EP3667432A1 - Résonateur d'horlogerie comportant au moins un guidage flexible - Google Patents

Résonateur d'horlogerie comportant au moins un guidage flexible Download PDF

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EP3667432A1
EP3667432A1 EP18212333.1A EP18212333A EP3667432A1 EP 3667432 A1 EP3667432 A1 EP 3667432A1 EP 18212333 A EP18212333 A EP 18212333A EP 3667432 A1 EP3667432 A1 EP 3667432A1
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EP
European Patent Office
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blade
axis
resonator
along
plane
Prior art date
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EP18212333.1A
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German (de)
English (en)
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EP3667432B1 (fr
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Pascal Winkler
Laurent Klinger
Baptiste Hinaux
Jean-Luc Helfer
Gianni Di Domenico
Jean-Bernard Peters
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Publication date
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Priority to US16/685,008 priority patent/US11520291B2/en
Priority to JP2019220936A priority patent/JP6948376B2/ja
Priority to JP2019220933A priority patent/JP6948375B2/ja
Priority to CN201911283750.3A priority patent/CN111324027B/zh
Priority to CN201911285869.4A priority patent/CN111324028B/zh
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    • 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
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    • G04B17/28—Compensation of mechanisms for stabilising frequency for the effect of imbalance of the weights, e.g. tourbillon
    • G—PHYSICS
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    • 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
    • G04B17/32—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton

Definitions

  • the invention relates to a timepiece resonator comprising, between a first element and a second element of which at least one of the two constitutes an inertial element movable within said resonator, at least one flexible guide constituting an elastic return means of said element inertial within said resonator and comprising at least one flexible blade joining a first recess of said first element to a second recess of said second element, said first recess defining with said second recess a direction of blade, said first element and said second element each being more rigid as each said at least one flexible blade, said at least one flexible blade being arranged to deform essentially in an XY plane parallel to said blade direction, and comprising a first dimension L called length along a first longitudinal axis Y parallel to said blade direction, a second dimension E called thickness according to a second e transverse X axis orthogonal to said first Y axis in said XY plane, and a third dimension H called height along a third Z axis orthogonal
  • the invention also relates to a timepiece, in particular a watch, comprising at least one such resonator.
  • the invention relates to the field of timepieces with mechanical oscillator, and in particular the field of watches, where the flexible guides according to the invention make it possible to guarantee both isochronism and insensitivity to positions in space .
  • a mechanical watch has an oscillator with a balance-spring, which is responsible for the good chronometric precision of the watch.
  • a very promising way to overcome the friction of the pivots is that of flexible guided oscillators, in which flexible guidance fulfills two elementary functions at the same time: on the one hand the guiding function and, on the other hand, the function force or elastic return torque.
  • a flexible rotary guide is preferred, so that shocks in translation do not disturb the oscillator, and care is taken to place the center of mass of the inertial element on the virtual axis defined by said flexible guide.
  • Non-limiting examples of flexible rotary guides are described in the documents. EP3035126 , EP3206089 , and EP18179623 , all on behalf of THE SWATCH GROUP RESEARCH & DEVELOPMENT Ltd. There is now a wide variety of flexible rotary guides, the production of which has been made possible by "LIGA” and "DRIE” technology.
  • a substantially flat blade is subjected to a moment, it deforms in an arc, and its end defines an angle proportional to the applied moment.
  • the bent blade has a slight anticlastic curvature.
  • the anticlastic curvature is due to the fact that the fibers outside the neutral fiber of the blade in bending, must lengthen and therefore, also contract in the directions orthogonal to the neutral fiber, and, conversely, the fibers inside the fiber neutral are contracted and therefore, extend orthogonally.
  • the Poisson's ratio is 0.5.
  • the Poisson's ratio is closer to the value 0.3.
  • the magnitude of the anticlastic curvature depends on the curvature in local bending, the Poisson's ratio of the material, the relationships between the three main dimensions of the blade, and the geometries of the embedments.
  • the invention proposes to define a flexible guide for a mechanical oscillator, which is as little as possible subjected to the anticlastic curvature.
  • the invention proposes to provide the flexible blade with an adequate relief, in particular ribs, in order to control the anticlastic curvature, without significantly degrading the elastic performance of the flexible blade.
  • ribs are distributed along the flexible blade and extend along the height thereof, in order to stiffen it to limit the anticlastic curvature, without greatly limiting its expected qualities of bending.
  • the invention relates to a timepiece resonator according to claim 1.
  • the invention also relates to a timepiece, in particular a watch, comprising at least one such resonator.
  • the invention proposes to provide the flexible relief blade, and more particularly of ribs, in order to control the anticlastic curvature.
  • the Figures 1 to 3 represent a classic flexible blade subject to an anticlastic curvature.
  • the figure 4 defines the geometric reference elements used in the rest of the description, and represents a flexible blade 2 joining a first recess 41 of a first element 4 to a second recess 51 of a second element 5.
  • the first recess 41 defines with the second recess 51 a blade direction D.
  • the first element 4 and the second element 5 are, each, more rigid as each flexible blade 2.
  • the flexible blade 2 is arranged to deform essentially in an XY plane parallel to the direction of blade D, and having a first dimension L called length along a first longitudinal axis Y parallel to the direction of blade D and defined by the first recess 41 and the second recess 51, a second dimension E called thickness along a second axis X transverse orthogonal to the first axis Y in the plane XY, and a third dimension H called height along a third axis Z orthogonal to the plane XY.
  • the first dimension L is greater than the third dimension H, which is greater than the second dimension E.
  • the blade 2 extends substantially in the form of a ribbon along a neutral FN geometric fiber joining the first recess 41 and the second recess 51, and comprises at least one middle zone 6, which extends transversely along the second axis.
  • X around or on either side of the neutral fiber FN, and whose thickness is a nominal thickness EN.
  • the blade 2 can extend around the neutral fiber FN, which then always remains in the material, or on either side of this neutral fiber FN. It is understood that this neutral fiber FN corresponds to a curve in the rest position of the blade 2, towards which this blade returns after an elastic deformation in bending,
  • ribs are distributed along the blade and extend along the height of the blade, in order to stiffen the blade to limit the anticlastic curvature, without stiffening it much for the intended bending.
  • the figure 7 presents the step of a resonator with flexible guide to a blade as a function of its amplitude for different numbers of sections, the number of ribs here being equal to the number of sections minus one. It can be seen that the addition of a few ribs is sufficient to considerably improve the isochronism of the resonator.
  • the figure 8 shows the path variation (anisochronism) between 20 ° and 10 ° amplitude, depending on the number of sections of the resonator blade.
  • Another variant consists in providing the flexible blade with corrugations, in order to control the anticlastic curvature, as visible on the Figures 9 and 10 .
  • the blade proposed wavy can, in projection in the XY plane, completely understand the neutral fiber FN, so as not to lose the tensile rigidity of the blade.
  • the invention relates to a timepiece resonator 100 comprising, between a first element 4 and a second element 5 of which at least one of the two constitutes an inertial element movable within the resonator 100, at least one flexible guide 1 constituting a means for elastic return of this inertial element within the resonator 100.
  • This flexible guide 1 comprises at least one flexible blade 2 as defined above.
  • this at least one flexible blade 2 is symmetrical with respect to a median plane parallel to the XY plane, has a transverse extension which is variable along the second transverse axis X, in projection on the XY plane, with respect to the neutral fiber FN, and comprises, along this second transverse axis X, at least one relief.
  • This relief is protruding and distant from the neutral fiber FN by a distance greater than half of the smallest thickness of the at least one flexible blade 2 considered, or half or the nominal thickness EN, to limit the curvature anticlastic of this at least one flexible blade 2.
  • this at least one blade 2 comprises, at a distance from the first recess 41 and from the second recess 51, at least one rib 3 extending substantially along the third axis Z.
  • Each rib 3 comprises at least one generator 31 which is more distant from the neutral fiber FN than are the lateral surfaces of the median zones 6 of the blade 2 located outside this or these ribs 3.
  • the longitudinal extension LN, along the first longitudinal Y axis, of each rib 3 of the blade 2 is less than or equal to one fifth of the length L of the blade 2 between its recesses.
  • each rib 3 is distant, along the first axis Y, from any neck that comprises the blade 2, by a value greater than or equal to the height H of the blade 2.
  • the embodiments illustrated are blades having no no collar.
  • this at least one blade 2 comprises a plurality of median zones 6, which are sections extending along the neutral fiber FN and in the geometric extension of each other along the neutral fiber FN with the same nominal thickness EN.
  • Each section 6 forms a ribbon whose lateral surfaces 60 are parallel to the third axis Z.
  • at least two sections 6 are separated by a rib 3 of projecting thickness ES with respect to a lateral surface 60.
  • This projecting thickness ES is preferably greater than or equal to the nominal thickness EN along the second transverse axis X. More particularly, the protruding thickness ES is at least one and a half times greater than the nominal thickness EN.
  • this at least one blade 2 comprises, at a distance from the first recess 41 and the second recess 51, at least two ribs 3.
  • the blade 2 is straight, and has its neutral fiber FN right in the direction of the blade D.
  • the sections 6 are short sections, the length of which in the first longitudinal direction Y is less than the height of the blade 2.
  • the number of sections is greater than or equal to the first whole number greater than or equal to the quotient L / H of the total length L of the blade 2 by its height H.
  • the blade 2 comprises alternating sections 6 along the neutral fiber FN, and ribs 3.
  • the middle zones 6 are limited to inflection zones between rounded or pointed ribs, or the like, forming a wavy or zig-zag strip.
  • this at least one flexible blade 2 comprises at least one rib 3 which extends over the entire height H of the blade 2 along the third axis Z. More particularly, each rib 3 of this blade 2 extends over the entire height H of the blade 2 along the third axis Z.
  • the height H of the blade 2 is less than or equal to one fifth of the length L of the blade 2 between its recesses.
  • the maximum thickness EM of the blade 2 along the second transverse axis X is less than or equal to one fifth of the height H of the blade 2.
  • the blade 2 forms a straight prism extending along the third axis Z, that is to say a solid extruded in the direction Z from a base in the XY plane, and more particularly limited by two planes parallel to the XY plane and distant from the height H. More particularly the base of this prism in the XY plane is symmetrical with respect to the projection of the neutral fiber FN in this XY plane.
  • the blade 2 can be easily produced by an extrusion type process, or by a “LIGA” or “DRIE” process, since its geometry can be fully described by its projection in the XY plane, raised in the third direction Z.
  • the blade may have a central opening, in particular when it is produced on the basis of two wafers head to tail, or comprise a draft, or comprise two draft in symmetry with respect to a median plane parallel to the XY plane.
  • each rib 3 of the blade 2 along the first longitudinal Y axis is less than or equal to the projecting thickness ES of the rib 3 along the second transverse X axis.
  • At least one rib 3 is a rectangular parallelepiped or is inscribed in a rectangular parallelepiped.
  • these rectangular parallelepipeds extend over the entire height of the blade, and their dimension along the second transverse axis X is greater than their dimension along the first longitudinal axis Y.
  • these ribs are prismatic based on a diamond, over the entire height of the blade, in symmetry with respect to the neutral fiber through which passes a diagonal of the diamond.
  • At least one rib 3 is a cylinder.
  • At least one said rib 3 is a tube of circular or elliptical section.
  • At least one rib 3 is symmetrical with respect to the neutral fiber FN.
  • At least one rib 3 is asymmetrical with respect to the neutral fiber FN.
  • the blade 2 comprises, at a distance from the first recess 41 and from the second recess 51, a plurality of ribs 3 projecting alternately on either side of the middle zones 6.
  • At least one rib 3 is hollow or open.
  • any projection of the blade 2 on the XY plane includes the neutral fiber FN.
  • the blade 2 comprises, at a distance from the first recess 41 and the second recess 51, a plurality of ribs 3 distributed regularly in the first longitudinal direction Y.
  • the blade 2 comprises, at a distance from the first recess 41 and the second recess 51, a plurality of ribs 3, the number of which is greater than or equal to the difference between on the one hand the L / H quotient between the length L and height H, and on the other hand a unit.
  • the projection of the blade 2 on the XY plane comprises, at all the surface junctions, rounded fillets with a minimum radius value of 10 micrometers.
  • the blade 2 is made of micro-machinable material or silicon thermally compensated by a peripheral layer of silicon dioxide.
  • the blade 2 comprises, along its length L, at least two increases in its section inertia.
  • the blade has at least three increases in its section inertia. These increases in its section inertia are produced by these ribs 3 which extend in the third direction Z.
  • these increases in section inertia are produced by undulations which extend on either side of the neutral fiber.
  • the increases in section inertia are achieved by such undulations which, seen in projection on the XY plane, include the neutral fiber.
  • the flexible guide 1 itself is not detailed here. More particularly, it comprises at least two such flexible blades 2. More particularly, this flexible guide is a pivot with crossed blades, with at least two blades each extending parallel to the plane XY, distinct, and crossed in projection on this plane XY .
  • the blade 2 is produced by the “DRIE” or “LIGA” process or the like.
  • the invention also relates to a timepiece 1000 comprising at least one such timepiece resonator 100. More particularly, this timepiece 100 is a watch, in particular a mechanical watch.

Landscapes

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  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
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Abstract

Résonateur d'horlogerie (100) comportant un élément inertiel (4 ; 5) suspendu à une lame flexible (2) déformable dans un plan XY parallèle à une direction longitudinale Y, et dont l'extension transversale selon un axe transversal X, en projection sur le plan XY, est variable et de valeur positive sur au moins un côté de la fibre neutre (FN) de ladite lame (2) laquelle comporte, à distance de ses encastrements, au moins une nervure (3) s'étendant sensiblement selon un axe Z perpendiculaire au plan XY, chacune comportant au moins une génératrice qui est plus éloignée de la fibre neutre (FN) que ne le sont les surfaces externes des tronçons (6) de la lame (2) situés en dehors des nervures (3), et l'extension longitudinale (LN) de chaque nervure (3) de la lame (2), selon l'axe Y longitudinal, est inférieure au cinquième de la longueur L de la lame (2) entre ses encastrements.

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne un résonateur d'horlogerie comportant, entre un premier élément et un deuxième élément dont au moins l'un des deux constitue un élément inertiel mobile au sein dudit résonateur, au moins un guidage flexible constituant un moyen de rappel élastique dudit élément inertiel au sein dudit résonateur et comportant au moins une lame flexible joignant un premier encastrement dudit premier élément à un deuxième encastrement dudit deuxième élément, ledit premier encastrement définissant avec ledit deuxième encastrement une direction de lame, ledit premier élément et ledit deuxième élément étant chacun plus rigide que chaque dite au moins une lame flexible, ladite au moins une lame flexible étant agencée pour se déformer essentiellement dans un plan XY parallèle à ladite direction de lame, et comportant une première dimension L appelée longueur selon un premier axe Y longitudinal parallèle à ladite direction de lame, une deuxième dimension E appelée épaisseur selon un deuxième axe X transversal orthogonal audit premier axe Y dans ledit plan XY, et une troisième dimension H appelée hauteur selon un troisième axe Z orthogonal audit plan XY, ladite première dimension L étant supérieure à ladite troisième dimension H qui est supérieure à ladite deuxième dimension E, ladite au moins une lame s'étendant sensiblement en forme de ruban autour ou de part et d'autre d'une fibre neutre géométrique joignant ledit premier encastrement et ledit deuxième encastrement, et comportant au moins une zone médiane s'étendant transversalement, selon ledit deuxième axe X, de part et d'autre de ladite fibre neutre et dont l'épaisseur est une épaisseur nominale EN.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant au moins un tel résonateur.
  • L'invention concerne le domaine des pièces d'horlogerie à oscillateur mécanique, et en particulier le domaine des montres, où les guidages flexibles selon l'invention permettent de garantir à la fois l'isochronisme et l'insensibilité aux positions dans l'espace.
    • Arrière-plan de l'invention
  • Traditionnellement, une montre mécanique comporte un oscillateur comportant un balancier-spiral, qui est responsable de la bonne précision chronométrique de la montre.
  • Schématiquement, l'oscillateur mécanique assure trois fonctions élémentaires avec :
    • des moyens de guidage, agencés pour limiter les degrés de liberté ;
    • des moyens inertiels ;
    • des moyens de rappel élastique.
  • Plus particulièrement pour le balancier-spiral, ces fonctions élémentaires sont réalisées par, respectivement :
    • des pivots, classiquement dans des paliers en rubis ;
    • la serge du balancier ;
    • le ressort spiral.
  • La précision des montres mécaniques traditionnelles est limitée par les différences de frottements des pivots du balancier, selon les différentes positions que peut prendre la montre dans l'espace.
  • Dès lors, on s'attache à développer des oscillateurs dépourvus de pivots frottants.
  • Une voie très prometteuse pour s'affranchir du frottement des pivots est celle des oscillateurs à guidages flexibles, dans lesquels un guidage flexible remplit deux fonctions élémentaires à la fois : d'une part la fonction de guidage et, d'autre part, la fonction de force ou de couple de rappel élastique.
  • Dans le cas de la montre mécanique, on privilégie un guidage flexible rotatif, pour que les chocs en translation ne perturbent pas l'oscillateur, et on prend soin de placer le centre de masse de l'élément inertiel sur l'axe virtuel défini par ledit guidage flexible.
  • Des exemples non limitatifs de guidages flexibles rotatifs sont décrits dans les documents EP3035126 , EP3206089 , et EP18179623 , tous au nom de THE SWATCH GROUP RESEARCH & DEVELOPMENT Ltd. Il existe désormais une grande variété de guidages flexibles rotatifs, dont la fabrication a été rendue possible par les technologie « LIGA » et « DRIE ».
  • Afin de garantir la précision de la montre mécanique, on cherche à définir un guidage flexible rotatif dont le couple de rappel est proportionnel à l'angle d'élongation, pour que la période ne dépende pas de l'amplitude d'oscillation, et dont les déplacements parasites du centre de rotation virtuel sont les plus faibles, pour que la période ne dépende pas de l'orientation de la montre. On recherche, en outre, un guidage qui permette de grandes amplitudes sans que les contraintes dans le matériau produisent la rupture.
  • En pratique, pour bien assurer la fonction de guidage d'un tel guidage flexible, on sait utiliser au moins deux lames flexibles combinées en parallèle, comme par exemple dans un pivot à lames croisées en projection. Mais la forme la plus élémentaire de guidage flexible rotatif est une lame unique qui travaille en flexion pure, et qui reste une solution à ne pas négliger.
  • En première approximation, si on soumet une lame sensiblement plate à un moment, elle se déforme selon un arc de cercle, et son extrémité définit un angle proportionnel au moment appliqué.
  • En réalité, la lame fléchie présente une légère courbure anticlastique. La courbure anticlastique est due au fait que les fibres extérieures à la fibre neutre de la lame en flexion, doivent s'allonger et donc, aussi se contracter dans les directions orthogonales à la fibre neutre, et, inversement, les fibres intérieures à la fibre neutre sont contractées et donc, s'étendent orthogonalement.
  • L'ampleur de ces déformations orthogonales est décrite par le coefficient de Poisson. Si le volume du matériau est maintenu, le coefficient de Poisson vaut 0.5. Pour la plupart des matériaux usuels, le coefficient de Poisson est plus proche de la valeur 0.3.
  • L'ampleur de la courbure anticlastique dépend de la courbure en flexion locale, du coefficient de Poisson du matériau, des rapports entre les trois principales dimensions de la lame, et des géométries des encastrements.
  • La dépendance de la courbure anticlastique à l'angle de flexion provoque, si on ne prend aucune précaution, une non-linéarité dans la relation entre l'angle de flexion et le moment appliqué.
  • Cet effet est très faible, mais pour un oscillateur de montre mécanique, un millième de non-linéarité résulte en une erreur de l'ordre de 100 secondes par jour de fonctionnement.
  • Il convient encore de noter encore que l'on cherche parfois à contrôler la non-linéarité plutôt qu'à l'annuler, pour, par exemple, compenser un anisochronisme provoqué par l'échappement utilisé.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention se propose de définir un guidage flexible pour oscillateur mécanique, qui soit le moins possible soumis à la courbure anticlastique.
  • L'invention se propose de munir la lame flexible d'un relief adéquat, notamment de nervures, afin de contrôler la courbure anticlastique, sans pour autant dégrader significativement les performances élastiques de la lame flexible.
  • Plus particulièrement, plusieurs nervures sont réparties le long de la lame flexible et s'étendent selon la hauteur de celle-ci, afin de la rigidifier pour limiter la courbure anticlastique, sans beaucoup limiter ses qualités attendues de flexion.
  • A cet effet, l'invention concerne un résonateur d'horlogerie selon la revendication 1.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant au moins un tel résonateur.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :
    • les figures 1 à 3 représentent, de façon schématisée, une lame flexible sujette à une courbure anticlastique :
    • la figure 1 est un détail montrant les courbures inverses qui se contrarient dans la zone médiane de la lame à distance égale des encastrements ;
    • la figure 2 est une vue de dessus de cette lame,
    • et la figure 3 est une vue en perspective de cette même lame faisant apparaître la courbure parasite au milieu de la lame ;
    • la figure 4 représente, de façon similaire à la figure 3,une lame flexible droite classique entre deux encastrements, à l'état libre non contraint ;
    • les figures 5 et 6 représentent, de façon similaire aux figures 3 et 2, une lame flexible selon l'invention, équipée de nervures s'étendant sur sa hauteur, représentée en flexion ;
    • la figure 7 est un diagramme de marche d'un résonateur à guidage flexible à une lame, avec en ordonnée la marche en secondes par jour, en fonction de son amplitude en degrés en abscisse, pour différents nombres de tronçons entre les nervures dont est équipée une lame similaire à celle des figures 5 et 6 ;
    • la figure 8 est un diagramme de marche d'un résonateur à guidage flexible à une lame illustrant son anisochronisme, entre 20° et 10° d'amplitude, avec en ordonnée la marche en secondes par jour, en fonction du nombre de tronçons de la lame du résonateur en abscisse ;
    • les figures 9 et 10 représentent, de façon similaire aux figures 6 et 5, une lame flexible dont les nervures sont agencées de façon à constituer une lame ondulée dont la fibre neutre n'est pas comprise dans l'épaisseur de la lame, laquelle lame croise cette fibre neutre uniquement aux zones d'inflexion de l'ondulation ;
    • les figures 11 et 12 représentent, de façon similaire aux figures 9 et 10, une lame flexible dont les nervures sont agencées de façon à constituer une lame ondulée dont la fibre neutre est comprise dans l'épaisseur de la lame, qui conserve ainsi sa rigidité maximale en traction ;
    • les figures 13 à 31 représentent, de façon similaire à la figure 5, différentes variantes d'exécution de lames flexibles selon l'invention :
    • figure 13: nervures droites parallélépipédiques sur toute la hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre ;
    • figure 14 : nervures prismatiques à base de losange, sur toute la hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre ;
    • figure 15: nervures tubulaires sur toute la hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre ;
    • figure 16: nervures prismatiques à base d'ellipse, sur toute la hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre ;
    • figure 17: nervures droites parallélépipédiques sur toute la hauteur de la lame, alternées par rapport à la fibre neutre selon un pas régulier ;
    • figure 18: nervures prismatiques à base de demi-ellipse, sur toute la hauteur de la lame, et sur un seul côté de celle-ci ;
    • figure 19: nervures prismatiques à base de trapèze, sur toute la hauteur de la lame, et sur un seul côté de celle-ci ;
    • figure 20: nervures prismatiques à base d'ondulation sinusoïdale, sur toute la hauteur de la lame, alternées par rapport à la fibre neutre selon un pas régulier, et en débord de la fibre neutre ;
    • figure 21: nervures prismatiques à base de ligne brisée en zig-zag, sur toute la hauteur de la lame, alternées par rapport à la fibre neutre selon un pas régulier, et en débord de la fibre neutre ;
    • figure 22: nervures prismatiques en secteurs cylindriques, sur toute la hauteur de la lame, alternées par rapport à la fibre neutre selon un pas régulier, et en débord de la fibre neutre ;
    • figure 23: nervures prismatiques en créneaux, sur toute la hauteur de la lame, alternées par rapport à la fibre neutre selon un pas régulier, et en débord de la fibre neutre ;
    • figure 24: nervures prismatiques à base d'ondulation sinusoïdale, sur toute la hauteur de la lame, alternées par rapport à la fibre neutre selon un pas régulier, et recouvrant la fibre neutre ;
    • figure 25: nervures prismatiques en secteurs cylindriques, sur toute la hauteur de la lame, alternées par rapport à la fibre neutre selon un pas régulier, et recouvrant la fibre neutre ;
    • figure 26: nervures droites parallélépipédiques sur une partie de la hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre ;
    • figure 27 : lame concave symétrie par rapport à la fibre neutre et par rapport par un plan à mi-hauteur de la lame ;
    • figure 28: nervures droites parallélépipédiques sur une partie de la hauteur de la lame, comportant un creux arrondi à mi-hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre ;
    • figure 29: nervures droites parallélépipédiques sur une partie de la hauteur de la lame, comportant un saillant arrondi à mi-hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre ;
    • figure 30: nervures droites parallélépipédiques sur une partie de la hauteur de la lame, de part et d'autre d'une ouverture à mi-hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre ;
    • figure 31: nervures droites parallélépipédiques sur une partie de la hauteur de la lame en forme de rampe selon la hauteur;
    • la figure 32 est un schéma-blocs représentant une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant un résonateur selon l'invention avec au moins une telle lame flexible à relief contre la courbure anticlastique.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés
  • L'invention se propose de munir la lame flexible de relief, et plus particulièrement de nervures, afin de contrôler la courbure anticlastique.
  • Les figures 1 à 3 représentent une lame flexible classique sujette à une courbure anticlastique.
  • La figure 4 définit les éléments géométriques de référence utilisés dans la suite de l'exposé, et représente une lame flexible 2 joignant un premier encastrement 41 d'un premier élément 4 à un deuxième encastrement 51 d'un deuxième élément 5. Le premier encastrement 41 définit avec le deuxième encastrement 51 une direction de lame D. Le premier élément 4 et le deuxième élément 5 sont, chacun, plus rigide que chaque lame flexible 2. La lame flexible 2 est agencée pour se déformer essentiellement dans un plan XY parallèle à la direction de lame D, et comportant une première dimension L appelée longueur selon un premier axe Y longitudinal parallèle à la direction de lame D et définie par le premier encastrement 41 et le deuxième encastrement 51, une deuxième dimension E appelée épaisseur selon un deuxième axe X transversal orthogonal au premier axe Y dans le plan XY, et une troisième dimension H appelée hauteur selon un troisième axe Z orthogonal au plan XY. La première dimension L est supérieure à la troisième dimension H, laquelle est supérieure à la deuxième dimension E.
  • La lame 2 s'étend sensiblement en forme de ruban le long d'une fibre neutre FN géométrique joignant le premier encastrement 41 et le deuxième encastrement 51, et comporte au moins une zone médiane 6, qui s'étend transversalement, selon le deuxième axe X, autour ou bien de part et d'autre de la fibre neutre FN, et dont l'épaisseur est une épaisseur nominale EN. Selon le cas, tel que visible sur les figures, la lame 2 peut s'étendre autour de la fibre neutre FN, qui reste alors toujours dans la matière, ou bien de part et d'autre de cette fibre neutre FN. On comprend que cette fibre neutre FN correspond à une courbe en position de repos de la lame 2, vers laquelle cette lame revient après une déformation élastique en flexion,
  • Dans une variante, tel que visible notamment sur la figure 5, plusieurs nervures sont réparties le long de la lame et s'étendent selon la hauteur de la lame, afin de rigidifier la lame pour limiter la courbure anticlastique, sans beaucoup la rigidifier pour la flexion prévue.
  • La figure 7 présente la marche d'un résonateur à guidage flexible à une lame en fonction de son amplitude pour différents nombres de tronçons, le nombre de nervures étant ici égal au nombre de tronçons moins un. On constate que l'ajout de quelques nervures suffit à améliorer considérablement l'isochronisme du résonateur.
  • La figure 8 montre la variation de marche (anisochronisme) entre 20° et 10° d'amplitude, en fonction du nombre de tronçons de la lame du résonateur.
  • Une autre variante consiste à munir la lame flexible d'ondulations, afin de contrôler la courbure anticlastique, tel que visible sur les figures 9 et 10. La lame ondulée proposée peut, en projection dans le plan XY, comprendre complètement la fibre neutre FN, pour ne pas perdre la rigidité en traction de la lame.
  • Ainsi, l'invention concerne un résonateur d'horlogerie 100 comportant, entre un premier élément 4 et un deuxième élément 5 dont au moins l'un des deux constitue un élément inertiel mobile au sein du résonateur 100, au moins un guidage flexible 1 constituant un moyen de rappel élastique de cet élément inertiel au sein du résonateur 100.
  • Ce guidage flexible 1 comporte au moins une lame flexible 2 telle que définie plus haut.
  • Selon l'invention, cette au moins une lame flexible 2 est symétrique par rapport à un plan médian parallèle au plan XY, a une extension transversale qui est variable selon le deuxième axe transversal X, en projection sur le plan XY, par rapport à la fibre neutre FN, et comporte, selon ce deuxième axe transversal X, au moins un relief. Ce relief est saillant et éloigné de la fibre neutre FN d'une distance supérieure à la moitié de la plus faible épaisseur de la au moins une lame flexible 2 considérée, ou à la moitié ou de l'épaisseur nominale EN, pour limiter la courbure anticlastique de cette au moins une lame flexible 2.
  • Plus particulièrement, cette au moins une lame 2 comporte, à distance du premier encastrement 41 et du deuxième encastrement 51, au moins une nervure 3 s'étendant sensiblement selon le troisième axe Z. Chaque nervure 3 comporte au moins une génératrice 31 qui est plus éloignée de la fibre neutre FN que ne le sont les surfaces latérales des zones médianes 6 de la lame 2 situées en dehors de cette ou de ces nervures 3. Et l'extension longitudinale LN, selon le premier axe Y longitudinal, de chaque nervure 3 de la lame 2 est inférieure ou égale au cinquième de la longueur L de la lame 2 entre ses encastrements.
  • Plus particulièrement, chaque nervure 3 est distante, selon le premier axe Y, de tout col que comporte la lame 2, d'une valeur supérieure ou égale à la hauteur H de la lame 2. Les variantes de réalisation illustrées sont des lames ne comportant pas de col.
  • Plus particulièrement, cette au moins une lame 2 comporte une pluralité de zones médianes 6, qui sont des tronçons s'étendant le long de la fibre neutre FN et dans le prolongement géométrique les uns des autres le long de la fibre neutre FN avec la même épaisseur nominale EN. Chaque tronçon 6 forme un ruban dont les surfaces latérales 60 sont parallèles au troisième axe Z. Et, en projection sur le plan XY, au moins deux tronçons 6 sont séparés par une nervure 3 d'épaisseur saillante ES par rapport à une surface latérale 60. Cette épaisseur saillante ES est de préférence supérieure ou égale à l'épaisseur nominale EN selon le deuxième axe X transversal. Plus particulièrement, l'épaisseur saillante ES est au moins une fois et demi plus grande que l'épaisseur nominale EN.
  • Plus particulièrement, cette au moins une lame 2 comporte, à distance du premier encastrement 41 et du deuxième encastrement 51, au moins deux nervures 3.
  • Dans une variante particulière, la lame 2 est droite, et comporte sa fibre neutre FN droite selon la direction de lame D.
  • Plus particulièrement, les tronçons 6 sont des tronçons courts, dont la longueur selon la première direction longitudinale Y est inférieure à la hauteur de la lame 2.
  • Plus particulièrement, le nombre de tronçons est supérieur ou égal au premier nombre entier supérieur ou égal au quotient L/H de la longueur totale L de la lame 2 par sa hauteur H.
  • Dans une variante de réalisation, la lame 2 comporte une alternance de tronçons 6 suivant la fibre neutre FN, et de nervures 3.
  • Dans une autre variante de réalisation, les zones médianes 6 sont limitées à des zones d'inflexion entre des nervures arrondies ou pointues, ou similaire, formant une lame ondulée ou en zig-zag.
  • Dans une réalisation particulière, cette au moins une lame flexible 2 comporte au moins une nervure 3 qui s'étend sur toute la hauteur H de la lame 2 selon le troisième axe Z. Plus particulièrement, chaque nervure 3 de cette lame 2 s'étend sur toute la hauteur H de la lame 2 selon le troisième axe Z.
  • Plus particulièrement, la hauteur H de la lame 2 est inférieure ou égale au cinquième de la longueur L de la lame 2 entre ses encastrements.
  • Plus particulièrement, l'épaisseur maximale EM de la lame 2 selon le deuxième axe X transversal est inférieure ou égale au cinquième de la hauteur H de la lame 2.
  • Dans une réalisation avantageuse en termes de fabrication, la lame 2 forme un prisme droit s'étendant selon le troisième axe Z, c'est-à-dire un solide extrudé selon la direction Z depuis une base dans le plan XY, et plus particulièrement limité par deux plans parallèles au plan XY et distants de la hauteur H. Plus particulièrement la base de ce prisme dans le plan XY est symétrique par rapport à la projection de la fibre neutre FN dans ce plan XY. Autrement exprimé, la lame 2 peut être facilement réalisée par un procédé de type extrusion, ou par un procédé « LIGA » ou « DRIE », puisque que sa géométrie peut être entièrement décrite par sa projection dans le plan XY, élevée selon la troisième direction Z.
  • Dans certaines variantes illustrées, la lame peut comporter une ouverture centrale, notamment quand elle est réalisée à base de deux wafers tête-bêche, ou comporter une dépouille, ou comporter deux dépouilles en symétrie par rapport à un plan médian parallèle au plan XY.
  • Plus particulièrement, l'extension longitudinale LN de chaque nervure 3 de la lame 2, selon le premier axe Y longitudinal, est inférieure ou égale à l'épaisseur saillante ES de la nervure 3 selon le deuxième axe X transversal.
  • Dans une réalisation particulière, au moins une nervure 3 est un parallélépipède rectangle ou est inscrit dans un parallélépipède rectangle.
  • Plus particulièrement, ces parallélépipèdes rectangles s'étendent sur toute la hauteur de la lame, et leur dimension selon le deuxième axe transversal X est plus grande que leur dimension selon le premier axe longitudinal Y.
  • Dans une autre variante, ces nervures sont prismatiques à base de losange, sur toute la hauteur de la lame, en symétrie par rapport à la fibre neutre par laquelle passe une diagonale du losange.
  • Dans une réalisation particulière, au moins une nervure 3 est un cylindre.
  • Dans une réalisation particulière, au moins une dite nervure 3 est un tube de section circulaire ou elliptique.
  • Dans une réalisation particulière, au moins une nervure 3 est symétrique par rapport à la fibre neutre FN.
  • Dans une réalisation particulière, au moins une nervure 3 est asymétrique par rapport à la fibre neutre FN.
  • Dans une réalisation particulière, la lame 2 comporte, à distance du premier encastrement 41 et du deuxième encastrement 51, une pluralité de nervures 3 saillant alternativement de part et d'autre des zones médianes 6.
  • Dans une réalisation particulière, au moins une nervure 3 est creuse ou ouverte.
  • Dans une réalisation particulière, toute projection de la lame 2 sur le plan XY englobe la fibre neutre FN.
  • Dans une réalisation particulière, la lame 2 comporte, à distance du premier encastrement 41 et du deuxième encastrement 51, une pluralité de nervures 3 réparties régulièrement selon la première direction Y longitudinale.
  • Dans une réalisation particulière, la lame 2 comporte, à distance du premier encastrement 41 et du deuxième encastrement 51, une pluralité de nervures 3, dont le nombre est supérieur ou égal à la différence entre d'une part le quotient L/H entre la longueur L et la hauteur H, et d'autre part une unité.
  • Dans une réalisation particulière, la projection de la lame 2 sur le plan XY comporte, au niveau de toutes les jonctions de surfaces, des congés arrondis avec une valeur minimale de rayon de 10 micromètres.
  • Dans une réalisation particulière, la lame 2 est en matériau micro-usinable ou en silicium compensé thermiquement par une couche périphérique de dioxyde de silicium.
  • Plus particulièrement, la lame 2 comporte, selon sa longueur L, au moins deux augmentations de son inertie de section. Dans une réalisation particulière, au lame comporte au moins trois augmentations de son inertie de section. Ces augmentations de son inertie de section sont réalisées par ces nervures 3 qui s'étendent selon la troisième direction Z.
  • Dans une variante de type « tôle ondulée », ces augmentations de l'inertie de section sont réalisées par des ondulations qui s'étendent de part et d'autre de la fibre neutre.
  • Dans une variante de type « tôle inextensible », les augmentations de l'inertie de section sont réalisées par de telles ondulations qui, vues en projection sur le plan XY, comprennent la fibre neutre.
  • Le guidage flexible 1 proprement dit n'est pas détaillé ici. Plus particulièrement, il comporte au moins deux telles lames flexibles 2. Plus particulièrement, ce guidage flexible est un pivot à lames croisées, avec au moins deux lames s'étendant chacune parallèlement au plan XY, distinctes, et croisées en projection sur ce plan XY.
  • Plus particulièrement, la lame 2 est réalisée par procédé « DRIE » ou « LIGA » ou similaire.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie 1000 comportant au moins un tel résonateur d'horlogerie 100. Plus particulièrement, cette pièce d'horlogerie 100 est une montre, en particulier une montre mécanique.

Claims (23)

  1. Résonateur d'horlogerie (100) comportant, entre un premier élément (4) et un deuxième élément (5) dont au moins l'un des deux constitue un élément inertiel mobile au sein dudit résonateur (100), au moins un guidage flexible (1) constituant un moyen de rappel élastique dudit élément inertiel au sein dudit résonateur (100) et comportant au moins une lame flexible (2) joignant un premier encastrement (41) dudit premier élément (4) à un deuxième encastrement (51) dudit deuxième élément (5), ledit premier encastrement (41) définissant avec ledit deuxième encastrement (51) une direction de lame (D), ledit premier élément (4) et ledit deuxième élément (5) étant chacun plus rigide que chaque dite au moins une lame flexible (2), ladite au moins une lame flexible (2) étant agencée pour se déformer essentiellement dans un plan XY parallèle à ladite direction de lame (D), et comportant une première dimension L appelée longueur selon un premier axe Y longitudinal parallèle à ladite direction de lame (D), une deuxième dimension E appelée épaisseur selon un deuxième axe X transversal orthogonal audit premier axe Y dans ledit plan XY, et une troisième dimension H appelée hauteur selon un troisième axe Z orthogonal audit plan XY, ladite première dimension L étant supérieure à ladite troisième dimension H qui est supérieure à ladite deuxième dimension E, ladite au moins une lame (2) s'étendant sensiblement en forme de ruban autour ou de part et d'autre d'une fibre neutre (FN) géométrique joignant ledit premier encastrement (41) et ledit deuxième encastrement (51), et comportant au moins une zone médiane (6) s'étendant transversalement, selon ledit deuxième axe X, de part et d'autre de ladite fibre neutre (FN) et dont l'épaisseur est une épaisseur nominale EN, caractérisé en ce que ladite au moins une lame flexible (2) est symétrique par rapport à un plan médian parallèle au dit plan XY, a une extension transversale variable par rapport à ladite fibre neutre (FN), selon ledit deuxième axe transversal X, en projection sur le plan XY, et comporte, selon ledit deuxième axe transversal X, au moins un relief qui est saillant et éloigné de ladite fibre neutre (FN) d'une distance supérieure à la moitié de la plus faible épaisseur de ladite au moins une lame flexible (2) ou de ladite épaisseur nominale (EN), pour limiter la courbure anticlastique de ladite au moins une lame flexible (2).
  2. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite lame (2) laquelle comporte, à distance de ses encastrements, au moins une nervure (3) s'étendant sensiblement selon un axe Z perpendiculaire au plan XY.
  3. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que chaque dite nervure (3) comporte au moins une génératrice (31) qui est plus éloignée de ladite fibre neutre (FN) que ne le sont les surfaces latérales desdites zones médianes (6) de ladite lame (2) situées en dehors desdites nervures (3), et caractérisé en ce que l'extension longitudinale LN, selon ledit premier axe Y longitudinal, de chaque dite nervure (3) de ladite lame (2) est inférieure ou égale au cinquième de ladite longueur L de ladite lame (2) entre ses encastrements.
  4. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que chaque dite nervure (3) est distante, selon ledit premier axe Y, de tout col que comporte ladite lame (2), d'une valeur supérieure ou égale à ladite hauteur H de ladite lame (2).
  5. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ladite au moins une lame (2) comporte une pluralité de dites zones médianes (6) qui sont des tronçons s'étendant le long de ladite fibre neutre (FN) et dans le prolongement géométrique les uns des autres le long de ladite fibre neutre (FN) avec la même dite épaisseur nominale EN, chaque dit tronçon (6) formant un ruban dont les surfaces latérales (60) sont parallèles audit troisième axe Z, caractérisé en ce que, en projection sur ledit plan XY, au moins deux dits tronçons (6) sont séparés par une dite nervure (3) d'épaisseur saillante ES par rapport à une dite surface latérale (60), ladite épaisseur saillante ES étant supérieure ou égale à ladite épaisseur nominale EN selon ledit deuxième axe X transversal.
  6. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite épaisseur saillante ES est au moins une fois et demi plus grande que ladite épaisseur nominale EN.
  7. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que ladite lame (2) comporte, à distance dudit premier encastrement (41) et dudit deuxième encastrement (51), au moins deux nervures (3).
  8. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que ladite lame (2) est droite et comporte sa dite fibre neutre (FN) droite selon ladite direction de lame (D).
  9. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que ladite au moins une lame flexible (2) comporte au moins une dite nervure (3) qui s'étend sur toute ladite hauteur H de ladite lame (2) selon ledit troisième axe Z.
  10. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ladite hauteur H de ladite lame (2) est inférieure ou égale au cinquième de ladite longueur L de ladite lame (2) entre ses encastrements.
  11. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que l'épaisseur maximale EM de ladite lame (2) selon ledit deuxième axe X transversal est inférieure ou égale au cinquième de ladite hauteur H de ladite lame (2).
  12. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que ladite lame (2) forme un prisme droit s'étendant selon ledit troisième axe Z.
  13. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 12, caractérisé en ce que la base dudit prisme dans ledit plan XY est symétrique par rapport à la projection de ladite fibre neutre dans ledit plan XY.
  14. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 2 à 13 quand elle dépend de la revendication 2, caractérisé en ce que l'extension longitudinale LN de chaque dite nervure (3) de ladite lame (2), selon ledit premier axe Y longitudinal, est inférieure ou égale à l'épaisseur saillante ES de ladite nervure (3) selon ledit deuxième axe X transversal.
  15. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 2 à 14 quand elle dépend de la revendication 2, caractérisé en ce qu'au moins une dite nervure (3) est un parallélépipède rectangle ou est inscrite dans un parallélépipède rectangle.
  16. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 2 à 15 quand elle dépend de la revendication 2,caractérisé en ce qu'au moins une dite nervure (3) est symétrique par rapport à ladite fibre neutre (FN).
  17. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 2 à 16 quand elle dépend de la revendication 2, caractérisé en ce que ladite lame (2) comporte, à distance dudit premier encastrement (41) et dudit deuxième encastrement (51), une pluralité de dites nervures (3) saillant alternativement de part et d'autre desdites zones médianes (6)
  18. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que toute projection de ladite lame (2) sur ledit plan XY englobe ladite fibre neutre FN.
  19. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 2 à 18 quand elle dépend de la revendication 2,caractérisé en ce que ladite lame (2) comporte, à distance dudit premier encastrement (41) et dudit deuxième encastrement (51), une pluralité de dites nervures (3) réparties régulièrement selon ladite première direction Y longitudinale.
  20. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 2 à 19 quand elle dépend de la revendication 2, caractérisé en ce que ladite lame (2) comporte, à distance dudit premier encastrement (41) et dudit deuxième encastrement (51), une pluralité de dites nervures (3), dont le nombre est supérieur ou égal à la différence entre d'une part le quotient L/H entre ladite longueur L et ladite hauteur H, et d'autre part une unité.
  21. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce que la projection de ladite lame (2) sur ledit plan XY comporte, au niveau de toutes les jonctions de surfaces, des congés arrondis avec une valeur minimale de rayon de 10 micromètres.
  22. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ladite lame (2) est en matériau micro-usinable ou en silicium compensé thermiquement par une couche périphérique de dioxyde de silicium.
  23. Pièce d'horlogerie (1000) comportant au moins un résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 22.
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