EP3452874B1 - Spiral d'horlogerie - Google Patents

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EP3452874B1
EP3452874B1 EP17721468.1A EP17721468A EP3452874B1 EP 3452874 B1 EP3452874 B1 EP 3452874B1 EP 17721468 A EP17721468 A EP 17721468A EP 3452874 B1 EP3452874 B1 EP 3452874B1
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EP
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balance spring
relief angle
hairspring
turns
strip
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EP17721468.1A
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EP3452874A1 (fr
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Frédéric Maier
Jean-Luc Bucaille
Jean-Pierre Musy
Sylvain Jeanneret
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Patek Philippe SA Geneve
Original Assignee
Patek Philippe SA Geneve
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • G04B17/066—Manufacture of the spiral spring

Definitions

  • the present invention relates to a hairspring intended to be associated with a balance to form an oscillator (regulating member) of a watch movement.
  • the document WO 2017/023584 A1 discloses a hairspring for watch oscillator and aims to prevent the turns from sticking to each other by eliminating the electrostatic charges of the hairspring.
  • the present invention aims to remedy this drawback or at least to reduce it, and for this purpose proposes a hairspring according to claim 1 and a process for manufacturing hairspring according to claim 9.
  • a hairspring 1 is intended to be mounted on a balance axis A via a ferrule 2 to form with the balance the oscillator of a watch movement.
  • the hairspring 1 consists of a blade 3 wound in a spiral from an inner end 4 joined to the ferrule 2 to an outer end 5 intended to be fixed to the frame of the movement by means of one or more members.
  • the outer end 5 of the blade 3 is extended by a rigid fixing part 6 which is held by a clamp 7 mounted on the frame of the movement, as described in the patent EP 1780611 of the plaintiff.
  • the outer end 5 could however be fixed to the frame in another way, for example by means of a traditional peg.
  • the assembly comprising the blade 3, the ferrule 2 and the rigid fixing part 6 can be monolithic, as shown, and be made of silicon by deep reactive ion etching (DRIE).
  • DRIE deep reactive ion etching
  • the mean plane in which the blade 3 is wound is designated by P at the figure 2 .
  • This mean plane P is located halfway between an upper surface 8 and a lower surface 9 of the blade 3, surfaces 8, 9 which typically are plane and parallel.
  • This mean plane P crosses the two flanks 10, 11 of the blade 3 which each connect the upper surface 8 to the lower surface 9.
  • These two flanks 10, 11 are rectilinear in radial section, that is to say in a plane containing the imaginary axis of oscillation O of hairspring 1, and have a low roughness.
  • the sides 10, 11 of the blade 3, in radial section are not perpendicular to the mean plane P but are each inclined by a draft angle ⁇ (visible only at the figure 2 ) greater than or equal to 2.5 °, preferably greater than or equal to 3 °, more preferably still greater than or equal to 4 °, more preferably still greater than or equal to 5 ° and typically between 2.5 ° and 20 °, more particularly between 2.5 ° and 6 °, giving the radial section of the blade 3 a trapezoidal shape.
  • a draft angle ⁇ visible only at the figure 2
  • the sides 10, 11 thus form between them, in radial section, an angle ⁇ greater than or equal to 5 °, preferably greater than or equal to 6 °, preferably still greater than or equal to 8 °, preferably still greater than or equal to 10 °, and typically between 5 ° and 40 °, more particularly between 5 ° and 12 °.
  • Such angles can be obtained by adjusting the parameters of the DRIE process, in particular the ratio between the etching and passivation times.
  • each side of the monolithic assembly 2, 3, 6 can be tilted from the draft angle a.
  • the present invention does not however exclude that the clearance angle ⁇ differs from one side to another.
  • the turns of the hairspring 1 can move radially and touch each other.
  • the contact between the turns cannot be plane, unless the turns are twisted.
  • the absence of plane contact over a sufficient height prevents the turns from adhering to each other.
  • the higher the clearance angle ⁇ the more difficult it is for the turns to twist sufficiently.
  • the risk of sticking the turns together is thus reduced.
  • the present invention also makes it possible to reduce the risk of sticking between the first turn and the shell 2 and between the last turn and the clamp 7 or other member for fixing to the frame of the movement, in the event of impact or improper handling.
  • Another advantage of the hairspring according to the present invention is that, thanks to its straight sides 10, 11, it is relatively easy to manufacture.
  • the present invention is applicable to materials other than silicon, for example silicon carbide, boron nitride, glasses, ceramics or diamond, and other manufacturing processes. than DRIE engraving, for example laser machining, molding, etc.
  • the hairspring according to the invention can be coated with one or more layers, for example with a layer of silicon oxide in the case of a silicon hairspring.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
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  • Micromachines (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un spiral destiné à être associé à un balancier pour former un oscillateur (organe réglant) d'un mouvement horloger. Le document WO 2017/023584 A1 divulgue un spiral pour oscillateur horloger et a pour but d'éviter que les spires ne se collent l'une à l'autre en éliminant les charges électrostatiques du spiral.
  • Les nouvelles techniques de fabrication utilisées dans l'horlogerie, telles que la gravure ionique réactive profonde (DRIE), et les nouveaux matériaux, tels que le silicium, permettent l'obtention de composants de très grande qualité. Ces avancées technologiques ont contribué à améliorer la précision, le rendement et la robustesse des mécanismes horlogers. Cependant, dans le cas des spiraux, on a constaté un risque de collage des spires entre elles lors de chocs reçus par le mouvement ou de mauvaises manipulations au montage. Ce risque tient probablement à l'excellent état de surface des flancs du spiral. Dès que deux spires se touchent sous l'effet d'un choc ou d'une mauvaise manipulation, leurs flancs en contact peuvent facilement adhérer l'un à l'autre car ils sont lisses.
  • La présente invention vise à remédier à cet inconvénient ou au moins à l'atténuer, et propose à cette fin un spiral selon la revendication 1 et un procédé de fabrication de spiral selon la revendication 9.
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins schématiques annexés dans lesquels :
    • la figure 1 est une vue de dessus montrant un spiral selon un mode de réalisation particulier de l'invention, avec sa virole, et une pince de fixation de l'extrémité extérieure du spiral ;
    • la figure 2 est une section radiale à travers trois spires adjacentes du spiral illustré à la figure 1.
  • En référence aux figures 1 et 2, un spiral 1 selon l'invention est destiné à être monté sur un axe de balancier A par l'intermédiaire d'une virole 2 pour former avec le balancier l'oscillateur d'un mouvement horloger. Le spiral 1 est constitué d'une lame 3 enroulée en spirale depuis une extrémité intérieure 4 jointe à la virole 2 jusqu'à une extrémité extérieure 5 destinée à être fixée au bâti du mouvement par l'intermédiaire d'un ou plusieurs organes. Dans l'exemple représenté, l'extrémité extérieure 5 de la lame 3 est prolongée par une partie rigide de fixation 6 qui est tenue par une pince 7 montée sur le bâti du mouvement, comme décrit dans le brevet EP 1780611 de la demanderesse. L'extrémité extérieure 5 pourrait cependant être fixée au bâti d'une autre manière, par exemple au moyen d'un piton traditionnel. L'ensemble comprenant la lame 3, la virole 2 et la partie rigide de fixation 6 peut être monolithique, comme représenté, et être fabriqué en silicium par gravure ionique réactive profonde (DRIE). Le plan moyen dans lequel la lame 3 est enroulée est désigné par P à la figure 2. Ce plan moyen P est situé à mi-hauteur entre une surface supérieure 8 et une surface inférieure 9 de la lame 3, surfaces 8, 9 qui typiquement sont planes et parallèles. Ce plan moyen P traverse les deux flancs 10, 11 de la lame 3 qui relient chacun la surface supérieure 8 à la surface inférieure 9. Ces deux flancs 10, 11 sont rectilignes en section radiale, c'est-à-dire dans un plan contenant l'axe imaginaire d'oscillation O du spiral 1, et présentent une faible rugosité.
  • Conformément à l'invention, les flancs 10, 11 de la lame 3, en section radiale, ne sont pas perpendiculaires au plan moyen P mais sont chacun inclinés d'un angle de dépouille α (visible uniquement à la figure 2) supérieur ou égal à 2,5°, de préférence supérieur ou égal à 3°, de préférence encore supérieur ou égal à 4°, de préférence encore supérieur ou égal à 5° et typiquement compris entre 2,5° et 20°, plus particulièrement entre 2,5° et 6°, donnant à la section radiale de la lame 3 une forme trapézoïdale. Les flancs 10, 11 forment ainsi entre eux, en section radiale, un angle β supérieur ou égal à 5°, de préférence supérieur ou égal à 6°, de préférence encore supérieur ou égal à 8°, de préférence encore supérieur ou égal à 10°, et typiquement compris entre 5° et 40°, plus particulièrement entre 5° et 12°. De tels angles peuvent être obtenus en ajustant les paramètres du procédé DRIE, notamment le rapport entre les temps de gravure et de passivation. En pratique, chaque flanc de l'ensemble monolithique 2, 3, 6 peut être incliné de l'angle de dépouille a. La présente invention n'exclut toutefois pas que l'angle de dépouille α diffère d'un flanc à un autre.
  • Dans le cas d'un choc ou d'une mauvaise manipulation, les spires du spiral 1 peuvent se déplacer radialement et se toucher. Toutefois, grâce à l'inclinaison des flancs 10, 11, le contact entre les spires ne peut pas être plan, à moins que les spires se tordent. L'absence de contact plan sur une hauteur suffisante empêche les spires d'adhérer les unes aux autres. Plus l'angle de dépouille α est élevé, plus il est difficile pour les spires de se tordre suffisamment. Le risque de collage des spires entre elles est ainsi diminué. On notera que la présente invention permet également de réduire le risque de collage entre la première spire et la virole 2 et entre la dernière spire et la pince 7 ou autre organe de fixation au bâti du mouvement, en cas de choc ou de mauvaise manipulation. Un autre avantage du spiral selon la présente invention est que, grâce à ses flancs 10, 11 rectilignes, il est relativement facile à fabriquer.
  • Il va de soi que la présente invention est applicable à d'autres matériaux que le silicium, par exemple au carbure de silicium, au nitrure de bore, à des verres, à des céramiques ou au diamant, et à d'autres procédés de fabrication que la gravure DRIE, par exemple l'usinage laser, le moulage, etc. Le spiral selon l'invention peut être revêtu d'une ou plusieurs couches, par exemple d'une couche d'oxyde de silicium dans le cas d'un spiral en silicium.

Claims (9)

  1. Spiral pour oscillateur horloger comprenant une lame (3) formant plusieurs spires selon un plan moyen (P), la lame (3) comprenant une surface supérieure (8), une surface inférieure (9) et des premier et deuxième flancs (10, 11) opposés, traversés par le plan moyen (P) et s'étendant chacun de la surface supérieure (8) à la surface inférieure (9), caractérisé en ce que sur au moins une partie de la longueur de la lame (3) les premier et deuxième flancs (10, 11), en section radiale, sont rectilignes et inclinés d'un angle de dépouille (a) d'au moins 2,5°.
  2. Spiral selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit angle de dépouille (a) est d'au moins 3°.
  3. Spiral selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit angle de dépouille (a) est d'au moins 4°.
  4. Spiral selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit angle de dépouille (a) est d'au moins 5°.
  5. Spiral selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit angle de dépouille (a) est d'au plus 20°.
  6. Spiral selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit angle de dépouille (a) est d'au plus 6°.
  7. Spiral selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit angle de dépouille (a) est le même pour les premier et deuxième flancs (10, 11).
  8. Spiral selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est réalisé, au moins en partie, en silicium, en carbure de silicium, en nitrure de bore, en verre, en céramique ou en diamant.
  9. Procédé de fabrication d'un spiral selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de gravure ionique réactive profonde, ledit angle de dépouille (a) étant obtenu en ajustant des paramètres de l'étape de gravure ionique réactive profonde.
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