CH708657A1

CH708657A1 - Balancier pour mouvement d'horlogerie à moment d'inertie ajustable.

Info

Publication number: CH708657A1
Application number: CH01695/13A
Authority: CH
Inventors: Cornel Marxer; Vincent Kuenlin
Original assignee: Sercalo Microtechnology Ltd
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-15
Also published as: DE102014220009A1

Abstract

L’invention concerne un balancier (1) pour mouvement d’horlogerie à moment d’inertie ajustable, comprenant un volant d’inertie (10) d’axe de rotation AA, de moment d’inertie I, et, monté sur volant d’inertie (10), un dispositif d’ajustement (20) du moment d’inertie I, d’axe d’inertie Δ confondu avec l’axe de rotation AA, comportant au moins deux lames flexibles (23a, 23b) formant un enroulement de compacité variable autour de l’axe AA, et un premier moyen de montage (21), les lames (23a, 23b) étant solidaires, par une première extrémité, du premier moyen de montage (21). Selon l’invention, le dispositif d’ajustement (20) comporte encore un deuxième moyen de montage (22) sur le volant (10), les lames (23a, 23b) étant solidaires, par l’autre extrémité, du deuxième moyen de montage (22). En outre, le deuxième moyen de montage (22) est positionnable en rotation autour de l’axe AA de manière à régler le degré de compacité de l’enroulement.

Description

[0001 ] La présente invention se rapporte au domaine de l’horlogerie. Elle concerne plus précisément un balancier pour mouvement d’horlogerie dont le moment d’inertie est ajustable finement et aisément.

[0002] Le balancier forme, avec le ressort spiral, l’organe réglant du mouvement, c’est à dire l’organe de référence de l’unité de temps. Cette référence est donnée par la fréquence f d’oscillation de l’ensemble balancier - spiral, laquelle est généralement comprise entre 2.5 Hz et 5 Hz. La précision de la fréquence f détermine directement celle du mouvement, d’où l’intérêt de l’améliorer par des dispositifs de réglage fin. Actuellement, une précision de la fréquence f de l’ordre de un pour mille est facilement atteinte, ce qui correspond a une précision de l’ordre de quelques secondes par jour. La présente invention se propose d’augmenter cette valeur d’un facteur dix.

[0003] La fréquence f d’oscillation de l’oscillateur balancier - spiral, est donnée par la relation suivante:

2π V / la valeur f dépend soit du ratio M/1 , soit de la précision individuelle des valeurs respectives du moment I et du couple M. Un moyen d’augmenter la précision de la fréquence f est de classer les balanciers et les spiraux en fonction de la valeur des paramètres M et I, puis des appairer de façon judicieuse. Cette méthode est largement employée, mais elle n’exclue pas d’optimiser séparément la précision du couple M et du moment I, afin d’éviter une trop large distribution de ces valeurs, et, au final, le rejet d’un grand nombre de pièces. En pratique, on cherchera donc à produire des spiraux et des balanciers de grande précision.

[0004] Le balancier comporte classiquement un volant d’inertie formé d’une serge périphérique reliée à un moyeu central par une surface de jonction. Son moment d’inertie dépend de la répartition spatiale de la masse au sein de cette structure. Plusieurs moyens sont connus de l’homme de métier, en vue d’ajuster ce moment d’inertie à une valeur souhaitée.

[0005] De manière classique, des masselottes sont fixées à la serge par vissage ou chassage, tel que décrit dans les documents EP 1 351 103, EP 1 837719, ou EP 2 395402. Une telle opération requiert un grand nombre de manipulations fines comprenant des risques de briser le balancier. Elle est donc longue et coûteuse. De plus, une difficulté majeure de ce type de dispositif, consiste à faire coïncider l’axe d’inertie du balancier avec son axe géométrique, qui est aussi son axe de rotation. En effet, si la disposition des masselottes est asymétrique, ou si l’une d’elle s’échappe en cours de marche, le centre d’inertie est déplacé par rapport au centre géométrique. Il y a alors formation d’un balourd, lequel nuit fortement au bon fonctionnement de l’organe réglant.

[0006] De façon alternative, il est connu de monter sur le moyeu central du volant d’inertie, un levier rotatif muni de deux bras destinés à déplacer radialement des éléments massifs montés sur le balancier, entre le moyeu et la serge. Lesdits éléments sont, par exemple, des bras flexibles, des bras articulés ou des masselottes. De tels dispositifs sont décrits dans les documents US 2 880 570, US 2 770 942 et FR 1 322 923. Leur emploi est limité en raison de leur complexité, du nombre de pièces nécessaires et de la difficulté à les monter.

[0007] Un des buts de la présente invention est de pallier les différents inconvénients précités, en proposant un balancier muni d’un dispositif d’ajustement du moment d’inertie de conception simplifiée, présentant une grande finesse de réglage et un montage aisé sans risque de formation d’un balourd. En outre, le présent dispositif d’ajustement se propose d’atteindre une précision du moment d’inertie nettement supérieure à celle atteinte en l’état de la technique. Plus précisément, la présente invention concerne un balancier pour mouvement d’horlogerie à moment d’inertie ajustable, comprenant: un volant d’inertie d’axe de rotation AA, de moment d’inertie I, et, monté survolant d’inertie, un dispositif d’ajustement du moment d’inertie I, d’axe d’inertie Δ confondu avec l’axe de rotation AA, comportant au moins deux lames flexibles formant un enroulement de compacité variable autour de l’axe AA, et un premier moyen de montage, les lames étant solidaires, par une première extrémité, du premier moyen de montage. Selon l’invention, le dispositif d’ajustement comporte encore un deuxième moyen de montage sur le volant, les lames étant solidaires, par l’autre extrémité, du deuxième moyen de montage. En outre, le deuxième moyen de montage est positionnable en rotation autour de l’axe AA de manière à régler le degré de compacité de l’enroulement.

[0008] Grâce au moyen de montage positionnable en rotation autour de l’axe AA, la masse des lames élastiques peut se déplacer radialement sur le volant, par enroulement ou déroulement, de façon simple et continue. Pour cela, il suffit de déplacer ledit moyen de montage angulairement autour de l’axe AA, dans un sens ou l’autre, selon que le moment d’inertie I doit être augmenté ou diminué. Le moment d’inertie du balancier est ainsi modifié sans déplacement de son centre d’inertie, puisque l’axe d’inertie Δ du dispositif d’ajustement coïncide avec l’axe de rotation AA du volant, et que le mouvement de rotation du moyen de montage ne modifie pas la position dudit axe d’inertie, mais seulement la répartition radiale de la masse des lames. La plage d’ajustement du moment d’inertie I et la finesse de son réglage sont données par la longueur, la géométrie, et la masse des lames, qui peuvent former un enroulement de longueur et de compacité variables. Le réglage du moment d’inertie se fait de façon continue, sur une plage s’étendant d’une valeur minimale correspondant à un nombre de spires maximum de l’enroulement, à une valeur maximale correspondant à un nombre de spires minimum dans laquelle M est le couple élastique du spiral et I est le moment d’inertie du balancier. Il apparaît que la précision de

2 de l’enroulement. Il est ainsi possible d’ajuster le moment d’inertie du balancier sans manipulation compliquée, avec une extrême précision et une large plage d’ajustement.

[0009] D’autre caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels: les fig. 1 et 2 les fig. 3a et 3b la fig. 4 sont des vues respectivement de dessus et en coupe d’un balancier selon l’invention, représentent le balancier selon l’invention respectivement en position d’inertie minimale et maximale, et est une vue en perspective du balancier monté sur un pont de balancier.

[0010] Le balancier représenté en fig. 1 et 2, respectivement en vue de dessus et en coupe, et référencé dans son ensemble 1 , comporte un volant d’inertie 10 d’axe de rotation AA, formé classiquement d’un moyeu central 11 relié à une serge périphérique 12 par une surface de jonction 13. L’ensemble est rigide et possède un axe d’inertie confondu avec l’axe de rotation AA, en sorte que le mouvement de rotation autour de l’axe AA est exempt de balourd. A cette effet, et classiquement, la surface de jonction 13 est constituée d’un nombre pair ou impair de rayons disposés à intervalle angulaire régulier, tel que représenté en fig. 1 et 2, ou d’une surface continue. Le volant d’inertie 10 peut être réalisé en métal, par exemple, en laiton, nickel, ou titane, ou en un alliage de métaux, ou encore en silicium, à l’aide des techniques de micro-usinage connues de l’homme de métier.

[0011 ] Le moment d’inertie I du volant d’inertie 10 ainsi décrit a une valeur fixe, déterminée par sa géométrie et le matériau employé pour le constituer.

[0012] Le balancier 1 comprend encore un dispositif d’ajustement 20 du moment d’inertie I, globalement plan, monté sur ledit volant 10, et destiné à régler le moment d’inertie I à une valeur donnée. Le dispositif d’ajustement 20, d’axe d’inertie Δ, comprend un premier et un deuxième moyens de montage, 21 , 22, respectivement au moyeu central 1 1 et à la serge périphérique 12, raccordés entre eux par deux lames flexibles 23a, 23b, de longueur supérieure au rayon du volant d’inertie 10, symétriques par rapport à l’axe d’inertie Δ. Les lames flexibles 23a, 23b sont solidaires des premier et deuxième moyens de montage 21 , 22, respectivement, par l’une et l’autre de leurs extrémités. Elles sont, de façon optionnelle, munies de masselottes destinées à augmenter leur masse propre, préformées ou non, et de géométrie choisie en fonction des paramètres du balancier 1. De façon alternative, les lames flexibles 23a, 23b sont formées d’une structure cellulaire destinée à réduire leur masse volumique. En variante à ce mode de réalisation, les lames élastiques sont au nombre de trois, quatre ou plus, et agencées à intervalle angulaire régulier. De manière préférentielle, on optera pour un dispositif d’ajustement 20 comportant entre deux et quatre lames flexibles préformées, lesquelles forment, en position de repos, un enroulement comprenant entre une et cinq spires.

[0013] Le dispositif d’ajustement 20 est monté autocentré sur le volant d’inertie 10, ce qui signifie que son axe d’inertie Δ coïncide, par construction, avec l’axe de rotation AA du volant d’inertie 10. A cet effet, les moyens de montage 21 , 22 sont eux-mêmes autocentrés par rapport à l’axe AA, et les lames flexibles 23a, 23b, sont symétriques par rapport à l’axe d’inertie Δ. Ainsi, le montage du dispositif d’ajustement 20 sur le volant 10, ne crée pas de balourd, et ceci, par construction de l’ensemble.

[0014] Dans le présent mode de réalisation, le premier moyen de montage 21 , au moyeu central 1 1 , est formé d’un losange déformable élastiquement, dont les faces internes forment des surfaces de frottement 41. En variante, le premier moyen de montage 21 est formé d’un carré, d’un rectangle, d’un hexagone, ou autre polyèdre déformable élastiquement. Le moyeu central 1 1 comporte, de son côté, une surface externe cylindrique, formant une surface d’appui 51 , au contact de laquelle viennent les surfaces de frottement 41. Le moyeu central peut évidemment être l’arbe du Le coefficient de frottement entre les surfaces 41 et 51 est choisi pour que le losange soit bloqué angulairement par la force de frottement s’exerçant lors du fonctionnement du balancier 1. Aux fins d’assurer l’autocentrage du dispositif d’ajustement 20, l’axe géométrique du losange est situé sur l’axe d’inertie Δ du dispositif d’ajustement 20, et l’axe géométrique de la surface d’appui 51 est confondu avec l’axe de rotation AA.

[0015] Le deuxième moyen de montage 22, à la serge périphérique 12, est formé d’une bague elliptique, déformable élastiquement, dont la face externe forme une surface de frottement 42. La serge périphérique 12 comprend, de son côté, une surface interne cylindrique formant une surface d’appui 52, au contact de laquelle vient la surface de frottement 42. Comme précédemment, le coefficient de frottement entre les surfaces 42 et 52 est choisi pour que la bague elliptique soit bloquée angulairement par la force de frottement s’exerçant lors du fonctionnement du balancier 1. La bague elliptique comporte encore deux trous 32a, 32b, symétriques par rapport à l’axe d’inertie Δ, formés dans deux renflements prévus à cet effet, et destinés à la préhension et la manipulation de la bague elliptique. De même, aux fins d’assurer l’autocentrage du dispositif d’ajustement 20, l’axe géométrique de la bague elliptique coïncide avec l’axe d’inertie Δ du dispositif d’ajustement 20, et l’axe géométrique de la surface d’appui 52 est confondu avec l’axe de rotation AA.

[0016] Le dispositif d’ajustement 20 étant monté sur le volant d’inertie 10 à l’aide des moyens de montage 21 , 22, les lames flexibles 23a, 23b prennent place dans l’espace compris entre la serge périphérique 12 et le moyeu central 1 1 , en

3 formant un enroulement pouvant compter une ou plusieurs spires, ou seulement une portion de spire, en fonction de la longueur des bras 23a, 23b. Grâce aux propriétés d’autocentrage des moyens de montage (21 , 22) par rapport à l’axe AA, et à la symétrie des lames flexibles 23a, 23b par rapport à l’axe d’inertie Δ du dispositif d’ajustement 20, l’axe d’inertie Δ est confondu avec l’axe de rotation AA, et le volant d’inertie 10, est, par construction, exempt de balourd. Cette propriété est conservée quelque soit le degré d’enroulement des lames flexibles 23a, 23b, qui conservent leur symétrie lorsque leur degré d’enroulement varie.

[0017] Le dispositif d’ajustement 20 est, de préférence, réalisé en métal, d’un seul tenant, par un procédé de type LIGA, consistant en une électrodéposition d’un métal dans une structure à deux dimensions obtenue par photolithographie. Ce procédé permet d’obtenir des pièces planes avec une grande précision et des formes complexes. En alternative, le dispositif d’ajustement 20 sera fabriqué en silicium, par micro-usinage physico-chimique d’une plaque de silicium. Il est possible, grâce à ces procédés de fabrication, de préformer les lames flexibles 23a, 23b en un enroulement plus ou moins serré.

[0018] On se réfère maintenant aux fig. 3a et 3b qui illustrent le principe de fonctionnement du dispositif d’ajustement 20 du moment d’inertie I du balancier 1 selon l’invention. Le dispositif d’ajustement 20 du moment d’inertie I est monté sur le volant d’inertie 10 à l’aide d’une brucelle dont les extrémités pointues sont introduites dans les trous 32a, 32b. La position angulaire relative des moyens de montage 21 , 22, respectivement au moyeu central 1 1 et à la serge périphérique 12, détermine le degré d’enroulement des lames flexibles 23a, 23b, entre le moyeu 11 et la serge 12. Ainsi, la variation des positions angulaires relatives de la bague elliptique et du losange modifie la répartition de la masse au sein du balancier 1 , et par conséquent, son moment d’inertie I.

[0019] En fig. 3a et 3b, on a représenté le balancier 1 selon l’invention, en position de moment d’inertie I, respectivement, minimum et maximum. Lorsque les lames flexibles 23a, 23b, forment un enroulement compact autour du moyeu central 1 1 , par un positionnement relatif donné des moyens de montage 21 , 22, la masse du dispositif d’ajustement 20 est déplacée vers l’axe AA, et le moment d’inertie I est minimum. Inversement, lorsque les lames flexibles 23a, 23b sont repoussées vers la serge 12 par la position relative des moyens de montage 21 , 22, la masse du dispositif d’ajustement 20 est déplacée vers l’extérieur, et le moment d’inertie I est maximum. Entre ces deux positions extrêmes, une vaste gamme de valeurs de I sont possibles, en fonction de la longueur des lames flexibles 23a, 23b, et de leur géométrie. La plage de réglage du moment d’inertie augmente avec la longueur des lames flexibles 23a, 23b, et la finesse du réglage augmente lorsque la longueur des lames 23a, 23b diminue. A titre d’exemple, on donnera les valeurs numériques suivantes. Considérant un volant d’inertie 10 de moment d’inertie I égal à 180mg/cm<2>, et une précision de positionnement angulaire de la bague elliptique 22 de 1 °. Pour un dispositif d’ajustement 20 comprenant deux bras formant cinq spires en position de repos, la plage de réglage du moment I est de 1 1.6 mg/cm<2>, ce qui équivaut à une résolution de 6.4E-3 mg/cm<2>, soit 0.47 seconde par jour. Pour un dispositif d’ajustement 20 comprenant deux bras formant une spire en position de repos, la plage de réglage du moment I est de 1.82 mg/cm<2>, ce qui équivaut à une résolution de 5E-3 mg/cm<2>, soit 0.27 seconde par jour.

[0020] On notera que, dans le cas présent, les deux moyens de montage 21 , 22, sont positionnables en rotation autour de l’axe AA, mais qu’un même résultat est atteint si l’un des moyens de montage est fixe en rotation et l’autre positionnable en rotation. L’un des deux moyens de montage 21 , 22, peut être fixé par collage, soudage, ou tout autre moyen adéquat, au moyeu central 1 1 ou à la serge périphérique 12. Pour des raisons pratiques, et comme il apparaît en fig. 4, il est préférable de laisser la bague elliptique 22 positionnable en rotation, car elle est plus accessible une fois le balancier monté sur le pont de balancier 60 par l’intermédiaire d’un arbre de balancier 61. Le moment d’inertie I peut alors être ajusté en condition de fonctionnement normal.

[0021 ] Ainsi a été décrit un balancier pour mouvement d’horlogerie à moment d’inertie réglable. Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-dessus, mais s’étend à toutes les variantes à la portée de l’homme de métier, s’inscrivant dans le cadre des revendications ci-après. En particulier, l’homme de métier pourrait être amené à monter le premier moyen de montage 21 du dispositif d’ajustement directement sur l’arbre de balancier 61 , plutôt que sur le moyeu central 1 1. Le balancier 1 étant monté solidaire de l’arbre 61 , le dispositif d’ajustement 20 du moment d’inertie est monté indirectement au volant d’inertie 10, à l’aide du premier moyen de montage 21. Cette option est envisageable, dans le cas où le moyeu est de petite taille ou même inexistant.

Liste:

[0022]

1 : Balancier

10: volant d’inertie

1 1 : moyeu central

12: serge périphérique

13: surface de jonction

4

Claims

20: dispositif d’ajustement 21 : premier moyen de montage 22: deuxième moyen de montage 23a: lame flexible 23b: lame flexible 32a: trou 32b: trou 41 : surface de frottement du premier moyen de montage 42: surface de frottement du deuxième moyen de montage 51 : surface d’appui du moyeu central 52: surface d’appui de la serge périphérique 60: pont du balancier 61 : arbre de balancier Revendications 1. Balancier pour mouvement d’horlogerie à moment d’inertie ajustable, comprenant: - un volant d’inertie (10) d’axe de rotation AA, de moment d’inertie I, et, monté sur ledit volant d’inertie (10), - un dispositif d’ajustement (20) du moment d’inertie I, d’axe d’inertie Δ confondu avec l’axe de rotation AA, comportant au moins deux lames flexibles (23a, 23b) formant un enroulement de compacité variable autour de l’axe AA, et un premier moyen de montage (21), les lames (23a, 23b) étant solidaires, par une première extrémité, dudit premier moyen de montage (21), caractérisé en ce que ledit dispositif d’ajustement (20) comporte encore un deuxième moyen de montage (22) sur le volant (10), lesdites lames (23a, 23b) étant solidaires, par l’autre extrémité, dudit deuxième moyen de montage (22), et en ce que ledit deuxième moyen de montage (22) est positionnable en rotation autour de l’axe AA de manière à régler le degré de compacité de l’enroulement.
2. Balancier pour mouvement d’horlogerie selon la revendication 1 , caractérisé en ce que ledit volant d’inertie (10) est formé d’une serge périphérique (12) reliée à un moyeu central (11) par une surface de jonction (13), et en ce que lesdits premier et deuxième moyens de montage (21 , 22) sont montés, respectivement, sur ledit moyeu central (11) et ladite serge périphérique (12).
3. Balancier selon l’une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ledit dispositif d’ajustement (20) est monté autocentré sur ledit volant d’inertie (10).
4. Balancier selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens de montage (21 , 22) sont d’axe d’inertie Δ, et sont montés autocentrés sur ledit volant d’inertie (10), et en ce que lesdites lames flexibles (23a, 23b) sont disposées symétriquement par rapport à l’axe d’inertie Δ.
5. Balancier selon l’une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième moyens de montage (21 , 22) sont déformables élastiquement et comportent des surfaces de frottement (41 , 42), et en ce que la serge périphérique (12) et le moyeu central (11) comportent des surfaces d’appui (51 , 52), lesdites surfaces de frottement (41 , 42) venant au contact, respectivement, desdites surfaces d’appui (51 , 52), le coefficient de frottement entre lesdites surfaces de frottement (41 , 42) et lesdites surfaces d’appui (51 , 52) étant choisi pour que lesdits moyens de montage (21 , 22) soient bloqués angulairement par la force de frottement s’exerçant lors du fonctionnement du balancier.
6. Balancier selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit premier moyen de montage (21) est formé d’un losange déformable élastiquement, d’axe géométrique confondu avec ledit axe d’inertie Δ, dont les faces internes forment une desdites surfaces de frottement (41), et en ce que ledit moyeu central (11) comporte une surface externe cylindrique, d’axe géométrique confondu avec l’axe de rotation AA, formant une desdites surfaces d’appui (51).
7. Balancier selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit deuxième moyen de montage (22) est formé d’une bague elliptique déformable élastiquement, d’axe géométrique confondu avec ledit axe d’inertie Δ, dont la face externe forme une desdites surfaces de frottement (42), et en ce que ladite serge périphérique (12) comporte une surface interne cylindrique, d’axe géométrique confondu avec l’axe de rotation AA, formant une desdites surfaces d’appui (52). 5
8. Balancier selon l’une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ladite surface de jonction (13) est formée de rayons disposés à intervalle angulaire régulier.
9. Balancier selon l’une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que ladite surface de jonction (13) est formée d’un disque plein.
10. Balancier selon la revendication 7, caractérisé en ce que ladite bague elliptique comporte des trous (32a, 32b) destinés à la manipulation dudit dispositif (20) d’ajustement du moment d’inertie I.
1 1. Balancier selon l’une des revendications 2 à 10, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième moyens de montage (21 , 22) sont montés positionnables en rotation autour de l’axe AA.
12. Balancier selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ledit premier moyen de montage (21 ) est monté fixe en rotation autour de l’axe AA. 6