[0001] La présente invention a pour objet un palier antichoc pour balancier-spiral de mouvements d'horlogerie mécaniques pour montres-bracelets, en ce sens que ce palier n'est constitué que d'un seul élément de préférence réalisé en rubis ou en tout autres matériaux susceptibles de remplir les conditions de résistance et de rendement usitées pour ce type de palier d'horlogerie. Elle concerne également deux variantes basées sur le même principe. Soit pour la première, qui ne fera pas l'objet de revendication complémentaire car en tous points comparables à la version principale, un palier antichoc dont le pourtour extérieur sert au pivotement de la cage de tourbillon des mouvements d'horlogerie mécaniques pour montres-bracelets dits à tourbillon.
Et pour la seconde variante un ensemble dont l'axe de balancier est prolongé afin d'entraîner des animations ou une indication de l'amplitude maximum.
[0002] Pour des raisons historiques liées aux théories d'horlogeries développées dès le 18ème siècle notamment par Phillips, l'homme de l'art perpétue encore de nos jours des traditions issues du passé. A l'époque il était entendu à juste titre que les pivots des balanciers devaient, pour améliorer le rendement, être très fins. Ceci compte tenu du fait que les problèmes de rendement sont ici particulièrement liés aux états de surface des composants en présence dont la production était particulièrement difficile pour l'époque. Il n'était alors pas question de montre bracelet et l'horlogerie à balancier-spiral était réservée à des chronomètres de marine ou de table. Mais très rapidement apparurent les premières montres de poche et les problèmes liés aux chocs survinrent.
Une chute sur le sol engendrait immanquablement la rupture des pivots du balancier ou pour le moins leur déformation. Mais les utilisateurs conscients de la valeur de leur montre, qui devait souvent durer leur vie entière, en prenaient grand soin. De fait le problème restait marginal et l'homme de l'art était rompu à la réparation de ce type de dégâts. Au début du 20ème siècle, l'horlogerie se démocratise et la mode de porter sa montre au poignet apparaît. La conséquence est que les problèmes liés aux chocs augmentèrent de telle sorte qu'il fût urgent de trouver une solution appropriée. Le temps des paliers antichocs était venu!
[0003] De nos jours les professionnels de l'horlogerie utilisent principalement un type de palier appelé amortisseur de choc, ou encore l'antichoc. Afin de comprendre son fonctionnement, il convient de préciser que l'axe du balancier est muni de 2 pivots et que par conséquent 2 antichocs sont nécessaires par mouvement de montre. Chacun de ces 2 paliers est constitué en général de 5 composants et ils fonctionnent de façon identique.
[0004] Afin de simplifier la compréhension de la présente invention, nous ne considérerons dans l'exposé qui suit que l'un des deux paliers, en l'occurrence celui qui concerne le pivot du balancier situé sous le cadran de la montre. Et dans le même esprit seul l'axe du balancier sera représenté. Nous invitons le lecteur à prendre connaissance des diverses théories horlogères et par exemple celle éditée par L'Ecole d'ingénieurs de L'Arc jurassien, CH 2400 Le Locle "Théorie de la construction horlogère pour ingénieur, Volume: Mécanique"
[0005] La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'une mise en oeuvre principale de l'invention associée à deux variantes issues, en référence aux dessins annexés donnés à titre indicatif et non limitatif, dans lesquels les figures 1, 2, 3, 4 et 5 présentent un type d'antichoc de l'art antérieur; la figure 1 est une vue en perspective, la figure 2 est une vue en plan de dessus, la figure 3 est une coupe, la figure 4 est un détail agrandi de la dite coupe et la figure 5 montre également un agrandissement du palier interne inférieur de l'ensemble. Les figures 6, 7 et 8 représentent la forme principale de la présente invention; la figure 6 est une vue latérale, la figure 7 est une coupe et la figure 8 un détail de cette coupe fortement agrandi.
Les figures 9, 10 et 11 montrent la première variante de l'invention utile pour des mouvements d'horlogerie mécaniques dit à tourbillon dont l'épaisseur se veut particulièrement réduite; la figure 9 est une vue en perspective, la figure 10 est une vue en plan et la figure 11 est une coupe. Les figures 12 et 13 représentent la seconde variante, qui permet d'utiliser le mouvement oscillant d'un l'axe de balancier prolongé pour entrainer des animations ou une indication de l'amplitude maximum à un instant t du résonateur à balancier-spiral; la figure 12 est une vue en plan, et la figure 13 une coupe.
[0006] Sur les figures 1,2 et 3 représentant l'art antérieur, on montre le support 1 qui contient tous les éléments constituant l'antichoc, soit: le chaton 2, constitué lui-même d'une bague 3 dans laquelle est chassé le composant 4, généralement exécuté en rubis, appelé la pierre de l'antichoc elle assure le maintien latéral du pivot p de l'axe de balancier 5; le contre-pivot 6 également en rubis limite quant à lui frontalement l'axe de balancier 5, et un ressort 7, généralement appelé lyre qui par ses 4 pattes a, a', a" et a'", engagées dans les 4 logements b, b', b" et b'" du support 1 maintient sous une tension adéquate les composants qui lui sont sous-jacents.
En cas de choc, le pivot p de l'axe de balancier 5 pourra déplacer le contre-pivot 6 frontalement et le chaton 2 radialement, ceci sachant que l'axe 5 sera limité ensuite dans son déplacement par la collerette c du support 1. Une fois l'axe 5 en appuis, le pivot p ne sera plus sollicité et donc protégé. Il ne subira alors pas de contraintes engendrant sa déformation ou sa casse. Une fois le choc terminé, la lyre 7 contraindra le contre-pivot 6 et le chaton 2 à retrouver leur place initiale, le chaton 2 glissant sur le plan incliné d du support 1. L'on comprendra que la fabrication d'un tel ensemble dont le diamètre total est en général inférieur à 2 mm est très complexe et que la précision et la qualité des composants deviennent primordiales.
En particulier, la coaxialité générale est difficile à garantir et les opérations de montage du mouvement d'horlogerie soit: respectivement l'achevage et de mise en marche s'en trouvent compliquées. De plus, lors du montage du mouvement il est nécessaire de lubrifier ces paliers. La figure 4 montre en h la position que doit prendre le lubrifiant, il se loge par capillarité entre la face plane e du contre-pivot 6, le dessus bombé f de la pierre d'antichoc 4 et le pivot p de l'axe de balancier 5. Cette opération de lubrification est très délicate et elle doit souvent être répétée. Il faut décrocher les pattes a et a' de la lyre 7, afin d'extraire le chaton 2 et le contre-pivot 6 pour les nettoyer, puis les coller ensemble grâce au lubrifiant et les remettre en place dans le support 1.
La casse de la lyre 7, sa perte ou celle du contre-pivot 6 voir du chaton 2 sont monnaie courante. Il convient de mentionner également que ces opérations nécessitent l'emploi de la main d'oeuvre parmi la plus qualifiée des entreprises. La figure 5 montrant le trou t de la pierre d'antichoc 4, l'on constate que ce trou n'est pas cylindrique mais qu'un usinage appelé Polivage est réalisé selon un rayon o dont le centre est placé sur une ligne x passant par le milieu de la section du trou t. L'objectif est ici de créer un seul point de contact g unique entre la pierre d'antichoc 4 et le pivot p de l'axe 5 du balancier. Ce type de palier antichoc présente deux inconvénients majeurs appelés communément l'écart plat-pendu et le rebat.
L'écart plat-pendu est l'écart d'amplitude constaté entre la position horizontale où le mouvement est disposé à plat, position pour laquelle l'axe de balancier 5 est vertical et la position verticale, position pour laquelle l'axe de balancier 5 est horizontal. A titre d'exemple nous dirons que si l'amplitude est de 300[deg.] quand le mouvement est à plat (axe du balancier vertical), ladite amplitude est généralement réduite à 280[deg.] en position verticale (axe du balancier horizontal) L'horloger attribue en général cette différence au fait qu'en position horizontale, le contact se fait entre le sommet i du pivot p et la face plane e du contre-pivot 6. Il considère alors que le freinage induit par le frottement est quasi nul, car le point de contact ne présente pas de bras de levier.
A contrario quand le mouvement d'horlogerie est placé en position verticale, le contact au point g génère un bras de levier équivalent au rayon du pivot p. Il admet dans ce cas que le frottement n'est pas nul, ce qui, selon lui, à pour effet de faire baisser l'amplitude dans cette position. Bien que pertinente, cette façon de voir, qui justifie entre autres l'utilisation de pivots de balancier de très petits diamètres n'est pas exhaustive. En effet, le frottement des pivots ne peut pas être considéré selon ces deux seules directions et formes de contacts. En fait à l'observation, au moyen d'un microscope ou d'une loupe d'horloger, l'on constate qu'en position horizontale, à chaque oscillation le pivot p heurte à plusieurs reprises les parois du trou t et qu'en position verticale le bout du pivot p vient en contact de façon aléatoire avec le contre-pivot 6.
Nous dirons alors que les contacts sont mixtes. Lier la baisse d'amplitude entre plats et pendus aux seuls frottements des pivots relatifs à leur géométrie propre est une simplification qui masque la réalité du phénomène. IL convient de plus, de tenir compte de l'influence de la masse du résonateur et de l'élongation du spiral. Alors que l'élongation du spiral crée des pressions quasi comparables en position verticale et horizontale, la masse du balancier est quant-à elle particulièrement influente en position verticale. Diminuer ces facteurs de perturbation est en soit une bonne façon d'améliorer le rendement et les recherches actuelles qui tendent à obtenir des balanciers légers et des spiraux au développement concentrique sont opportunes.
[0007] Par ailleurs, la position horizontale, axe de balancier vertical, est la position de référence pour le professionnel qui considère qu'un résonateur à balancier-spiral présentant une amplitude importante dans cette position sera de nature à conférer au mouvement d'horlogerie mécanique des performances chronométriques supérieures, "plus l'amplitude en position horizontale est haute plus l'amplitude en position verticale le sera et les performances n'en seront que meilleures". Le risque d'un tel résonnement est le rebat. Ce phénomène est généré par le fait que la cheville de plateau (non décrite) du balancier-spiral, notamment des échappements à ancres suisses, vient en cas d'amplitude trop élevée, buter contre la corne de l'ancre (non décrit) de l'échappement d'horlogerie.
Le résultat est une perturbation importante, imprévisible, destructrice de l'isochronisme du balancier-spiral. En fait nous devons changer notre façon de voir le problème et en particulier en ce qui concerne les diverses positions qu'occupe une montre bracelet, Hormis le cas où la montre est déposée à plat par exemple pour la nuit période où le rebat n'est pas un risque en soit, la position horizontale n'est jamais que transitoire. Vouloir obtenir de fortes amplitudes pour cette position au risque de créer le rebat est en soit une erreur. A contrario faire que l'amplitude en position horizontale soit inférieure à celle de la position verticale permet d'augmenter notoirement cette dernière. Pour cela il suffit d'augmenter la force motrice du mouvement d'horlogerie. Les performances chronométriques en seront dès lors maintenues voir améliorées.
Ceci d'autant que la position verticale parfaite est aussi rare que la position horizontale. La position dans l'espace de la montre bracelet ne varie-t-elle pas régulièrement?
[0008] Afin de mieux comprendre l'invention nous citerons à titre d'exemple la demande de brevet d'invention FR 2205689 qui confirme ce qui précède, en particulier en ce qui concerne les problèmes de plat-pendu. Elle apporte une solution intéressante mais limitée aux portes-échappements des pendulettes. Elle ne résout pas les problèmes liés aux chocs car les produits de ce type n'y sont à priori pas soumis.
Soit parlant de l'antichoc traditionnel ce document précise: "Or, ce dispositif connu présente un certain nombre d'inconvénients: Tout d'abord, pour un balancier donné, les couples de frottement exercés par les pierres plates en bout de pivots ne sont pas les mêmes que les couples de frottement exercés par les pierres traversées par lesdits pivots, de sorte qu'il en résulte une différence d'amplitude selon que l'axe du balancier occupe une position verticale ou une position horizontale. Cet inconvénient est d'autant plus sérieux que le balancier est de grandes dimensions. De plus le nettoyage des pivots nécessite le démontage des contre-pivots ou bien du balancier. Etant donné qu'on ne peut huiler les pivots au dernier moment, lors du montage du mouvement, on est pratiquement obligé de stocker ces échappements à l'état huilé, ce qui n'est pas recommandé.
Le but de l'invention est de réaliser un dispositif de guidage de l'axe de balancier qui ne présente pas les inconvénients du dispositif antichoc habituel. A cet effet, le dispositif suivant l'invention est constitué uniquement de deux pièces (telles que pierres, bouchons de bronze ou de matière plastique) qui sont percées et dans lesquelles sont montés, respectivement, les deux pivots cylindriques épaulés d'extrémités de l'axe du balancier, les faces internes desdites pièces étant convexes et formant butées de positionnement axial des épaulements des pivots. Ainsi, le nettoyage des pivots ne nécessite plus le démontage des contre-pivots ou du balancier, puisque lesdits pivots sont accessibles, en bout, par les trous des deux seules pièces de guidage de l'axe du balancier.
On peut stocker sans les huiler, des échappements munis d'un tel balancier, puisqu'il est possible d'effectuer le graissage au dernier moment, avant le montage. De plus, suivant une autre caractéristique de l'invention le rayon de courbure de la face interne convexe de chaque pièce a une valeur telle que le couple de frottement créé par la partie de la surface annulaire de ladite face susceptible d'être en contact avec l'épaulement du pivot soit pratiquement égal au couple de frottement créé par la surface cylindrique de contact des pivots contre la paroi du trou des pièces. On peut alors obtenir des couples de frottement des pivots dans les pièces qui aient sensiblement la même valeur, au plat et au pendu, c'est-à-dire lorsque l'axe du balancier est respectivement vertical ou bien horizontal.
[0009] En plus de résoudre le problème des chocs que subissent les mouvements d'horlogerie, la présente invention se propose de résoudre par la même occasion le problème du plat-pendu cité ci-dessus.
[0010] Aux figures 6, 7 et 8, est représentée la forme principale de la présente invention pour laquelle un axe de balancier 5 à pivot cylindrique p est associé avec un palier 8 chassé dans la platine 7 d'un mouvement d'horlogerie. L'axe 5 présente une portée k, plane perpendiculaire qui limite axialement sa course. Le palier 8 présente une face bombée q qui réduit de fait le contact avec la portée k à un simple cercle défini par l'arrondi r faisant angle avec de la face bombée q dudit palier. Le trou t dans lequel est engagé le pivot p présente une forme particulière o que nous qualifierons d' "olivage déporté", ceci sachant que cet olivage déporté o peut être remplacé par un simple cône. Le point de contact m entre le pivot p et le palier 8 se trouve dès lors très proche de la portée k de l'axe de balancier 5.
Il se trouve à une distance n qui est au maximum la somme du rayon r et du jeu d'hauteur de l'axe 5 j. Cette distance est dans la pratique d'un maximum de 40 um. L'on comprendra alors que sous l'effet d'un choc, aucun problème de flexion du pivot p n'interviendra à une si faible distance n de la portée k. De plus des calculs précis doublés d'essais pratiques ont démontrés que du point de vue cisaillement, un pivot p d'un diamètre de 0,10 mm, associé à un balancier d'inertie de 12 mg*cm<2> et d'une masse de 0.06 g étaient suffisant pour résister avec sécurité aux conditions spécifiées par la norme ISO 1413. Au niveau des amplitudes les essais pratiques confirment également les hypothèses, l'amplitude en horizontale est dans le cas de la présente invention inférieure d'environ 20[deg.] à l'amplitude en verticale.
Cela tient essentiellement au fait que le pivot sur lequel est en appui le balancier est en contact avec le palier 8 au point 1 sur un cercle complet de diamètre égal au diamètre du trou t +2 r.
[0011] Les figures 9, 10 et 11 montrent la première variante de l'invention. Elle permet de réaliser des paliers combinés pour balancier-spiral et palier de cage de tourbillon pour mouvements d'horlogerie dits à tourbillons d'épaisseur particulièrement réduite. Le palier 8 a dans ce cas pour des raisons de rendement son diamètre extérieur D diminué et sa hauteur H augmentée de telle sorte que sa périphérie, parfaitement polie puisse, servir de pivot à la cage de tourbillon elle-même. Le palier 8 est chassé dans un chaton 9 lui-même fixé au pont de la cage 10 du tourbillon. L'extérieur du palier 8 qui dépasse du chaton 9 est ajusté libre dans le un trou du pont de maintien de la cage 11 du mouvement d'horlogerie à tourbillon. Le jeu d'hauteur de l'ensemble de la cage étant assuré entre le chaton 9 et le pont de maintien de cage 11.
[0012] Les figures 12 et 13 montrent la seconde variante de l'invention pour laquelle le pivot p est ici prolongé de telle sorte qu'à son extrémité puisse être fixé un élément qui oscille avec le balancier-spiral. Cet élément peut être décoratif ou représenté par exemple une flèche équilibrée 12 dont les mouvements alternatifs indiqueront l'amplitude du résonateur à balancier-spiral. En appréciant celle-ci, l'usager pourra contrôler le bon fonctionnement de sa montre bracelet, ce sera également une indication relative de la réserve de marche. Ceci étant entendu que l'un ou l'autre des pivots de l'axe de balancier 5 peut être prolongé, voir les deux afin de disposer de deux éléments oscillants distincts, l'un côté cadran et l'autre côté mouvement de la montre bracelet.