CH700260B1 - Balancier spiral sans élément de réglage. - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un organe réglant pour une pièce d’horlogerie comportant un balancier (2) et un spiral (3) formant un ensemble balancier-spiral (1), caractérisé en ce que le balancier (2) est usiné à l’aide d’un procédé de micro-fabrication permettant une tolérance dimensionnelle d’usinage de l’ordre du micromètre, et que l’ensemble balancier-spiral (1) ne comporte pas d’élément de réglage, l’ensemble balancier-spiral ayant une précision d’au moins +/–110 s/jour et de préférence d’au moins +/–30 s/jour.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention concerne un organe réglant pour une pièce d’horlogerie comportant un balancier et un spiral formant un ensemble balancier-spiral. L’invention concerne également un procédé de fabrication de l’organe réglant permettant de réaliser un ensemble balancier-spiral qui ne comporte pas de réglage.

Etat de la technique

[0002] L’organe régulateur des montres mécaniques est composé d’un volant d’inertie appelé le balancier sur l’axe duquel est fixé un ressort en spirale appelé spiral. Il est bien connu que l’écart de marche diurne d’un mouvement mécanique dépend essentiellement du balancier-spiral dont la fréquence d’oscillation peut être influencée par des variations des facteurs extérieurs, tels qu’un changement de température ou la présence d’un champ magnétique. La température agit notamment à la fois sur le moment d’inertie du balancier et sur la constante élastique du spiral. D’autre part, les variations d’amplitude des oscillations du balancier sont liées au poids et a l’inertie du balancier et sont susceptibles d’engendrer un défaut d’isochronisme du balancier-spiral. Ainsi, tous ces paramètres sont susceptibles de modifier la fréquence propre du balancier-spiral.

[0003] Le balancier est typiquement composé d’une masse annulaire appelée serge, tenue par des bras. Dans la plupart des montres actuelles, le balancier est fabriqué dans un alliage de cuivre au béryllium ou Glucydur pour la qualité supérieure, ou en maillechort, pour la qualité moyenne. L’alliage de cuivre au béryllium offre une combinaison avantageuse de qualités qui comprennent, en particulier, sa nature amagnétique, une bonne stabilité chimique et des caractéristiques mécaniques suffisantes. Dans la plupart des réalisations, les bras du balancier contribuent très faiblement au moment d’inertie, celui-ci dépend avant tout des dimensions (diamètre et section transversale) et de la densité de la serge.

[0004] En ce qui concerne les spiraux, on a déjà depuis longtemps, d’une façon encore considérée comme satisfaisante, minimisé les écarts de marche dus aux variations de température en les fabriquant dans des alliages dont l’élasticité reste pratiquement constante dans la gamme de températures usuelles d’utilisation. Il s’agit notamment d’alliages fer-nickel connus sous les dénominations telles que l’Invar ou l’Elinvar et permettant, dans la meilleure qualité, d’obtenir un écart de marche de +/–0,6 secondes par degré en 24h, mais pouvant encore être sensibles à l’effet d’un champ magnétique. Plus récemment, des spiraux fabriqués dans des matériaux amagnétiques tels que le silicium, le quartz, le verre ou le diamant ont été proposés.

[0005] La fabrication du balancier et du spiral avec les procédés métallurgiques complexes requis ainsi que des méthodes d’usinage conventionnelles, ne permet pas de garantir une reproductibilité parfaite des caractéristiques recherchées, de sorte qu’il est nécessaire de procéder à l’appairage du balancier et du spiral lors du montage de l’ensemble balancier-spiral.

[0006] L’équilibrage du balancier lors de l’appairage ou de la retouche pendant les opérations de réglage, se fait en enlevant la quantité de matière nécessaire sous la serge ou sur la circonférence à l’aide d’une fraise. Cette opération peut se faire lorsque le balancier est en place.

[0007] Avec les anciens balanciers réalisés en acier ou en bimétalliques, on fixait sur la serge des vis susceptibles d’être chargées par des rondelles serrées entre la tête de vis et la serge. L’équilibrage se faisait en diminuant la hauteur des têtes de vis.

[0008] Dans les balanciers de type gyromax, les vis de réglage sont remplacées par des masselottes. Le document EP 1 351 103 décrit un tel balancier où des masselottes de forme générale d’un «U» sont introduites dans des logements débouchant sur l’une des faces de la serge, permettant à la serge de présenter une forme circulaire sans aucune partie saillante. A l’aide d’un outil s’introduisant dans la fente des masselottes, il est possible de les faire pivoter dans les logements pour régler l’inertie du balancier.

[0009] Les ensembles balancier-spiral proposés jusqu’à ce jour requièrent tous des moyens de réglage sur le balancier de sorte à équilibrer le balancier avec le spiral pour obtenir un degré d’isochronisme acceptable.

Bref résumé de l’invention

[0010] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de réalisation d’un organe réglant comportant un ensemble balancier-spiral exempt des limitations de l’état de la technique.

[0011] Un autre but de l’invention est de proposer un procédé de réalisation de l’organe réglant permettant d’obtenir un organe réglant ayant une bonne précision de marche sans nécessiter d’éléments de réglage.

[0012] Selon l’invention, ces buts sont atteints notamment au moyen d’un organe réglant pour une pièce d’horlogerie comportant un balancier et un spiral formant un ensemble balancier-spiral 1, caractérisé en ce que le balancier est usiné à l’aide d’un procédé de micro-fabrication permettant une tolérance dimensionnelle d’usinage de l’ordre du micromètre, et l’ensemble balancier-spiral ne comporte pas d’élément de réglage.

[0013] Selon un mode de réalisation de l’invention, le balancier est usiné dans un matériau à base de diamant par un procédé de gravure ionique réactive profonde DRIE.

[0014] Selon un autre mode de réalisation de l’invention, le spiral est aussi usiné à l’aide du procédé DRIE.

[0015] Cette solution présente notamment l’avantage par rapport à l’art antérieur de réaliser un ensemble balancier-spiral ayant une précision d’au moins +/–110 s/jour de préférence d’au moins +/–30 s/jour, et ne nécessitant pas de moyen de réglage, tel qu’une raquette, vis ou masselottes.

Brève description des figures

[0016] Des exemples de mise en œuvre de l’invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles: <tb>La fig. 1<SEP>montre une vue en coupe axiale de l’ensemble balancier-spiral 1 selon un mode de réalisation de l’invention; <tb>La fig. 2<SEP>montre une vue du dessus de l’ensemble balancier-spiral 1 de l’invention; et <tb>La fig. 3<SEP>montre une vue du dessous de l’ensemble balancier-spiral 1 de l’invention.

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

[0017] Les fig. 1 à 3 illustrent à titre d’exemple un ensemble balancier-spiral 1 comportant un balancier 2 et un spiral 3. Se référant à la fig. 1 qui est une vue en coupe axiale de l’ensemble balancier-spiral 1, le balancier 2 comprend une serge 4 et deux bras radiaux 5 faits d’une seule pièce avec la serge 4. Le balancier 2 est monté rigidement sur un arbre 6 qui peut être fabriqué de manière classique en acier ou dans tout autre matériau. Sur la fig. 1 est également représenté un double plateau d’échappement 7 et une cheville d’impulsion 8, destinés à coopérer avec une ancre (non représentée).

[0018] On se référera maintenant aux fig. 2 et 3 qui montrent une vue du dessus et du dessous, respectivement, de l’ensemble balancier-spiral 1. La fig. 2 montre les deux bras 5 s’étendant radialement à l’intérieur de la serge 4, venant rejoindre cette dernière par l’intermédiaire d’un élément 9 en forme de lame ajourée pouvant donner une certaine élasticité aux bras 5. Comme montré à la fig. 3 , les deux bras 5 forment une partie centrale 10 annulaire comportant une ouverture 11 de forme pentagonale dont les dimensions intérieures sont légèrement supérieures au diamètre D1 de l’arbre 6, de manière à pouvoir venir chasser l’arbre 6 dans l’ouverture 11 et l’y fixer par collage.

[0019] Le balancier 2 est usiné par un procédé de micro-fabrication capable d’usiner une pièce avec une précision de l’ordre du micromètre, De façon préférée, le balancier est usiné avec un procédé de gravure ionique réactive profonde (DRIE), d’une plaque de diamant d’épaisseur généralement constante. Le balancier 2 peut également être usiné par un procédé de découpe laser, ou encore par tout autre procédé d’usinage permettant une grande précision, de l’ordre du micromètre.

[0020] Selon un mode d’exécution préféré de la présente invention, le balancier 2 est complètement fabriqué en diamant et, plus généralement, un matériau à base de diamant tel que le diamant synthétique.

[0021] De façon alternative, le balancier 2 peut également être fabriqué dans d’autres matériaux, aptes à être usinés par des techniques de micro-fabrication permettant une précision de l’ordre du micromètre, et possédant des caractéristiques favorables à la fabrication d’un balancier destiné à être utilisé dans un ensemble balancier-spiral d’une pièce d’horlogerie. Des exemples de tels matériaux comprennent, en autres, le silicium, le quartz, le verre ou le carbure de silicium, ou la céramique. Ces matériaux sont appréciés pour leur légèreté, leur élasticité, leur caractère amagnétique, favorisant leur utilisation dans le domaine précité.

[0022] Dans un mode de réalisation de l’invention, le balancier 2 est fabriqué dans un matériau, tel qu’un oxyde ou une céramique, ayant une haute masse volumique de façon à obtenir un balancier possédant un moment d’inertie plus élevé que celui obtenu avec le diamant ou le silicium.

[0023] D’autres géométries du balancier sont également possibles. Par exemple, le balancier 2 peut comporter trois ou quatre bras radiaux, reliant la serge 4 à l’arbre 6 comme dans les balanciers conventionnels, ou encore être composé d’un disque plein.

[0024] L’ouverture 11 peut également avoir une forme arrondie, carrée, hexagonale, ou toute autre forme, selon les propriétés du matériau et/ou du procédé de fabrication utilisés dans la fabrication du balancier 2. L’ouverture peut également comporter des zones à déformation élastique assurant le serrage lors de son chassage sur un axe, par exemple, comme décrit dans le document WO 2007 099 068.

[0025] Dans un mode de réalisation non représenté, le montage du balancier 2 sur l’arbre 6 peut être effectué en plaçant dans l’ouverture formée par les bras 5 du balancier 2 une pièce annulaire faite dans un matériau métallique mou, tel que l’or, ou en plastique, et en chassant l’arbre 6 du balancier 2 dans cette pièce annulaire, celle-ci étant dimensionnée pour se déformer lors du chassage de l’arbre 6 et ainsi absorber une partie des contraintes exercées par l’arbre 6 pour éviter une rupture du matériau.

[0026] Le spiral 3 peut être fabriqué dans un matériau ayant des caractéristiques appropriées pour les spiraux de pièces d’horlogerie. Par exemple, le spiral 3 peut être fabriqué dans un alliage métallique tel que l’Invar ou Nivarox ayant un faible coefficient thermique et ayant des propriétés antimagnétiques. De façon alternative, le spiral 3 peut également être fabriqué dans un matériau amagnétique tel que quartz, le silicium ou en diamant. Dans le cas où le spiral 3 est fabriqué en silicium, celui-ci peut être revêtu, sur tout ou partie de sa surface, d’une couche d’oxyde tel que l’oxyde de silicium ou le nitrure de silicium, d’une couche de diamant, ou encore d’un dépôt métallique conducteur.

[0027] Dans l’exemple de la fig. 1 , l’intérieur du spiral 12 est fixé sur l’arbre 6 par collage, et l’extérieur du spiral 13 est fixé de manière connue par l’intermédiaire d’un piton (non représenté). Dans l’exemple des fig. 1 à 3 , l’extérieur du spiral 13 comporte un trou traversant 14 destiné à recevoir le piton. D’autres configurations sont également possible. Par exemple, le spiral peut être fixé à l’arbre 6 par l’intermédiaire d’une virole.

[0028] Lors de l’assemblage du spiral 3 sur le balancier 2, on s’assurera que l’angle entre le point d’attache du spiral à l’arbre 6 et son point de fixation sur le balancier 2 soit tel à minimiser l’écart entre le point d’origine du spiral et l’axe du balancier pendant l’oscillation de l’ensemble 1. De façon préférée, le spiral 3 est fixé à l’arbre 6 de manière quitter l’arbre 6, ou la virole, tangentiellement au point de fixation.

[0029] Selon un procédé de réalisation de l’invention, la fabrication de l’organe réglant comportant le balancier 2 et le spiral 3 formant l’ensemble balancier-spiral 1 ayant une fréquence d’oscillation prédéterminée, comprend les étapes de: <tb>•<SEP>fabriquer le spiral 3; <tb>•<SEP>mesurer la raideur et/ou le couple élastique du spiral 3; <tb>•<SEP>calculer le moment d’inertie du balancier 2 sur la base de la raideur et/ou du couple élastique du spiral 3 mesuré à l’étape précédente; et <tb>•<SEP>fabriquer le balancier 2 ayant le moment d’inertie calculé à l’étape précédente.

[0030] Le moment d’inertie du balancier 2 est calculé en fonction, par exemple, du couple élastique mesuré pour le spiral 3 et de la fréquence d’oscillation souhaitée, de sorte à obtenir un ensemble balancier spiral 1 isochrone pour la fréquence prédéterminée. Le moment d’inertie du balancier 2 peut, par exemple, être calculé à l’aide de l’équation: I = M / (4 π<2>f<2>) où I est moment d’inertie du balancier 2 en kg m<2>, M le couple élastique du spiral 3 en Nm, et f la fréquence en Hz.

[0031] Le balancier 2 est fabriqué à l’aide de l’une des procédés de micro-fabrication décrit ci-dessus dans des dimensions telles à ce qu’il ait un moment d’inertie I essentiellement identique au moment d’inertie I calculé.

[0032] Dans un mode de réalisation préféré, le spiral 3 et le balancier 2 sont fabriqués dans le même matériau et sont usinés simultanément avec le même procédé de micro-fabrication. Par exemple, le balancier 2 et le spiral 3 peuvent être usinés simultanément sur une même plaque de diamant par DRIE. Dans ce cas, le couple élastique du spiral (3) et le moment d’inertie du balancier (2) sont déterminés essentiellement par les dimensions du spiral (3) et du balancier (2), respectivement.

[0033] La précision micrométrique du procédé de micro-fabrication permet d’usiner le balancier 2 avec une précision suffisante pour que lorsque ce dernier est assemblé avec le spiral 3 pour lequel la raideur et/ou le couple élastique ont été mesurés, l’ensemble balancier-spiral 1 est apte à osciller avec une précision de marche d’au moins +/–110 s/jour, et de préférence d’au moins +/–30 s/jour, ceci, sans moyen de réglage.

Signes de référence

[0034] <tb>1<SEP>ensemble balancier spiral <tb>2<SEP>balancier <tb>3<SEP>spiral <tb>4<SEP>serge <tb>5<SEP>bras <tb>6<SEP>arbre <tb>7<SEP>double plateau d’échappement <tb>8<SEP>cheville d’impulsion <tb>9<SEP>élément <tb>10<SEP>partie centrale <tb>11<SEP>ouverture <tb>12<SEP>intérieur du spiral <tb>13<SEP>extérieur du spiral <tb>14<SEP>trou traversant

Claims (12)

1. Organe réglant pour une pièce d’horlogerie comportant un balancier (2) et un spiral (3) formant un ensemble balancier-spiral (1), caractérisé en ce que le balancier (2) est obtenu par un procédé de micro-fabrication permettant une tolérance dimensionnelle d’usinage de l’ordre du micromètre, et a ainsi un moment d’inertie prédéterminé, l’ensemble balancier-spiral (1) ne comporte pas d’élément de réglage tel que notamment une raquette, des vis ou des masselottes.

2. Organe réglant selon la revendication 1, dans lequel l’ensemble balancier-spiral (1) est isochrone pour une fréquence d’oscillation prédéterminée de l’ensemble balancier-spiral (1) correspondant au moment d’inertie prédéterminé du balancier (2).

3. Organe réglant selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le moment d’inertie prédéterminé est calculé en fonction du couple élastique mesuré pour le spiral (3) et de la fréquence d’oscillation donnée.

4. Organe réglant selon l’une des revendications de 1 à 3, où le balancier (2) est usiné dans un seul matériau.

5. Organe réglant selon l’une des revendications de 1 à 4, où le balancier (2) est usiné dans un matériau à base de diamant.

6. Organe réglant selon l’une des revendications de 1 à 5, où l’ensemble balancier-spiral (1) a une précision de marche d’au moins +/–110 s/jour et de préférence d’au moins +/–30 s/jour.

7. Pièce d’horlogerie comportant un organe réglant selon les revendications 1 et 6.

8. Procédé de réalisation d’un organe réglant selon les revendications 1 à 6, comportant un balancier (2) et un spiral (3) aptes à former un ensemble balancier-spiral (1), le procédé étant caractérisé par les étapes suivantes: <tb>a)<SEP>d’usiner le spiral (3); <tb>b)<SEP>de mesurer le couple élastique du spiral (3); <tb>c<SEP>déterminer le moment d’inertie du balancier (2) en fonction du couple élastique du spiral (3) mesuré en b) et d’une fréquence d’oscillation prédéterminée de l’ensemble balancier-spiral (1); et <tb>d)<SEP>d’usiner le balancier (2) avec le procédé de micro-fabrication selon des dimensions lui donnant un moment d’inertie déterminé par le couple élastique du spiral (3) et d’une fréquence d’oscillation prédéterminée de l’ensemble balancier-spiral (1).

9. Procédé selon la revendication 8 dans lequel le balancier (2) est usiné à l’aide d’un procédé de micro-fabrication permettant une tolérance dimensionnelle d’usinage de l’ordre du micromètre.

10. Procédé selon la revendication 8 ou 9 dans lequel le procédé de micro-fabrication est un procédé de gravure ionique réactive profonde DRIE.

11. Procédé selon l’une des revendications 8 à 10 dans lequel le spiral (3) est aussi issu du procédé de micro-fabrication, notamment du procédé DRIE.

12. Procédé selon l’une des revendications 8 à 11 dans lequel le spiral (3) et le balancier (2) sont fabriqués dans le même matériau et sont usinés simultanément à l’aide du même procédé de micro-fabrication, notamment le procède DRIE; le couple élastique du spiral (3) et le moment d’inertie du balancier (2) étant déterminés essentiellement par les dimensions du spiral (3) et du balancier (2), respectivement.