EP3580618B1

EP3580618B1 - Organe moteur d'horlogerie

Info

Publication number: EP3580618B1
Application number: EP18706317.7A
Authority: EP
Inventors: Jean-Baptiste LE BRIS
Original assignee: Patek Philippe SA Geneve
Current assignee: Patek Philippe SA Geneve
Priority date: 2017-02-13
Filing date: 2018-02-12
Publication date: 2022-01-26
Anticipated expiration: 2038-02-12
Also published as: EP3580618A1; JP7100650B2; WO2018146639A1; US20200004202A1; JP2020509358A; US11543775B2

Description

La présente invention concerne un organe moteur pour l'horlogerie, en particulier un organe moteur à moment de force sensiblement constant.
L'organe moteur d'horlogerie selon l'invention peut être soit un organe moteur d'un mouvement horloger agencé pour entraîner un rouage de finissage, soit un organe moteur d'un mécanisme additionnel tel qu'un mécanisme de sonnerie ou un mécanisme de chronographe.
En horlogerie, on a traditionnellement recours à un barillet comme organe moteur d'un mécanisme horloger. Un barillet est un assemblage d'au moins trois éléments : un ressort de barillet consistant en une lame ressort en forme de spirale, un tambour de barillet servant de logement audit ressort, ledit tambour pouvant tourner librement sur un arbre de barillet (axe pivotant entre pont et platine), et un couvercle de barillet pour fermer le tambour de barillet, ledit couvercle pouvant également tourner librement sur l'arbre de barillet. Hors du tambour de barillet, la lame ressort a la forme d'un S retourné. Le déroulement de la lame, enroulée contre le diamètre de la bonde de l'arbre de barillet et cherchant à reprendre sa forme initiale, produit l'énergie nécessaire au fonctionnement du mécanisme horloger.
Un inconvénient d'un tel organe moteur est que son rendement est affecté par les frottements des spires du ressort en spirale les unes contre les autres et contre l'intérieur du tambour de barillet, lors du dévidement du barillet. Pour atténuer ces frottements, il est habituel de lubrifier les spires du ressort et de déposer un revêtement anti-frottements dans le tambour. Malgré cela, un tel organe moteur subit des pertes d'énergie d'environ 15% dues aux frottements.
Un autre inconvénient d'un tel organe moteur est que la fabrication et la mise en forme de la lame ressort qu'il contient, de sa forme en S retourné à sa forme en spirale, doit fortement tenir compte de la limite d'élasticité du matériau constituant la lame ressort. De plus, la mise en place du ressort en spirale logé dans le tambour de barillet est basée sur une longue expérience de l'horloger et nécessite de nombreuses étapes de manipulation. Il s'agit en outre d'un assemblage de plusieurs éléments.
Un tel organe moteur est donc coûteux et difficile à fabriquer.
En outre, le moment de force délivré par un tel organe moteur n'est pas constant, ce qui affecte l'isochronisme du mécanisme horloger. Pour atténuer ce problème, certains mouvements horlogers emploient un ressort intermédiaire de type spiral entre l'organe moteur et l'échappement. Un inconvénient de cette solution est qu'elle complexifie le mouvement en introduisant un élément supplémentaire.
Le but de la présente invention est de fournir un organe moteur alternatif au barillet comprenant un ressort en spirale traditionnellement utilisé, et alternatif également aux organes moteurs divulgués par les documents CH699988A2 et EP2455820A2 . Le but de la présente invention est également celui de fournir un organe moteur permettant de pallier, au moins en partie, les inconvénients précités.
L'invention propose à cette fin un organe moteur d'horlogerie selon la revendication 1 annexée.
La présente invention propose également un mécanisme horloger comprenant un tel organe moteur d'horlogerie.
L'organe moteur selon l'invention présente l'avantage d'améliorer nettement le rendement (perte d'énergie moyenne comprise entre 0 et 3% seulement contre 15% environ pour un barillet à ressort en spirale traditionnel). En effet, les unités monolithiques qui le composent ne subissent pas ou très peu de frottements.
En outre, l'organe moteur selon l'invention présente également l'avantage de délivrer un moment de force sensiblement constant, améliorant ainsi l'isochronisme du mouvement horloger auquel il est associé, sans nécessiter de ressort intermédiaire entre l'organe moteur et l'échappement.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective d'une partie d'un mécanisme horloger intégrant un organe moteur d'horlogerie selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
la figure 2 est une vue de dessus du mécanisme représenté à la figure 1 ;
la figure 3 est une coupe transversale de l'organe moteur de la figure 1 ;
les figures 4a, 4b et 4c représentent respectivement, en vue de dessus, une première unité, une unité intermédiaire et une dernière unité de l'organe moteur de la figure 1 ;
les figures 5a et 5b sont des vues respectivement de dessous et de dessus d'une unité de l'organe moteur équipée d'un dispositif de centrage ;
la figure 6 est une représentation graphique schématique du moment de rappel élastique exercé dans une unité de l'organe moteur ;
la figure 7 représente les coordonnées de points définissant une forme particulière de bras élastique pour chaque unité de l'organe moteur ;
la figure 8a est une représentation graphique du moment de rappel élastique exercé dans une unité donnée de l'organe moteur comprenant des bras élastiques ayant la forme telle que représentée à la figure 7 ;
la figure 8b est une représentation graphique du moment de force délivré par un organe moteur comprenant onze unités telles que celle étudiée à la figure 8a, empilées et reliées en série ;
la figure 9 représente, en vue de dessus, une variante d'une unité de l'organe moteur d'horlogerie selon l'invention.

Les figures 1 et 2 représentent une partie d'un mécanisme horloger, plus précisément d'un mouvement horloger, comprenant un organe moteur d'horlogerie 1 selon un mode de réalisation particulier de l'invention, cet organe moteur 1 étant maintenu en position par le biais d'un axe 2 dudit mouvement horloger. Ce mouvement horloger comprend en outre, notamment, un rouage de finissage 3, un échappement 4 et un mécanisme de remontoir 5a, 5b, tels qu'illustrés aux figures 1 et 2. Dans l'exemple illustré, le mécanisme de remontoir comprend une tige de remontoir 5a et un rouage de remontoir 5b. Dans une variante, il pourrait être de type automatique, à masse oscillante.
L'organe moteur 1 comprend plusieurs unités monolithiques 110, 210, 310, empilées les unes sur les autres et reliées en série, comme illustré à la figure 3. Chacune de ces unités 110, 210, 310 comprend un moyeu 120, 220, 320 et une serge 130, 230, 330 reliés par plusieurs bras élastiques 140, 240, 340 uniformément répartis autour de son moyeu 120, 220, 320, comme illustré aux figures 4a, 4b et 4c.
La première 110 desdites unités est associée à une denture 160 permettant la liaison avec le rouage de remontoir 5b. Cette denture 160 qui engrène avec le rouage de remontoir 5b est typiquement portée par une roue de remontoir 170 coaxiale et solidaire du moyeu 120 de ladite première unité 110, comme représenté aux figures 1, 2, 3 et 4a. En variante, la denture 160 peut être solidaire de la serge 130 de la première unité 110. Celui ou celle du moyeu 120 ou de la serge 130 de la première unité 110 qui est solidaire de la denture 160, et donc par lequel entre l'énergie, constitue un élément d'entrée de l'empilement des unités 110, 210, 310.
La dernière 310 desdites unités est associée à une autre denture 360 qui engrène avec le rouage de finissage 3 pour lui délivrer un moment de force. Cette autre denture 360 est typiquement solidaire de la serge 330 de cette dernière unité 310, comme représenté aux figures 1, 2, 3 et 4c. En variante, la denture 360 peut être solidaire du moyeu 320 de la dernière unité 310. Celui ou celle du moyeu 320 ou de la serge 330 de la dernière unité 310 qui est solidaire de ladite autre denture 360, et donc par lequel sort l'énergie, constitue un élément de sortie de l'empilement des unités 110, 210, 310.
Les unités intermédiaires 210 placées entre lesdites première 110 et dernière 310 unités ne sont pas associées à une denture, comme représenté aux figures 1, 3 et 4b.
En outre, chacune des unités 110, 210, 310 selon l'invention est unidirectionnelle, c'est-à-dire qu'elle présente, en raison de la forme de ses bras élastiques 140, 240, 340, un sens de rotation privilégié de sa serge 130, 230, 330 par rapport à son moyeu 120, 220, 320, ce sens étant défini comme celui qui permet, à partir de l'état de repos de l'unité considérée, le plus grand déplacement angulaire relatif de sa serge 130, 230, 330 par rapport à son moyeu 120, 220, 320. Les flèches A, B et C, représentées respectivement sur les figures 4a, 4b et 4c, illustrent ce sens de rotation privilégié des serges 130, 230, 330 par rapport aux moyeux 120, 220, 320 pour les unités 110, 210, 310 de l'organe moteur 1 représentées.
De préférence, toutes les unités 110, 210, 310 (dentures non comprises) sont identiques (en particulier les bras 140, 240, 340 ont la même forme) et sont empilées coaxialement et tête-bêche, deux unités successives ayant des sens de rotation privilégiés opposés. Par exemple, lorsque l'organe moteur comprend trois unités 110, 210, 310, il peut comprendre une première unité 110 dont le sens de rotation privilégié est le sens horaire (comme représenté à la figure 4a), une unique unité intermédiaire 210 dont le sens de rotation privilégié est le sens antihoraire (correspondant à une unité 210 telle que représentée à la figure 4b retournée) et une dernière unité 310 dont le sens de rotation privilégié est le sens horaire (comme représenté à la figure 4c).
Comme déjà indiqué, les unités 110, 210, 310 sont en outre reliées en série, ces unités 110, 210, 310 étant deux à deux reliées alternativement par leurs serges 130, 230, 330 et par leurs moyeux 120, 220, 320.
Dans l'exemple de la figure 3, la serge 130 de la première unité 110 est solidaire de la serge 231 de la première unité intermédiaire 211, le moyeu 221 de cette première unité intermédiaire 211 est solidaire du moyeu 222 de la seconde unité intermédiaire 212 et ainsi de suite, le moyeu de la dernière unité intermédiaire étant solidaire du moyeu 320 de la dernière unité 310.
Le sens de rotation privilégié de la première 110 et de la dernière 310 unité et le choix des éléments d'entrée et de sortie (serge ou moyeu) dépend de la position de l'organe moteur 1 dans le mécanisme horloger et dépend du mécanisme de remontoir 5a, 5b et du rouage de finissage 3. Le sens de rotation privilégié des unités intermédiaires 210 est accordé selon leur nombre et selon le sens des première 110 et dernière 310 unités.
Comme illustré aux figures 1 à 4c, les moyeux 120, 220, 320 des unités 110, 210, 310 de l'organe moteur 1 comprennent des perçages 150, 250, 350, par exemple circulaires, ces perçages 150, 250, 350 étant traversés par l'axe 2 du mouvement horloger, ledit axe 2 étant de préférence monté fixe par rapport au mouvement, par exemple dans la platine du mouvement. Cet axe 2 positionne l'organe moteur 1 et aide à maintenir alignés les moyeux 120, 220, 320 de l'ensemble des unités 110, 210, 310, les moyeux 120, 220, 320 étant libres en rotation autour de l'axe 2.
Dans des variantes, les moyeux 120, 220, 320 des unités 110, 210, 310 de l'organe moteur 1 peuvent ne pas comprendre de perçages 150, 250, 350. L'organe moteur peut, dans ce cas, être maintenu en position, par exemple, par le biais de deux axes montés sur les moyeux 120, 320 respectivement des première 110 et dernière 310 unités, ces axes étant, respectivement, solidaires en rotation desdits moyeux 120, 320 et libres en rotation par rapport à une partie fixe du mouvement, typiquement par rapport à la platine. Cet organe moteur peut, en outre, être placé dans un tambour.
La structure même de l'organe moteur 1 implique le centrage du moyeu 120, 220, 320 de chaque unité 110, 210, 310 par rapport à sa serge 130, 230, 330. Cependant, l'organe moteur 1 peut comprendre un ou plusieurs dispositifs de centrage des moyeux visant à renforcer le centrage des moyeux 120, 220, 320. De tels dispositifs comprennent typiquement un élément rigide de jonction 6, d'une part, fixé solidairement à deux zones diamétralement opposées de la serge 130, 230, 330 d'une unité 110, 210, 310 et d'autre part, positionné libre en rotation sur l'axe 2. Les figures 5a et 5b sont des vues respectivement de dessous et de dessus d'une unité 110, 210, 310 de l'organe moteur 1 équipée d'un tel dispositif de centrage.
D'une manière générale, l'ensemble des bras élastiques 140, 240, 340 de chaque unité 110, 210, 310 de l'organe moteur 1 est conçu, notamment de par sa forme, pour exercer, dans cette unité 110, 210, 310, un moment de rappel élastique sensiblement constant sur une plage de déplacement angulaire de la serge 130, 230 330 de ladite unité 110, 210, 310 par rapport à son moyeu 120, 220, 320 d'au moins 10°, de préférence d'au moins 15°, par exemple de 21° environ.
On entend par moment « sensiblement constant » un moment ne variant pas de plus de 10%, de préférence 5%, de préférence encore 3%, typiquement 1,5% étant entendu que ce pourcentage peut être diminué davantage.
Plus précisément, soient respectivement Mmin et Mmax les valeurs des moments minimum et maximum exercés dans une unité 110, 210, 310 de l'organe moteur 1 sur une plage donnée de déplacement angulaire de sa serge 130, 230, 330 par rapport à son moyeu 120, 220, 320, le moment exercé dans cette unité 110, 210, 310 est sensiblement constant dès lors que l'inéquation « (Mmax-Mmin)/((Mmax+Mmin)/2) ≤ 0,1 » est vérifiée, plus précisément, dès lors que l'inéquation « (Mmax-Mmin)/((Mmax+Mmin)/2) ≤ y% », avec y=10, de préférence 5, de préférence encore 3, par exemple 1,5, est vérifiée.
Soit θ le déplacement angulaire de la serge 130, 230, 330 d'une unité 110, 210, 310 de l'organe moteur 1 par rapport au moyeu 120, 220, 320 de cette même unité 110, 210, 310dans son sens de rotation privilégié, θ étant égal à zéro lorsque ladite unité 110, 210, 310 est au repos, c'est-à-dire lorsque tous ses bras élastiques 140, 240, 340 sont au repos, la figure 6 illustre l'évolution M(θ) du moment de rappel élastique exercé par l'ensemble des bras élastiques 140, 240, 340 d'une unité 110, 210, 310 dans cette unité en fonction du déplacement angulaire θ.
Comme cela est visible sur la courbe M(θ) de la figure 6, ce moment de rappel élastique suit une évolution en trois phases :

pour un angle θ compris entre 0 et une première valeur θ₁, le moment de rappel élastique augmente rapidement avec le déplacement angulaire θ, cette phase correspond à la phase d'armage ;
au-delà de cette première valeur θ₁, l'unité 110, 210, 310 est dans une phase stable. En effet, entre cette première valeur θ₁ et une seconde valeur θ₂, le moment de rappel élastique est sensiblement constant par rapport au déplacement angulaire θ ;
au-delà de cette deuxième valeur θ_2, le moment de rappel élastique augmente à nouveau jusqu'à atteindre une valeur limite M_limite, pour un déplacement angulaire θ=θ₃. Cette valeur M_limite dépend des propriétés du matériau dans lequel l'unité 110, 210, 310 est réalisée et correspond à la contrainte maximale que peut subir une unité 110, 210, 310.

Pour une unité monolithique donnée, il est possible de définir des valeurs limites d'angles θ_{min_y%} et θ_{max_y%} entre lesquelles le moment de rappel élastique est sensiblement constant, avec une constance de y%. Par exemple, si l'on veut obtenir une constance du moment de rappel élastique de 5%, on définit à l'aide de la courbe M(θ), les valeurs des angles θ_{min_5%} et θ_{max_5%} pour que l'inéquation : « (Mmax-Mmin) / ((Mmax+Mmin)/2) < 0,05 » soit vérifiée ; avec Mmax le moment de rappel élastique maximum sur l'intervalle d'angles [θ_{min_5%}, θ_{max_5%}] et Mmin le moment de rappel élastique minimum sur ce même intervalle.
Les unités monolithiques 110, 210, 310 présentant une courbe M(θ) du type de celle représentée à la figure 6 diffèrent des structures élastiques classiques. Leurs propriétés reposent sur une forme sinueuse de leurs bras élastiques qui se déforment de manière à générer un moment de rappel élastique sensiblement constant (la courbe M(θ) présente un plateau). De plus, du fait de leur forme sinueuse, les bras élastiques 140, 240, 340 d'une unité 110, 210, 310 donnée présentent l'avantage de pouvoir être relativement longs sans risquer de frotter les uns contre les autres lors de la rotation de la serge 130, 230, 330 de ladite unité 110, 210, 310 par rapport à son moyeu 120, 220, 320.
L'obtention de tels bras élastiques requiert une conception spécifique et paramétrée. Ils peuvent par exemple être obtenus par optimisation topologique en appliquant l'enseignement de la publication « Design of adjustable constant-force forceps for robot-assisted surgical manipulation », Chao-Chieh Lan et al., 2011 - IEEE International Conference on robotics and automation Shanghai International Conference Center May 9-13, China .
L'optimisation topologique dont il est question dans l'article précité utilise des courbes polynomiales paramétriques telles que les courbes de Bézier pour déterminer la forme géométrique des bras élastiques.
Les courbes de Bézier se définissent, conjointement à une série de m=(n+1) points de contrôle (Q₀, Q₁, ... Qn), par un ensemble de points dont les coordonnées sont données par des sommes de polynômes de Bernstein pondérées par les coordonnées desdits points de contrôle.
La forme géométrique de chacun des bras élastiques 140, 240, 340 de l'organe moteur 1 est une courbe de Bézier dont les points de contrôle ont été optimisés pour prendre en compte, notamment, les dimensions de l'unité 110, 210, 310 à concevoir ainsi que la contrainte « (M_max-M_min)/((M_max+M_min)/2) ≤ 0,05 » recherchée. L'inéquation « (Mmax-Mmin)/((Mmax+Mmin)/2) ≤ 0,05 » correspond à une constance du moment de rappel élastique de 5% sur une plage angulaire [θ_{min_5%}, θ_{max_5%}].
Plus précisément, la forme géométrique de chacun des bras élastiques 140, 240, 340 de l'organe moteur 1 est définie par l'ensemble des points $\sum_{i = 0}^{n} B_{i}^{n} (t) . Q_{i}, avec t \in [0,1],$
où les $B_{i}^{n}$
sont les polynômes de Bernstein donnés par la fonction $B_{i} (t) = \frac{(m - 1)!}{i! (m - 1 - i)!} t^{i} {(1 - t)}^{m - i - 1} avec t \in [0,1],$
et où les Q_i sont les points de contrôle Q₀ à Qn. Elle correspond à la représentation graphique dans un repère orthonormé de l'ensemble des points définis par les couples de coordonnées (x ; y) définis respectivement par les fonctions x(t) et y(t), t ∈ [0, 1], ci-dessous : $x (t) = \sum_{i = 0}^{m - 1} Q_{ix} B_{i} (t)$
$y (t) = \sum_{i = 0}^{m - 1} Q_{iy} B_{i} (t)$
dans lesquelles Qix et Qiy sont respectivement les coordonnées x et y des points de contrôle Q_i.
Les formules indiquées ci-dessus donnent les coordonnées d'une courbe de Bézier d'ordre m, c'est-à-dire une courbe de Bézier basée sur m points de contrôle. Pour des raisons pratiques, une telle courbe de Bézier peut être décomposée en une succession de courbes de Bézier d'ordre inférieur à m, auquel cas la forme géométrique de chacun des bras élastiques est une succession de courbes de Bézier.
En utilisant ce principe, la demanderesse a conçu une unité particulière d'un organe moteur, ladite unité particulière comprenant vingt-trois bras élastiques répartis uniformément autour du moyeu. Les dimensions de cette unité particulière sont les suivantes :

Diamètre extérieur de la serge : 12 mm

Diamètre extérieur du moyeu : 2 mm

Diamètre intérieur de la serge : 10 mm

Hauteur: 0,15 mm

Epaisseur des bras élastiques : 60 µm
Dans le cadre de cette conception, sept points de contrôle Q₀, Q₁, Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, Q₆ ont été utilisés. Les coordonnées de ces points de contrôle sont indiquées dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 : Coordonnées des points de contrôle Q₀ à Q₆.

Variables Coordonnées x [mm] Coordonnées y [mm]

Q₀ 0,756625 0,653875

Q₁ 1,87325 1,619

Q₂ 2,8125 -0,59125

Q₃ 3,4375 0,4535

Q₄ 3,75 1,032875

Q₅ 4,375 0

Q₆ 5 0
Avec ces sept points de contrôle il aurait été possible de réaliser une courbe de Bézier d'ordre sept. Cependant, selon le principe indiqué ci-dessus, la courbe de Bézier a été décomposée en deux segments, un premier segment correspondant à une courbe de Bézier d'ordre 4 basée sur les points de contrôle Q₀ à Q₃ et un second segment correspondant à une courbe de Bézier d'ordre 4 basée sur les points de contrôle Q₃ à Q₆.

En utilisant les coordonnées des points de contrôle Q₀ à Q₆ ci-dessus dans les fonctions x(t) et y(t) précitées, la demanderesse a obtenu les coordonnées des points définissant la forme géométrique d'un bras élastique de l'unité particulière. Un certain nombre de ces couples de coordonnées sont donnés dans le tableau 2 ci-après.

Tableau 2 : Coordonnées de points de passage du bras élastique optimisé

x [mm]	y [mm]
0,756625	0,653875
1,086132	0,854582
1,404044	0,903348
1,709407	0,838756
2,001267	0,699389
2,278672	0,523828
2,540668	0,350656
2,786302	0,218455
3,014621	0,165807
3,224671	0,231295
3,4155	0,4535
3,524275	0,58159
3,648736	0,628816
3,787142	0,611048
3,937748	0,544158
4,098813	0,444016
4,268592	0,326492
4,445344	0,207458
4,627324	0,102784
4,812791	0,028341
5	0

Le graphique de la figure 7 fait apparaître la géométrie du diamètre externe du moyeu, du diamètre interne de la serge et d'un des bras élastique de l'unité particulière que la demanderesse a conçue, la géométrie dudit bras étant définie par une courbe passant par l'ensemble des coordonnées de points défini dans le tableau 2 ci-dessus. Ce graphique est réalisé dans un repère orthonormé.
La figure 8a représente les résultats d'une simulation de l'évolution du moment de rappel élastique de l'unité particulière ainsi réalisée en fonction du déplacement angulaire de sa serge par rapport à son moyeu.
La simulation effectuée considère une unité particulière réalisée dans un alliage à base de cobalt, nickel et chrome, plus précisément en Nivaflex^® 45/18 (module de Young E= 220 GPa) mais tout matériau approprié peut être utilisé. Par exemple des matériaux tels que le silicium (E=130 GPa), typiquement revêtu d'oxyde de silicium, le verre métallique, le plastique ou le CK101 (acier de construction non-allié) conviennent également et permettent l'obtention d'unités monolithiques dont le moment de rappel élastique est sensiblement constant sur les mêmes plages angulaires [θ_min, θ_max].
La plage angulaire de fonctionnement permettant la délivrance d'un moment sensiblement constant étant une constante liée à la forme des bras élastiques, il est important de tenir compte du rapport entre la limite élastique et le module de Young du matériau pour choisir le matériau.
Il ressort de l'analyse des résultats présentés à la figure 8a qu'une constance de 3% du moment de rappel élastique est obtenue pour un déplacement angulaire de la serge de l'unité particulière étudiée par rapport à son moyeu compris entre θ_{min_3%}, soit 13°, et θ_{max_3%}, soit 34°, soit sur une plage de fonctionnement de 21 °.
En augmentant le nombre de points de contrôle lors de la conception des bras élastiques 140, 240, 340, on devrait pouvoir augmenter la précision de la forme de ces bras élastiques et améliorer ainsi la constance du moment de force.
Un organe moteur 1 comprenant onze unités identiques à l'unité particulière étudiée à la figure 8a, empilées et reliées en série, a également été conçu. Une simulation a permis de représenter graphiquement le moment de force délivré par la serge 330 (élément de sortie) de la dernière unité 310 de cet organe moteur 1 en fonction du déplacement angulaire de la serge 330 de la dernière unité 310 par rapport au moyeu 120 (élément d'entrée) de la première unité 110. Les résultats de cette simulation sont présentés à la figure 8b (courbe C2).
La figure 8b représente également le moment de rappel élastique d'une seule unité particulière identique à celle étudiée à la figure 8a en fonction du déplacement angulaire de sa serge par rapport à son moyeu (courbe C1).
Comme on peut le voir sur cette figure 8b, la valeur du moment de force exercé par l'organe moteur 1 comprenant onze unités, lorsqu'il est dans sa phase stable, (environ 5 N.mm) est inchangée par rapport à la valeur du moment de rappel élastique exercé par l'ensemble des bras élastiques d'une unité monolithique isolée, dans cette unité, dans sa phase stable. Chaque angle θ_{min_3%} et θ_{max_3%} pour l'organe moteur 1 est égal à onze (c'est-à-dire le nombre d'unités placées en série) fois l'angle correspondant θ_{min_3%} et θ_{max_3%} pour une unité. En effet, θ_{min_3%} et θ_{max_3%} pour onze unités valent respectivement 143° et 374°.
L'agencement en série de telles unités permet donc d'augmenter l'amplitude du déplacement angulaire associé à la délivrance d'un moment sensiblement constant tout en conservant l'intensité de ce moment.
De manière générale, la demanderesse a pu constater qu'un organe moteur 1 comprenant p unités 110, 210, 310, p étant un nombre entier supérieur ou égal à deux, permet la délivrance d'un moment de force sensiblement constant sur une plage de déplacement angulaire de l'élément de sortie, serge 330 ou moyeu 320, de sa dernière unité 310 par rapport à l'élément d'entrée, serge 130 ou moyeu 120, de sa première unité 110 d'au moins (p × 10)°, de préférence d'au moins (p × 15)°, par exemple de (p × 21)° environ.
Lorsque p=2, l'organe moteur 1 ne comprend pas d'unité intermédiaire 210 mais comprend uniquement une première unité 110 et une dernière unité 310 empilées et reliées par leurs serges respectives ou par leurs moyeux respectifs.
De manière avantageuse, le mécanisme horloger intégrant l'organe moteur 1 peut comprendre des butées permettant de maintenir ledit organe moteur 1 dans la plage de déplacement angulaire de l'élément de sortie de sa dernière unité 310 par rapport à l'élément d'entrée de sa première unité 110 permettant la délivrance d'un moment de force sensiblement constant.
Comme indiqué précédemment, l'organe moteur 1 peut être réalisé en tout matériau approprié, notamment en ce qui concerne sa limite d'élasticité et son module de Young.
Les unités 110, 210, 310 peuvent être fabriquées séparément puis assemblées. Elles peuvent par exemple être fabriquées par usinage, notamment dans le cas où elles sont faites de métal ou d'un alliage tel que le Nivaflex^®, par gravure DRIE dans le cas du silicium par exemple, ou encore par moulage, notamment dans le cas où elles sont fabriquées en plastique ou en verre métallique. Les unités 110, 210, 310 obtenues peuvent ensuite être assemblées entre elles, typiquement par collage, soudure ou brasage.
En variante, l'organe moteur 1 peut être réalisé en une seule pièce monolithique, par exemple en utilisant des techniques d'impression en 3 dimensions ou des techniques de découpe laser, typiquement dans du verre minéral.
Avantageusement, les unités 110, 210, 310 empilées coaxialement sont agencées pour que les bras élastiques 140, 240, 340 des unités dont le sens de rotation privilégié est le même s'alignent, ce qui permet l'obtention d'un effet esthétique avantageux, comme illustré aux figures 1 et 2.
Dans des variantes, l'organe moteur 1 peut comprendre des unités monolithiques de forme différente de celle illustrée aux figures 1, 2 et 4. Elles peuvent notamment prendre une forme telle que représentée à la figure 9.
L'unité monolithique 10 représentée à la figure 9 comprend des bras élastiques 40 exerçant un moment de rappel élastique sensiblement constant sur une plage de déplacement angulaire de la serge 30 de ladite unité par rapport à son moyeu 20 d'au moins 10°, de préférence d'au moins 15°, par exemple de 21° environ.
Un moyen d'obtenir de tels bras élastiques 40 est notamment décrit dans l'article « Functional joint mechanisms with constant torque outputs », Mechanism and machine theory 62 (2013) 166-181, Chia-Wen Hou et al.
Il apparaîtra clairement à l'homme du métier que la présente invention n'est limitée que par la revendication 1 annexée et n'est ainsi pas limitée aux modes de réalisation présentés ci-dessus et illustrés aux figures.
Il est par exemple très bien envisageable de réaliser un organe moteur 1 comprenant un nombre d'unités monolithiques différent de celui représenté dans les figures et/ou comprenant des unités avec des bras élastiques de formes différentes de celles représentées dans les figures et/ou dont le nombre de bras élastiques est différent de celui représenté aux les figures, une unité monolithique pouvant en particulier n'avoir qu'un seul bras élastique.
La valeur du moment de force atteint dans la phase stable de l'organe moteur peut notamment être ajustée en jouant sur le nombre de bras élastiques que comprennent les unités qui le constituent, sur l'épaisseur des bras élastiques et/ou sur le matériau utilisé. En particulier, dans une unité monolithique comprenant q bras élastiques, q étant un nombre entier supérieur ou égal à 2, le moment de force exercé par l'ensemble de ces q bras élastiques dans l'unité monolithique dans sa phase stable est typiquement égal à q fois le moment de force exercé, dans une unité monolithique similaire comprenant un seul de ces bras élastiques, par ledit seul bras élastique dans cette unité, dans sa phase stable.
La plage angulaire [θ_min, θ_max] sur laquelle le moment de force délivré est sensiblement constant peut, quant à elle, se régler en ajustant le nombre d'unités empilées et reliées en série.
Il est également possible qu'au moins un ou que chacun des bras élastiques des unités selon l'invention ait une section variable, par exemple une épaisseur variable. La section pourrait typiquement être plus grande du côté du moyeu que du côté de la serge.
En outre, comme déjà indiqué, la denture 360 associée à la dernière unité 310 de l'organe moteur 1 selon l'invention peut, au choix, être solidaire du moyeu 320 ou de la serge 330 de cette unité 310. En particulier, elle peut être portée directement par ladite serge 330 ou par ledit moyeu 320.
De la même façon, la denture 160 associée à la première unité 110 de l'organe moteur 1 selon l'invention peut, au choix, être solidaire du moyeu 120 ou de la serge 130 de cette unité 110. En particulier, elle peut être portée directement par ladite serge 130 ou par ledit moyeu 120.
L'homme du métier peut en outre ajuster aisément, en fonction de ses besoins (c'est-à-dire par exemple selon le nombre d'unités que comprend l'organe moteur 1, selon que la denture 360 est solidaire du moyeu 320 ou de la serge 330 de la dernière unité 310, selon que la denture 160 est solidaire du moyeu 120 ou de la serge 130 de la première unité 110, selon le sens de rotation privilégié choisi pour l'une quelconque des unités...), l'agencement des liaisons serge-serge et moyeu-moyeu d'un organe moteur 1 selon l'invention.
De plus, le moment de force délivré par l'organe moteur 1 peut permettre la mise en mouvement d'un autre type de rouage qu'un rouage de finissage 3 ou d'un mécanisme additionnel tel qu'un mécanisme de sonnerie ou de chronographe.

Claims

Organe moteur (1) d'horlogerie comprenant au moins deux unités monolithiques (110, 210, 310) empilées et reliées en série, chacune de ces unités comprenant un moyeu (120, 220, 320) et une serge (130, 230, 330) reliés par au moins un bras élastique (140, 240, 340), le ou chacun des bras élastiques (140, 240, 340) de l'une quelconque desdites unités (110, 210, 310) étant de forme sinueuse.
Organe moteur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une première denture (160) permettant la liaison entre lesdites unités monolithiques (110, 210, 310) et un mécanisme de remontoir (5a, 5b) et une deuxième denture (360) permettant la délivrance d'un moment de force par lesdites unités monolithiques (110, 210, 310).
Organe moteur (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que la première denture (160) est solidaire du moyeu (120) ou de la serge (130) d'une première (110) desdites unités monolithiques (110, 210, 310).
Organe moteur (1) selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la deuxième denture (360) est solidaire du moyeu (320) ou de la serge (330) d'une dernière (310) desdites unités monolithiques (110, 210, 310).
Organe moteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme de l'au moins un bras élastique (140, 240, 340) est la même pour toutes les unités monolithiques (110, 210, 310) et en ce que les unités monolithiques (110, 210, 310) sont unidirectionnelles et sont placées deux à deux tête-bêche.
Organe moteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune desdites unités monolithiques (110, 210, 310) comprend plusieurs bras élastiques (140, 240, 340) uniformément répartis autour de son moyeu (120, 220, 320).
Organe moteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un dispositif (6) de centrage des moyeux (120, 220, 320).
Organe moteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'au moins un bras élastique (140, 240, 340) de chaque unité monolithique (110, 210, 310) est conçu pour exercer un moment de rappel élastique ne variant pas de plus de 10%, de préférence 5%, sur une plage de déplacement angulaire de la serge (130, 230, 330) de ladite unité monolithique (110, 210, 310) par rapport à son moyeu (120, 220, 320) d'au moins 10°, de préférence d'au moins 15°.
Organe moteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend p unités monolithiques (110, 210, 310), p étant un entier supérieur ou égal à deux, et en ce que les bras élastiques (140, 240, 340) sont conçus pour que l'organe moteur (1) délivre un moment de force ne variant pas de plus de 10%, de préférence 5%, sur une plage de déplacement angulaire d'un élément de sortie, serge (330) ou moyeu (320), de l'empilement des unités monolithiques (110, 210, 310) par rapport à un élément d'entrée, serge (130) ou moyeu (120), dudit empilement d'au moins (p × 10)°, de préférence d'au moins (p × 15)°.
Organe moteur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la forme géométrique du ou de chaque bras élastique (140, 240, 340) de l'une quelconque desdites unités monolithiques (110, 210, 310) est une courbe de Bézier ou une succession de courbes de Bézier.
Mécanisme horloger caractérisé en ce qu'il comprend un organe moteur (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.
Mécanisme horloger selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend un axe (2) traversant les moyeux (120, 220, 320) des unités monolithiques (110, 210, 310).
Mécanisme horloger selon la revendication 11 ou 12, caractérisé en ce qu'il comprend des butées permettant de maintenir l'organe moteur (1) dans une plage de déplacement angulaire d'un élément de sortie, serge (330) ou moyeu (320), de l'empilement des unités monolithiques (110, 210, 310) par rapport à un élément d'entrée, serge (130) ou moyeu (120), dudit empilement permettant la délivrance d'un moment de force sensiblement constant.
Mécanisme horloger selon l'une des revendications 11 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend un mécanisme de remontoir (5a, 5b) agencé pour armer l'organe moteur (1) et un rouage (3) agencé pour être entraîné par l'organe moteur (1).