EP1584994B1 - Virole sans déformation du rayon de fixation du spiral et procédé de fabrication d'une telle virole - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a ferrule without deformation of the spiral fixing radius for securing the curve inside a spiral, and can also be incorporated into a spiral assembly in a single piece.
- the invention also relates to a method for obtaining such a ferrule and its possible incorporation into a whole in a single piece.
- the ferrule In a clockwork mechanical movement, the ferrule is an assembly interface of the balance spring. Originally it is a washer driven on the balance shaft and having at least one attachment point of the curve inside the spiral, for example using a conical pin, by gluing, or still by welding. Since welding, and in particular laser welding, is now the preferred method of attachment, the ferrule may be made of steel, and more particularly of special steels incorporating variable proportions of Ni, Mo, Co or Cr. The ferrule must first be small to have a small influence on the moment of inertia, and not introduce unbalance, but we expect a small room many other properties to contribute to the regularity of the regulating organ.
- the driving has the least possible influence on maintaining a given distance between the balance shaft and the attachment point and that the outer contour of the ferrule is such that it does not disturb the active length of the curve in the center of the spiral.
- the first solution is to make a slot of elasticity between the hole of axis and the edge of the shell as described for example in the patent CH 347 142 for a perfectly circular ferrule on which the spiral is fixed by means of a conical pin located in the plane of symmetry passing through the axis and the slot.
- the patent CH 508 233 describes a ferrule of the same type, spiral riveted or glued in a groove, but of asymmetrical shape in racket with a shift of the axis hole, eliminating the risk of support of the first turn on the periphery of the ferrule.
- the invention therefore relates to a ferrule whose particular shape makes it possible to have no change in attachment radius of the spiral after driving, ensuring perfect centering without unbalance. This makes it possible to have a driving force and an optimum holding torque, without excessive blocking on the balance shaft, so as to facilitate the subsequent operation of setting the benchmark, or even dismantling.
- the invention also relates to a spiral-wound assembly and a method of manufacturing the ferrule and the spiral-wound assembly.
- the invention relates to a ferrule according to claim 1 attached.
- the other two contact points have, relative to the first contact point which is diametrically opposite the junction point between the ferrule and the spiral, angular openings greater than 90 °.
- the metal band forming the ferrule may have the shape of a ribbon of unequal width, or a more massive snowshoe shape whose opening for driving on the axis has an outline. oval.
- a ferrule according to the invention can be obtained according to known stamping methods, but according to a preferred method, especially for a ribbon-shaped strip, use is made of the Liga technique which has the advantage of allowing the simultaneous formation of a single piece of the ferrule and hairspring, and thereby provide even greater control over the value of R.
- FIG. 1 a first embodiment of a ferrule according to the invention made of special steel, for example steel or nickel, and having a uniform thickness of the order of 0.2 mm, is shown in plan view on a large scale.
- This ferrule is intended to be driven on a balance shaft 2 (shown in dotted lines) of center 0.
- the ferrule is continued by a continuous strip whose contours, inside 11 and outside 12, have a particular shape whose width "l" is not uniform at all points of the strip 10, and whose inner contour 11 does not comprises three points of contact 1, 3, 5 with the axis 2 away from it to form recesses 11a, 11b, 11c.
- the strip has a first recess 11a constituting an arm 14, whose end comprises on the outer contour 12 a junction point 4 at a distance R from the center 0 of the axis 2, and on which will be welded the end of the Curve inside the spiral 9.
- the distance R which is the radius of attachment of the hairspring to the ferrule, corresponds to an essential characteristic of construction in that its value should ideally not be modified by the driving operation in order to maintain a perfectly centered hairspring. According to the most demanding standards in the horological field, the displacement of the junction point 4 must not be greater than 5 ⁇ m and, as will be demonstrated later, this threshold can be very strongly lowered with a ferrule according to the invention.
- the center 0 of the balance shaft and the junction point 4 define an axis of symmetry xx 'for the ferrule, that is to say for its outer contour 12 and inner 11 bearing on the balance shaft 2 by the three contacts 1, 3 and 5.
- a first contact point 1 is diametrically opposite the junction point 4 and the other two contact points 3, 5 are symmetrical with respect to the axis xx 'with an angular offset by relative to the first contact point 1 of ⁇ 1 for the contact point 3 in the clockwise direction and of ⁇ 5 for the contact point in the counterclockwise direction the angles ⁇ 1 and ars having the same value greater than 90 °.
- This therefore defines between the symmetrical contact points 3, 5 an angular offset ⁇ 3 whose value is one of the determining factors for the purpose of the invention, as will be understood later.
- the strip 10 has two symmetrical handles 16, 18 joining at the three contact points 1, 3, 5.
- the handles 16, 18 are substantially diametrically opposed to the contact points symmetrical 3, 5 and delimit symmetrical recesses 11b, 11c.
- the ends 6, 8 of the loops 16, 18 are located, with respect to the center 0 of the axis 2, at a distance less than the radius R of fixing the hairspring, so that the curve inside the hairspring 9 can not not come into contact with the outer contour 12 of the ferrule during pendulum oscillations.
- the radius R is of the order of 0.5 mm, and very strict construction parameters, it does not appear clearly on the figure 1 that according to another essential feature of the invention, the width "1" of the strip 10 is not uniform all around.
- the widths l 1 , l 3 , l 5 at the contact points 1, 3, 5 are identical.
- the band has a width l 4 greater about 15% and at the loops 16, 18, the widths l ⁇ , l ⁇ are 30% to 35% greater than 1 1 . It is obvious that the preceding values are given only as examples and that they could vary according to the material used and the size of the handles 16, 18.
- Another characteristic of a ferrule according to the invention relates to the value that should be given to the angle ⁇ 3 between the second contact point 3 and the third contact point 5 to have a minimum dR variation of the radius R.
- the inner contour 11 of the ferrule comprises three contact points 1, 3, 5 with the axis 2 of the balance, respectively having for angular offset ⁇ 1 , ⁇ 3 , ⁇ 3 , but the recesses 11 a , 11 b and 11 c the inner contour 11 between said contact points are reduced to "non-contact" areas.
- the outer contour 12 has a more regular shape resembling the shape of a racket, the junction point 4 at the end of the arm 14 being in the same way located at a distance R from the center 0 of the axis 2 greater than that any other points 6, 8, 13, 15 and 17 of said outer contour 12.
- dR the distance from the center 0 of the axis 2
- ferrules according to the invention which have just been described can be manufactured according to known methods by stamping.
- the preferred method, especially for the ferrule corresponding to the first embodiment and when the spiral comes from material with the shell is to use the LIGA technique known since the mid-1970s.
- the method basically consists in spreading on a substrate previously coated with a sacrificial layer a positive or negative photoresist on a thickness corresponding to the desired height for the ferrule and forming by means of a mask by photolithography and etching a hollow structure corresponding to the desired contour for the ferrule or the ferrule-spiral assembly.
- said hollow structure is filled with a metal or a metal alloy either by electrodeposition as indicated for example in the patent US 4,661,212 or by compression and sintering nanoparticles, as indicated for example in the patent application US 2001/0038803 .
- the ferrule or the ferrule-spiral assembly of the substrate is released by elimination of the sacrificial layer.
- This method also offers the advantage of being able to make a batch production and thus to lower the unit cost of the products obtained.
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Description
- La présente invention a pour objet une virole sans déformation du rayon de fixation du spiral permettant d'assujettir la courbe à l'intérieur d'un spiral, et pouvant également être incorporée dans un ensemble spiral virolé en une seule pièce. L'invention concerne également un procédé permettant d'obtenir une telle virole et son incorporation éventuelle dans un ensemble virolé en une seule pièce.
- Dans un mouvement mécanique horloger, la virole constitue une interface d'assemblage du spiral au balancier. A l'origine il s'agit d'une rondelle chassée sur l'axe de balancier et comportant au moins un point d'accrochage de la courbe à l'intérieur du spiral, par exemple en utilisant une goupille conique, par collage, ou encore par soudure. La soudure, et en particulier la soudure laser étant maintenant le mode de fixation préféré, la virole peut être réalisée en acier, et plus particulièrement en aciers spéciaux incorporant des proportions variables de Ni, Mo, Co ou Cr. La virole doit en premier lieu être de petite dimension pour n'avoir qu'une faible influence sur le moment d'inertie, et ne pas introduire de balourd, mais on attend d'une si petite pièce bien d'autres propriétés pour contribuer à la régularité de marche de l'organe réglant. Il est par exemple nécessaire, après chassage sur l'axe de balancier, de pouvoir la tourner sans difficulté pour effectuer la mise au repère, c'est à dire l'alignement de la cheville de plateau et de l'axe ancre-balancier au point mort. Il est également souhaitable que le chassage ait la plus faible influence possible sur le maintien d'une distance donnée entre l'axe de balancier et le point d'accrochage et que le contour extérieur de la virole soit tel qu'il ne perturbe pas la longueur active de la courbe au centre du spiral.
- De nombreux brevets déposés dans les années soixante et septante apportent une solution à certains critères de qualité énumérés ci-dessus, mais aucune virole possède en même temps toutes les qualités requises, comme expliqué brièvement ci-après.
- Lorsque la virole est réalisée en acier spécial, le couple de friction sur l'axe de balancier après chassage peut être trop important et rendre difficile la mise au repère. Pour remédier à cet inconvénient la première solution consiste à pratiquer une fente d'élasticité entre le trou d'axe et le bord de la virole comme décrit par exemple dans le brevet
CH 347 142 CH 508 233 US 3 429 120 de réaliser une virole en deux parties comportant un canon intérieur en laiton, ou autre matériau non ferreux, et une partie extérieure en acier pour permettre le soudage de la courbe à l'intérieur du spiral. Les résultats obtenus sont techniquement satisfaisants mais les coûts de fabrication et d'assemblage sont rédhibitoires. - Pour réduire le couple de friction dans une virole en acier spécial sans fente d'élasticité, il semble a priori assez logique de réduire la surface de frottement à des contacts discrets entre l'axe de balancier et l'ouverture de chassage de la virole. Le procédé décrit dans le brevet
CH 311 287 - Dans les brevets
CH 466 807 US 3 430 435 etFR 2 386 850 - L'invention a donc pour objet une virole dont la forme particulière permet de ne pas avoir de changement de rayon de fixation du spiral après chassage, garantissant un centrage parfait sans balourd. Cela permet d'avoir une force de chassage et un couple de maintien optimum, sans blocage trop important sur l'axe de balancier, de façon à faciliter l'opération ultérieure de mise au repère, voire de démontage. L'invention concerne également un ensemble spiral virolé et un procédé de fabrication de la virole et de l'ensemble spiral virolé.
- A cet effet l'invention concerne une virole conforme à la revendication 1 annexée.
- Dans le mode de réalisation préféré, les deux autres points de contact ont, par rapport au premier point de contact qui est diamétralement opposé au point de jonction entre la virole et le spiral, des ouvertures angulaires supérieures à 90°. Comme on le verra dans la description détaillée qui suit la bande métallique formant la virole peut avoir la forme d'un ruban d'inégale largeur, ou une forme plus massive en raquette dont l'ouverture pour le chassage sur l'axe a un contour ovalisé.
- Une virole selon l'invention peut être obtenue selon des procédés connus d'étampage, mais selon un procédé préféré, notamment pour une bande en forme de ruban, on fait appel à la technique Liga qui a l'avantage de permettre la formation simultanée en une seule pièce de la virole et du spiral, et par là même de procurer une maîtrise encore plus grande de la valeur de R.
- D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description de différents exemples de réalisation, donnés à titre illustratif et non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la
figure 1 représente un premier mode de réalisation d'une virole selon l'invention; - la
figure 2 est un graphique donnant le déplacement du point de soudure de la virole représentée à lafigure 1 en fonction de l'angle α3, pour un serrage nominal donné. - la
figure 3 représente un deuxième mode de réalisation; et - la
figure 4 est un graphique donnant le déplacement du point de soudure de la virole représentée à lafigure 3 en fonction de l'angle α3. - A la
figure 1 on a représenté en vue de dessus à grande échelle un premier mode de réalisation d'une virole selon l'invention en acier spécial, par exemple en acier ou en nickel et ayant une épaisseur uniforme de l'ordre de 0,2 mm. Cette virole est destinée à être chassée sur un axe 2 de balancier (représenté en pointillés) de centre 0. Comme on le voit, la virole est continuée par une bande 10 continue dont les contours, intérieur 11 et extérieur 12, ont une forme particulière dont la largeur "l" n'est pas uniforme en tous les points de la bande 10, et dont le contour intérieur 11 ne comporte que trois points de contact 1, 3, 5 avec l'axe 2 en s'éloignant de celui-ci pour former des évidements 11 a, 11 b, 11 c. - La bande présente un premier évidement 11a constituant un bras 14, dont l'extrémité comporte sur le contour extérieur 12 un point de jonction 4 à une distance R du centre 0 de l'axe 2 , et sur lequel sera soudée l'extrémité de la courbe à l'intérieur du spiral 9.
- La distance R, qui est le rayon de fixation du spiral à la virole, correspond à une caractéristique essentielle de construction en ce que sa valeur ne devrait idéalement pas être modifiée par l'opération de chassage afin de conserver un spiral parfaitement centré. Selon les normes les plus exigeantes dans le domaine horloger le déplacement du point de jonction 4 ne doit pas être supérieur à 5 µm et, comme cela sera démontré par la suite, ce seuil peut très fortement être abaissé avec une virole selon l'invention.
- Le centre 0 de l'axe de balancier et le point de jonction 4 définissent un axe de symétrie x x' pour la virole, c'est-à-dire pour son contour extérieur 12 et intérieur 11 en appui sur l'axe 2 de balancier par les trois de contact 1, 3 et 5. Un premier point de contact 1 est diamétralement opposé au point de jonction 4 et les deux autres points de contact 3, 5 sont symétriques par rapport à l'axe x x' avec un décalage angulaire par rapport au premier point de contact 1 de α1 pour le point de contact 3 dans le sens horaire et de α5 pour le point de contact dans le sens anti-horaire les angles α1 et ars ayant une même valeur supérieure à 90°. Cela définit donc entre les points de contact symétriques 3, 5 un décalage angulaire α3 dont la valeur est un des facteurs déterminants dans le but de l'invention, comme cela se comprendra par la suite.
- Si on considère maintenant le contour extérieur 12, on voit que la bande 10 comporte deux anses symétriques 16, 18 se rejoignant au niveau des trois points de contact 1, 3, 5. Les anses 16, 18 sont sensiblement diamétralement opposées aux points de contact symétriques 3, 5 et délimitent des évidements symétriques 11b, 11c. Les extrémités 6, 8 des anses 16, 18 sont situées, par rapport au centre 0 de l'axe 2, à une distance inférieure au rayon R de fixation du spiral, de sorte que la courbe à l'intérieur du spiral 9 ne puisse pas venir en contact avec le contour extérieur 12 de la virole lors des oscillations du balancier.
- Compte-tenu des très petites dimensions de la virole, le rayon R étant de l'ordre de 0.5 mm, et des paramètres de construction très stricts, il n'apparaît pas à l'évidence sur la
figure 1 que, selon une autre caractéristique essentielle de l'invention, la largeur "l" de la bande 10 n'est pas uniforme sur tout le pourtour. Dans l'exemple représenté les largeurs l1, l3, l5, au niveau des points de contact 1, 3, 5 sont identiques. Au niveau du point de jonction 4, la bande a une largeur l4 supérieure d'environ 15% et au niveau des anses 16, 18, les largeurs lθ, lδ sont 30% à 35% supérieures à l1. Il est bien évident que les valeurs précédentes ne sont données qu'à titre d'exemples et qu'elles pourraient varier en fonction du matériau employé et de l'ampleur des anses 16, 18. - Une autre caractéristique d'une virole selon l'invention concerne la valeur qu'il convient de donner à l'angle α3 entre le deuxième point de contact 3 et le troisième point de contact 5 pour avoir une variation dR minimum du rayon R. Le graphique reproduit à la
figure 2 montre la variation de dR en fonction de la valeur de l'angle α3. D'après ce graphique on voit que la valeur optimale de α3 serait 105°. En réalité pour le contour représenté à lafigure 3 , α3 = 104° ce qui correspond à un déplacement dR du point de jonction 4 quasi nulle. En d'autres termes un tel résultat est obtenu grâce à la combinaison d'un choix particulier du contour de la bande 10, des largeurs "l" en ses différents points, et des angles α entre les différents points de contact avec l'axe 2, faisant que la résultante des forces de compression sur l'axe 2 est pratiquement nulle, tout en ayant une virole asymétrique éliminant les risques de contact de la courbe à l'intérieur du spiral sur la virole. - En se référant maintenant à la
figure 3 , on a représenté un deuxième mode de réalisation correspondant à une conception un peu plus "massive", mais qui comporte toutes les caractéristiques du premier mode de réalisation. Le contour intérieur 11 de la virole comporte trois points de contact 1, 3, 5 avec l'axe 2 de balancier, ayant respectivement pour décalage angulaire α1, α3, α3, mais les évidements 11a, 11b et 11c du contour intérieur 11 entre lesdits points de contact sont réduit à des zone de "non-contact". Le contour extérieur 12 a une forme plus régulière évoquant la forme d'une raquette, le point de jonction 4 à l'extrémité du bras 14 étant de la même façon situé à une distance R du centre 0 de l'axe 2 supérieure à celle de tout autre points 6, 8, 13, 15 et 17 dudit contour extérieur 12. Dans cette construction, pour obtenir la plus faible variation possible dR du rayon R, on observera que les valeurs relatives des distances l1 à l8 sont différentes de celles du premier mode de réalisation. Il apparaît en effet que l4 > l1 > l8 = l6 = l5 = l4. Comme dans le premier mode de réalisation la valeur qu'il convient de donner à l'angle α3 entre les deux points de contact 3, 5 symétriques est déterminante pour que la résultante des forces de compression sur l'axe 2 soit nulle. Le graphique reproduit à lafigure 4 montre la variation de dR en fonction de la valeur de l'angle α3. D'après ce graphique on voit que, pour la construction représentée à lafigure 3 on obtient une valeur de dR quasi nulle pour un angle α3 = 112°. Ces valeurs sont données à titre d'exemple, car il est bien évident que des modifications des valeurs relatives de l1 à l8, pourraient conduire à un autre choix de α3, et même à avoir α1 = α3 = α5 en agissant uniquement sur la forme de la virole pour avoir une résultante des forces de compression sur l'axe 2 nulle, tout en ayant un bras 14 permettant d'éloigner la courbe à l'intérieur du spiral 9 des autres points du contour extérieur de la virole. - Les viroles selon l'invention qui viennent à être décrites peuvent être fabriquées selon des procédés connus par étampage. Toutefois le procédé préféré, notamment pour la virole correspondant au premier mode de réalisation et lorsque le spiral vient de matière avec la virole consiste à faire appel à la technique LIGA connue depuis le milieu des années 70.
- Dans une première étape le procédé consiste fondamentalement à étaler sur un substrat préalablement revêtu d'une couche sacrificielle un photorésist positif ou négatif sur une épaisseur correspondant à la hauteur désirée pour la virole et à former au moyen d'un masque par photolithographie et attaque chimique une structure en creux correspondant au contour désiré pour la virole ou l'ensemble virole-spiral.
- Dans une deuxième étape, on remplit ladite structure en creux d'un métal ou d'un alliage métallique soit par électrodéposition comme indiqué par exemple dans le brevet
US 4 661 212 , soit par compression et frittage de nanoparticules, comme indiqué par exemple dans la demande de brevetUS 2001/0038803 . - Dans une dernière étape on libère la virole ou l'ensemble virole-spiral du substrat par élimination de la couche sacrificielle.
- Ce procédé offre en outre l'avantage de pouvoir faire une fabrication en lot et donc d'abaisser le coût unitaire des produits obtenus.
Claims (7)
- Virole pour le chassage sur un axe (2) de balancier et pour le montage d'un spiral (9), ladite virole présentant un axe de symétrie xx' passant par le centre O de l'axe (2) et par le point de jonction (4) entre la virole et le spiral (9), en étant formée par une bande métallique (10) dont le contour intérieur (11) délimite des évidements (11a,11b. 11 c) et comporte trois points de contact (1, 3, 5) avec l'axe (2) répartis selon des ouvertures angulaires α1, α3, α5, l'ouverture α3 étant symétrique par rapport à l'axe xx', orientée vers le point de jonction (4) et ayant une valeur α3 > 100°, caractérisée en ce que le point de jonction (4) sur le contour extérieur (12) est situé à l'extrémité d'un bras (14) à une distance R du centre O de l'axe (2) supérieure à celle de tout autre point (6, 8, 13, 15, 17) du contour extérieur (12), et en ce que la bande (10) formant la virole a une largeur variable, permettant de ne pas modifier sensiblement la distance R après chassage.
- Virole selon la revendication 1, caractérisée en ce que les ouvertures angulaires α1 et α5, ont des valeurs telles que α1 = α5 > 90°.
- Virole selon la revendication 1, caractérisée en ce que la bande (10) a une forme de ruban dont des portions sensiblement opposées aux points de contact (3, 5) non situés sur l'axe x x' forment des anses (16, 18) de largeur l6, l8 supérieure aux autres parties de la bande (10).
- Virole selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'évidement (11a) a un contour ovalisé et en ce que le contour extérieur (12) de la bande (10) a une forme rectangulaire à angles arrondis prolongée par le bras (14) comportant le point de jonction (4) entre la virole est le spiral (9).
- Virole selon la revendication 1, caractérisée en ce que le spiral (9) vient de matière avec le bras (14) de la bande métallique (10).
- Virole selon la revendication 1 susceptible d'être fabriquée en lot par un procédé comportant les étapes consistant à :a - étaler sur un substrat, préalablement revêtu d'une couche sacrificielle, une couche de photorésist positif ou négatif ayant l'épaisseur désirée pour la virole;b - former au moyen d'un masque par photolithographie et attaque chimique une structure en creux correspondant aux contours intérieur et extérieur d'un lot de viroles;c - garnir la structure en creux d'un métal ou d'un alliage approprié par électrodéposition, etd - libérer le lot de viroles par élimination de la couche sacrificielle.
- Virole selon la revendication 6 caractérisée en ce que dans l'étape "b" on forme également le contour du spiral (9)
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