EP1237059B1 - Utilisation de pistes amagnétiques pour un module électronique destiné à une pièce d'horlogerie - Google Patents

Utilisation de pistes amagnétiques pour un module électronique destiné à une pièce d'horlogerie Download PDF

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EP1237059B1
EP1237059B1 EP01200754A EP01200754A EP1237059B1 EP 1237059 B1 EP1237059 B1 EP 1237059B1 EP 01200754 A EP01200754 A EP 01200754A EP 01200754 A EP01200754 A EP 01200754A EP 1237059 B1 EP1237059 B1 EP 1237059B1
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time pieces

Definitions

  • the present invention relates to a timepiece comprising in particular a functional unit comprising magnetic masses, an electronic module comprising a support with conductive tracks connected to at least one integrated circuit.
  • the subject of the present application relates to a timepiece whose said functional unit is a microgenerator unshielded laterally.
  • non-magnetic or “non-magnetic” material is understood to mean a material which is not ferromagnetic, which is not or very weakly paramagnetic, and which, if present, will have a low diamagnetism.
  • the operating principle of such a watch movement is described in particular in the patent specifications CH 597636 and EP 851322 .
  • the patent CH 597636 for example, describes a watch movement in which a spring drives, through a set of gears, on the one hand needles and on the other hand a generator producing an alternating current.
  • the generator makes it possible to supply an electronic circuit comprising in particular a stabilized quartz oscillator and making it possible to regulate the operation of the generator and thus the operation of the hands.
  • Such a watch therefore combines the advantages of a mechanical watch with the precision of a quartz watch.
  • the present invention therefore aims to improve the type of timepieces mentioned above to avoid the disadvantages described above, including a simple development and inexpensive manufacturing.
  • the invention relates to a timepiece as defined in claim 1.
  • said conductive tracks comprise a layer of a good electrically conductive material deposited on the substrate of the printed circuit and surmounted by a protective layer.
  • This protective layer is also made of a non-magnetic material, according to the present invention, preferably a non-magnetic alloy based on nickel.
  • the conduction tracks further comprise an underlayer intended to improve the adhesion of the layer of good electrically conductive material to the substrate of the printed circuit.
  • This underlayer is preferably made of a non-magnetic alloy based on nickel.
  • FIG. 1 is a simplified top view of the partially mounted movement of a timepiece including a generator.
  • the figure 1 represents a view of the generator 1 comprising a rotor 2 having two flanges 3, only one of which is shown, arranged on either side of three flat coils 4 forming the stator and offset by approximately 120 degrees with respect to the other relative to the axis of the rotor 2, in a same plane orthogonal thereto.
  • a printed circuit 6 serves as a support, in particular for the coils 4, for an integrated circuit 7, for a quartz 8 and for electric conduction tracks 9.
  • the power supply of the integrated circuit 7, with low energy consumption, is provided by the electric generator 1 - consisting of the shaft assembly 10 of the rotor 2, flanges 3, magnets 5 and coils 4 - driven via a kinematic link 11 by A barrel device 12.
  • the mechanical energy stored in the barrel 12 therefore drives the rotor 2.
  • the passage of the magnets 5 near the coils 4 generates a substantially sinusoidal induced voltage across these coils.
  • said electric conduction tracks 9 are typically made in two steps.
  • the first step is to deposit a layer of a very good electrical conductor material, such as a copper-based alloy or gold.
  • the second step then consists in depositing a thin protective layer, on the conduction layer, consisting of a nickel-based alloy having a good resistance to oxidation.
  • a sub-layer is deposited on the substrate before depositing the conduction layer.
  • This undercoat usually made of a nickel-based alloy, improves the adhesion of the conduction layer on the substrate. It will be noted that the nickel-based underlayer also serves as a barrier against diffusion of the metal from the conduction layer towards the support.
  • the nickel-based alloy usually used to produce the protective layer has ferromagnetic properties.
  • the conventional nickel-based alloy can under the action of a magnetic field partially capture the magnetic flux of magnets 5 rotating, which brakes the generator.
  • the solution to the aforementioned problem then consists in using only materials that do not have ferromagnetic properties for the production of electric conduction tracks, in particular for producing the protective layer.
  • nickel-based alloy comprising phosphorus, since for certain values of its composition, the alloy obtained does not have any magnetic properties. It may be possible to use the use of other metals to replace nickel, such as palladium for example, some alloys also have non-magnetic properties.
  • the above reasoning is also applicable in the case where the electric conduction tracks comprise an adhesion sub-layer.
  • Said sub-layer is then preferably made of a non-magnetic alloy based on nickel.
  • the electronic module 6 furthermore supports discrete electronic elements, such as a capacitor 13, that said discrete electronic elements consist exclusively of materials having substantially non-magnetic properties.
  • the invention can be implemented in a timepiece whose functional unit is a compass, or in any other type of timepiece using means interacting with an external magnetic field, especially in view of of its detection.

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Description

  • La présente invention concerne une pièce d'horlogerie comportant notamment une unité fonctionnelle comprenant des masses aimantées, un module électronique comprenant un support avec des pistes conductrices reliées à au moins un circuit intégré.
  • En particulier, l'objet de la présente demande concerne une pièce d'horlogerie dont ladite unité fonctionnelle est un microgénératrice non blindée latéralement.
  • Dans la suite de la présente demande, on entend par matériau "amagnétique" ou "non-magnétique" un matériau qui n'est pas ferromagnétique, qui n'est pas ou que très faiblement paramagnétique, et qui éventuellement présentera un diamagnétisme faible.
  • Le principe de fonctionnement d'un tel mouvement d'horlogerie est décrit notamment dans les fascicules de brevet CH 597636 et EP 851322 . Le brevet CH 597636 , par exemple, décrit un mouvement de montre dans lequel un ressort entraîne, au travers d'un jeu d'engrenages, d'une part des aiguilles et d'autre part un générateur produisant un courant alternatif. Le générateur permet d'alimenter un circuit électronique comprenant notamment un oscillateur à quartz stabilisé et permettant de régler la marche du générateur et donc la marche des aiguilles. Une telle montre combine par conséquent les avantages d'une montre mécanique avec la précision d'une montre à quartz.
  • Cependant, en cherchant à développer un produit de ce type, la demanderesse a constaté l'existence de sources de perturbations magnétiques à l'intérieur du mouvement d'horlogerie. En effet, l'intérêt d'une telle pièce d'horlogerie augmente lorsque sa consommation d'énergie diminue, c'est-à-dire lorsque par exemple le rendement de la génératrice augmente. Partant de ce constat, la demanderesse a mis en évidence que des masses ferromagnétiques situées à proximité de la génératrice exercent sur elle une force magnétique parasite, faisant ainsi diminuer son rendement.
  • La présente invention a donc pour but d'améliorer le type de pièces d'horlogerie susmentionné permettant d'éviter les inconvénients décrits ci-dessus, notamment grâce à un perfectionnement simple et peu coûteux à la fabrication.
  • A cet effet, l'invention concerne une pièce d'horlogerie comme définie dans la revendication 1.
  • Dans un mode de réalisation particulier, lesdites pistes conductrices comprennent une couche d'un matériau bon conducteur électrique déposée sur le substrat du circuit imprimé et surmontée d'une couche de protection. Cette couche de protection est également réalisée en un matériau non magnétique, conformément à la présente invention, préférentiellement en un alliage amagnétique à base de nickel.
  • Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les pistes de conduction comportent en outre une sous-couche destinée à améliorer l'adhérence de la couche du matériau bon conducteur électrique sur le substrat du circuit imprimé. Cette sous-couche est préférentiellement réalisée en un alliage amagnétique à base de nickel.
  • L'invention sera exposée plus en détail à l'aide de la description suivante d'un exemple d'exécution faite en référence à la figure 1 qui est une vue de dessus simplifiée du mouvement partiellement monté d'une pièce d'horlogerie comprenant une génératrice.
  • La figure 1 représente une vue de la génératrice 1 comprenant un rotor 2 ayant deux flasques 3, dont une seule est représentée, agencées de part et d'autre de trois bobines plates 4 formant le stator et décalées sensiblement de 120 degrés l'une par rapport à l'autre relativement à l'axe du rotor 2, dans un même plan orthogonal à celui-ci.
  • Six aimants 5 sont fixés radialement et à intervalles réguliers sur chaque flasque 3, en vis-à-vis des bobines 4. La polarité de deux aimants 5 consécutifs est opposée. En outre, deux aimants 5 en regard l'un de l'autre se présentent mutuellement des polarités opposées. Un circuit imprimé 6 sert de support notamment pour les bobines 4, pour un circuit intégré 7, pour un quartz 8 et pour des pistes de conduction électrique 9.
  • L'alimentation du circuit intégré 7, à faible consommation d'énergie, est assurée par la génératrice électrique 1 - constituée de l'ensemble arbre 10 du rotor 2, flasques 3, aimants 5 et bobines 4 - entraînée via une liaison cinématique 11 par un dispositif à barillet 12. L'énergie mécanique stockée dans le barillet 12 entraîne donc le rotor 2. Le passage des aimants 5 à proximité des bobines 4 génère une tension induite substantiellement sinusoïdale aux bornes de ces bobines.
  • Il apparaît de la figure que les pistes de conduction électrique 9 portées par le module électronique 6 sont présentes sur une grande partie de la périphérie de la génératrice 1 et donc à proximité des aimants 5 du rotor 2.
  • Dans l'art antérieur, lesdites pistes de conduction électrique 9 sont typiquement réalisées en deux étapes. La première étape consiste à déposer une couche d'un matériau très bon conducteur électrique, tel qu'un alliage à base de cuivre ou d'or. La deuxième étape consiste alors à déposer une fine couche de protection, sur la couche de conduction, constituée d'un alliage à base de nickel présentant une bonne résistance à l'oxydation. On dépose parfois une sous-couche sur le substrat avant de déposer la couche de conduction. Cette sous-couche, habituellement constituée d'un alliage à base de nickel, permet d'améliorer l'adhérence de la couche de conduction sur le substrat. On notera que la sous-couche à base de nickel sert en outre de barrière contre la diffusion du métal de la couche de conduction en direction du support.
  • Dans le cadre de la présente invention, on a mis en évidence que l'alliage à base de nickel habituellement employé pour réaliser la couche de protection présente des propriétés ferromagnétiques.
  • La demanderesse a constaté, lors de ses travaux de recherche, que malgré les faibles dimensions des pistes de conduction électrique 9, celles-ci perturbent le fonctionnement de la génératrice 1 lorsqu'elles présentent des propriétés magnétiques et sont situées dans la région périphérique de ladite génératrice.
  • De manière surprenante, les recherches ont montré que même lorsque la couche conductrice est en or ou en cuivre, métaux non magnétiques, la seule couche de protection à base de nickel ferromagnétique diminue le rendement de la génératrice et donc la réserve de marche disponible pour la pièce d'horlogerie.
  • En effet, du fait de ses propriétés ferromagnétiques, l'alliage conventionnel à base de nickel peut sous l'action d'un champ magnétique capter en partie le flux magnétique des aimants 5 en rotation, ce qui freine la génératrice.
  • La solution au problème précité consiste alors à n'utiliser que des matériaux ne présentant pas de propriétés ferromagnétiques pour la réalisation des pistes de conduction électrique, en particulier pour la réalisation de la couche de protection.
  • On peut notamment utiliser à cet effet un alliage à base de nickel et comprenant du phosphore, puisque pour certaines valeurs de sa composition l'alliage obtenu ne présente pas de propriétés magnétiques. On peut éventuellement recourir à l'utilisation d'autres métaux pour remplacer le nickel, tel que le palladium par exemple dont certains alliages présentent également des propriétés amagnétiques.
  • On peut noter que le raisonnement précédent est également applicable dans le cas où les pistes de conduction électrique comportent une sous-couche d'adhérence. Ladite sous-couche est alors préférentiellement réalisée en un alliage amagnétique à base de nickel.
  • La réalisation du module électronique 6 en tant que telle ne constituant pas le coeur de l'invention, elle ne sera pas développée plus en détail dans la présente demande. L'homme de l'art pourra notamment se référer au brevet US 5,569,545 divulguant des exemples d'alliages utilisés dans la conception de circuits imprimés.
  • Selon une variante de l'invention on peut également prévoir, dans le cas où le module électronique 6 supporte en outre des éléments électroniques discrets, tel un condensateur 13, que lesdits éléments électroniques discrets sont exclusivement constitués de matériaux présentant des propriétés essentiellement non magnétiques.
  • On peut imaginer de multiples applications, dans le domaine horloger, pour la sélection de pistes conductrices entièrement amagnétiques selon l'invention. En effet, on a décrit leur utilisation dans le cas d'une pièce d'horlogerie fonctionnant avec une génératrice, mais on peut également prévoir l'utilisation de telles pistes dans tout autre type de pièce d'horlogerie présentant une sensibilité aux perturbations magnétiques. On peut en particulier mettre l'invention en oeuvre dans une pièce d'horlogerie dont l'unité fonctionnelle est une boussole, ou dans tout autre type de pièce d'horlogerie mettant en oeuvre des moyens interagissant avec un champ magnétique externe, notamment en vue de sa détection.

Claims (10)

  1. Pièce d'horlogerie comportant notamment une unité fonctionnelle (1) comprenant des masses aimantées (5), un module électronique (6) comprenant un support avec des pistes conductrices (9) reliées à au moins un circuit intégré (7), caractérisée en ce que lesdites pistes conductrices (9) ne présentent que des propriétés essentiellement non magnétiques.
  2. Pièce d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdites pistes conductrices (9) comprennent une couche de protection formée d'un matériau non magnétique.
  3. Pièce d'horlogerie selon la revendication 2, caractérisée en ce que ladite couche de protection est réalisée en un alliage à base de nickel.
  4. Pièce d'horlogerie selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit module électronique (6) comprend en outre au moins un élément électronique discret (13), notamment un condensateur, et en ce que ledit élément électronique discret est constitué exclusivement de matériaux présentant des propriétés essentiellement non magnétiques.
  5. Pièce d'horlogerie selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que lesdites pistes conductrices (9) comprennent une sous-couche d'adhérence formée d'un matériau non magnétique.
  6. Pièce d'horlogerie selon la revendication 5, caractérisée en ce que ladite sous-couche d'adhérence est réalisée en un alliage à base de nickel.
  7. Pièce d'horlogerie selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ladite unité fonctionnelle (1) est une microgénératrice.
  8. Pièce d'horlogerie selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite microgénératrice (1) comporte un rotor (2) comprenant deux flasques (3) ayant chacune sensiblement la forme d'un disque et portant chacune, sur sa face en regard de l'autre flasque, un nombre pair de masses aimantées (5), ledit module électronique (6) comportant au moins une bobine statorique (4) fixée audit support et partiellement insérée entre les deux flasques (3), les pistes conductrices (9) dudit support reliant ladite au moins une bobine (4) audit circuit intégré (7) ne représentant que des propriétés essentiellement non magnétiques.
  9. Pièce d'horlogerie selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que ladite unité fonctionnelle permet de détecter la présence d'un champ magnétique externe.
  10. Pièce d'horlogerie selon la revendication 9, caractérisée en ce que ladite unité fonctionnelle (1) assure la fonction d'une boussole.
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