique (5) intermédiaire étant relié à un cadre (5a) de l'un ou l'autre
des systèmes élastiques (5) y adjacents, un cadre (5a) sur deux du système élastique
considéré étant reliés à un cadre (5a) sur deux d'un autre système élastique (5) se
situant sur un premier côté du système élastique (5) considéré, les autres cadres
(5a) que comportent ledit système élastique (5) considéré étant reliés à un cadre
(5a) sur deux d'un autre système élastique (5) se situant sur le deuxième côté du
système élastique (5) considéré, lesdits cadres (5a) du système élastique (5) considéré
étant reliés par alternance à l'un ou l'autre desdits systèmes élastiques (5) adjacents.
4. Oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque système
élastique (5) est orienté par rapport au système élastique (5) y adjacent d'un angle
de (360/N)° autour dudit axe de rotation (9), N étant le nombre de cadres que comporte
chaque système élastique (5).
5. Oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque élément
élastique (5b) comporte :
• une barre médiane ;
• une première lame flexible (5f) s'étendant entre une première extrémité de ladite
barre et l'un desdits éléments de liaison intérieurs (5c), et
• une deuxième lame flexible (5f) s'étendant entre une deuxième extrémité de ladite
barre, opposée à ladite première extrémité, et l'un desdits cadres (5a).
6. Oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacun desdits
éléments de liaison intérieurs (5c) est relié exclusivement à des cadres (5a) du même
système élastique par l'intermédiaire des éléments élastiques (5b) correspondants.
7. Oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes, comprenant en outre une
tige (3k) s'étendant axialement depuis ledit balancier (3) en direction opposée auxdits
systèmes élastiques (5), ladite tige (3k) étant agencée pour prendre place avec jeu
dans une ouverture (19a) prévue dans un élément structurel (13) de ladite pièce d'horlogerie.
8. Oscillateur (1) selon la revendication 7, comprenant une vis (3p) vissée axialement
dans l'extrémité de ladite tige (3k), la tête de ladite vis (3b) étant agencée pour
entrer en contact avec une butée (19c) solidaire dudit élément structurel (13), et
ce en cas de choc selon une direction axiale.
9. Oscillateur (1) selon la revendication 7, comprenant un circlip (3m) ou une rondelle
solidaire en translation de ladite tige (3k) et agencé pour entrer en contact avec
une butée (21a, 19) solidaire dudit élément structurel (13), et ce en cas de choc
selon une direction axiale.
10. Oscillateur (1) selon la revendication 7, dans lequel ladite tige (3k) comporte une
rainure circonférentielle (3n) agencée pour coopérer avec une butée (21a) solidaire
dudit élément structurel (13), et ce en cas de choc selon une direction axiale.
11. Oscillateur (1) selon la revendication 10, dans lequel ladite rainure circonférentielle
(3n) est constituée par un interstice formé entre deux bagues (3o, 3p) fixées sur
ladite tige (3k).
12. Oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes, agencé de telle sorte
que ledit balancier (3) effectue des oscillations ayant une amplitude d'au moins 15°,
de préférence au moins 30°, de préférence au moins 60°, de préférence au moins 90°.
13. Oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chaque système
élastique 5 présente une symétrie en rotation de (720/N)°, N étant le nombre de cadres
que comporte chaque système élastique (5).
14. Oscillateur mécanique (1) comprenant deux oscillateurs (1) selon l'une des revendications
1 à 6 agencés en tête-bêche et comportant un balancier commun.
15. Oscillateur mécanique (1) selon la revendication 16, dans lequel ledit balancier commun
se compose de deux sous-balanciers solidaires en rotation l'un de l'autre.
16. Oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel au moins certain
desdits éléments élastiques (5b) est fait en silicium muni d'une couche d'oxyde de
silicium sur au moins certaine de leurs surfaces.
17. Mouvement horloger comprenant un oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes.