[0001] La présente invention a pour objet une pièce mécanique en matériau fragile, par exemple en silicium, comportant des moyens pour sa fixation sur un axe. La pièce mécanique peut être une roue dentée, une virole, un balancier ou un ressort spiral par exemple, d'une manière générale une pièce mécanique plus particulièrement destinée à faire partie d'un mouvement d'horlogerie, notamment d'un mouvement d'horlogerie mécanique. L'axe peut être en acier et constituer l'axe d'un mobile ou un piton ou une goupille par exemple.
[0002] On connaît les difficultés rencontrées pour la fixation d'une pièce en silicium sur un axe en acier par exemple qui sont liées à la fragilité de la pièce en silicium et à son absence de déformabilité plastique ce qui exclut tout chassage conventionnel d'une telle pièce sur un axe. On a déjà proposé, notamment pour des roues en silicium, de munir la pièce de bras élastiques entre lesquels l'axe sur lequel la pièce doit être fixée est serré élastiquement. Dans un encombrement donné, de tels assemblages ne permettent pas toujours une fixation suffisante de la pièce sur son axe, un glissement entre la pièce et l'axe intervient lorsque l'ensemble est soumis à un certain couple.
[0003] La présente invention a pour but la réalisation d'une pièce en un matériau fragile, par exemple en silicium ou à base de silicium, comportant des moyens pour sa fixation sur un axe par pincement élastique permettant d'augmenter les forces de serrage et donc de friction entre l'axe et la pièce en matériau fragile pour supprimer le glissement de l'axe sur les surfaces de la pièce en matériau fragile en contact avec ledit axe.
[0004] La pièce selon l'invention obvie aux inconvénients existant et permet d'atteindre le but énoncé plus haut et se distingue par les caractéristiques énumérées à la revendication 1.
[0005] Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple une forme d'exécution de la pièce selon l'invention.
<tb>La fig. 1<sep>illustre la pièce en position de repos, non assemblée.
<tb>La fig. 2<sep>illustre la façon dont la pièce peut se déformer élastiquement sous l'effet de forces appliquées à ses surfaces destinées à entrer en contact avec un axe. (La déformation est volontairement exagérée pour l'illustration.)
<tb>La fig. 3<sep>illustre une pièce en silicium, en position assemblée sur un axe.
<tb>La fig. 4<sep>illustre une pièce en forme de roue ou d'un balancier par exemple.
<tb>La fig. 5<sep>illustre la pièce comme constituant l'extrémité extérieure d'un ressort spiral.
<tb>La fig. 6<sep>illustre une variante simplifiée de la pièce.
[0006] Les moyens de fixation sont illustrés aux fig. 1 à 3de façon indépendante mais en réalité font partie intégrante de la pièce en silicium, roue, balancier ou spiral par exemple, devant être fixée sur un axe, piton ou goupille comme on le voit aux fig. 4et 5.
[0007] Les moyens de fixation sont monolithiques, venus d'une seule pièce de fabrication avec la pièce fragile en silicium à laquelle ils sont reliés par l'une au moins de leurs portions latérales rigides 1, 2.
[0008] Ces portions latérales rigides 1, 2 des moyens de fixation de la pièce sont reliés par une poutre supérieure 3 et une poutre inférieure 4.
[0009] La poutre inférieure 4 comporte une rotule ou pivot virtuel formant une zone de flexion préférentielle 5 de cette poutre inférieure et située de préférence dans la zone médiane de cette poutre inférieure.
[0010] Dans l'espace vide, compris entre les portions latérales 1, 2 et les poutres 3, 4 des moyens de fixation, se trouve une pince solidaire de la poutre inférieure 4 située de part et d'autre de la zone de flexion préférentielle 5.
[0011] La poutre supérieure 3 comporte dans sa zone médiane une première face d'appui 6 destinée à entrer en contact avec l'axe sur lequel la pièce en silicium doit être fixée.
[0012] La pince solidaire de la poutre inférieure 4 comporte deux mâchoires 7, 8 situées de part et d'autre de la zone de flexion préférentielle 5, chaque mâchoire 7, 8 présentant un flanc inférieur 9 et une butée supérieure 10, flancs et butées destinés à entrer en contact avec la surface extérieure de l'axe sur lequel la pièce en silicium doit être fixée.
[0013] Si on fait passer une circonférence par la face supérieure d'appui 6 et par les flancs inférieurs 9 des mâchoires 7, 8, le centre O de cette circonférence est à égale distance de ces trois surfaces d'appuis, la surface d'appui supérieure et les flancs inférieurs 9.
[0014] A l'état de repos, non déformé élastiquement, les butées supérieures 10 des mâchoires 7, 8 de la pince des moyens de fixation de la pièce se situent de préférence à une distance supérieure du centre O ou rayon de la circonférence de centre O et passant par les trois surfaces d'appuis 6, 9 (fig. 1).
[0015] Ces moyens de fixation constituent de fait une pince dont les mâchoires 7, 8 se rapprochent lorsque les poutres supérieures 3 et inférieure 4 s'écartent comme cela est illustré à la fig. 3 de façon exagérée.
[0016] Ainsi, si on force un axe 12, goupille, pivot ou autre élément cylindrique ou conique entre la surface d'appui 6 de la poutre supérieure et les flancs inférieurs 9 des mâchoires 7, 8 et que cet élément présente un diamètre supérieur à celui de la circonférence 11 de centre O illustrée à la fig. 1, circonférence inscrite entre la face d'appui 6 et les flancs inférieurs 9 en position de repos des moyens de fixation, on obtient une déformation de la poutre inférieure 4 subissant d'abord une rotation autour de sa zone de flexion préférentielle 5 jusqu'au moment où les butées supérieures 10 des mâchoires 7, 8 viennent buter contre la surface cylindrique de l'axe 12.
Cette structure permet, comme une pince à main, d'amplifier les réactions aux appuis de la surface d'appui 6, des flancs inférieurs 9 et des butées supérieures 10 contre la surface cylindrique ou conique de l'axe 12 tout en augmentant de trois à cinq les points de contact entre le dispositif de fixation et l'axe 12.
[0017] En pratique l'axe 12, goupille ou pivot peut être cylindrique ou conique et présenter dans certains cas un petit chanfrein à l'une de ses extrémités pour faciliter l'introduction de l'élément 12 entre les flancs 9 et la surface d'appui 6 et provoquer une déformation progressive des mâchoires 7, 8 de la pince et des moyens de serrage.
[0018] Cette disposition permet pour une déformation donnée d'augmenter le nombre de point de contact entre l'axe et les moyens de fixation mais également la force avec laquelle ces points de contact sont appliqués contre l'axe 12 et donc d'augmenter les forces de friction entre cet axe et la pièce comportant les moyens de fixation ce qui augmente le couple nécessaire pour provoquer une rotation entre cet axe et la pièce.
[0019] Grâce à la configuration de ces moyens de fixation on peut donc, sans dépasser la limite de déformation élastique de la pièce en un matériau fragile, notamment en silicium ou à base de silicium, augmenter la force de serrage la fixant sur un axe ou autre élément cylindrique ou conique 12 et donc améliorer la tenue de l'ensemble ainsi réalisé.
[0020] Ce dispositif présente encore d'autres avantages brièvement énumérés ci-dessous. D'une part les flancs 9 et butées 10 de la pince 7, 8 des moyens de fixation, ainsi que la surface d'appui 6 de la poutre supérieure sont typiquement gravées par DRIE (Deep Reactive Ions Etching) et peuvent être disposés très précisément dans des plans perpendiculaires au plan de la pièce. Ceci garanti que l'élément 12 serré dans le dispositif soit rigoureusement perpendiculaire au plan de la pièce. Ceci peut s'avérer particulièrement nécessaire dans le cas où la pièce forme l'extrémité extérieure d'un ressort spiral avec lequel elle forme un tout monolithique en permettant de garantir la planéité du spiral.
[0021] D'autre part la position relative axiale entre l'axe et la pièce peut être facilement ajustée par simple glissement axial dudit axe dans la pince 7, 8 des moyens de fixation de la pièce.
[0022] Les moyens de fixation décrits sont monolithiques et venus d'une pièce de fabrication avec la pièce en matériau fragile, généralement en silicium ou à base de silicium, devant être fixée sur un élément 12, pivot, goupille, axe, etc. La fig. 4 montre une forme d'exécution des moyens de fixations intégrés dans une roue ou un balancier, les portions latérales 1, 2 de ces moyens faisant partie intégrante de la jante 13 ou éventuellement du moyeu d'un mobile rotatif. La fig. 5illustre une exécution où la pièce constitue l'extrémité extérieure d'un ressort spiral 14 avec lequel elle constitue un ensemble monolithique destiné à être fixé sur un piton.
[0023] Les moyens de fixation décrits pourraient bien entendu faire partie d'autres pièces en matériau fragile, notamment en silicium ou à base de silicium, devant être fixées sur un élément 12 tel qu'un axe, un piton ou une goupille.
[0024] La forme des moyens de fixation peut varier mais ils comprennent toujours une poutre supérieure 3, rigide ou flexible, et une poutre inférieure 4 déformable élastiquement comportant, de préférence dans sa partie médiane, une zone de flexion préférentielle. La poutre supérieure 3 comporte sur sa tranche interne une surface d'appui 6 en regard d'une pince, formée de deux mâchoires 7, 8 faisant partie de la poutre inférieure 4, cette pince présentant deux flancs inférieurs 9 et deux butées supérieures 10 qui lorsque la pièce est fixée sur un élément 12 entrent en contact avec cet élément 12 de même que la face d'appui 6 de la poutre supérieure 4. En position assemblée les moyens de fixation présentent cinq points de contact avec l'élément 12 avec lequel la pièce est assemblée par serrage.
A l'état de repos, non assemblé sur l'élément 12, les flancs inférieurs 9 des pinces 7, 8 et la surface d'appui 6 de la poutre supérieure 4 sont situés de telle façon qu'une circonférence tangente à ces trois surfaces soit située de préférence entre les butées supérieures 10 sans toutefois être tangente à celles-ci.
[0025] Dans une forme d'exécution simplifiée illustrée à la fig. 6 chaque mâchoire 7, 8 de la pince pourrait ne comporter que les flancs inférieurs 9, les butées supérieures 10 étant supprimées. Dans une telle exécution l'élément 12 n'est en contact avec le dispositif qu'en trois points, la face d'appui supérieure 6 et les deux flancs inférieurs 9.
The present invention relates to a mechanical part of fragile material, for example silicon, comprising means for its attachment to an axis. The mechanical part may be a toothed wheel, a shell, a balance or a spiral spring for example, generally a mechanical part more particularly intended to be part of a watch movement, in particular a movement of mechanical watchmaking. The axis may be steel and be the axis of a mobile or a pin or a pin for example.
We know the difficulties encountered for the attachment of a silicon part on a steel shaft for example which are related to the fragility of the silicon part and its lack of plastic deformability which excludes conventional hunting of such a piece on an axis. It has already been proposed, in particular for silicon wheels, to provide the piece with resilient arms between which the axis on which the piece is to be fixed is tightened elastically. In a given size, such assemblies do not always allow sufficient attachment of the workpiece on its axis, a slip between the workpiece and the axis occurs when the assembly is subjected to a certain torque.
The present invention aims to provide a piece of a fragile material, for example silicon or silicon-based, comprising means for fixing it on an axis by resilient pinching to increase the clamping forces and therefore of friction between the axis and the piece of fragile material to eliminate the sliding of the axis on the surfaces of the piece of fragile material in contact with said axis.
The part according to the invention obviates the existing disadvantages and achieves the purpose stated above and is distinguished by the features listed in claim 1.
The accompanying drawing illustrates schematically and by way of example an embodiment of the part according to the invention.
<tb> Fig. 1 <sep> illustrates the room in the rest position, unassembled.
<tb> Fig. 2 <sep> illustrates how the workpiece can deform elastically under the effect of forces applied to its surfaces intended to come into contact with an axis. (The distortion is deliberately exaggerated for illustration.)
<tb> Fig. 3 <sep> illustrates a silicon part, in assembled position on an axis.
<tb> Fig. 4 <sep> illustrates a piece in the shape of a wheel or a pendulum for example.
<tb> Fig. <Sep> illustrates the part as constituting the outer end of a spiral spring.
<tb> Fig. 6 <sep> illustrates a simplified variant of the room.
The fixing means are illustrated in FIGS. 1 to 3dependently but in reality are an integral part of the silicon part, wheel, balance or spiral for example, to be fixed on an axis, pin or pin as seen in Figs. 4and 5.
The fixing means are monolithic, come from a single piece of manufacture with the fragile silicon part to which they are connected by at least one of their rigid side portions 1, 2.
These rigid lateral portions 1, 2 of the attachment means of the part are connected by an upper beam 3 and a lower beam 4.
The lower beam 4 comprises a ball or virtual pivot forming a preferential bending zone 5 of the lower beam and preferably located in the median zone of the lower beam.
In the empty space, between the lateral portions 1, 2 and the beams 3, 4 of the fixing means, is a clip secured to the lower beam 4 located on either side of the flexion zone. preferential 5.
The upper beam 3 comprises in its central region a first bearing surface 6 intended to come into contact with the axis on which the silicon part must be fixed.
The clamp secured to the lower beam 4 comprises two jaws 7, 8 located on either side of the preferred bending zone 5, each jaw 7, 8 having a lower flank 9 and an upper stop 10, flanks and abutments intended to come into contact with the outer surface of the axis on which the silicon part is to be fixed.
If a circumference is passed through the upper bearing face 6 and the lower flanks 9 of the jaws 7, 8, the center O of this circumference is equidistant from these three bearing surfaces, the surface of upper support and lower flanks 9.
In the resting state, not elastically deformed, the upper stops 10 of the jaws 7, 8 of the clamp of the workpiece fixing means are preferably at a greater distance from the center O or radius of the circumference of center O and passing through the three bearing surfaces 6, 9 (Fig. 1).
These fixing means are in fact a clamp whose jaws 7, 8 come closer when the upper beams 3 and 4 lower apart as shown in FIG. 3 exaggerated.
Thus, if one forces an axis 12, pin, pivot or other cylindrical or conical element between the bearing surface 6 of the upper beam and the lower flanks 9 of the jaws 7, 8 and that this element has a larger diameter. to that of the circumference 11 of center O illustrated in FIG. 1, circumference inscribed between the bearing face 6 and the lower flanks 9 in the rest position of the fastening means, a deformation of the lower beam 4 is firstly rotated around its preferential flexion zone 5 until at the moment when the upper stops 10 of the jaws 7, 8 abut against the cylindrical surface of the axis 12.
This structure makes it possible, like a hand-held pincer, to amplify the reactions at the supports of the bearing surface 6, the lower flanks 9 and the upper stops 10 against the cylindrical or conical surface of the axis 12 while increasing by three at five points of contact between the fixing device and the axis 12.
In practice the axis 12, pin or pivot may be cylindrical or conical and in some cases have a small chamfer at one of its ends to facilitate the introduction of the element 12 between the sidewalls 9 and the surface 6 and cause progressive deformation of the jaws 7, 8 of the clamp and clamping means.
This arrangement allows for a given deformation to increase the number of points of contact between the axis and the fastening means but also the force with which these contact points are applied against the axis 12 and therefore increase the frictional forces between this axis and the part comprising the fixing means which increases the torque necessary to cause rotation between this axis and the workpiece.
With the configuration of these fastening means can therefore, without exceeding the limit of elastic deformation of the workpiece in a fragile material, in particular silicon or silicon-based, increase the clamping force fixing it on an axis or other cylindrical or conical element 12 and thus improve the holding of the assembly thus produced.
This device has yet other advantages briefly listed below. On the one hand, the flanks 9 and abutments 10 of the gripper 7, 8 of the fastening means, as well as the bearing surface 6 of the upper beam are typically etched by DRIE (Deep Reactive Ions Etching) and can be arranged very precisely in planes perpendicular to the plane of the room. This ensures that the element 12 clamped in the device is strictly perpendicular to the plane of the room. This may be particularly necessary in the case where the piece forms the outer end of a spiral spring with which it forms a monolithic while ensuring the flatness of the spiral.
On the other hand the axial relative position between the axis and the workpiece can be easily adjusted by simply axial sliding of said axis in the clamp 7, 8 of the workpiece fixing means.
The fastening means described are monolithic and come from a workpiece with the piece of fragile material, usually silicon or silicon-based, to be fixed on an element 12, pivot, pin, axis, etc.. Fig. 4 shows an embodiment of the fixing means integrated in a wheel or a rocker, the lateral portions 1, 2 of these means being integral with the rim 13 or possibly the hub of a rotating mobile. Fig. 5illustrates an embodiment where the piece constitutes the outer end of a spiral spring 14 with which it constitutes a monolithic assembly intended to be fixed on a peak.
The attachment means described could of course be part of other fragile material parts, in particular silicon or silicon-based, to be fixed on an element 12 such as an axis, a stud or a pin.
The shape of the fastening means may vary but they still comprise an upper beam 3, rigid or flexible, and a lower elastically deformable beam 4 having, preferably in its middle part, a preferential bending zone. The upper beam 3 comprises on its inner edge a bearing surface 6 opposite a clamp, formed of two jaws 7, 8 forming part of the lower beam 4, this clamp having two lower flanks 9 and two upper stops 10 which when the piece is fixed on an element 12 come into contact with this element 12 as well as the bearing face 6 of the upper beam 4. In the assembled position the fastening means have five points of contact with the element 12 with which the piece is assembled by clamping.
In the rest state, not assembled on the element 12, the lower flanks 9 of the grippers 7, 8 and the bearing surface 6 of the upper beam 4 are located in such a way that a circumference tangent to these three surfaces is preferably located between the upper stops 10 without being tangent thereto.
In a simplified embodiment illustrated in FIG. 6 each jaw 7, 8 of the clamp could comprise only the lower flanks 9, the upper stops 10 being removed. In such an embodiment, the element 12 is in contact with the device only at three points, the upper bearing face 6 and the two lower flanks 9.