EP3839654A1 - Procede de correction de la marche et/ou de l'amplitude aux positions pour un oscillateur de piece d'horlogerie de type balancier-spiral - Google Patents

Procede de correction de la marche et/ou de l'amplitude aux positions pour un oscillateur de piece d'horlogerie de type balancier-spiral Download PDF

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EP3839654A1
EP3839654A1 EP19218486.9A EP19218486A EP3839654A1 EP 3839654 A1 EP3839654 A1 EP 3839654A1 EP 19218486 A EP19218486 A EP 19218486A EP 3839654 A1 EP3839654 A1 EP 3839654A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
horizontal
friction
pivot
coefficient
oscillator
Prior art date
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Pending
Application number
EP19218486.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Baptiste LE BRIS
Jean-Luc Bucaille
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Patek Philippe SA Geneve
Original Assignee
Patek Philippe SA Geneve
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Filing date
Publication date
Application filed by Patek Philippe SA Geneve filed Critical Patek Philippe SA Geneve
Priority to EP19218486.9A priority Critical patent/EP3839654A1/fr
Publication of EP3839654A1 publication Critical patent/EP3839654A1/fr
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Classifications

    • 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
    • G04B17/063—Balance construction

Definitions

  • the present invention relates to a method for correcting the rate and / or the amplitude at the positions for a timepiece oscillator of the sprung balance type.
  • a traditional balance-spring type oscillator shown in figures 1a and 1b is composed of a balance 1 and a spiral spring attached by its ends to the balance 1 and to the pin 9 itself fixed to the cock.
  • the balance 1 is formed by a rim 1a integral with a balance axis 2.
  • the balance axis 2 comprises two pivots 3, 4 without bearing formed by a cylindrical part 3a, 4a connected by a fillet 3b, 4b to the tigeron of axis 2. Pivots 3, 4 pass through the hole of a pivot stone 5, 6 and press by their rounded end or pivot end 3c, 4c against the face of a second stone called counterpivot or counter-stone 7, 8.
  • a lubricant is used to improve the pivoting between the pivots 3, 4 and the pivot stones 5, 6 and the counter stones 7, 8.
  • the dimensions of the pivots 3, 4 and the holes in the pivot stones 5, 6 are generally less than 100 ⁇ m.
  • the balance axis 2 also carries, on one side of the balance 1, at least one plate 10 as well as the plate pin 11, through which the exhaust impulse arrives.
  • the oscillations of a sprung balance maintained by an escapement are not isochronous, that is to say that they do not all occur in equal time when the amplitude varies.
  • the duration of the oscillations of a spiral balance, and therefore its isochronism i.e. its ability to oscillate in equal times, regardless of external influences, see Illustrated Professional Dictionary of Watchmaking, G.-A . Berner) is disturbed by the following main factors: the escapement, the contact between the pivots of the balance shaft and their bearings (stones and counter-stones), the balance of the balance-spring assembly, the defects of the assembly and the shape of the balance-spring.
  • Watchmakers generally study the oscillations of a sprung balance maintained by an escapement in six determined positions of said sprung balance and of the watch: two horizontal positions, horizontal up (HH, on bottom, natural position of the hand in pronation) and horizontal down (HB, on glass, position rarely observed when carrying the hand in supination) and four vertical positions, vertical up (VH, 3h up), vertical down (VB, 9h up), vertical right (VD, 12 o'clock above) and vertical left (VG, 6 o'clock above).
  • the sprung balance is faster, the instantaneous rate is positive and the movement is ahead. Conversely, if the observed period T is longer than the theoretical period T o , the sprung balance is slower, the instantaneous rate is negative and the movement is lagging behind.
  • isochronism curves characterizing the isochronism of an oscillator of the balance-spring type maintained by an escapement.
  • the figure 2a illustrate these curves of isochronism in the six typical positions.
  • the watchmaker considers more generally the range of amplitudes between 180 ° and 300 ° visible on the figure 2b .
  • the delay at small amplitudes visible in the figure 2a is due to the sum of the disturbing factors acting on the sprung balance and in particular to the escapement and to the pivoting of said balance.
  • Watchmakers seek to optimize the operation of the sprung balance and therefore to reduce the differences between the different steps (the back-glass offset and the flat-hanging offset in motion), to optimize isochronism and to maximize the amplitude of the oscillations. .
  • the aim of the present invention is to provide a method for correcting the rate and / or amplitude at the positions for a timepiece oscillator of the sprung balance type making it possible to correct, for a given spiral balance type oscillator, the rate. and in particular the bottom-glass offset and / or the flat-hang offset during operation and / or the flat-hang offset in amplitude.
  • the present invention relates to a method for correcting the rate and / or the amplitude at the positions for a timepiece oscillator of the sprung balance type according to claim 1.
  • the present invention relates to a method for correcting the rate and / or the amplitude at the positions for a timepiece oscillator of the sprung balance type.
  • the first step of this process consists in providing a timepiece movement comprising a spiral balance type oscillator as well as an escape mechanism for maintaining the oscillations of said oscillator.
  • a spiral balance type oscillator is illustrated in figures 1a and 1b and has already been described in part above.
  • the oscillator comprises a balance axis terminated by first and second pivots.
  • the pivots are arranged to pivot in bearings including two horizontal bearings and two vertical bearings.
  • the horizontal bearings consist of counter-stones 7, 8 and the vertical bearings consist of the two pivot stones 5, 6.
  • the first and second pivots are supported in the vertical bearings while in low horizontal position HB, the first pivot of the oscillator, called pivot HB (pivot end 4c) is supported on a first horizontal bearing called bearing HB (counter-stone 8).
  • the second pivot of the oscillator called pivot HH (pivot end 3c) is supported on a second horizontal bearing called bearing HH (counter-stone 7).
  • the second step of the method according to the invention consists in determining, for the oscillator provided, the isochronism curves in the six typical positions when said oscillator is placed in the clockwork movement and its oscillations are maintained by the mechanism d 'exhaust. These curves are illustrated in figures 2 to 4 for the oscillator of figures 1a to 1b .
  • the balance axis 2 bears vertically by the end of the pivot 3c, 4c on a counter stone 7, 8. In these positions, it is preferable that the balance axis 2 do not touch the counter stones 7, 8 at the same time. An axial clearance of 30 ⁇ m is recommended.
  • the end of the pivot 3c of the balance shaft 2 rests against the counter-stone 7 when the timepiece is viewed from the back side, while in the bottom horizontal position HB, the end of pivot 4c of the balance axis is resting against the counter-stone 8.
  • the trace of the ends of pins 3c and 4c on their respective counter stones 7, 8 should be a point and the pins 3, 4 should never touch the edges of the hole of stones 5, 6.
  • the development of the hairspring is not perfectly concentric which generates radial forces on the balance axis 2 and on each of the pivots 3, 4 which cause a translational movement of the pivot ends 3c, 4c on their counterpart. -respective stone 7, 8.
  • a force is transmitted to the balance shaft 2 which also causes a translational movement of the pivot ends 3c , 4c. This force is greater than the radial forces due to the non-concentric development of the hairspring.
  • the second major disturbing factor for the top and bottom horizontal positions is the frictional contact between the ends of the pivots 3c, 4c and the counter stones 7, 8.
  • walking is therefore influenced by the change in position of the pivot end 3c, 4c on the counter-stone 7, 8 and the friction due to this change in position.
  • the friction is low then the disruptive effect of the balance spring and the fork may be preponderant and promote the sliding of the pivot end on the counter-stone, sliding which causes delay in the course.
  • the friction is high then the effect of the hairspring and the fork will be less and the friction of the rolling type may be favored, rolling which leads to advance in the rate.
  • the axis of the balance 2 supports by its two pivots 3, 4 in the holes of the pivot stones 5, 6.
  • the friction in the vertical positions is divided between a rolling friction and a sliding friction for the rest of the oscillation. This short rolling phase is responsible for an advance of several seconds per day and therefore has an influence on walking.
  • the isochronism curves obtained during the second step of the method according to the invention therefore make it possible to qualify the isochronism of the oscillator considered and in particular to determine the glass bottom shift in operation, the flat-hang shift in operation and the flat-hanged offset in amplitude.
  • a pawn-disc type test a pawn is rubbed on a disc under specific conditions (materials, speed, pressure, environment, etc.); the normal and tangential forces are continuously measured to calculate the coefficient of friction and after a certain number of cycles, the wear of the two parts is evaluated.
  • an indirect method which consists in measuring, during free oscillations (without influence of the escapement mechanism) of the oscillator considered, the variation in amplitude at each oscillation and by relating it to the coefficient of friction between the end of the pivot and the counter-stone for horizontal positions and between the pivot and the stone for vertical positions.
  • the fourth step of the method according to the invention consists in modifying the reference low horizontal friction coefficient and / or the reference high horizontal friction coefficient and / or the reference vertical friction coefficient on the respective pivot / bearing pairs to correct the bottom-to-glass offset on and / or the flat-hang offset on and / or the flat-hang offset in amplitude.
  • the bottom-glass offset during operation at maximum amplitudes is approximately 2s / d for a reference top and bottom horizontal friction coefficient of 0.12 (see figure 3 ). Also in this example, for an amplitude of between 180 ° and 300 °, the step in the low horizontal position HB is strictly greater than the step in the top horizontal position HH.
  • the curve of the figure 5 teaches that it is possible, in order to improve the bottom-glass offset during operation, to modify the reference low horizontal coefficient of friction for the couple end of pivot 4c / counter-stone 8 (pivot HB / bearing HB) in order to tighten the walking in horizontal position down HB to walking in horizontal position up HH.
  • the reference low horizontal friction coefficient for the pivot end 4c / counter-stone 8 (HB bearing) pair is modified to change to a corrected low horizontal friction coefficient of 0.05.
  • the rate in the low horizontal position HB is modified by approximately 2s / d.
  • the figure 8 illustrates the flat-hanged offset in motion with the high horizontal friction coefficient corrected above for the pivot end 4c / counter-stone 8 pair (HB pivot / HB bearing). It can be seen that the flat-hanged offset while running is also improved, going to 2s / d for an amplitude greater than 260 ° as illustrated on the figure 8 , compared to the 3s / d obtained previously ( figure 4 ). Even if the gain is insignificant, it is not a deterioration either.
  • This first example therefore shows that by reducing the reference low horizontal coefficient of friction between the pivot end 4c and the counter stone 8 (HB pivot / HB bearing), it is possible to significantly improve the bottom-glass offset during operation. without deteriorating the flat-hanged shift on the move.
  • the fourth step of the method according to the invention consists in reducing one of the top or bottom reference horizontal friction coefficients, so that the coefficient of corrected top or bottom horizontal friction is strictly lower than the top or bottom horizontal friction coefficient of reference. If the step in the low horizontal position HB is greater than the step in the top horizontal position HH according to the curves obtained in step 2 of the method according to the invention (as in the example illustrated), we will choose to reduce the coefficient of friction low horizontal reference of the HB pivot end / HB bearing torque.
  • step in the low horizontal position HB is less than the step in the top horizontal position HH according to the curves obtained in step 2 of the method according to the invention, we will choose to reduce the reference high horizontal friction coefficient of the torque HH pivot / HH bearing.
  • the flat-hanged shift in motion is about 3s / d at maximum amplitudes for a reference horizontal coefficient of friction of 0.12 (see figure 4 ).
  • the corrected high horizontal friction coefficient is equal to the corrected low horizontal friction coefficient.
  • these coefficients could be different, as long as they are each strictly lower than their reference high respectively low horizontal friction coefficient.
  • the fourth step of the method according to the invention consists in reducing the reference top and bottom horizontal friction coefficients on the two pairs of pivot / horizontal bearings, by so that the corrected top and bottom horizontal friction coefficients are strictly lower than the top and bottom horizontal friction coefficient respectively.
  • texturing and texturing is meant to produce a relief structure formed by the regular repetition of a geometric pattern and extending to the entire apparent surface of an object.
  • the texturing can be formed by circular or rectilinear streaks, holes, or any other suitable geometric shape.
  • Texturing is carried out by any suitable etching means, manual or automated.
  • the texturing is obtained by laser or by deep reactive ionic etching (known by its acronym DRIE) or by a machining process combining laser and selective chemical etching (SLE).
  • DRIE deep reactive ionic etching
  • SLE selective chemical etching
  • Other methods may be considered depending on the materials used, in particular 3D printing or molding techniques. Texturing can therefore be carried out as a step following the manufacture of the balance axis or of the stone or counter-stone or can be directly integrated during the manufacture of the axis (molding or direct printing of the part with the texturing ).
  • Another solution for correcting the reference high and / or low and / or vertical horizontal coefficient of friction consists in applying to the determined surfaces of the corresponding pivots and / or vertical and / or horizontal bearings a particular surface coating such as a coating of the DLC type (diamond like coating), a coating of the tungsten carbide-silicon carbide (WC-SiC) type, a coating of the solid or liquid lubricant (oil) type, a polytetrafluoroethylene coating or any other suitable surface coating making it possible to modify the coefficient of friction between two surfaces in contact.
  • the materials can be changed to obtain the desired coefficient of friction.
  • the present invention has been described above in relation to a balance shaft and its pivot bearings. It is conceivable to apply the teaching of the invention to a free oscillator or to other systems pivoted between bearings such as the axis of the anchor of an anchor escapement in particular.

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Abstract

La présente invention a pour objet un procédé de correction de la marche et/ou de l'amplitude aux positions pour un oscillateur de pièce d'horlogerie de type balancier-spiral dans lequel on modifier au moins un des coefficients de frottement de référence entre les pivots et les paliers de l'oscillateur dans ses positions horizontale haut ou horizontale bas ou verticale pour corriger le décalage fond-verre en marche et/ou le décalage plat-pendu en marche et/ou le décalage plat-pendu en amplitude.

Description

  • La présente invention a pour objet un procédé de correction de la marche et/ou de l'amplitude aux positions pour un oscillateur de pièce d'horlogerie de type balancier-spiral.
  • Un oscillateur traditionnel de type balancier-spiral représenté aux figures 1a et 1b est composé d'un balancier 1 et d'un ressort spiral attaché par ses extrémités au balancier 1 et au piton 9 lui-même fixé au coq. Le balancier 1 est formé d'une serge 1a solidaire d'un axe de balancier 2. L'axe de balancier 2 comprend deux pivots 3, 4 sans portée formés par une partie cylindrique 3a, 4a raccordée par un congé 3b, 4b au tigeron de l'axe 2. Les pivots 3, 4 traversent le trou d'une pierre de pivotement 5, 6 et appuient par leur extrémité arrondie ou bout de pivot 3c, 4c contre la face d'une seconde pierre appelée contrepivot ou contre-pierre 7, 8. En général, un lubrifiant est utilisé pour améliorer le pivotement entre les pivots 3, 4 et les pierres de pivotement 5, 6 et les contre-pierres 7, 8. Les dimensions des pivots 3, 4 et des trous dans les pierres de pivotement 5, 6 sont en général inférieures à 100 µm. L'axe de balancier 2 porte encore, d'un côté du balancier 1, au moins un plateau 10 ainsi que la cheville de plateau 11, par laquelle arrive l'impulsion de l'échappement.
  • En pratique, les oscillations d'un balancier-spiral entretenu par un échappement ne sont pas isochrones, c'est-à-dire qu'elles ne se font pas toutes en temps égal lorsque l'amplitude varie. La durée des oscillations d'un balancier spiral, et donc l'isochronisme de celui-ci (soit son aptitude à osciller dans des temps égaux, quelles que soient les influences extérieures, voir Dictionnaire professionnel illustré de l'horlogerie, G.-A. Berner) est perturbé par les principaux facteurs suivants : l'échappement, le contact entre les pivots de l'axe de balancier et leurs paliers (pierres et contre-pierres), l'équilibre de l'ensemble balancier-spiral, les défauts de l'ensemble et la forme du spiral.
  • Les horlogers étudient en général les oscillations d'un balancier-spiral entretenu par un échappement dans six positions déterminées dudit balancier-spiral et de la montre : deux positions horizontales, horizontale haut (HH, sur fond, position naturelle de la main en pronation) et horizontale bas (HB, sur verre, position rarement observée au porter de la main en supination) et quatre positions verticales, verticale haut (VH, 3h en haut), verticale bas (VB, 9h en haut), verticale droite (VD, 12h en haut) et verticale gauche (VG, 6 heure en haut).
  • L'isochronisme du balancier-spiral peut par exemple être évalué en associant pour chacune des six positions type l'amplitude des oscillations avec la marche instantanée du mouvement. La marche est un terme de réglage qui désigne traditionnellement la différence de deux états de la montre séparés par 24 heures. Il est possible de mesurer la marche instantanée M [s/j] en fonction de la période des oscillations du balancier : M = − 86400 T − T o T
    Figure imgb0001
     où, T est la période observée de l'oscillateur, To est la période théorique des oscillations (isochronisme parfait) et 86400 est le nombre de secondes dans 24 heures.
  • Ainsi, si la période observée T est plus courte que la période théorique To, le balancier-spiral est plus rapide, la marche instantanée est positive et le mouvement a de l'avance. A l'inverse, si la période observée T est plus longue que la période théorique To, le balancier-spiral est plus lent, la marche instantanée est négative et le mouvement a du retard.
  • En associant ainsi l'amplitude des oscillations avec la marche instantanée du mouvement, il est possible d'obtenir des courbes, dites courbes d'isochronisme, caractérisant l'isochronisme d'un oscillateur de type balancier-spiral entretenu par un échappement. La figure 2a illustre ces courbes d'isochronisme dans les six positions type. L'horloger considère plus généralement l'intervalle d'amplitudes entre 180° et 300° visible sur la figure 2b.
  • Le retard aux petites amplitudes visible dans la figure 2a est dû à la somme des facteurs perturbateurs agissant sur le balancier-spiral et notamment à l'échappement et au pivotement dudit balancier.
  • Les horlogers utilisent encore trois notions pour étudier les oscillations d'un balancier spiral : le décalage fond-verre est la différence de marche entre la position HB et la position HH pour une amplitude donnée (voir la figure 3) ; le décalage plat-pendu en marche est la différence de marche entre la moyenne des positions horizontales HH et HB et la moyenne des positions verticales VB, VH, VG et VD (voir la figure 4) ; tandis que le décalage plat-pendu en amplitude est la différence entre la moyenne des amplitudes maximales des positions horizontales HH et HB et la moyenne des amplitudes maximales des positions verticales VB, VH, VG et VD. Sur les courbes des figures 3 et 4, on lit les résultats suivants :
    • Décalage fond-verre en marche aux amplitudes maximales (285° et 295°) : 2s/j
    • Décalage plat-pendu en marche aux amplitudes maximales (285° et 255°) :3s/j
    • Décalage plat-pendu en amplitude : 30°.
  • Les horlogers cherchent à optimiser le fonctionnement du balancier-spiral et donc à réduire les écarts entre les différentes marches (le décalage fond-verre et le décalage plat-pendu en marche), à optimiser l'isochronisme et à maximiser l'amplitude des oscillations. En pratique, il s'agit plutôt de faire en sorte que tous les défauts (frottements, influence de l'échappement, forme du spiral, équilibre, contraintes de construction...) se neutralisent. Par exemple, il est connu de modifier la longueur du spiral, son point d'attache ou sa forme pour modifier la marche et créer ainsi de l'avance ou du retard aux petites amplitudes, pour contrer l'influence de l'échappement.
  • Le but de la présente invention est de proposer un procédé de correction de la marche et/ou amplitude aux positions pour un oscillateur de pièce d'horlogerie de type balancier-spiral permettant de corriger, pour un oscillateur du type balancier spiral donné, la marche et notamment le décalage fond-verre et/ou le décalage plat-pendu en marche et/ou le décalage plat-pendu en amplitude.
  • La présente invention a pour objet un procédé de correction de la marche et/ou de l'amplitude aux positions pour un oscillateur de pièce d'horlogerie de type balancier-spiral selon la revendication 1.
  • L'invention va maintenant être décrite en détail en référence aux figures annexées.
    • Les figures 1a et 1b illustrent un oscillateur de type balancier-spiral et ses moyens de pivotement traditionnels tels que décrits ci-dessus.
    • Les figures 2 à 4, également discutées en introduction, sont des courbes d'isochronisme obtenues pour un certain mouvement d'horlogerie dont l'oscillateur du type balancier-spiral illustré aux figures 1a et 1b présente les caractéristiques suivantes : fréquence 4Hz, masse du balancier 47mg, moment d'inertie 4,7 mg cm2, axe de balancier en acier, pivots de diamètre 63 µm lisses, bouts de pivots avec surface de contact lisse, pierres de pivotement et contre-pierres en rubis.
    • La figure 5 illustre la relation entre le coefficient de frottement entre le bout de pivot et sa contre-pierre et la marche en positions horizontale haut HH et horizontale bas HB pour une amplitude d'environ 285° à 295°.
    • La figure 6 illustre la relation entre le coefficient de frottement entre le pivot et sa pierre de pivotement et l'amplitude dans une position verticale.
    • La figure 7 illustre la marche en fonction de l'amplitude dans les positions horizontales HB et HH pour un coefficient de frottement corrigé valant 0,05 pour le couple bout de pivot /contre-pierre en position horizontale bas (palier HB).
    • La figure 8 illustre la moyenne des marches en positions horizontales haut et bas et la moyenne des marches en positions verticales en fonction de l'amplitude avec le coefficient de frottement corrigé valant 0,05 pour le couple bout de pivot/contre-pierre en position horizontale bas (palier HB).
    • La figure 9 illustre la marche en fonction de l'amplitude dans les positions horizontales HB et HH pour un coefficient de frottement corrigé valant 0,05 pour les deux couples bout de pivot/contre-pierre.
    • La figure 10 illustre la moyenne des marches en positions horizontales haut et bas et la moyenne des marches en positions verticales avec le coefficient de frottement corrigé valant 0,05 pour les deux couples bout de pivot/contre-pierre.
  • La présente invention a pour objet un procédé de correction de la marche et/ou de l'amplitude aux positions pour un oscillateur de pièce d'horlogerie de type balancier-spiral.
  • La première étape de ce procédé consiste à fournir un mouvement d'horlogerie comprenant un oscillateur de type balancier spiral ainsi qu'un mécanisme d'échappement pour l'entretien des oscillations dudit oscillateur. Un tel oscillateur de type balancier spiral est illustré aux figures 1a et 1b et a déjà été décrit en partie ci-dessus.
  • De manière générale, l'oscillateur fourni comprend un axe de balancier terminé par des premier et second pivots. Les pivots sont agencés pour pivoter dans des paliers dont deux paliers horizontaux et deux paliers verticaux. Dans la forme d'exécution illustrée aux figures 1a et 1b, les paliers horizontaux sont constitués des contre-pierres 7, 8 et les paliers verticaux sont constitués par les deux pierres de pivotements 5, 6. Dans les positions verticales, les premier et second pivots sont en appui dans les paliers verticaux tandis qu'en position horizontale bas HB, le premier pivot de l'oscillateur, dit pivot HB (bout de pivot 4c) est en appui sur un premier palier horizontal dit palier HB (contre-pierre 8). De même dans la position horizontale haut HH, le second pivot de l'oscillateur, dit pivot HH (bout de pivot 3c) est en appui sur un second palier horizontal dit palier HH (contre-pierre 7).
  • La seconde étape du procédé selon l'invention consiste à déterminer, pour l'oscillateur fourni, les courbes d'isochronisme dans les six positions type lorsque ledit oscillateur est placé dans le mouvement d'horlogerie et que ses oscillations sont entretenues par le mécanisme d'échappement. Ces courbes sont illustrées aux figures 2 à 4 pour l'oscillateur des figures 1a à 1b.
  • En positions horizontales du balancier-spiral HH et HB, l'axe de balancier 2 appuie verticalement par le bout de pivot 3c, 4c sur une contre-pierre 7, 8. Dans ces positions, il est préférable que l'axe de balancier 2 ne touche pas les contre-pierres 7, 8 en même temps. Un jeu axial de 30µm est préconisé. En position horizontale haut HH, le bout de pivot 3c de l'axe de balancier 2 est en appui contre la contre-pierre 7 lorsque la pièce d'horlogerie est regardée côté fond, tandis qu'en position horizontale bas HB, le bout de pivot 4c de l'axe de balancier est en appui contre la contre-pierre 8.
  • En théorie, dans les positions horizontales, la trace des bouts de pivots 3c et 4c sur leur contre-pierre 7, 8 respective devrait être un point et les pivots 3, 4 ne devraient jamais toucher les bords du trou des pierres 5, 6. En pratique, le développement du spiral n'est pas parfaitement concentrique ce qui génère des forces radiales sur l'axe de balancier 2 et sur chacun des pivots 3, 4 qui entraînent un déplacement en translation des bouts de pivot 3c, 4c sur leur contre-pierre respective 7, 8. De plus, lors du choc entre la fourchette de l'échappement et la cheville de plateau 11, une force est transmise à l'axe de balancier 2 qui entraîne également un déplacement en translation des bouts de pivot 3c, 4c. Cette force est plus importante que les forces radiales dues au développement non concentrique du spiral.
  • Les différentes forces radiales dues au spiral et au choc fourchette/cheville de plateau 10 ne s'exercent pas au centre de l'axe de balancier 2 puisqu'en général, ni la cheville de plateau 10, ni le spiral ne sont fixés au milieu dudit axe 2. Il y a donc une dissymétrie entre le déplacement en translation subi par les bouts de pivot 3c, 4c sur la contre-pierre 7, 8 selon que la position est horizontale haut HH ou horizontal bas HB. Pour essayer de réduire cette dissymétrie, une solution serait de tendre à un positionnement du spiral, du balancier ainsi que de la cheville de plateau au niveau du centre de gravité de l'axe de balancier. Cette dissymétrie est illustrée notamment par les deux courbes marche/amplitude distinctes pour les positions horizontale haut HH et horizontale bas HB de la figure 3.
  • Le second facteur perturbateur prépondérant pour les positions horizontales haut et bas est le contact de frottement entre les bouts de pivots 3c, 4c et les contre-pierres 7, 8.
  • Dans les positions horizontales, la marche est donc influencée par le changement de position du bout de pivot 3c, 4c sur la contre-pierre 7, 8 et les frottements dus à ce changement de position. En particulier, si les frottements sont faibles alors l'effet perturbateur du spiral et de la fourchette pourra être prépondérant et favoriser le glissement du bout de pivot sur la contre-pierre, glissement qui entraîne du retard dans la marche. A l'inverse, si les frottements sont importants alors l'effet du spiral et de la fourchette sera moindre et les frottements de type roulement pourront être favorisés, roulement qui entraîne de l'avance dans la marche.
  • En positions verticales du balancier, l'axe du balancier 2 appuie par ses deux pivots 3, 4 dans les trous des pierres de pivotement 5, 6. En particulier, ce sont les surfaces cylindriques 3a, 4a des pivots 3, 4 qui appuient contre les parois intérieures de chacun des trous des pierres de pivotement 5, 6. Selon l'amplitude d'oscillation de l'oscillateur balancier-spiral, les frottements dans les positions verticales se partagent entre un frottement de roulement et un frottement de glissement pour le reste de l'oscillation. Cette courte phase de roulement est responsable d'une avance de plusieurs secondes par jour et a donc une influence sur la marche.
  • De même, il est également démontré que les frottements dans les positions verticales engendrent une perte d'amplitude importante pour les oscillations de l'oscillateur (quelle que soit la position verticale considérée) et que cette perte d'amplitude est plus importante que dans les positions horizontales. Par conséquent, le décalage plat-pendu en amplitude est généralement significatif (30° selon les courbes de la figure 2b).
  • Les courbes d'isochronisme obtenues lors de la deuxième étape du procédé selon l'invention permettent donc de qualifier l'isochronisme de l'oscillateur considéré et en particulier de déterminer le décalage fond verre en marche, le décalage plat-pendu en marche et le décalage plat-pendu en amplitude.
  • La troisième étape du procédé selon l'invention consiste à déterminer les coefficients de frottement suivants :
    • Les coefficients de frottement entre les bouts de pivot 3c, 4c et leur contre-pierre respective 7, 8 qu'on appellera coefficient de frottement horizontal haut de référence, respectivement coefficient de frottement horizontal bas de référence,
    • Le coefficient de frottement entre les pivots 3, 4 et leur pierre de pivotement respective 5, 6 qu'on appellera, coefficient de frottement vertical de référence.
  • L'homme du métier sait comment mesurer ces coefficients de frottement. Il est possible par exemple d'effectuer un essai du type pion-disque : on fait frotter un pion sur un disque dans des conditions précises (matériaux, vitesse, pression, environnement, ...) ; on mesure en continue les forces normales et tangentielles pour calculer le coefficient de frottement et après un certain nombre de cycle, on évalue l'usure des deux pièces. Il est aussi possible d'utiliser une méthode indirecte qui consiste à mesurer, lors d'oscillations libre (sans influence du mécanisme d'échappement) de l'oscillateur considéré, la variation d'amplitude à chaque oscillation et en la reliant au coefficient de frottement entre le bout de pivot et la contre-pierre pour les positions horizontales et entre le pivot et la pierre pour les positions verticales.
  • Dans le cas de l'oscillateur balancier-spiral illustré aux figures 1a et 1b, avec un axe de balancier 2 en acier et des pierres de pivotement 5, 6 et contre-pierres 7, 8 en rubis, le coefficient de frottement horizontal bas de référence, le coefficient de frottement horizontal haut de référence sont égaux et sont également égaux au coefficient de frottement vertical de référence qui valent tous environ 0,12.
  • L'ordre d'exécution des deuxième et troisième étapes n'a pas d'importance.
  • La quatrième étape du procédé selon l'invention consiste à modifier le coefficient de frottement horizontal bas de référence et/ou le coefficient de frottement horizontal haut de référence et/ou le coefficient de frottement vertical référence sur les couples pivot/palier respectif pour corriger le décalage fond-verre en marche et/ou le décalage plat-pendu en marche et/ou le décalage plat-pendu en amplitude.
    • Correction du coefficient de frottement horizontal (haut ou bas) de référence (amélioration du décalage fond-verre et/ou du décalage plat-pendu en marche)
  • Les équations suivantes caractérisent la marche en position horizontale haut HH respectivement horizontale bas HB en fonction du coefficient de frottement µ entre les bouts de pivot 3c, 4c et leur contre-pierre respective 7, 8 (pivots HH et HB et leur palier HH et HB respectif) pour une amplitude d'environ 285° à 295°: M HH = − 265 , 37 µ 2 + 76 , 137 µ + 14.255
    Figure imgb0002
     M HB = − 552 , 76 µ 2 + 120 , 84 µ − 15.539
    Figure imgb0003
  • Avec ces équations, on obtient les courbes de la figure 5 illustrant la relation entre le coefficient de frottement entre le bout de pivot et sa contre-pierre et la marche en positions horizontale haut HH et horizontale bas HB pour une amplitude d'environ 285° à 295°.
  • Il est possible d'obtenir des résultats similaires à ceux de la figure 5 pour toutes les autres amplitudes. Il a été en effet été constaté que les courbes obtenues sont similaires et ne subissent qu'un décalage vertical.
  • Pour l'oscillateur illustré à la figure 1a, le décalage fond-verre en marche aux amplitudes maximales est d'environ 2s/j pour un coefficient de frottement horizontal haut et bas de référence de 0,12 (voir la figure 3). Dans cet exemple également, pour une amplitude comprise entre 180° et 300°, la marche en position horizontale bas HB est strictement supérieure à la marche en position horizontale haut HH.
  • Sur la courbe de la figure 5, on constate que, pour un coefficient de frottement µ de 0,12, la marche en positions horizontale haut HH et horizontale bas HB a un retard d'environ 2 s/j. Cela correspond bien à la valeur lisible sur la figure 3 illustrant la marche en positions horizontale haut HH et horizontale bas HB en fonction de l'amplitude (retard de 2s/j pour une amplitude de 285° à 295° environ) pour l'oscillateur de la figure 1a.
  • La courbe de la figure 5 enseigne qu'il est possible, pour améliorer le décalage fond-verre en marche, de modifier le coefficient de frottement horizontal bas de référence pour le couple bout de pivot 4c/contre-pierre 8 (pivot HB/palier HB) pour faire tendre la marche en position horizontale bas HB vers la marche en position horizontale haut HH.
  • Dans un premier exemple, on modifie le coefficient de frottement horizontal bas de référence pour le couple bout de pivot 4c/contre-pierre 8 (palier HB) pour passer à un coefficient de frottement horizontal bas corrigé valant 0,05. Selon la courbe de la figure 5, la marche en position horizontale bas HB est modifiée d'environ 2s/j.
  • Avec ce nouveau coefficient de frottement horizontal bas corrigé pour le couple bout de pivot 4c/contre-pierre 8 (pivot HB/palier HB), on obtient de nouvelles courbes d'isochronisme pour la marche en positions horizontales haut HH et bas HB en fonction de l'amplitude telles qu'illustrées à la figure 7. Par rapport à la figure 3, la courbe illustrant la marche en position horizontale haut HH par rapport à l'amplitude n'a pas changé (le couple bout de pivot 3c/contre-pierre 7, pivot HH/palier HH) est toujours caractérisé par le coefficient de frottement horizontal haut de référence, soit 0,12 dans cet exemple). Par contre, on constate que la marche en HB s'est rapprochée de la marche en HH dans un intervalle d'amplitude entre 220° et 290°. Ainsi, dans cet intervalle d'amplitude, le décalage fond-verre est essentiellement nul.
  • La figure 8 illustre le décalage plat-pendu en marche avec le coefficient de frottement horizontal haut corrigé ci-dessus pour le couple bout de pivot 4c/contre-pierre 8 (pivot HB/palier HB). On constate que le décalage plat-pendu en marche est également amélioré, passant à 2s/j pour une amplitude supérieure à 260° comme illustré sur la figure 8, par rapport au 3s/j obtenu précédemment (figure 4). Même si le gain est peu significatif, ce n'est pas non plus une détérioration.
  • Ce premier exemple montre donc qu'en diminuant le coefficient de frottement horizontal bas de référence entre le bout de pivot 4c et la contre pierre 8 (pivot HB/palier HB), il est possible d'améliorer sensiblement le décalage fond-verre en marche sans détériorer le décalage plat-pendu en marche. Dans cet exemple, on aurait pu choisir une autre valeur pour le coefficient de frottement horizontal bas corrigé comprise entre 0,12 et 0,05 ou inférieur à 0,05 et qui aurait également conduit à une amélioration du décalage fond-verre en marche.
  • De manière générale, pour corriger le décalage fond-verre en marche et l'améliorer, la quatrième étape du procédé selon l'invention consiste à diminuer l'un des coefficients de frottement horizontal haut ou bas de référence, de sorte que le coefficient de frottement horizontal haut ou bas corrigé est strictement inférieur au coefficient de frottement horizontal haut ou bas de référence. Si la marche en position horizontale bas HB est supérieure à la marche en position horizontale haut HH selon les courbes obtenues à l'étape 2 du procédé selon l'invention (comme dans l'exemple illustré), on choisira de diminuer le coefficient de frottement horizontal bas de référence du couple bout de pivot HB/palier HB. Tandis que si la marche en position horizontale bas HB est inférieure à la marche en position horizontal haut HH selon les courbes obtenues à l'étape 2 du procédé selon l'invention, on choisira de diminuer le coefficient de frottement horizontal haut de référence du couple pivot HH/palier HH.
  • On remarque que dans ce premier cas, en modifiant le coefficient de frottement horizontal haut ou bas de référence, les conséquences sur l'amplitude et/ou le décalage plat-pendu en amplitude ainsi que sur la marche dans les positions verticales sont insignifiantes.
  • Dans un second exemple, il est également possible lors de la quatrième étape du procédé selon l'invention de corriger le décalage plat-pendu en marche.
  • Pour l'oscillateur illustré à la figure 1a, le décalage plat-pendu en marche est d'environ 3s/j aux amplitudes maximales pour un coefficient de frottement horizontal de référence de 0,12 (voir la figure 4).
  • Selon la courbe de la figure 5, en modifiant les coefficients de frottement horizontal haut et bas de référence pour le couple bout de pivot 4c/contre-pierre 8 (pivot HB/palier HB) et pour le couple bout-pivot 3c/contre-pierre 7 (pivot HH/palier HH) pour passer à un coefficient de frottement corrigé valant 0,05, la marche en position horizontale bas HB et la marche en position horizontale haut HH sont chacune modifiées d'environ 2s/j.
  • Avec ces coefficients de frottement horizontal haut et bas corrigés pour les deux couples bout de pivot/contre-pierre, on obtient les courbes illustrées à la figure 9 pour les marches en position horizontales haut et bas. Le décalage plat-pendu en marche aux amplitudes maximales est significativement amélioré, passant à 1s/j comme illustré sur la figure 10, par rapport au 3s/j obtenu précédemment (figure 4). Selon la figure 5, la marche en positions horizontales a diminué de 2s/j dans un intervalle d'amplitude entre 220° et 290°, à la fois en position HH et en position HB. Dans cet intervalle d'amplitude, le décalage fond-verre est donc resté quasi identique à 2s/j par rapport à la figure 3. Ainsi, en modifiant les coefficients de frottement horizontal haut et bas de référence sur les deux couples pivot/palier horizontal, le décalage plat-pendu en marche est nettement amélioré sans détérioration du décalage fond-verre.
  • Dans l'exemple ci-dessus, le coefficient de frottement horizontal haut corrigé est égal au coefficient de frottement horizontal bas corrigé. En variante, ces coefficients pourraient être différents, tant qu'ils sont chacun strictement inférieurs à leur coefficient de frottement horizontal haut respectivement bas de référence.
  • De manière générale, pour corriger le décalage plat-pendu en marche et l'améliorer, la quatrième étape du procédé selon l'invention consiste à diminuer les coefficients de frottement horizontal haut et bas de référence sur les deux couples pivots/paliers horizontaux, de sorte que les coefficients de frottement horizontal haut et bas corrigés soient strictement inférieurs au coefficient de frottement horizontal haut, respectivement bas de référence.
  • Dans ce second cas également, en modifiant les coefficients de frottement horizontal haut et bas de référence, les conséquences sur l'amplitude et/ou le décalage plat-pendu en amplitude ainsi que sur la marche dans les positions verticales sont insignifiantes.
    • Correction du coefficient de frottement vertical de référence (amélioration du décalage plat-pendu en amplitude ou du décalage plat-pendu en marche)
  • L'équation suivante caractérise l'amplitude maximale en positions verticales θ en fonction du coefficient de frottement µ entre les pivots 3, 4 et leur pierre de pivotement respective 5, 6 : θ = 136 µ 2 − 244 µ + 288.
    Figure imgb0004
  • Sur la courbe de la figure 6 illustrant cette équation, on constate qu'en diminuant le coefficient de frottement vertical de référence sur les deux couples pivot/palier verticaux de 0.12 à 0.05, il est possible de gagner 17° d'amplitude maximale. Le décalage fond-verre en marche n'est pas influencé par cette diminution du coefficient de frottement vertical de référence puisque ce coefficient n'a pas d'influence sur le pivotement dans les positions horizontales qui déterminent le décalage fond-verre en marche. Par contre, la marche dans les positions verticales est réduite (d'environ 4s/j dans l'exemple illustré), ce qui a pour conséquence d'augmenter le décalage plat-pendu en marche.
  • A l'inverse, en augmentant le coefficient de frottement vertical de référence pour les deux couples pivot/palier vertical, il est possible d'améliorer le décalage plat-pendu en marche en le réduisant. Cependant, dans ce cas, le décalage plat-pendu en amplitude est péjoré (augmenté). La marche dans les positions horizontales n'est pas affectée.
  • De manière évidente, il est possible de combiner les résultats ci-dessus et de corriger à la fois le coefficient de frottement horizontal haut et/ou bas de référence et le coefficient de frottement vertical de référence afin de combiner les effets sur le décalage fond-verre en marche et/ou le décalage plat-pendu en marche et/ou le décalage plat-pendu en amplitude.
    • Exemple de techniques permettant de corriger les coefficients de frottement de référence horizontal et/ou vertical
  • Plusieurs solutions sont envisageables pour corriger le coefficient de frottement horizontal bas et/ou haut et/ou vertical de référence sur l'un et/ou l'autre des couples pivot/palier horizontal ou sur les couples pivots/palier verticaux.
  • Il est notamment possible de réaliser une texturation de surface sur les surfaces de contact de chaque pivot avec son palier vertical ou horizontal correspondant ou sur ledit palier vertical ou horizontal correspondant (dans l'exemple illustré, sur le bout de pivot, sur la contre-pierre, sur la surface du trou de la pierre de pivotement ou sur les parties cylindriques de chaque pivot).
  • Par texturation et texturer, on entend réaliser une structure en relief formée de la répétition régulière d'un motif géométrique et s'étendant à l'ensemble de la surface apparente d'un objet.
  • La texturation peut être formée de stries circulaires ou rectilignes, de trous, ou de toute autre forme géométrique appropriée.
  • La texturation est réalisée par tout moyen de gravure approprié, manuel ou automatisé. De préférence, la texturation est obtenue par laser ou par gravure ionique réactive profonde (connu sous son acronyme anglais DRIE) ou par un procédé d'usinage combinant laser et attaque chimique sélective (SLE). D'autres procédés pourront être envisagés selon les matériaux utilisés notamment des techniques d'impression 3D ou de moulage. La texturation peut donc être réalisée comme une étape suivant la fabrication de l'axe de balancier ou de la pierre ou contre-pierre ou peut être directement intégrée lors de la fabrication de l'axe (moulage ou impression direct de la pièce avec la texturation).
  • Lorsqu'un lubrifiant est utilisé pour le pivotement des pivots de l'axe de balancier dans de pivotement et sur les contre-pierres, il a été constaté que la texturation des parties cylindriques 3a, 4a ou des bouts de pivots 3c, 4c des pivots 3, 4 a également pour effet de retenir et concentrer le lubrifiant dans les creux de la texturation permettant d'améliorer encore les frottements et de prolonger l'efficacité du lubrifiant.
  • En variante, il est possible de combiner l'utilisation de paliers horizontaux et/ou verticaux texturés avec un axe de balancier dont les pivots présentent une partie cylindrique et/ou un bout de pivot texturé.
  • Une autre solution pour corriger le coefficient de frottement horizontal haut et/ou bas et/ou vertical de référence consiste à appliquer sur les surfaces déterminées des pivots et/ou des paliers verticaux et/ou horizontaux correspondants un revêtement de surface particulier comme un revêtement du type DLC (diamond like coating), un revêtement du type carbure de tungstène-carbure de silicium (WC-SiC), un revêtement du type lubrifiant solide ou liquide (huile), un revêtement de polytétrafluoroéthylène ou tout autre revêtement de surface approprié permettant de modifier le coefficient de frottement entre deux surfaces en contact. On peut en outre changer les matériaux pour obtenir le coefficient de frottement souhaité.
  • De manière générale, il est possible de corriger le coefficient de frottement horizontal haut ou bas de référence ou le coefficient de frottement vertical de référence en appliquant sur les surfaces de contact des pivots de l'oscillateur et/ou de leur palier respectif tout traitement physique ou chimique approprié ayant une influence sur le coefficient de frottement entre lesdites surfaces de contact.
  • La présente invention a été décrite ci-dessus en relation avec un axe de balancier et ses paliers de pivotement. Il est envisageable d'appliquer l'enseignement de l'invention à un oscillateur libre ou à d'autres systèmes pivoté entre paliers comme l'axe de l'ancre d'un échappement à ancre notamment.

Claims (7)

  1. Procédé de correction de la marche et/ou de l'amplitude aux positions pour un oscillateur de pièce d'horlogerie de type balancier-spiral comprenant les étapes suivantes :
    • fournir un mouvement d'horlogerie comprenant un oscillateur de type balancier spiral ainsi qu'un mécanisme d'échappement pour l'entretien des oscillations dudit oscillateur, l'oscillateur comprenant un axe de balancier terminé par des premier et second pivots, agencés pour pivoter dans des paliers dont deux paliers horizontaux et deux paliers verticaux de sorte que dans les positions verticales de l'oscillateur, les premier et second pivots sont chacun en appui dans un palier vertical correspondant tandis qu'en position horizontale bas HB, le premier pivot de l'oscillateur (4c) est en appui sur un premier palier horizontal dit palier HB (8) et dans la position horizontale haut HH , le second pivot de l'oscillateur (3c) est en appui sur un second palier horizontal dit palier HH (7) ;
    • déterminer, pour l'oscillateur fourni, les courbes d'isochronismes (marche en fonction de l'amplitude) dans les six positions type (HH, HB, VD, VG, VH, VB) lorsque ledit oscillateur est placé dans le mouvement d'horlogerie et que ses oscillations sont entretenues par le mécanisme d'échappement et déterminer le décalage fond verre en marche aux amplitudes maximales, le décalage plat-pendu en marche aux amplitudes maximales et le décalage plat-pendu en amplitude ;
    • déterminer au moins un des coefficients de frottement suivants :
    ∘ Le coefficient de frottement entre le premier pivot (4) et son palier HB, appelé coefficient de frottement horizontal bas de référence ;
    ∘ Le coefficient de frottement entre le second pivot (3) et son palier HH, appelé coefficient de frottement horizontal haut de référence ;
    ∘ Le coefficient de frottement entre les premier et second pivots (3, 4) et les paliers verticaux (5, 6) appelé coefficient de frottement vertical de référence ;
    • Modifier au moins un des coefficients de frottement de référence horizontal haut ou horizontal bas ou vertical pour corriger le décalage fond-verre en marche et/ou le décalage plat-pendu en marche et/ou le décalage plat-pendu en amplitude.
  2. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé par le fait que pour modifier au moins un des coefficients de frottement de référence horizontal haut ou horizontal bas ou vertical, un traitement physique ou chimique est appliqué sur les surfaces de contact des premiers ou second pivot et/ou des paliers horizontaux et/ou verticaux correspondant.
  3. Procédé selon la revendication précédente caractérisé par le fait que le traitement physique ou chimique comprend une texturation de surface ou l'application d'un revêtement de surface.
  4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que l'un des coefficients de frottement horizontal haut ou bas de référence est diminué de sorte à améliorer et réduire le décalage fond-verre en marche.
  5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les deux coefficients de frottement horizontal haut ou bas de référence sont diminués de sorte à améliorer et réduire le décalage plat-pendu en marche.
  6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que le coefficient de frottement vertical de référence est diminué de sorte à améliorer et réduire le décalage plat pendu en amplitude.
  7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que le coefficient de frottement vertical de référence est augmenté de sorte à améliorer et réduire le décalage plat-pendu en marche.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP1986059A1 (fr) * 2007-04-26 2008-10-29 ETA SA Manufacture Horlogère Suisse Dispositif de pivotement d'un arbre dans une pièce d'horlogerie
EP2551732A1 (fr) * 2011-07-29 2013-01-30 Rolex S.A. Balancier à pivotement optimisé
CH708217A2 (fr) * 2013-05-31 2014-12-15 Breitling Montres Sa Pivot de balancier.

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