EP0960361B1 - Piece d'horlogerie comportant un dispositif de detection capacitif - Google Patents

Piece d'horlogerie comportant un dispositif de detection capacitif Download PDF

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EP0960361B1
EP0960361B1 EP98901919A EP98901919A EP0960361B1 EP 0960361 B1 EP0960361 B1 EP 0960361B1 EP 98901919 A EP98901919 A EP 98901919A EP 98901919 A EP98901919 A EP 98901919A EP 0960361 B1 EP0960361 B1 EP 0960361B1
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EP
European Patent Office
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rotor
fixed electrodes
rotating member
fixed
sensor
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EP98901919A
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EP0960361A1 (fr
Inventor
Jean-Félix Perotto
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04G—ELECTRONIC TIME-PIECES
    • G04G21/00—Input or output devices integrated in time-pieces
    • G04G21/08—Touch switches specially adapted for time-pieces
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/001—Electromechanical switches for setting or display
    • G04C3/007—Electromechanical contact-making and breaking devices acting as pulse generators for setting
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C3/00—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means
    • G04C3/14—Electromechanical clocks or watches independent of other time-pieces and in which the movement is maintained by electric means incorporating a stepping motor

Definitions

  • the present invention relates to a part horological, in particular a watch, comprising a mobile rotary and an electrical device capacitive sensing to detect positions and / or movements of said mobile, in which the detection device comprises at least one capacitive sensor having a fixed part provided at least two fixed electrodes and part mobile with electrically conductive rotor driven by said mobile and arranged to influence the electric field between the fixed electrodes by its rotational position, and means detection electronics that are sensitive to variations in the capacity of said sensor, both fixed electrodes being arranged on a substrate and separated from each other by an interval.
  • the invention is particularly applicable, but not exclusively, when ordering functions such as manual time correction or the date in an electronic watch using the traditional control rod fitted with a outer crown.
  • detection rotational and translational movements of this stem is essentially based on electromechanical switches actuated by a arrangement of cams integral with the rod, these cams acting on contact slats flexible that will touch fixed contacts generally provided on a printed circuit which includes other component parts watchmaking.
  • pulses are generated from variations in coupling capacitive produced by the rotor electrode between different stator electrodes, thanks to variations in the overlap area between the rotor and each fixed electrode, while the thickness of the dielectric between the electrodes remains constant.
  • the object of the present invention is to avoid disadvantages of the prior art by creating a reliable contactless detection device, usable in a timepiece such as watch, can be made and mounted at a low cost and can be applied advantageously to the correction of time or date or on detection of a particular position of a mobile rotary.
  • a timepiece as defined in claim 1.
  • the detection device acts essentially by varying capacity thanks to the variation in distance between the surface toothed device of the rotor and each electrode fixed.
  • capacitive sensors that detect a quite a lot of angular positions successive, for example eight or twelve positions per turn.
  • the rotor can be kept at a potential fixed, its teeth being arranged to screen in the electric field between the electrodes fixed.
  • this substrate can advantageously be part of an element to printed circuits of the timepiece, i.e. that we use an element that exists already in an electronic watch movement or electromechanical.
  • the rotor is integral with the mobile, which has a support cylinder which rests in sliding against a dielectric layer arranged on the substrate and / or on the fixed electrodes. This avoids any adjustment of the sensor when mounting the mobile.
  • the toothed shape of the surface rotor device Thanks to the toothed shape of the surface rotor device, capacity variation between the electrodes is due in this case to the thickness modulation of the dielectric.
  • the fixed electrodes can be find on the same printed circuit substrate, for example on two opposite edges of an opening of the substrate.
  • the rotor can be isolated and used as transmitter of an electrical signal between the two fixed electrodes. The rotor is then at a potential floating.
  • Another advantageous embodiment of the sensor with a pair of fixed electrodes consists of the rotor being an electrode mobile connected to the detection means and whose teeth, during its rotation, pass alternately opposite one or other of the fixed electrodes.
  • the rotor thus forms a third electrode for signal injection in the two capacitors it forms respectively with the two fixed electrodes.
  • the detection device without contact can also indicate the direction of rotation of the mobile
  • the detection device includes preferably two of said capacitive sensors, which are offset angularly so as to provide respective output signals which are quadrature during the rotation of the mobile.
  • the mobile which it is a question of detecting positions is a rod 1 which can be for example the rod of time setting command for a watch or another timepiece.
  • this mobile could be another piece of a movement of watchmaking, for example a tree bearing a second, minute or hour hand, or a chronograph counter hand.
  • the rod 1 is associated with a device for detection of its angular positions which includes a capacitive sensor 2 and electronic means detection 3 using the signal from the sensor on an output line 4.
  • the sensor 2 comprises a mobile part, constituted by a fixed rotor 5 coaxially on the rod 1, and a fixed part essentially consisting of two electrodes fixed 6 and 7 which, in this case, are coplanar and applied to the underside an insulating substrate 8 parallel to the axis of the rotor 5.
  • This can advantageously be a card to printed circuits as there are in the most electronic watches or electromechanical, this card usually being parallel to the watch face and to the ordered.
  • a voltage source 9 is connected in series between ground 10 and first electrode 6 to apply a pulsed voltage Ue thereto.
  • the second electrode 7 is connected to line 4 to deliver an output signal which depends on the capacity between the two electrodes 6 and 7.
  • the rotor 5 is a conductive part, of preferably metallic, star-shaped, its peripheral surface presenting in this case four teeth 11 to 14 regularly spaced angularly. Preferably, it is connected to the mass 10 via rod 1.
  • the rotor is located in front of the interval 15 between the electrodes 6 and 7 and its teeth go to low distance from the electrodes. Presence and position of the rotor thus influences the electric field 16 and therefore the capacitive coupling between the electrodes.
  • the capacity of the sensor 2 varies periodically and the signal exit on line 4 goes through a minimum in the position of Figure 1, where the rotor forms a screen in the electric field, and by a maximum in the position of figure 2, where the rotor does practically no screen.
  • the signal sensor output is applied to the negative input an amplifier 16 connected in parallel to a integration capacitor 17 of capacity Ci.
  • a square pulse voltage signal Us (Cv / Ci) ⁇ Ue, where Cv is the capacitance between two electrodes 6 and 7.
  • Each pulse of this signal represents the passage of one of teeth 11 to 14 in front of the electrodes, so a step of rotation of rod 1, this step being a quarter turn in this example.
  • the Us signal is used in a processing circuit 19 which controls so known the desired function, for example setting the time or date of the watch.
  • Figure 3 illustrates an embodiment advantage of the capacitive sensor 2, in order to maintain a determined distance and also small as possible between the teeth of rotor 5 and the electrodes 6 and 7, so that variations in sensor capacity during rod movements 1 are as high as possible and can therefore be detected easily.
  • a thin layer dielectric 20 is applied to at least one part of electrodes 6 and 7 and on interval 15 separating them.
  • This layer can be formed by example of a resin film having a thickness of a few micrometers. This thickness is obviously exaggerated in the drawing. Otherwise, the rod 1 carries a support cylinder 21 placed at a sufficient distance from rotor 5 so as not to influence the capacitance between the electrodes.
  • the rod 1 is placed relative to substrate 8 of so that its cylinder 21 rests slightly against layer 20, which also extends over the substrate in front of the cylinder.
  • the surfaces end of teeth 11 to 14 of rotor 5 can be cylindrical and have the same radius as the cylinder 21, so that their distance to electrodes 6 and 7 is practically equal to the thickness of the dielectric layer 20.
  • Figure 4 illustrates an embodiment comprising, next to the capacitive sensor 2, a second similar capacitive sensor 22 in order to ability to detect direction of rotation of rod 1.
  • the sensor 22 comprises a rotor 25 fixed on the rod 1 and a pair of electrodes 26 and 27 identical to electrodes 6 and 7 and applied to the substrate 8 to side of these. These electrodes are also covered by the dielectric layer 20.
  • the rotor 25 is identical to rotor 5, but offset angularly of a quarter of the pitch of the teeth, or a sixteenth of a turn in this case, so that the output signals from sensor 22 are in quadrature with those of sensor 2. Signals from these kinds are described later with reference to the figure 10.
  • control rod 1 of the watch can slide axially between at minus two positions, one of which is a position time setting, shown in solid lines in Figure 4.
  • the other axial position of the rod is a neutral position, shown in lines interrupted, where the rod 1 must be able to rotate without correct the time of the watch.
  • the rotor 25 of sensor 22 is then located opposite the electrodes 6 and 7 of sensor 2, so that sensor 2 is active, while the sensor 22 is inactive.
  • the processing circuits 19 detect this fact when rod 1 turns and they do not engage any action. If, on the contrary, the two sensors 2 and 22 provide quadrature signals, circuits 19 make a time correction the extent of which is determined by the number of steps indicated by sensor 2, and direction by order of succession of signals from sensors 2 and 22.
  • FIGS 5 and 6 illustrate another form of a capacitive sensor usable at the place of each of the sensors 2 and 22 described above.
  • This sensor 30 has two electrodes fixtures arranged on a common insulating substrate 33 and connected to respective terminals A and B. Each electrode 31, 32 extends in particular over opposite edges of an opening 34 of the substrate 33 to each form an electrode plate 35, 36.
  • the axis 37 of the rotary rod 1 extends in the middle of the opening 34, in the median plane of the substrate, of so that the rotor 5 fixed on the rod 1 is roughly the same distance from each of electrodes 31 and 32.
  • the rotor 5 has an even number of teeth, it is isolated electrically and stands at a potential floating, to serve as a passive transmitter of a electrical signal between the two electrodes.
  • the equivalent diagram in Figure 6 shows that the sensor capacity 30 is equal to the serialization variable capacities C1 and C2 located respectively between the electrode 31 and the rotor 5 and between the rotor 5 and the electrode 32.
  • the capacities C1 and C2 vary together by variation distances and therefore dielectric intervals between the conducting rotor and the electrodes when rod 1 rotates. If necessary, rod 1 can be guided by the insulating substrate 33.
  • it can be associated with two sensors 30 delivering quadrature signals that allow also indicate the direction of rotation of the rod by a method analogous to that described with reference to Figure 4.
  • Figures 7 and 8 illustrate a sensor capacitive 40 in which we find the same elements 31 to 37 than in sensor 30, but with a different rotor 41 which constitutes an electrode mobile connected to a terminal D by a flexible blade 42 which rubs on a collar 43 of the rotor 41.
  • the latter has an odd number of teeth, for example three teeth 44, 45 and 46, which have equal angular intervals and therefore pass alternately in front of one or other of the electrodes 31 and 32.
  • the capacity C1 is maximum when capacity C2 is minimum.
  • the terminal D is used for signal injection electric on the mobile electrode constituted by the rotor 41, the output signals being collected on terminals A and B.
  • a another advantage of sensor 40 is that its resolution for one revolution of the rotor is double the number teeth. For example, a resolution of ten steps per revolution would be obtained with only five teeth.
  • FIG. 9 illustrates a capacitive sensor 50 with the same elements 31 to 37 and 41 to 43 that the sensor 40 described above, but in this case the rotor 41 has only two teeth 44 and 45 asymmetrically arranged, their distance angular being for example 135 °.
  • the detection means can determine both angular positions and the direction of rotation of the rod 1 by means of the single sensor 50.
  • the top diagram in Figure 10 represents, as a function of the angle ⁇ of rotation of the rod 1, the variation of the capacity C1 of the sensor 2 and the capacity C2 of sensor 22 shown in Figure 4. These two signals are in squaring if, for example, teeth 11 to 14 of two rotors 5 and 25 are mutually in the direction of rotation of the rod 1. Also shown in figure 10 the square voltage pulses Us1 and Us2 which are obtained for each sensor as described with reference to Figure 1 and which allow the detection means to indicate the number of steps and the direction of rotation of the rod 1.

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Description

La présente invention concerne une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant un mobile rotatif et un dispositif électrique de détection capacitif pour détecter des positions et/ou des mouvements dudit mobile, dans laquelle le dispositif de détection comporte au moins un capteur capacitif ayant une partie fixe pourvue d'au moins deux électrodes fixes et une partie mobile pourvue d'un rotor électriquement conducteur entraíné par ledit mobile et agencé pour influencer le champ électrique entre les électrodes fixes par sa position de rotation, et des moyens électroniques de détection qui sont sensibles à des variations de capacité dudit capteur, les deux électrodes fixes étant disposées sur un substrat et séparées l'une de l'autre par un intervalle.
L'invention s'applique particulièrement, mais pas exclusivement, à la commande de fonctions telles que la correction manuelle de l'heure ou de la date dans une montre électronique au moyen de la traditionnelle tige de commande équipée d'une couronne extérieure. Habituellement, la détection des mouvements de rotation et translation de cette tige est essentiellement basée sur des interrupteurs électromécaniques actionnés par un agencement de cames solidaires de la tige, ces cames agissant sur des lamelles de contact flexibles qui vont toucher des contacts fixes prévus généralement sur un circuit imprimé qui comprend d'autres composants de la pièce d'horlogerie.
Pour la fabrication et le montage de ces interrupteurs, la difficulté principale réside dans la fiabilité de fermeture du contact électrique, qui exige un positionnement très précis de chaque lamelle de contact par rapport à la came correspondante et par rapport au contact fixe correspondant. Il est donc nécessaire d'effectuer des tests de fonctionnement et éventuellement des réglages lors du montage de chaque pièce d'horlogerie. Ces opérations sont coûteuses et gênent considérablement l'automatisation de l'assemblage des montres.
Des problèmes analogues se présentent avec les contacts électriques destinés à détecter des positions particulières d'un mobile, par exemple la position "zéro" d'une aiguille de chronographe ou d'un indicateur de quantièmes.
Il serait donc souhaitable de remplacer les interrupteurs susmentionnés par des dispositifs sans contact, aptes à être utilisés dans des montres.
Dans la demande de brevet DE 3934158 A1, il est décrit un générateur d'impulsions utilisable pour commander une horloge électronique dans un appareil domestique, ce générateur correspondant approximativement à un capteur capacitif du genre indiqué en préambule ci-dessus. Un rotor en forme de disque, rotatif autour d'un axe perpendiculaire au disque, porte une électrode plate ayant deux secteurs diamétralement opposés, en face d'un stator plat pourvu de plusieurs électrodes fixes ayant une disposition particulière et raccordées à des circuits électroniques de détection. Un diélectrique mince est placé entre le stator et le rotor. Lorsque le rotor tourne, des impulsions sont engendrées à partir des variations du couplage capacitif produit par l'électrode du rotor entre différentes électrodes du stator, grâce aux variations de la surface de recouvrement entre le rotor et chaque électrode fixe, tandis que l'épaisseur du diélectrique entre les électrodes reste constante.
Une telle construction est beaucoup trop encombrante pour des applications dans l'industrie horlogère, en particulier dans les montres. D'autre part, le rotor doit être monté avec une précision et une stabilité suffisante pour que la distance entre les électrodes, c'est-à-dire l'épaisseur du diélectrique, reste constante.
Dans la publication Patent Abstracts of Japan vol. 007, no. 270 (P-240) relative à la demande de brevet JP 58-150865A, il est décrit un détecteur capacitif de rotation comportant deux électrodes fixes annulaires superposées et pourvues de dents intérieures, et une électrode rotative montée sur un disque isolant et présentant des dents extérieures assez hautes pour faire face aux dents des deux électrodes fixes en même temps. On détecte la rotation du disque par les variations de capacité entre les deux électrodes fixes. Une telle construction, destinée à détecter la rotation d'un moteur, est trop encombrante pour être utilisable dans une montre.
La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients de l'art antérieur en créant un dispositif fiable de détection sans contact, utilisable dans une pièce d'horlogerie telle qu'une montre, pouvant être réalisé et monté à un faible coût et pouvant s'appliquer avantageusement à la correction de l'heure ou de la date ou à la détection d'une position particulière d'un mobile rotatif.
A cet effet, selon un premier aspect de l'invention, il est prévu une pièce d'horlogerie telle que définie dans la revendication 1.
Ainsi, le dispositif de détection agit essentiellement par variation de la capacité grâce à la variation de distance entre la surface périphérique dentée du rotor et chaque électrode fixe. Par sa nature, un tel dispositif est réalisable sous une forme à la fois peu encombrante et consommant peu d'énergie électrique, ce qui convient bien à une utilisation dans une montre. De plus, on peut réaliser sans grande complication des capteurs capacitifs qui permettent de détecter un assez grand nombre de positions angulaires successives, par exemple huit ou douze positions par tour.
Le rotor peut être maintenu à un potentiel fixe, ses dents étant agencées pour faire écran dans le champ électrique entre les électrodes fixes.
Comme les deux électrodes fixes sont coplanaires sur un substrat, ce substrat peut avantageusement faire partie d'un élément à circuits imprimés de la pièce d'horlogerie, c'est-à-dire qu'on utilise ainsi un élément qui existe déjà dans un mouvement d'horlogerie électronique ou électromécanique.
Afin de maintenir un écartement constant entre le rotor et les électrodes fixes, on peut prévoir que le rotor est solidaire du mobile, lequel comporte un cylindre d'appui qui s'appuie en glissant contre une couche diélectrique disposée sur le substrat et/ou sur les électrodes fixes. Ceci permet d'éviter tout réglage du capteur lors du montage du mobile.
Selon un second aspect de l'invention, il est prévu une pièce d'horlogerie telle que définie dans la revendication 2.
Grâce à la forme dentée de la surface périphérique du rotor, la variation de capacité entre les électrodes est due dans ce cas à la modulation d'épaisseur du diélectrique. Dans cet agencement aussi, les électrodes fixes peuvent se trouver sur un même substrat à circuits imprimés, par exemple sur deux bords opposés d'une ouverture du substrat. Le rotor peut être isolé et servir de transmetteur d'un signal électrique entre les deux électrodes fixes. Le rotor est alors à un potentiel flottant.
Une autre forme de réalisation avantageuse du capteur comportant une paire d'électrodes fixes consiste en ce que le rotor est une électrode mobile reliée aux moyens de détection et dont les dents, au cours de sa rotation, passent alternativement en face de l'une ou l'autre des électrodes fixes. Le rotor forme ainsi une troisième électrode pour l'injection d'un signal dans les deux condensateurs qu'il forme respectivement avec les deux électrodes fixes.
Afin que le dispositif de détection sans contact puisse indiquer aussi le sens de rotation du mobile, le dispositif de détection comporte de préférence deux desdits capteurs capacitifs, qui sont décalés angulairement de façon à fournir des signaux de sortie respectifs qui sont en quadrature au cours de la rotation du mobile.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaítront dans la description suivante de différents exemples de réalisation, en référence aux dessins annexés, dans lesquels :
  • la figure 1 représente schématiquement une première forme de réalisation de l'invention, plus particulièrement un dispositif de détection sans contact des positions d'un mobile rotatif, ce dispositif comportant un capteur capacitif,
  • la figure 2 est une vue analogue à la figure 1, illustrant une autre position du mobile,
  • la figure 3 est une vue schématique en coupe transversale d'un capteur capacitif utilisé dans la présent invention, suivant la ligne III-III de la figure 4,
  • la figure 4 est une vue latérale schématique d'un dispositif comportant deux capteurs capacitifs associés à un mobile rotatif et coulissant,
  • la figure 5 est une vue en coupe schématique d'une autre forme de réalisation d'un capteur capacitif,
  • la figure 6 est un schéma électrique équivalent du capteur de la figure 5,
  • la figure 7 est une vue en coupe schématique d'une autre forme de réalisation d'un capteur capacitif,
  • la figure 8 est un schéma électrique équivalent du capteur de la figure 7,
  • la figure 9 est une vue en coupe schématique d'une autre forme de réalisation d'un capteur capacitif, et
  • la figure 10 représente des signaux électriques obtenus dans le dispositif des la figures 4 au cours de la rotation du mobile.
Dans l'exemple des figures 1 et 2, le mobile dont il s'agit de détecter des positions est une tige 1 qui peut être par exemple la tige de commande de mise à l'heure d'une montre ou d'une autre pièce d'horlogerie. Toutefois, ce mobile pourrait être une autre pièce d'un mouvement d'horlogerie, par exemple un arbre portant une aiguille des secondes, des minutes ou des heures, ou une aiguille d'un compteur de chronographe.
La tige 1 est associée à un dispositif de détection de ses positions angulaires qui comprend un capteur capacitif 2 et des moyens électroniques de détection 3 utilisant le signal issu du capteur sur une ligne de sortie 4. Le capteur 2 comprend une partie mobile, constituée par un rotor 5 fixé coaxialement sur la tige 1, et une partie fixe constituée essentiellement par deux électrodes fixes 6 et 7 qui, dans le cas présent, sont coplanaires et appliquées sur la face inférieure d'un substrat isolant 8 parallèle à l'axe du rotor 5. Celui-ci peut avantageusement être une carte à circuits imprimés telle qu'il en existe dans la plupart des montres électroniques ou électromécaniques, cette carte étant habituellement parallèle au cadran de la montre et à la tige de commande. Une source de tension 9 est branchée en série entre la masse 10 et la première électrode 6 pour appliquer à celle-ci une tension pulsée Ue. La seconde électrode 7 est raccordée à la ligne 4 pour délivrer un signal de sortie qui dépend de la capacité entre les deux électrodes 6 et 7.
Le rotor 5 est une pièce conductrice, de préférence métallique, en forme d'étoile, sa surface périphérique présentant dans le cas présent quatre dents 11 à 14 régulièrement espacées angulairement. De préférence, il est raccordé à la masse 10 par l'intermédiaire de la tige 1. Le rotor se trouve en face de l'intervalle 15 séparant les électrodes 6 et 7 et ses dents passent à une faible distance des électrodes. La présence et la position du rotor influence ainsi le champ électrique 16 et donc le couplage capacitif entre les électrodes. Au cours de la rotation de la tige 1, la capacité du capteur 2 varie périodiquement et le signal de sortie sur la ligne 4 passe par un minimum dans la position de la figure 1, où le rotor forme un écran dans le champ électrique, et par un maximum dans la position de la figure 2, où le rotor ne fait pratiquement pas écran.
Dans les moyens de détection 3, le signal de sortie du capteur est appliqué à l'entrée négative d'un amplificateur 16 branché en parallèle à un condensateur d'intégration 17 de capacité Ci. On obtient à la sortie 18 de l'amplificateur 16 un signal à impulsions carrées de tension Us = (Cv/Ci) · Ue, où Cv est la capacité entre les deux électrodes 6 et 7. Chaque impulsion de ce signal représente le passage d'une des dents 11 à 14 devant les électrodes, donc un pas de rotation de la tige 1, ce pas étant d'un quart de tour dans le présent exemple. Le signal Us est utilisé dans un circuit de traitement 19 qui commande de manière connue la fonction voulue, par exemple la mise à l'heure ou la mise à la date de la montre.
La figure 3 illustre une forme de réalisation avantageuse du capteur capacitif 2, afin de maintenir une distance déterminée et aussi faible que possible entre les dents du rotor 5 et les électrodes 6 et 7, pour que les variations de capacité du capteur lors des mouvements de la tige 1 soient aussi élevées que possible et puissent donc être détectées facilement. Une mince couche diélectrique 20 est appliquée sur au moins une partie des électrodes 6 et 7 et sur l'intervalle 15 les séparant. Cette couche peut être formée par exemple d'un film de résine ayant une épaisseur de quelques micromètres. Cette épaisseur est évidemment exagérée dans le dessin. Par ailleurs, la tige 1 porte un cylindre d'appui 21 placé à une distance suffisante du rotor 5 pour ne pas influencer la capacité entre les électrodes. La tige 1 est placée par rapport au substrat 8 de façon que son cylindre 21 s'appuie légèrement contre la couche 20, qui s'étend aussi sur le substrat en face du cylindre. Les surfaces d'extrémité des dents 11 à 14 du rotor 5 peuvent être cylindriques et avoir le même rayon que le cylindre 21, si bien que leur distance aux électrodes 6 et 7 est pratiquement égale à l'épaisseur de la couche diélectrique 20.
Les avantages d'un tel agencement ne concernent pas seulement la qualité des signaux obtenus : comme il détermine positivement la distance entre la tige 1 et le substrat 8, il permet un montage facilité du capteur 2 en évitant tout réglage. En particulier, lorsque la tige 1 est la tige de commande d'une montre, elle est mise en place après le substrat à circuit imprimé 8. Celui-ci peut être maintenu d'une manière élastique de façon à s'appuyer légèrement contre le cylindre 21 de la tige.
La figure 4 illustre une forme de réalisation comportant, à côté du capteur capacitif 2, un deuxième capteur capacitif semblable 22 afin de pouvoir détecter le sens de rotation de la tige 1. Le capteur 22 comprend un rotor 25 fixé sur la tige 1 et une paire d'électrodes 26 et 27 identiques aux électrodes 6 et 7 et appliquées sur le substrat 8 à côté de celles-ci. Ces électrodes sont également recouvertes par la couche diélectrique 20. Le rotor 25 est identique au rotor 5, mais décalé angulairement d'un quart du pas des dents, soit d'un seizième de tour dans le cas présent, pour que les signaux de sortie du capteur 22 soient en quadrature avec ceux du capteur 2. Des signaux de ce genre sont décrits plus loin en référence à la figure 10. Comme d'habitude, la tige de commande 1 de la montre peut coulisser axialement entre au moins deux positions, dont l'une est une position de mise à l'heure, représentée en traits continus dans la figure 4. L'autre position axiale de la tige est une position neutre, représentée en traits interrompus, où la tige 1 doit pouvoir tourner sans corriger l'heure de la montre. Le rotor 25 du capteur 22 se trouve alors en face des électrodes 6 et 7 du capteur 2, de sorte que le capteur 2 est actif, tandis que le capteur 22 est inactif. Les circuits de traitement 19 détectent ce fait quand la tige 1 tourne et ils n'enclenchent aucune action. Si au contraire les deux capteurs 2 et 22 fournissent des signaux en quadrature, les circuits de traitement 19 effectuent une correction horaire dont l'ampleur est déterminée par le nombre de pas indiqué par le capteur 2, et le sens par l'ordre de succession des signaux issus des capteurs 2 et 22.
Les figures 5 et 6 illustrent une autre forme de réalisation d'un capteur capacitif utilisable à la place de chacun des capteurs 2 et 22 décrits ci-dessus. Ce capteur 30 comporte deux électrodes fixes disposées sur un substrat isolant commun 33 et raccordées à des bornes respectives A et B. Chaque électrode 31, 32 s'étend notamment sur des bords opposés d'une ouverture 34 du substrat 33 pour former chacune une plaque d'électrode 35, 36. L'axe 37 de la tige rotative 1 s'étend au milieu de l'ouverture 34, dans le plan médian du substrat, de sorte que le rotor 5 fixé sur la tige 1 se trouve sensiblement à la même distance de chacune des électrodes 31 et 32. Dans le cas présent, le rotor 5 comporte un nombre pair de dents, il est isolé électriquement et se trouve à un potentiel flottant, pour servir de transmetteur passif d'un signal électrique entre les deux électrodes. Le schéma équivalent de la figure 6 montre que la capacité du capteur 30 est égale à la mise en série des capacités variables C1 et C2 situées respectivement entre l'électrode 31 et le rotor 5 et entre le rotor 5 et l'électrode 32. Les capacités C1 et C2 varient ensemble par variation des distances et donc des intervalles diélectriques entre le rotor conducteur et les électrodes lorsque la tige 1 tourne. Au besoin, la tige 1 peut être guidée par le substrat isolant 33. Bien entendu, elle peut être associée à deux capteurs 30 délivrant des signaux en quadrature qui permettent d'indiquer aussi le sens de rotation de la tige par une méthode analogue à celle décrite en référence à la figure 4.
Les figures 7 et 8 illustrent un capteur capacitif 40 dans lequel on retrouve les mêmes éléments 31 à 37 que dans le capteur 30, mais avec un rotor 41 différent qui constitue une électrode mobile reliée à une borne D par une lame flexible 42 qui frotte sur un collet 43 du rotor 41. Celui-ci comporte un nombre impair de dents, par exemple trois dents 44, 45 et 46, qui présentent des intervalles angulaires égaux et passent donc alternativement devant l'une ou l'autre des électrodes 31 et 32. Ainsi, la capacité C1 est maximale quand la capacité C2 est minimale. La borne D est utilisée pour l'injection d'un signal électrique sur l'électrode mobile constituée par le rotor 41, les signaux de sortie étant recueillis sur les bornes A et B. On peut ainsi mesurer d'une manière précise une capacité différentielle entre A et B, en éliminant les capacités parasites entre les différents conducteurs et la masse, lesquelles sont souvent beaucoup plus élevées que C1 et C2. Un autre avantage du capteur 40 est que sa résolution pour un tour du rotor est égale au double du nombre de dents. Par exemple, une résolution de dix pas par tour serait obtenue avec cinq dents seulement.
La figure 9 illustre un capteur capacitif 50 comportant les mêmes éléments 31 à 37 et 41 à 43 que le capteur 40 décrit ci-dessus, mais dans ce cas le rotor 41 n'a que deux dents 44 et 45 disposées de manière dissymétrique, leur distance angulaire étant par exemple de 135°. Il en résulte que les signaux recueillis aux bornes A et B se succèdent dans un ordre différent selon que la tige 1 tourne dans un sens ou dans l'autre. Donc les moyens de détection peuvent déterminer à la fois des positions angulaires et le sens de rotation de la tige 1 au moyen du seul capteur 50.
On notera qu'il est possible d'obtenir le même résultat avec un rotor ayant des dents diamétralement opposées, si les deux plaques d'électrodes 35 et 36 ne sont pas diamétralement opposées par rapport à l'axe 37 du rotor.
Le diagramme supérieur de la figure 10 représente, en fonction de l'angle α de rotation de la tige 1, la variation de la capacité C1 du capteur 2 et de la capacité C2 du capteur 22 représenté à la figure 4. Ces deux signaux sont en quadrature si, par exemple, les dents 11 à 14 des deux rotors 5 et 25 sont mutuellement dans le sens de rotation de la tige 1. On a également représenté dans la figure 10 les impulsions carrées de tension Us1 et Us2 qui sont obtenues pour chaque capteur comme on l'a décrit en référence à la figure 1 et qui permettent aux moyens de détection d'indiquer le nombre de pas et le sens de rotation de la tige 1.
Les exemples décrits ci-dessus démontrent que la présente invention permet d'installer dans une pièce d'horlogerie de petite taille, comme une montre, un dispositif de détection sans contact qui remplace avantageusement les dispositifs de détection de rotation à contacts électriques, grâce à sa simplicité et sa fiabilité.

Claims (12)

  1. Pièce d'horlogerie comportant un mobile rotatif (1) et un dispositif électrique de détection capacitif pour détecter des positions et/ou des mouvements dudit mobile, dans laquelle le dispositif de détection comporte au moins un capteur capacitif (2, 22) ayant une partie fixe pourvue d'une paire d'électrodes fixes (6, 7; 26, 27) et une partie mobile pourvue d'un rotor (5, 25) électriquement conducteur entraíné par ledit mobile et agencé pour influencer le champ électrique entre les électrodes fixes par sa position de rotation, et des moyens électroniques de détection (3) qui sont sensibles à des variations de capacité dudit capteur, les deux électrodes fixes (6, 7; 26, 27) étant coplanaires sur un substrat (8) et séparées l'une de l'autre par un intervalle (15),
       caractérisée en ce que l'axe du rotor (5, 25) est disposé parallèlement au plan des électrodes fixes et en face dudit intervalle, et en ce que chaque électrode fixe (6, 7, 26, 27) est disposée en face d'une surface périphérique du rotor (5, 25), ladite surface comportant des dents (11-14) agencées pour passer à proximité de chaque électrode fixe au cours de la rotation du rotor.
  2. Pièce d'horlogerie comportant un mobile rotatif (1) et un dispositif électrique de détection capacitif pour détecter des positions et/ou des mouvements dudit mobile, dans laquelle le dispositif de détection comporte au moins un capteur capacitif (30, 40) ayant une partie fixe pourvue d'au moins deux électrodes fixes (31, 32) et une partie mobile pourvue d'un rotor (5, 41) électriquement conducteur entraíné par ledit mobile et agencé pour influencer le champ électrique entre les électrodes fixes par sa position de rotation, et des moyens électroniques de détection (3) qui sont sensibles à des variations de capacité dudit capteur, les deux électrodes fixes (31, 32) étant disposées sur un substrat (33) et séparées l'une de l'autre par un intervalle,
       caractérisée en ce que les électrodes fixes forment deux plaques respectives opposées (35, 36) séparées par ledit intervalle, en ce que le rotor (5, 25, 41) est disposé dans ledit intervalle, son axe de rotation (37) étant parallèle auxdites plaques, et en ce que chacune desdites plaques d'électrodes (35, 36) est disposée en face d'une surface périphérique du rotor, ladite surface comportant des dents (11-14, 44-46) agencées pour passer à proximité de chaque plaque d'électrode au cours de 1a rotation du rotor.
  3. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor (5) est maintenu à un potentiel fixe et en ce que ses dents (11-14) sont agencées pour faire écran dans le champ électrique entre les électrodes fixes.
  4. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que lesdites dents (11-14, 44-46) sont réparties selon un pas angulaire constant autour du rotor.
  5. Pièce d'horlogerie selon la revendication 2, caractérisée en ce que le substrat (33) est plan et comporte une ouverture (34) dans laquelle est placé le rotor, les plaques d'électrodes (35, 36) s'étendant sur des bords opposés de ladite ouverture.
  6. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le substrat (8, 33) fait partie d'un élément à circuits imprimés de la pièce d'horlogerie.
  7. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée en ce que le rotor (5, 25) est solidaire du mobile (1), lequel comporte un cylindre d'appui (21) qui s'appuie en glissant contre une couche diélectrique (20) disposée sur le substrat et/ou sur les électrodes fixes.
  8. Pièce d'horlogerie selon la revendication 2, caractérisée en ce que le rotor (5) est isolé et sert de transmetteur d'un signal électrique entre les deux électrodes fixes.
  9. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le rotor (41) est une électrode mobile reliée aux moyens de détection et dont les dents (44, 45, 46), au cours de sa rotation, passent alternativement en face de l'une ou de l'autre des électrodes fixes.
  10. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le dispositif de détection comporte deux desdits capteurs capacitifs (2, 22), qui sont décalés angulairement de façon à fournir des signaux de sortie respectifs qui sont en quadrature au cours de la rotation du mobile.
  11. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le mobile rotatif (1) est une tige de commande ayant au moins deux positions axiales, à savoir une position de mise à l'heure dans laquelle le capteur capacitif (22) est actif et au moins une autre position dans laquelle ledit capteur est inactif.
  12. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le mobile rotatif (1) est un organe indicateur ayant une position de référence qui est détectée par le dispositif de détection.
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