RÉGULATEUR MÉCANIQUE HORLOGER COMPRENANT UN ÉCHAPPEMENT SEMI-LIBRE AUTO-DÉMARRANT À FAIBLE ANGLE DE LEVÉE

Abstract

 La présente invention concerne un régulateur mécanique horloger (1) comprenant un échappement (10) coopérant avec un oscillateur pourvu d'un élément inertiel (21) oscillant dans un plan d'oscillation grâce à un élément de rappel (22). L'échappement comprend une cheville (130) rigidement liée à l'élément inertiel (21), une ancre (12) comportant une fourchette (122) coopérant avec la cheville (130), et deux palettes (121, 127) coopérant avec des dents (112) d'une roue d'échappement (11). Le régulateur est configuré de sorte que, pendant une première phase de repos frottant se produisant avant une phase de dégagement, et pendant une seconde phase de repos frottant se produisant après une phase d'impulsion, la cheville (130) est en contact avec la fourchette (122) de manière à la pousser, et une dent (112) de la roue d'échappement (11) est en contact frottant avec l'une des palettes (121, 127).

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne le domaine de l'horlogerie, plus précisément, la présente invention concerne un régulateur mécanique horloger comprenant un échappement et un oscillateur.

Etat de la technique

[0002] Un mécanisme régulateur d'horlogerie comprend typiquement un échappement tel qu'illustré à la figure 1. Un tel échappement 10 comprend typiquement une roue d'échappement 11 munie de dents 112 configurées pour coopérer avec des palettes 121 d'une ancre 12. L'ancre 12 comporte une fourchette 122 coopérant avec une cheville 130 d'un plateau 131. Le plateau 131 est lié rigidement à un oscillateur (ou organe régulateur) non représenté. L'échappement a pour but d'entretenir et de compter les oscillations de l'oscillateur. Un oscillateur mécanique comporte un élément inertiel, un guidage et un élément de rappel élastique. Par exemple, l'oscillateur mécanique peut comprendre un balancier spiral dans lequel le balancier constitue l'élément inertiel, le guidage correspond à l'axe de balancier et aux pierres de platine et pont, et le spiral constitue l'élément de rappel élastique.

[0003] La figure 2a montre un diagramme reportant différents angles d'oscillation du balancier d'un oscillateur balancier spiral, coopérant avec un échappement tel que décrit ci-dessus. Le balancier, ayant une amplitude Ao de l'ordre 300°, peut être caractérisé par une portion d'oscillation libre Θ_LI et une portion d'oscillation correspondant à l'angle de levée Θ_LE, de l'ordre de 50°, où le dégagement de la roue d'échappement et l'impulsion de l'échappement à l'élément inertiel se produisent. L'amplitude Ao est la position angulaire maximale, par rapport à la ligne des centres, que prend l'élément inertiel durant une oscillation (ou alternance). La ligne des centres θ₀ est définie comme la position angulaire de l'élément inertiel à l'équilibre sans l'échappement (lorsque l'élément de rappel élastique est complètement détendu).

[0004] Un oscillateur horloger sur guidage flexible, ou à pivot flexible, est un oscillateur dont l'élément inertiel (pouvant comprendre un balancier) est guidé en rotation par un agencement de parties élastiques et non pas par un axe de rotation physique tournant dans des paliers classiques (ex : palier rubis), comme dans le cas d'un balancier spiral. En plus de sa fonction de guidage en rotation, le pivot flexible exerce un couple de rappel élastique sur le balancier à l'instar du spiral d'un oscillateur balancier spiral. La figure 2b montre un diagramme reportant différents angles d'oscillation d'un oscillateur sur guidage flexible (par exemple, tel que celui représenté en figure 19) coopérant avec un échappement tel que décrit ci-dessus. Dans cette configuration, l'élément inertiel, ayant une amplitude Ao typiquement comprise entre 10° et 50°, est caractérisé par une portion d'oscillation libre Θ_LI typiquement de l'ordre de 10° à 20°, et par un angle de levée Θ_LE, de l'ordre de 6° maximum. Par rapport à un oscillateur de type balancier spiral, un oscillateur sur guidage flexible se démarque par une rigidité plus importante de l'élément de rappel élastique et par des amplitudes d'oscillations Ao plus faibles.

[0005] Le demi-angle de levée Θ_LE/2 d'un oscillateur correspond à l'angle entre la ligne des centres de l'élément inertiel θ₀ et sa position angulaire en fin d'impulsion θ_IM. Ainsi, minimiser l'angle de levée Θ_LE revient à rapprocher la position angulaire de fin d'impulsion θ_IM de la ligne des centres θ₀ et donc de diminuer le couple de rappel élastique de l'oscillateur en fin d'impulsion, ce qui facilite l'auto-démarrage.

[0006] Dans le cas d'un échappement 10 traditionnel à ancre suisse coopérant avec un oscillateur sur guidage flexible, il n'est pas possible de redimensionner la fourchette pour rendre cette dernière compatible avec un angle de levée Θ_LE au balancier de 6° ou moins. En effet, dans ce cas, les jeux et sécurités entre la fourchette et la cheville de plateau seraient irréalisables en pratique. Par ailleurs, du fait de la rigidité plus élevée de l'élément de rappel élastique d'un oscillateur sur guidage flexible par rapport à un balancier spiral, il est alors difficile d'assurer l'auto-démarrage d'un oscillateur sur guidage flexible.

[0007] L'auto-démarrage est la propriété d'un échappement qui démarre uniquement grâce au couple fourni par la roue d'échappement suite au remontage du barillet dans sa zone de travail. L'auto-démarrage garantit le démarrage de l'oscillateur sans aide extérieure pendant la phase de remontage du barillet, par exemple après une longue période de stockage de la montre. L'auto-démarrage est une propriété avantageuse à tout échappement d'une montre bracelet car celle-ci est régulièrement sujette à des chocs ce qui provoque des freinages du balancier contre ses antichocs. Ces freinages peuvent mener à des arrêts momentanés du balancier. Si l'échappement n'est pas auto-démarrant, le balancier restera bloqué jusqu'à l'intervention de l'utilisateur ou d'un horloger. Ainsi un échappement qui n'est pas auto-démarrant pose des problèmes de fiabilité dans le contexte de la montre bracelet.

[0008] Un système est auto-démarrant lorsque le couple à la roue d'échappement est suffisant pour, entre autres, achever la phase d'impulsion. Le couple de rappel élastique de l'oscillateur (ce couple de rappel élastique est directement proportionnel à la raideur du ressort de rappel et à la position angulaire de fin d'impulsion θ_FI) est alors contrebalancé par le couple à la roue d'échappement. Augmenter le couple à la roue d'échappement pour assurer l'auto-démarrage d'un oscillateur sur guidage flexible revient à en augmenter la consommation énergétique, ce qui n'est pas une solution satisfaisante étant donné que l'énergie disponible dans une montre bracelet est limitée.

[0009] Le document CH715589A1 décrit un échappement à repos frottant qui est adapté à un oscillateur sur guidage flexible. L'avantage d'un échappement à repos frottant est qu'il peut être dimensionné pour être compatible avec un angle de levée Θ_LE au balancier inférieur à 6°, ce qui est avantageux pour l'auto-démarrage. L'inconvénient est que le balancier est lié à l'ancre (élastiquement dans ce cas précis) ce qui implique une rotation permanente de l'ancre durant l'oscillation du balancier et donc un contact frottant permanent entre la roue d'échappement et l'ancre. La perte d'énergie consécutive à ce contact frottant est substantielle, ce qui limite de facto les amplitudes de fonctionnement de l'oscillateur à de faibles valeurs, de l'ordre de 6 à 8°. Par opposition, l'échappement à ancre suisse est un échappement libre car il n'entre en contact avec l'oscillateur que pendant l'angle de levée pour effectuer les phases de dégagement et d'impulsion.

[0010] Un exemple d'échappement libre qui a été adapté pour un oscillateur sur guidage flexible est présenté dans le document CH714361. Ce document décrit un régulateur avec résonateur à pivot flexible muni d'un échappement libre à ancre avec fourchette élargie par rapport à celle d'une ancre suisse classique. L'échappement est particulièrement adapté au pivot flexible présenté dans le document EP3035126 et va de pair avec le mécanisme de résonateur sur guidage flexible dévoilé dans le document EP3545365. Ce dernier document décrit un échappement libre à ancre avec un angle de levée Θ_LE de 10°, avec des éléments inertiels aux propriétés spécifiques. Cet échappement a une cinématique traditionnelle avec une phase d'oscillation libre, puis un dégagement suivi d'une phase d'impulsion. Du fait de son angle de levée trop grand (10°), l'échappement en question ne peut pas être à la fois auto-démarrant et avoir un couple à la roue d'échappement suffisamment petit pour avoir une consommation énergétique raisonnable.

Bref résumé de l'invention

[0011] La présente invention concerne un régulateur mécanique horloger comprenant un échappement coopérant avec un oscillateur mécanique horloger pourvu d'un élément inertiel oscillant dans un plan d'oscillation grâce à un élément de rappel élastique. L'échappement comprend une cheville liée rigidement à l'élément inertiel, une ancre et une roue d'échappement. L'ancre comporte une fourchette configurée pour coopérer avec la cheville, une palette d'entrée et une palette de sortie, chacune des palettes étant configurée pour coopérer avec des dents de la roue d'échappement. L'échappement est configuré de sorte que, pendant une phase de dégagement, la cheville pousse la fourchette afin de libérer la roue d'échappement de l'une des palettes et, pendant une phase d'impulsion, la fourchette pousse la cheville afin de transmettre à l'élément inertiel le couple de la roue d'échappement qui est en contact avec l'une des palettes. Le régulateur est configuré de sorte que la phase de dégagement est précédée d'une première phase de repos frottant, elle-même précédée par une première phase d'oscillation libre, et la phase d'impulsion est suivie par une seconde phase de repos frottant, elle-même suivie d'une seconde phase d'oscillation libre. Pendant chacune des phases d'oscillation libre, l'élément inertiel oscille librement sans contact entre la cheville et la fourchette; et pendant la première et seconde phase de repos frottant, la cheville est en contact avec la fourchette de manière à la pousser, une dent de la roue d'échappement étant en contact frottant avec l'une des palettes.

[0012] L'échappement est à repos frottant pendant une portion d'oscillation donnée, mais est libre en dehors de cette portion d'oscillation. Les portions d'oscillation en repos frottant permettent de garantir l'auto-démarrage de l'oscillateur car, grâce à elles, il est possible de construire un mécanisme fourchette-cheville avec un très faible angle de levée ainsi que des jeux et sécurités raisonnables. Par exemple, l'angle de levée peut être au moins deux fois plus petit que ce qui est atteignable avec les échappements proposés dans l'état de la technique, soit typiquement entre 2° et 6°. L'échappement permet ainsi de récupérer la propriété d'auto-démarrage de l'oscillateur, même dans le cas où l'amplitude de fonctionnement de l'oscillateur est faible et sa rigidité importante.

[0013] Le régulateur selon l'invention permet également une portion d'oscillation de l'élément inertiel en grande partie libre et il n'y a donc pas de contact frottant entre la roue d'échappement et l'ancre durant une grande partie de l'oscillation de l'élément inertiel. Cela permet de minimiser la perte d'énergie du régulateur et donc d'obtenir une amplitude de l'élément inertiel plus élevée. Cela permet de garantir l'isochronisme d'un oscillateur à guidage flexible (pour la plupart des oscillateurs à guidage flexible et des échappements, les défauts d'isochronisme sont en général critiques en dessous de 10° d'amplitude) et rend l'élément inertiel moins perturbable par des chocs contre des butées.

[0014] Le régulateur décrit ici peut être appliqué à tout type d'échappement dont la roue et l'ancre forment un échappement à double impulsion. Par exemple, le principe peut être facilement appliqué dans le cas d'un échappement libre à ancre. Le régulateur proposé ici simplifie grandement la conception de l'oscillateur par rapport à la solution proposée dans le document CH714361. Par exemple, étant donné les faibles amplitudes caractérisant les oscillateurs sur guidages flexibles, l'ancre de la présente invention n'a pas besoin de dard pour coopérer avec un tel oscillateur. L'ancre et la roue peuvent donc être des pièces produites sur un seul niveau.

[0015] Le régulateur décrit ici est simple dans sa mise en oeuvre et permet d'assurer une faible consommation énergétique et l'auto-démarrage d'un oscillateur sur guidage flexible.

Brève description des figures

[0016] Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles :

la figure 1 illustre un régulateur classique d'horlogerie;

les figures 2a et 2b montrent l'amplitude d'oscillation et l'angle de levée pour un oscillateur de type balancier spiral (figure 2a) et pour un oscillateur sur guidage flexible (figure 2b) ;

la figure 3 montre un régulateur dont l'échappement comprend une cheville, une fourchette et une roue d'échappement, selon un mode de réalisation;

les figures 4a-4c montrent un détail de la palette d'entrée (figure 4a), de la palette de sortie (figure 4b) de la fourchette et d'une dent de la roue d'échappement (figure 4c);

Les figures 5a et 5b montrent un diagramme reportant différents angles d'oscillation d'un élément inertiel d'un oscillateur sur guidage flexible coopérant avec l'échappement 10, lorsque l'oscillateur oscille dans le sens anti-horaire (figure 5a) et horaire (figures 5b);

la figure 6 montre l'échappement au début d'une première phase de repos frottant lorsque l'oscillateur oscille dans le sens anti-horaire;

la figure 7 montre l'échappement au début d'une phase de dégagement;

la figure 8 montre l'échappement pendant un premier rattrapage de jeu de fourchette;

la figure 9 montre l'échappement au début d'une phase d'impulsion;

la figure 10 montre l'échappement pendant la phase d'impulsion;

la figure 11 montre l'échappement au début d'une première chute de la roue d'échappement;

la figure 12 montre l'échappement au début d'une seconde phase de repos frottant après un deuxième rattrapage de jeu de fourchette;

la figure 13 montre l'échappement à la fin d'une seconde phase de repos frottant;

la figure 14 montre l'échappement pendant une phase d'oscillation libre;

la figure 15 montre l'échappement pendant la première phase de repos frottant, lorsque l'oscillateur oscille dans le sens horaire;

les figures 16a-16f montrent des phases de l'échappement aux faibles amplitudes de l'oscillateur;

Les figures 17a-17b illustrent l'ébat et la pénétration (figure 17a) de la cheville dans la fourchette dans une position de début d'impulsion et l'ébat de dégagement (figure 17b) de la cheville dans la fourchette dans une position de fin de second repos frottant;

les figures 18a-18b montrent des phases de l'échappement pour des amplitudes d'oscillation au-delà du demi-angle de repos frottant;

les figures 19a-19f illustrent différentes positions de la fourchette et d'une dent par rapport aux palettes, pour des amplitudes d'oscillation de l'élément inertiel au-delà du demi-angle de repos frottant;

la figure 20 montre l'échappement coopérant avec oscillateur sur guidage flexible, selon un premier exemple; et

la figure 21 montre un détail de l'échappement de la figure 20.

Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention

[0017] La figure 3 montre un régulateur 1 comportant un échappement 10, selon un mode de réalisation. L'échappement 10 comprend une roue d'échappement 11 munie de dents 112 configurées pour coopérer avec une palette d'entrée 121 et une palette de sortie 127 d'une ancre 12. L'ancre 12, montée pivotante sur un axe, comporte une fourchette 122 coopérant avec une came d'impulsion 130 (ici une cheville) d'un plateau 131. L'échappement 10 coopère avec un oscillateur (non représenté) comportant un élément inertiel 21 (par exemple un balancier ou autre) apte à osciller autour d'un axe d'oscillateur 23 grâce à un élément de rappel élastique. Le plateau 131 est destiné à coopérer avec l'oscillateur. Par exemple, le plateau 131 peut être arrangé concentrique avec l'oscillateur de manière à pivoter avec élément inertiel, comme dans un mécanisme régulateur d'horlogerie conventionnel.

[0018] La figure 4a montre un détail de la palette d'entrée 121, la figure 4b montre un détail de la palette de sortie 127 et la figure 4c montre un détail d'une dent 112 compotant un bec de dent 112a et un talon de dent 112b. Chacune de la palette d'entrée 121 et la palette de sortie 127 est dotée d'un plan de repos frottant de palette P_RF, un plan de dégagement de palette P_DE, et un plan d'impulsion de palette P_IM. Ici, le plan de dégagement de palette P_DE correspond à un plan de repos, c'est-à-dire, le plan sur lequel appuie une dent 112 de la roue d'échappement au moment de son dégagement.

[0019] Dans l'exemple des figures 4a-4b, le plan d'impulsion de palette P_IM comporte trois sections à courbure variable, continues et tangentes. Cependant, le plan d'impulsion de palette P_IM peut également être formé d'une seule ou de plusieurs sections courbes ou planes.. Le plan de repos frottant de palette P_RF et le plan de dégagement de palette P_DE sont également représentés comme deux sections continues de courbures différentes mais ces deux plans pourraient également être réalisés comme une seule surface plane . Préférablement, le plan de repos frottant de palette P_RF est à tirage et le plan de dégagement de palette P_DE peuvent être ou non à tirage. Le tirage signifie que ces deux plans de palette peuvent être orientés de telle sorte que la force exercée par le bec de dent 112a de la dent 112 contre l'un de ces plans de palette engendre un couple à l'ancre 12 provoquant la rotation de cette dernière contre l'une de ses butées 125a, 125b. Le tirage permet de s'assurer que l'ancre s'arrête dans une position bien déterminée, définie par ses butées 125, durant l'oscillation libre de l'élément inertiel 21. Pendant la première phase d'oscillation libre il n'y a pas de contact entre la cheville 130 et la fourchette 122. Un contact entre la cheville 130 et la fourchette 122 se produit pendant la première phase de repos frottant.

[0020] Les palettes 121, 127 de l'ancre 12 de l'échappement 10 comportent donc un plan de repos additionnel, le plan de repos frottant de palette P_RF, configuré pour bloquer la roue d'échappement 11 lors des repos frottant de l'échappement.

[0021] Les figures 5a et 5b montrent un diagramme reportant différents angles d'oscillation d'un élément inertiel d'un oscillateur sur guidage flexible coopérant avec l'échappement 10, lorsque l'oscillateur oscille dans le sens antihoraire (figure 5a) et horaire (figures 5b). L'échappement 10 possède deux régimes différents de fonctionnement. Au démarrage, l'échappement 10 fonctionne comme un échappement à repos frottant, c'est-à-dire que l'amplitude d'oscillation de l'élément inertiel est supérieure au demi-angle de levée Θ_LE/2 et inférieure au demi-angle de repos frottant Θ_RF/2. L'angle de levée Θ_LE correspond à la portion d'oscillation de l'élément inertiel depuis la position angulaire de début de dégagement θ_DE jusqu'à la position angulaire de fin de l'impulsion θ_IM. L'angle de repos frottant Θ_RF correspond à la portion d'oscillation depuis la position angulaire de l'élément inertiel du début du premier repos frottant θ_RF1 jusqu'à la position angulaire de fin du second repos frottant θ_RF2.

[0022] A plus grande amplitude d'oscillation de l'élément inertiel, supérieure au demi-angle de repos frottant à Θ_RF/2, l'oscillateur a également une portion d'oscillation libre (angle d'oscillation libre Θ_LI).

[0023] Les figures 6 à 15 montrent l'échappement 10 pendant les différentes phases de son fonctionnement. Le diagramme de la figure 5 est également reproduit : l'angle de l'oscillateur 2 correspondant à la phase illustrée y est indiqué par une flèche. Notons qu'une chute (ou rattrapage de jeu de fourchette) intervient comme une transition entre deux phases de fonctionnement de l'échappement et n'est pas considérée comme une phase de l'échappement. A noter que, pour faciliter l'analyse et la compréhension d'un échappement, il est d'usage de faire l'approximation que l'élément inertiel ne pivote pas pendant une chute. La chute est ajoutée dans la construction de l'échappement afin d'éviter le blocage du mécanisme qui serait provoqué par un double contact entre deux pièces d'échappement (sécurités de l'échappement). La chute est dimensionnée en fonction des tolérances d'assemblage et de fabrication du système. Elle doit être minimisée car elle occasionne une perte d'énergie non-contributive à la précision de la base de temps du système.

Fonctionnement normal (à grande amplitude)

[0024] La figure 6 montre l'échappement 10 au début d'une première phase de repos frottant, lorsque l'oscillateur oscille dans le sens anti-horaire. La première phase de repos frottant se produit à la suite d'une première phase d'oscillation libre pendant laquelle l'élément inertiel 21 oscille librement sans contact entre la cheville 130 et la fourchette 122 . La première phase de repos frottant se produit avant une phase de dégagement de l'échappement 10. Dans la première phase de repos frottant, qui n'existe pas dans un échappement libre à ancre conventionnel, la roue d'échappement 11 est bloquée par l'ancre 12 et ne peut pas avancer. La cheville 130 (par exemple arrangée coaxiale avec un axe de l'élément inertiel) tourne dans le sens anti-horaire et rencontre un premier plan de fourchette 122a de la fourchette 122. L'ancre 12 pivote alors dans le sens horaire (autour de son axe de pivotement 126). Sous l'action de la cheville 130 sur la fourchette 122, la palette 121 va faire légèrement reculer la roue d'échappement 11. Une dent 112 de la roue d'échappement est en contact frottant sur le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette d'entrée 121.

[0025] Pendant la première phase de repos frottant d'entrée, l'ancre 12 tourne tandis que la roue d'échappement 11 est presque immobile. Il existe donc un contact frottant entre une dent 112 et la palette d'entrée 121 (sur le plan de repos frottant de palette P_RF) de l'ancre 12. Pendant la première phase de repos frottant, l'élément inertiel oscille depuis la position angulaire de début du premier repos frottant θ_RF1 à la position angulaire de début de dégagement θ_DE.

[0026] La figure 7 montre l'échappement 10 au début d'une phase de dégagement, correspondant à la fin du premier repos frottant. Pendant la phase de dégagement, la cheville 130 de balancier continue à tourner dans le sens anti-horaire et à pousser sur le premier plan de fourchette 122a de la fourchette 122. La roue d'échappement 11 est immobile, ou recule légèrement, et l'ancre 12 continue à tourner dans le sens horaire. Une dent 112 de la roue d'échappement 11 quitte le plan de repos frottant de palette P_RF pour rejoindre le plan de dégagement de palette P_DE de la palette d'entrée 121. Au début de la phase de dégagement, la position angulaire de l'élément inertiel est celle de début de dégagement θ_DE.

[0027] La figure 8 montre l'échappement 10 au début du rattrapage de jeu de la fourchette 122 se produisant à la fin de la phase de dégagement. Le début du rattrapage de jeu de la fourchette 122 est identique à celle d'un échappement à ancre classique. La cheville 130 continue à tourner dans le sens anti-horaire. Une dent 112 de la roue d'échappement 11 quitte le plan de dégagement de palette P_DE pour rejoindre le plan d'impulsion de palette P_IM de la palette d'entrée 121. La roue d'échappement 11 va alors actionner l'ancre 12 ce qui va permettre au second plan de fourchette 122b de rattraper la cheville 130 et la percuter à la fin du rattrapage de jeu de la fourchette 122. Le couple de rappel élastique de l'oscillateur doit au moins être dimensionné pour pouvoir ramener, sans élan, l'échappement 10 dans la position de la figure 8. Dans le cas contraire l'échappement 10 n'est pas auto-démarrant.

[0028] La figure 9 montre l'échappement 10 au début d'une phase d'impulsion se produisant à la fin de la première chute de fourchette et correspond au début de l'impulsion de la palette d'entrée 121. Cette première phase d'impulsion est identique à celle d'un échappement à ancre classique. La cheville 130 continue à tourner dans le sens anti-horaire. Le second plan de fourchette 122b de la fourchette 122 a rejoint la cheville 130 et commence à pousser la cheville 130 dans le sens anti-horaire. La roue d'échappement 11 continue à tourner dans le sens horaire et actionne la cheville 130 par l'intermédiaire de l'ancre 12. Le bec de dent 112a de la dent 112 de la roue d'échappement 11 pousse sur le plan d'impulsion de palette P_IM de la palette d'entrée 121.

[0029] La figure 10 montre l'échappement 10 en cours de phase d'impulsion, à la transition entre l'impulsion du bec de dent 112a sur le plan de palette et l'impulsion de plan de dent sur bec de palette. La cheville 130 continue à tourner dans le sens anti-horaire et le second plan de fourchette 122b continue à pousser la cheville 130 dans le sens anti-horaire. La roue d'échappement 11 continue également à tourner dans le sens horaire et actionne la cheville 130 par l'intermédiaire de l'ancre 12. La seconde partie de phase d'impulsion, et avec elle la première impulsion, se termine lorsque le bec de palette 128 rejoint le talon de dent 112b de la roue d'échappement 11 (voir aussi la figure 4a).

[0030] La figure 11 montre l'échappement 10 pendant une première chute de la roue d'échappement 11 et une seconde chute de fourchette 122 se produisant à la fin de la phase d'impulsion. Cette transition est identique à celle d'un échappement à ancre conventionnel pour la chute de la roue d'échappement 11. Cependant, dans un échappement conventionnel, il n'y a pas de seconde chute de fourchette 122 car la cheville 130 quitte la fourchette 122 à la fin de l'impulsion sans rejoindre le premier plan de fourchette 122a. Dans la présente transition, la cheville 130 continue à tourner dans le sens anti-horaire. La cheville 130 quitte le second plan de fourchette 122b car l'ancre 12 n'est plus actionnée par la roue d'échappement 11. Une dent 112 de la roue d'échappement 11 se sépare de l'extrémité du plan d'impulsion de palette P_IM de la palette d'entrée 121. La roue d'échappement 11 chute, c'est-à-dire tourne dans le vide, et va rejoindre le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette de sortie 127.

[0031] Durant cette transition correspondant à la chute de la roue d'échappement et de la seconde chute de fourchette, la position angulaire de l'élément inertiel correspond approximativement à la position angulaire de fin d'impulsion θ_IM par rapport à la position de référence de la ligne des centres θ₀ (cela correspond au demi-angle de levée Θ_LE/2). A la différence d'un échappement conventionnel, l'échappement 10 est caractérisé par un angle de levée Θ_LE typiquement d'au plus 6°.

[0032] La figure 12 montre l'échappement 10 au début d'une seconde phase de repos frottant se produisant après la phase d'impulsion, à la fin de la chute de la roue d'échappement 11 et de la seconde chute de fourchette 122. Cette seconde phase de repos frottant n'existe pas dans un échappement à ancre classique. La cheville 130 continue à tourner dans le sens anti-horaire, rejoint le premier plan de fourchette 122a et pousse la fourchette 122 pour s'en dégager. La roue d'échappement 11 est bloquée par l'ancre 12 mais pivote très légèrement dans le sens horaire du fait du tirage. L'ancre 12 pivote toujours dans le sens horaire sous l'action de la cheville 130. Le bec de dent 112a de la dent 112 de la roue d'échappement 11 va donc frotter contre le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette de sortie 127. Il y a donc un contact frottant entre la roue d'échappement 11 et l'ancre 12 et entre l'ancre 12 et la cheville 130.

[0033] Ici, l'expression "contact frottant" signifie qu'au point de contact entre la dent 112 et le plan de repos frottant de palette P_RF et entre la cheville 130 et le premier plan de fourchette 122a, il y a un déplacement relatif régulier entre ces pièces d'échappement pendant la première et la seconde phase de repos frottant.

[0034] Pendant la seconde phase de repos frottant, la position angulaire de l'élément inertiel va de la position angulaire de fin d'impulsion θ_IM jusqu'à la position angulaire de fin du second repos frottant θ_RF2.

[0035] La figure 13 montre l'échappement 10 à la fin de la seconde phase de repos frottant. La cheville 130 a terminé de pousser le premier plan de fourchette 122a et s'en libère. L'ancre 12 n'a pas encore rejoint la butée de sortie 125b, le tirage n'est donc pas terminé. Une dent 112 de la roue d'échappement 11 est en appui sur le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette de sortie 127. La roue d'échappement 11 transmet un couple à l'ancre 12 qui lui permet de pivoter toujours dans le sens horaire pour rejoindre la butée de sortie 125b et sa position de repos.

[0036] Pendant le tirage, la position angulaire de l'élément inertiel est légèrement supérieure à la position angulaire de fin du second repos frottant θ_RF2. Similairement aux chutes, on ne considère pas, dans ce document, le tirage comme une phase de l'échappement à proprement parlé.

[0037] La figure 14 montre l'échappement 10 pendant une seconde phase d'oscillation libre se produisant après la seconde phase de repos frottant. La cheville 130 est libre et va le rester jusqu'à la prochaine phase de repos frottant. La fourchette 122 de l'ancre 12 a rejoint la butée de sortie 125b. La roue d'échappement 11 est bloquée par l'ancre 12 et sont tous deux à l'arrêt. Pendant la seconde phase d'oscillation libre il n'y a pas de contact entre la cheville 130 et la fourchette 122. Un contact entre la cheville 130 et la fourchette 122 se produit pendant la seconde phase de repos frottant.

[0038] Pendant la seconde phase d'oscillation libre, la position angulaire de l'élément inertiel est supérieure à la position angulaire de fin du second repos frottant θ_RF2.

[0039] La figure 15 montre l'échappement 10 au début de la première phase de repos frottant, lorsque l'oscillateur oscille dans le sens horaire. Cette phase n'existe pas dans un échappement à ancre classique. La cheville 130, qui tourne dans le sens horaire, rencontre le second plan de fourchette 122b de l'ancre 12 qui s'apprête à tourner dans le sens anti-horaire. Dans cette position, si le système était à l'arrêt, c'est le couple élastique de l'oscillateur qui ferait tourner l'échappement 10. La roue d'échappement 11 est bloquée par l'ancre 12 et ne peut pas avancer. Lorsque l'ancre 12 tourne, sous l'action de la cheville 130 sur le second plan de fourchette 122b de la fourchette 122, la roue d'échappement 11 va reculer légèrement, repoussée par le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette de sortie 127.

[0040] Pendant la première phase de repos frottant, l'élément inertiel pivote depuis la position angulaire de début du premier repos frottant θ_RF1 à la position angulaire de début de dégagement θ_DE.

[0041] La cheville 130 est donc configurée pour pousser la fourchette 122 durant la première phase de repos frottant et la seconde phase de repos frottant. Pendant ces phases, une dent 112 de la roue d'échappement 11 est en contact frottant contre le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette d'entrée 121 ou de la palette de sortie 127. La cheville 130 n'est pas en contact avec la fourchette 122 sur les portions d'oscillations libres de l'élément inertiel, précédant la première phase de repos frottant et suivant la seconde phase de repos frottant.

[0042] Il faut noter que l'auto-démarrage de l'échappement 10 ne dépend pas de l'angle de repos frottant Θ_RF mais uniquement de l'angle de levée Θ_LE. Ainsi comme l'ajout de ces phases de repos frottant permet de réduire l'angle de levée Θ_LE, l'échappement proposé facilite considérablement l'auto-démarrage de l'oscillateur. La présence de la première phase de repos frottant et de la première phase d'oscillation libre permet de caractériser l'échappement 10 comme un échappement semi-libre. L'échappement 10 est également auto-démarrant.

[0043] L'échappement 10 peut être configuré pour que l'angle de repos frottant Θ_RF, correspondant à la portion d'oscillation depuis la position angulaire de l'élément inertiel du début du premier repos frottant θ_RF1 jusqu'à la position angulaire de fin du second repos frottant θ_RF2, soit d'au plus 12°.

[0044] Les mêmes phases que celles décrites ci-dessus se reproduisent lorsque l'oscillateur oscille dans le sens horaire.

[0045] On notera que pour que la première et la seconde phase de repos frottant puissent se produire, l'échappement doit être configuré pour que la cheville 130 soit en contact avec la fourchette 122 de manière à la pousser lorsque la position angulaire de l'élément inertiel par rapport à la ligne des centre θ₀ est plus petite que le demi-angle de repos frottant Θ_RF/2 et plus grand que le demi-angle de levée Θ_LE/2. Plus particulièrement, le premier plan de fourchette 122a et le second plan de fourchette 122b doivent être dimensionnés pour qu'ils puissent être engagés avec la cheville 130 dans cette plage angulaire.

Démarrage et faibles amplitudes

[0046] Au démarrage de l'oscillateur 2 ou en fonctionnement à amplitudes inférieures ou égales au demi-angle de repos frottant Θ_RF/2, l'échappement 10 fonctionne comme un échappement à repos frottant. Dans ce mode, les organes anti-renversement sont inutiles puisque la cheville ne quitte pas la fourchette. Si l'échappement 10 peut pousser l'élément inertiel 21 jusqu'à la limite du demi-angle de levée Θ_LE/2 (correspondant à la position angulaire de fin d'impulsion θ_IM), alors le système est auto-démarrant. La cinématique de l'échappement 10 au démarrage de l'oscillateur ou en fonctionnement à amplitudes inférieures ou égales à un demi-angle de repos frottant à Θ_RF/2 est illustré aux figures 16a-16c lorsque l'oscillateur oscille dans le sens horaire et aux figures 16d à 16f lorsque l'oscillateur oscille dans le sens antihoraire.

[0047] A la figure 16a, une dent 112 est en appui contre le plan de repos de sortie d'ancre 127a de la palette de sortie 127. Le second plan de fourchette 122b de la fourchette 122 est en contact avec la cheville 130 et suit l'élément inertiel 21 dans son oscillation. Si l'oscillation est suffisamment grande, alors la roue d'échappement 11 esquisse un léger mouvement dû au tirage du plan de repos de sortie d'ancre 127a.

[0048] A la figure 16b, l'élément inertiel 21 est entré dans l'angle de levée Θ_LE et a terminé le dégagement. La fourchette a rattrapé son jeu et pousse la cheville 130 avec le premier plan de fourchette. La dent 112 fournit son impulsion sur la palette de sortie 127, via le plan d'impulsion de sortie d'ancre 127b.

[0049] A la figure 16c, l'élément inertiel 21 atteint la limite de l'angle de levée Θ_LE. A la fin de l'impulsion sur le plan d'impulsion de sortie d'ancre 127b de la palette de sortie 127, une autre dent 112' chute sur le plan de repos d'entrée d'ancre 121a de la palette d'entrée 121. La cheville 130, toujours engagée dans la fourchette 122, entraînant cette dernière avec elle.

[0050] Les figures 16d-16f illustrent les mêmes phases que les figures 16a-16c, respectivement. Une dent 112 vient en contact avec le plan de repos d'entrée d'ancre 121a de la palette d'entrée 121 (figures 16a et 16b). L'élément inertiel 21 et l'ancre 12 tournent dans le sens contraire au sens illustré aux figures 16a-16c. Lorsque le balancier 21 atteint la limite de l'angle de levée Θ_LE (figure 16f), une autre dent 112' chute sur le plan de repos de sortie d'ancre 127a de la palette de sortie 127.

Sécurité et suretés

[0051] Le mécanisme fourchette-cheville de l'échappement 10 doit être doté de sécurités et suretés suffisantes afin d'éviter que l'échappement ne puisse être amené dans une position de blocage. Concrètement, les sécurités et suretés en question sont des distances entre la cheville 130 et la fourchette 122 dans des positions particulières de l'échappement 10 et doivent être dimensionnées en fonction des imprécisions de fabrication et d'assemblage des pièces d'échappement. La figure 17a illustre l'ébat E et la pénétration P de la cheville 130 dans la fourchette 122 dans une position de début d'impulsion (correspond à la position de l'échappement à la figure 9). L'ébat E sert à éviter que la cheville ne se coince dans la fourchette et la pénétration P à garantir que le second plan de fourchette 122b pousse la cheville lors de l'impulsion. La figure 17b illustre l'ébat de dégagement D de la cheville 130 dans la fourchette 122 dans une position de fin de second repos frottant (correspond à la position de la figure 13, au tirage près). L'ébat de dégagement D sert à garantir que la cheville 130 puisse sortir de la fourchette 122. Ce sont ces trois distance (E, P et D) qui deviennent trop petite lorsque l'on construit un échappement à ancre libre traditionnel (sans repos frottant) pour des angles de levée inférieur à 10° environ.

[0052] Comme montré aux figures 18a et18b, pour des amplitudes d'oscillation de l'élément inertiel 21 au-delà du demi-angle de repos frottant Θ_RF/2, la cheville 130 sort de la fourchette 122. L'ancre 12 est alors au repos, en appui contre la butée d'entrée 125a (figure 18a) ou la butée de sortie 125b (figure 18b), et la roue d'échappement 11 reste à l'arrêt. L'échappement 10 doit alors comprendre un organe empêchant le renversement, c'est-à-dire empêchant le basculement de l'ancre 12 qui provoquerait la rencontre entre la cheville 130 de plateau et la corne 123. Un organe empêchant le renversement peut comprendre un dard 124 et/ou une paire de cornes 123. Dans le cas d'un oscillateur 2 destiné à l'échappement 1 décrit ici, ses oscillation ont des amplitudes typiquement faibles : Le dard 124 peut alors se révéler inutile et la paire de cornes 123, ou tout système équivalent, peut suffire. Dans le cas où la fourchette (ou la cheville) est suffisamment large il n'y également pas besoin de dard.

[0053] Les figures 19a-19f illustrent différentes positions de la fourchette 122 et d'une dent 112 par rapport aux palettes 121, 127, pour des amplitudes d'oscillation de l'élément inertiel 21 au-delà du demi-angle de repos frottant Θ_RF/2. En se référant aux figures 19a et 19d, l'élément inertiel 21 parcourt librement son arc supplémentaire. Grâce au tirage de la dent 112 sur le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette de sortie 127, la fourchette 122 est calée contre la butée de sortie 125b ou contre tout autre organe de limitation. La position de repos est telle qu'au retour de l'élément inertiel 21, la cheville 130 entre librement dans la fourchette 122.

[0054] En se référant aux figures 19b et 19e, à la suite d'un choc, la fourchette 122 quitte sa position de repos. Le dard 124 et le petit plateau 132 remplissent leur rôle d'organes anti-renversement. La pointe du dard 124 entre en contact avec le petit plateau 132, empêchant l'ancre 12 de passer du mauvais côté. Le bec de dent 112a est toujours en prise avec le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette de sortie 127. Une fois le choc passé, l'ancre 12 est remise en position de repos grâce au tirage. La cheville 130 passe librement devant la corne 123.

[0055] En se référant aux figures 19c et 19f, le dard 124 est entré dans l'encoche 132a du petit plateau 132. Dans cette configuration, le dard 124 est inactif et incapable de retenir l'ancre 12. C'est alors la corne 123, bloquée par la cheville 130, qui empêche le renversement en cas de choc. Le bec de dent 112a de la dent 112 est toujours engagée sur le plan de repos frottant de palette P_RF de la palette de sortie 127. Une fois le choc passé, l'ancre 12 retrouve sa position d'équilibre grâce au tirage.

Autres aspects

[0056] L'échappement 10 selon l'invention, c'est-à-dire l'ancre 12, la cheville 130, et/ou la roue d'échappement 11, peut être réalisé en silicium en utilisant les techniques de gravure habituelles. Ce matériau possède de nombreux atouts : il ne subit pas de rupture en fatigue, est amagnétique et ne comporte pas de domaine plastique. En outre, le silicium permet de fabriquer des pièces en série avec une grande précision d'usinage, tout en offrant une grande liberté de conception. Alternativement, l'échappement 10 peut être fabriqué en un matériau sélectionné à partir du groupe de matériaux comprenant une céramique, un verre, un alliage ou verre métallique. Par exemple le matériau sélectionné peut comprendre le nitrure de silicium, le carbure de silicium, l'acier, l'or ou l'un de ses alliages, le nickel, le nickel-phosphore, le laiton, l'acier, un alliage amorphe, un alliage cuivreux, le cuivre-béryllium, ou le maillechort.

[0057] Comme l'échappement 10 peut être configuré pour que l'angle de repos frottant Θ_RF soit d'au plus 12°, et que les cornes 123 peuvent empêcher tout renversement de l'ancre jusqu'à une amplitude de 36°, ainsi l'ancre 12 peut ne pas comprendre le dard 124. Il est alors possible de fabriquer l'ancre 12 sur un seul niveau, c'est-à-dire que l'ancre 12 peut être comprise dans un seul plan, sans le dard 124 fixé sur un niveau au-dessus (ou au-dessous) du niveau de l'ancre 12 et de la fourchette 122.

Exemples d'implémentation

[0058] Le régulateur 1 décrit ici est particulièrement adapté à un oscillateur 2 sur guidage flexible. Un exemple d'intégration de l'échappement 10 à un oscillateur de type CR3 tel que décrit dans le brevet EP3299905B1 par la présente demanderesse est illustré à la figure 20. La figure 21 montre un détail de l'échappement 10.

[0059] Dans cet exemple, la cheville 130 qui interagit avec l'ancre 12, ainsi que les butées 125a, 125b, sont directement intégrées dans l'élément inertiel 21 de l'oscillateur 2. Outre la cheville 130 interagissant avec l'ancre 12, l'oscillateur 2 comprend un élément de rappel élastique comprenant un pivot flexible comportant des lames flexibles 22. Le pivot flexible 22 assure à la fois le rôle de rappel élastique et de guidage en rotation de l'élément inertiel 21. Le pivot flexible 22 est d'un côté fixé à une platine (non-représentée) et de l'autre lié à l'élément inertiel 21.

[0060] L'oscillateur 2 a typiquement 20° d'amplitude. Les cornes 123 peuvent empêcher tout renversement de l'ancre 12 jusqu'à une amplitude de 36°, ainsi un dard est inutile dans cet exemple. L'angle de repos frottant Θ_RF est d'environ 10° et l'angle de levée Θ_LE est d'environ 5°.

[0061] Il est possible de substituer l'oscillateur de type CR3 par un oscillateur de type Wittrick tel que décrit dans le brevet EP3299905B1 par la présente demanderesse.

[0062] Bien sûr, ces deux exemples ne sont pas limitatifs et, par sa conception, le présent échappement n'est pas limité à une famille spécifique d'oscillateurs sur guidages flexibles.

Numéros de référence employés sur les figures

[0063] 

1

régulateur mécanique horloger

10

échappement

11

roue d'échappement

112, 112'

dent

112a

bec de dent

112b

talon de dent

12

ancre

121

palette d'entrée

122

fourchette

122a

premier plan de fourchette

122b

second plan de fourchette

123

corne

124

dard

125

butée

125a

butée d'entrée

125b

butée de sortie

126

axe de pivotement de l'ancre

127

palette de sortie

128

bec d'impulsion de la palette

130

came d'impulsion, cheville

131

plateau

132

petit plateau

132a

encoche du petit plateau

2

oscillateur

21

élément inertiel, balancier

22

élément de rappel élastique, lame flexible

23

axe d'oscillateur

θ_DE

position angulaire de début de dégagement

θ_IM

position angulaire de fin d'impulsion

θ_RF1

position angulaire de début du premier repos frottant

θ_RF2

position angulaire de fin du second repos frottant

Θ_LE

angle de levée

Θ_LI

angle d'oscillation libre

Θ_RF

angle de repos frottant

Ao

amplitude d'oscillation

M

couple

P_DE

plan de dégagement de palette

P_IM

plan d'impulsion de palette

P_RF

plan de repos frottant de palette

E

ébat entre la fourchette et la cheville

P

pénétration de la cheville dans la fourchette

D

ébat de dégagement de la cheville

Revendications

1. Régulateur mécanique horloger (1) comprenant un échappement (10) coopérant avec un oscillateur pourvu d'un élément inertiel (21) oscillant dans un plan d'oscillation grâce à un élément de rappel élastique (22);

l'échappement (10) comprenant une cheville (130) liée rigidement à l'élément inertiel (21), une ancre (12) et une roue d'échappement (11); l'ancre (12) comportant une fourchette (122) configurée pour coopérer avec la cheville (130), une palette d'entrée (121) et une palette de sortie (127), chacune des palettes (121, 127) étant configurées pour coopérer avec des dents (112) de la roue d'échappement (11);

l'échappement étant configuré de sorte que, pendant une phase de dégagement, la cheville (130) pousse la fourchette (122) afin de libérer la roue d'échappement (11) de l'une des palettes (121, 127) et, pendant une phase d'impulsion, la fourchette (122) pousse la cheville (130) afin de transmettre à l'élément inertiel (21) le couple de la roue d'échappement (11) qui est en contact avec l'une des palettes (121, 127);
caractérisé en ce que

le régulateur est configuré de sorte que la phase de dégagement est précédée d'une première phase de repos frottant, elle-même précédée par une première phase d'oscillation libre, et la phase d'impulsion est suivie par une seconde phase de repos frottant, elle-même suivie d'une seconde phase d'oscillation libre;

pendant chacune des phases d'oscillation libre, l'élément inertiel (21) oscille librement sans contact entre la cheville (130) et la fourchette (122); et pendant la première et seconde phase de repos frottant, la cheville (130) est en contact avec la fourchette (122) de manière à la pousser, une dent (112) de la roue d'échappement (11) étant en contact frottant avec l'une des palettes (121, 127).

2. Le régulateur (1) selon la revendication 1,
dans lequel la fourchette (122) comporte un plan de fourchette (122a, 122b) qui est dimensionné pour qu'il puisse être engagé avec la cheville (130) pendant la première et seconde phase de repos frottant.

3. Le régulateur (1) selon la revendication 1 ou 2,
configuré de manière à ce que la cheville n'est pas en contact avec la fourchette pendant les phases d'oscillation libre.

4. Le régulateur (1) selon l'une des revendications 1 à 3,

dans lequel chaque palette (121, 127) est dotée d'un plan de dégagement (P_DE) venant en contact avec une dent (112) pendant la phase de dégagement, et d'un plan d'impulsion (P_IM) venant en contact avec une dent (112) pendant la phase d'impulsion; et

dans lequel chacune des palettes (121, 127) est en outre dotée d'un plan de repos frottant (P_RF) configuré pour venir en contact frottant avec une dent (112) pendant la première et seconde phase de repos frottant.

5. Le régulateur (1) selon la revendication 4,
dans lequel le plan de repos frottant de palette (P_RF) est configuré pour bloquer la roue d'échappement (11) lorsque la cheville (130) est en contact avec la fourchette (122).

6. Le régulateur (1) selon la revendication 4 ou 5,
dans lequel le plan de repos frottant de palette (P_RF) est à tirage.

7. Le régulateur (1) selon l'une des revendications 1 à 6,
dans lequel un angle de levée (Θ_LE), correspondant à la portion d'oscillation de l'élément inertiel (21) où le dégagement de la roue d'échappement et l'impulsion de l'échappement à l'élément inertiel se produisent, est d'au plus 6°.

8. Le régulateur (1) selon l'une des revendications 1 à 7,
dans lequel un angle de repos frottant (Θ_RF) correspondant à la portion d'oscillation de l'élément inertiel (21) du début du premier repos frottant jusqu'à la fin du second repos frottant, est d'au plus 12°.

9. Le régulateur (1) selon l'une des revendications 1 à 8,
dans lequel au moins l'un de l'ancre (12), la cheville (130), et la roue d'échappement (11) est fabriqué en silicium.

10. Le régulateur selon l'une des revendications 1 à 9,
dans lequel l'oscillateur (2) comprend un oscillateur sur guidage flexible.

Dessins