EP3851919A1

EP3851919A1 - Dispositif de repositionnement pour l'horlogerie

Info

Publication number: EP3851919A1
Application number: EP20152713.2A
Authority: EP
Inventors: Anthony Krüttli
Original assignee: Patek Philippe SA Geneve
Current assignee: Patek Philippe SA Geneve
Priority date: 2020-01-20
Filing date: 2020-01-20
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2040-01-20
Also published as: EP3851919B1

Abstract

La présente invention concerne un dispositif de repositionnement (1) pour l'horlogerie comprenant une came de repositionnement (7), un marteau (4), un ressort de rappel (6) et un dispositif de commande (3). Le dispositif de commande (3) est agencé pour retenir le marteau (4) dans une position de repos contre l'action du ressort de rappel (6), libérer le marteau (4) afin qu'il frappe la came de repositionnement (7) sous l'action du ressort de rappel (6) et la fasse tourner jusqu'à la verrouiller dans une position prédéterminée, et ramener le marteau (4) dans sa position de repos contre l'action du ressort de rappel (6). Le ressort de rappel (6) est agencé pour travailler dans une plage prédéterminée d'angles d'armage pendant chaque retour du marteau (4) à sa position de repos. Le ressort de rappel (6) est un ressort à comportement non linéaire dont la raideur est nulle ou négative dans au moins une partie de la plage prédéterminée.

Description

La présente invention concerne un dispositif de repositionnement pour un mécanisme horloger, c'est-à-dire un dispositif conçu pour mettre et remettre un organe dans une position prédéterminée. Dans un exemple d'application typique, le dispositif de repositionnement est un dispositif de remise à zéro d'une aiguille, telle qu'une aiguille de chronographe, de compteur de chronographe, de seconde ou de fraction de seconde.
Plus précisément, la présente invention concerne un dispositif de repositionnement pour l'horlogerie comprenant une came de repositionnement, un marteau, un ressort de rappel et un dispositif de commande. Le dispositif de commande est agencé pour retenir le marteau dans une position de repos contre l'action du ressort de rappel, libérer le marteau afin qu'il frappe la came de repositionnement sous l'action du ressort de rappel et la fasse tourner jusqu'à la verrouiller dans une position prédéterminée, et ramener le marteau dans sa position de repos contre l'action du ressort de rappel. Le dispositif de commande est typiquement actionnable par l'utilisateur au moyen d'un ou plusieurs poussoirs. Un tel dispositif de repositionnement est décrit par exemple dans l'ouvrage « Théorie d'horlogerie » de Charles-André Reymondin et al., octobre 1998, au chapitre 11.
Comme pour tout ressort traditionnel, la force du ressort de rappel dans un tel dispositif de repositionnement augmente proportionnellement à sa déformation. La figure 7 représente le graphe G du moment de force appliqué par le ressort de rappel au marteau en fonction de la position angulaire du marteau, la position P0 étant la position du marteau verrouillant la came de repositionnement, la position P1 étant la position de repos du marteau éloignée de la came de repositionnement. La pente de ce graphe G est la raideur du ressort. On constate que le moment de force Mmax à vaincre par le dispositif de commande pour ramener le marteau dans sa position de repos P1 est élevé par rapport au moment de force minimal Mmin de repositionnement de la came, ce qui implique un effort important de la part de l'utilisateur. On peut réduire cet effort en diminuant la raideur du ressort de rappel comme illustré par le graphe G', mais alors on diminue aussi la force du ressort de rappel, laquelle risque de ne plus être suffisante pour repositionner la came. En effet, on choisit généralement pour le repositionnement de la came une force minimale afin d'éviter les déplacements brusques générateurs d'usure ou causes de dysfonctionnements du mécanisme comme le détachement ou la déformation de l'aiguille par exemple. Si la force qui actionne le dispositif de commande ne provient pas de l'utilisateur mais d'un ressort moteur, par exemple dans le cas d'un dispositif de commande actionnable automatiquement, le moment de force élevé à vaincre pour le retour du marteau dans sa position de repos se traduit par une consommation d'énergie élevée dans le mécanisme.
La présente invention vise à réduire le moment de force à vaincre par le dispositif de commande pour le retour du marteau dans sa position de repos sans nuire à la fonction de repositionnement de la came.
A cette fin, il est proposé un dispositif de repositionnement pour l'horlogerie selon la revendication 1, des modes de réalisation particuliers étant définis dans les revendications dépendantes.
L'invention propose en outre une pièce d'horlogerie, telle qu'une montre-bracelet ou une montre de poche, comprenant ce dispositif de repositionnement.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective de dessus d'un dispositif de repositionnement selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
la figure 2 est une représentation graphique schématique du moment de force exercé par un ressort de rappel faisant partie du dispositif de repositionnement en fonction de sa déformation ;
la figure 3 représente les coordonnées de points définissant une forme particulière d'un bras élastique constituant le ressort de rappel ;
la figure 4 est une représentation graphique du moment de force exercé par le ressort de rappel ayant la forme telle que représentée à la figure 3 en fonction de sa déformation ;
la figure 5 est une représentation graphique d'un moment de force normalisé exercé par un bras élastique ayant la forme telle que représentée à la figure 3 en fonction de sa déformation, selon différentes variantes du bras élastique, à savoir un tel bras à section constante (courbe C1) et un tel bras à section variable (autres courbes), la section variant selon un premier mode de variation ;
la figure 6 est une représentation graphique d'un moment de force normalisé exercé par un bras élastique ayant la forme telle que représentée à la figure 3 en fonction de sa déformation, selon différentes variantes du bras élastique, à savoir un tel bras à section constante (courbe C1) et un tel bras à section variable (autres courbes), la section variant selon un deuxième mode de variation ;
la figure 7, déjà commentée, est une représentation graphique du moment de force exercé par un ressort de rappel sur un marteau d'un dispositif de repositionnement selon la technique antérieure, pour deux raideurs différentes du ressort de rappel.

Dans le contexte de la présente invention, on entend par le terme « raideur » la raideur tangentielle.
A la figure 1 est représenté un dispositif de repositionnement 1 pour pièce d'horlogerie selon un mode de réalisation particulier de l'invention, monté sur un bâti 2. Le dispositif de repositionnement 1 comprend un organe de commande 3, un marteau 4 pivoté en un point 5, un ressort de rappel 6 agissant sur le marteau 4 et une came de repositionnement 7 pivotée en un point 8. L'organe de commande 3 est ici une roue à colonnes comprenant un rochet 9 et des colonnes 10, mais il pourrait être d'un autre type, par exemple une came-navette. Le marteau 4 comprend un bec 11 agencé pour coopérer avec l'organe de commande 3 et une surface d'actionnement 12 agencée pour coopérer avec la came de repositionnement 7. La came de repositionnement 7, typiquement un cœur, est solidaire d'un organe (non représenté) que l'on souhaite pouvoir remettre dans une position prédéterminée, correspondant par exemple au zéro d'une graduation. L'organe peut ainsi être un organe indicateur tel qu'une aiguille de chronographe, de compteur de chronographe, de seconde ou de fraction de seconde. Dans le cas d'une aiguille de chronographe ou de compteur de chronographe, le dispositif de repositionnement 1 fait partie du mécanisme de chronographe et l'organe de commande 3 sert également à commander l'embrayage de chronographe et/ou un frein de chronographe. Selon un autre exemple d'application, l'organe solidaire de la came de repositionnement 7 est un élément d'une animation que comprend la pièce d'horlogerie.
Le ressort de rappel 6 maintient le bec 11 du marteau 4 en appui contre une colonne 10 de l'organe de commande 3. Dans cette position du marteau 4, dite position de repos, la surface d'actionnement 12 est hors de contact avec la came de repositionnement 7. Lorsque l'organe de commande 3 est tourné d'un certain angle, le bec 11 du marteau 4 tombe dans un vide entre deux colonnes 10 et la surface d'actionnement 12 vient frapper la came de repositionnement 7 sous l'action du ressort de rappel 6. L'appui de la surface d'actionnement 12 sur la came de repositionnement 7 fait tourner cette dernière jusqu'à ce que la surface d'actionnement 12 vienne se placer en appui contre deux épaules 13 de la came de repositionnement 7 pour exercer une force dirigée vers le centre de la came 7, ce qui arrête à la fois le marteau 4 et la came de repositionnement 7. La came de repositionnement 7 et l'organe qui en est solidaire sont alors verrouillés dans la position prédéterminée mentionnée plus haut. En déplaçant de nouveau l'organe de commande 3, une colonne 10 coopère avec le bec 11 pour faire remonter le marteau 4 dans sa position de repos contre l'action du ressort de rappel 6.
La force motrice pour chaque déplacement de l'organe de commande 3 est fournie par l'utilisateur via par exemple un poussoir agissant sur une bascule de commande agissant sur le rochet 9 par l'intermédiaire d'un crochet de commande. Selon l'application visée, on pourrait néanmoins prévoir un actionnement automatique de l'organe de commande 3 par un ressort moteur.
Dans le cas d'un mécanisme de chronographe, le marteau 4 est ramené dans sa position de repos par une colonne 10 de l'organe de commande 3 lors du déclenchement du départ du chronographe. Si le chronographe est à trois temps, c'est-à-dire ne comporte qu'un seul poussoir pour commander successivement le départ, l'arrêt et la remise à zéro de l'aiguille de chronographe, le bec 11 du marteau 4 est en appui contre une colonne 10 de l'organe de commande 3 pendant les phases de fonctionnement et d'arrêt du chronographe. Si le mécanisme de chronographe est à deux temps, c'est-à-dire comporte un premier poussoir pour commander le départ et l'arrêt de l'aiguille de chronographe et un second poussoir pour commander la remise à zéro, le bec 11 du marteau 4 s'appuie contre une colonne 10 de l'organe de commande 3 pendant la phase de fonctionnement mais est en regard d'un vide entre deux colonnes 10 pendant la phase d'arrêt, le marteau 4 étant alors retenu dans sa position de repos par un organe de commande auxiliaire, tel qu'un verrou, commandé par le second poussoir, comme cela est connu en soi.
Selon l'invention, le ressort de rappel 6 est conformé spécialement pour diminuer le moment de force à vaincre pour ramener le marteau 4 dans sa position de repos tout en garantissant une force suffisante pour le repositionnement de la came de repositionnement 7 pendant la chute du marteau 4.
Comme montré à la figure 1, le ressort de rappel 6 est sous la forme d'un bras ou lame élastique faisant partie d'une pièce 14 comprenant en outre une base 15 et un élément rotatif 16, le bras élastique 6 reliant la base 15 à l'élément rotatif 16, seul le bras élastique 6 se déformant pendant le fonctionnement du dispositif 1. La base 15 est fixée, par exemple au moyen de goupilles ou de vis, au bâti 2. L'élément rotatif 16 est fixé, par exemple au moyen de goupilles ou de vis, au marteau 4 pour tourner autour du point 5 avec le marteau 4.
La pièce 14 est typiquement monobloc. Elle est par exemple en métal, alliage, silicium, plastique, verre minéral ou verre métallique. Elle peut être réalisée par usinage ou par la technique LIGA, notamment dans le cas où elle est faite d'un métal ou alliage, par gravure ionique réactive profonde dite DRIE, notamment dans le cas où elle est faite en silicium, par moulage, notamment dans le cas où elle est faite en plastique ou verre métallique, ou par découpe laser, notamment dans le cas où elle est en verre minéral.
Pour la compréhension de l'invention, le comportement de la pièce 14 considérée isolément, c'est-à-dire libre de toute interaction avec le reste du dispositif 1, est décrit ci-dessous.
En raison de la forme de son bras élastique 6, la pièce 14 possède un sens de rotation privilégié de son élément rotatif 16 autour du point 5 par rapport à sa base 15, ce sens étant défini comme celui qui permet, à partir d'un état de repos de la pièce 14 isolée dans lequel son bras élastique 6 est au repos (sans déformation), le plus grand déplacement angulaire relatif de l'élément rotatif 16 par rapport à la base 15. Ce sens de rotation privilégié est le sens horaire à la figure 1.
Soit θ la position angulaire de l'élément rotatif 16 de la pièce 14 isolée par rapport à la base 15, θ étant égal à zéro lorsque la pièce 14 isolée est au repos, c'est-à-dire lorsque son bras élastique 6 est au repos, et augmentant avec le déplacement angulaire relatif de l'élément rotatif 16 par rapport à la base 15 dans le sens de rotation privilégié de la pièce 14 isolée ; la figure 2 illustre l'évolution M(θ) du moment de rappel élastique exercé par le bras élastique 6 dans la pièce 14 isolée en fonction de la position angulaire θ de l'élément rotatif 16 autour du point 5 par rapport à la base 15.
De manière générale, lorsque l'élément rotatif 16 est dans la position angulaire dans laquelle θ = x°, on dit que la pièce 14 est armée de x°.
Comme cela est visible sur la courbe M(θ) de la figure 2, ce moment de rappel élastique suit une évolution en trois phases :

pour un angle θ compris entre 0 et une première valeur θ₁, le moment de rappel élastique augmente rapidement avec la position angulaire θ ;
au-delà de cette première valeur θ₁, la pièce 14 est dans une phase sensiblement stable. En effet, entre cette première valeur θ₁ et une seconde valeur θ₂, le moment de rappel élastique est sensiblement constant par rapport à la position angulaire θ.
On entend par moment « sensiblement constant » un moment ne variant pas de plus de 10%, de préférence 5%, de préférence encore 3%, étant entendu que ce pourcentage peut être diminué davantage. Plus précisément, soient respectivement M_min et M_max les valeurs des moments minimum et maximum exercés dans la pièce 14 isolée sur une plage [θ₁, θ₂] donnée de positions angulaires de l'élément rotatif 16 par rapport à la base 15, le moment exercé dans cette pièce 14 isolée est sensiblement constant dès lors que l'inéquation « (M_max-M_min)/((M_max+M_min)/2) ≤ 0,1 » est vérifiée, plus précisément, dès lors que l'inéquation « (M_max-M_min)/((M_max+M_min)/2) ≤ y% », avec y=10, de préférence y=5, de préférence encore y=3, est vérifiée.
Dans cette phase sensiblement stable, le moment de rappel élastique exercé par le bras élastique 6 dans la pièce 14 isolée atteint toutefois localement un maximum pour une position angulaire θ_a, puis est décroissant dans l'intervalle de positions angulaires compris entre les valeurs θ_a et θ_b, où θ_a et θ_b sont compris entre θ₁ et θ₂ ;
au-delà de la valeur θ₂, le moment de rappel élastique augmente à nouveau jusqu'à atteindre une valeur limite M_limite, pour un déplacement angulaire θ=θ₃. Cette valeur M_limite dépend des propriétés du matériau dans lequel la pièce 14 est réalisée et correspond à la contrainte maximale que peut subir cette pièce.

La pièce 14 isolée présentant une courbe M(θ) du type de celle représentée à la figure 2 diffère des structures élastiques classiques. Ses propriétés reposent sur une forme sinueuse de son bras élastique 6 qui se déforme de manière à générer un moment de rappel élastique sensiblement constant (la courbe M(θ) présente un plateau entre θ₁ et θ₂) sur une plage prédéterminée de positions angulaires de son élément rotatif 16 par rapport à sa base 15. L'obtention d'un tel bras élastique 6 requiert une conception spécifique et paramétrée. Il peut par exemple être obtenu par optimisation topologique en appliquant l'enseignement de la publication « Design of adjustable constant-force forceps for robot-assisted surgical manipulation », Chao-Chieh Lan et al., 2011 IEEE International Conférence on Robotics and Automation, Shanghai International Conférence Center, May 9-13, 2011, China.
L'optimisation topologique dont il est question dans l'article précité utilise des courbes polynomiales paramétriques telles que les courbes de Bézier pour déterminer la forme géométrique du bras élastique.
Les courbes de Bézier se définissent, conjointement à une série de m=(n+1) points de contrôle (Q₀, Q₁, ... Q_n), par un ensemble de points dont les coordonnées sont données par des sommes de polynômes de Bernstein pondérées par les coordonnées desdits points de contrôle.
La forme géométrique du bras élastique 6 est une courbe de Bézier dont les points de contrôle ont été optimisés pour prendre en compte, notamment, les dimensions de la pièce 14 à concevoir ainsi qu'une contrainte « (M_max-M_min)/((M_max+M_min)/2) ≤ 0,05 ». L'inéquation « (M_max-M_min)/((M_max+M_min)/2) ≤ 0,05 » correspond à une constance du moment de rappel élastique de 5% sur une plage angulaire.
D'une manière générale, le bras élastique ou ressort de rappel de bascule 6 est conçu, notamment de par sa forme, pour exercer, dans la pièce 14, un moment de rappel élastique sensiblement constant (constance de 5%) sur une plage de positions angulaires de l'élément rotatif 16 par rapport à la base 15 d'au moins 10°, de préférence d'au moins 15°, de préférence encore d'au moins 20°.
Plus précisément, la forme géométrique du bras élastique 6 est définie par l'ensemble des points $\sum_{i = 0}^{n} B_{i}^{n} (t) . Q_{i},$
avec t ∈ [0,1], où les $B_{i}^{n}$
sont les polynômes de Bernstein donnés par la fonction $B_{i} (t) = \frac{(m - 1)!}{i! (m - 1 - i)!} t^{i} {(1 - t)}^{m - i - 1}$
avec t ∈ [0, 1],
et où les Q_i sont les points de contrôle Q₀ à Q_n. Elle correspond à la représentation graphique dans un repère orthonormé de l'ensemble des points définis par les couples de coordonnées (x ; y) définis respectivement par les fonctions x(t) et y(t), t ∈ [0, 1], ci-dessous : $x (t) = \sum_{i = 0}^{m - 1} Q_{ix} B_{i} (t)$
$y (t) = \sum_{i = 0}^{m - 1} Q_{iy} B_{i} (t)$
dans lesquelles Q_ix et Q_iy sont respectivement les coordonnées x et y des points de contrôle Q_i.
Les formules indiquées ci-dessus donnent les coordonnées d'une courbe de Bézier d'ordre m, c'est-à-dire une courbe de Bézier basée sur m points de contrôle. Pour des raisons pratiques, une telle courbe de Bézier peut être décomposée en une succession de courbes de Bézier d'ordre inférieur à m, auquel cas la forme géométrique du bras élastique est une succession de courbes de Bézier.
En utilisant ce principe, la demanderesse a conçu une pièce 14 particulière ayant les dimensions suivantes :

Distance entre le centre de rotation 5 de l'élément rotatif 16 et le point de jonction du bras élastique 6 à l'élément rotatif 16 : 2,25 mm ;
Distance entre le centre de rotation 5 de l'élément rotatif 16 et le point de jonction du bras élastique 6 à la base 15 : 11,25 mm ;
Distance entre les deux extrémités du bras élastique 6 : 9 mm ;
Longueur curviligne du bras élastique 6 : 10,89 mm ;
Epaisseur (largeur) du bras élastique 6 : 63,2 µm ;
Hauteur de la pièce 14 : 0,3 mm.

Dans le cadre de cette conception, sept points de contrôle Q₀, Q₁, Q₂, Q₃, Q₄, Q₅, Q₆ ont été utilisés. Les coordonnées de ces points de contrôle sont indiquées dans le tableau 1 ci-dessous.

Tableau 1 : Coordonnées des points de contrôle Q₀ à Q₆.

Variables	Coordonnées x [mm]	Coordonnées y [mm]
Q₀	1,70240625	1,47121875
Q₁	4,2148125	3,64275
Q₂	6,328125	-1,3303125
Q₃	7,734375	1,020375
Q₄	8,4375	2,32396875
Q₅	9,84375	0
Q₆	11,25	0

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

En utilisant les coordonnées des points de contrôle Q₀ à Q₆ ci-dessus dans les fonctions x(t) et y(t) précitées, la demanderesse a obtenu les coordonnées des points définissant la forme géométrique du bras élastique 6. Un certain nombre de ces couples de coordonnées sont donnés dans le tableau 2 ci-après.

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

X [mm]	Y [mm]
1,70240625	1,47121875
2,0762293	1,7451725
2,2608121	1,8453521
2,4437978	1,9228087
2,6251529	1,9788986
2,8048438	2,0149784
2,982837	2,0324044
3,159099	2,032533
3,3335963	2,0167206
3,5062954	1,9863237
3,6771628	1,9426987
3,8461649	1,8872018
4,0132683	1,8211897
4,1784394	1,7460186
4,3416447	1,663045
4,5028508	1,5736253
4,662024	1,4791158
4,8191309	1,3808731
4,974138	1,2802534
5,1270117	1,1786133
5,2777186	1,0773091
5,4262251	0,9776972
5,5724978	0,881134
5,716503	0,788976
5,85820734	0,70257953
5,99757725	0,62330101
6,13457924	0,55249686
6,26917978	0,49152347
6,40134537	0,44173726
6,53104248	0,40449463
6,65823761	0,38115199
6,78289725	0,37306575
6,90498788	0,38159231
7,02447599	0,40808809
7,14132806	0,45390948
7,25551059	0,52041291
7,36699006	0,60895476
7,47573296	0,72089146
7,58170578	0,8575794
7,684875	1,020375
7,80258923	1,18945129
7,92961763	1,30857778
8,06546995	1,38221814
8,209656	1,414836
8,36168555	1,41089502
8,52106838	1,37485884
8,68731427	1,31119112
8,859933	1,2243555
9,03843436	1,11881563
9,22232813	0,99903516
9,41112408	0,86947773
9,604332	0,734607
9,80146167	0,59888661
10,0020229	0,46678022
10,2055254	0,34275146
10,411479	0,231264
10,6193935	0,13678147
10,8287786	0,06376753
11,0391442	0,01668582
11,25	0

Le graphique de la figure 3 fait apparaître le bras élastique 6 de la pièce 14 particulière que la demanderesse a conçue, la géométrie du bras 6 étant définie par une courbe passant par l'ensemble des coordonnées de points défini dans le tableau 2 ci-dessus. Ce graphique est réalisé dans un repère orthonormé.
La figure 4 représente les résultats d'une simulation de l'évolution du moment de rappel élastique de la pièce 14 particulière ainsi réalisée en fonction de la position angulaire θ de son élément rotatif 16 par rapport à sa base 15.
La simulation effectuée considère une pièce 14 réalisée en silicium recouvert d'une couche d'oxyde de silicium, mais tout matériau approprié peut être utilisé. Par exemple des matériaux tels que des verres métalliques (par exemple le Vitreloy 1b), des alliages tels que le Nivaflex® 45/18 (alliage à base de cobalt, nickel et chrome), le nickel-phosphore ou le CK101 (acier de construction non-allié), ou le plastique conviennent également. Il est important de tenir compte du rapport entre la limite élastique et le module de Young du matériau pour choisir le matériau constituant le bras élastique 6.
Il ressort de l'analyse des résultats présentés à la figure 4 qu'un moment de rappel élastique localement maximum puis décroissant et enfin localement minimum est obtenu lors d'un déplacement de l'élément rotatif 16 de la pièce isolée 14 particulière étudiée par rapport à sa base 15 d'une position angulaire θ_a = 18° à une position angulaire θ_b = 34°, c'est-à-dire sur une plage de 16°.
La raideur de la pièce 14, plus précisément de son bras élastique 6, est la dérivée de la fonction M(θ) définie précédemment.
Sur la plage de positions angulaires [θ_a, θ_b] la raideur est nulle aux positions angulaires θ_a et θ_b et négative entre ces positions θ_a et θ_b. Dans la présente invention, on se place dans cette plage [θ_a, θ_b] ou au moins en partie dans cette plage.
Au sein du dispositif 1, la pièce 14 est donc agencée pour que, à chaque déplacement du marteau 4 de sa position où il verrouille la came de repositionnement 7 à sa position de repos éloignée de la came de repositionnement 7 contre l'action du bras élastique ou ressort de rappel 6, l'élément rotatif 16 se déplace dans une plage prédéterminée de positions angulaires par rapport à la base 15, cette plage étant incluse dans la plage de positions [θ₁, θ₂] associée à la pièce 14 et comprenant au moins une partie de la plage de positions [θ_a, θ_b] dans laquelle la raideur du bras élastique 6 est nulle ou négative. Typiquement, la raideur est nulle ou négative dans au moins 20%, de préférence au moins 40%, de préférence au moins 60%, de préférence au moins 80% de la plaque prédéterminée. De préférence, ladite plage prédéterminée est incluse dans la plage [θ_a, θ_b] ou constituée par cette dernière. De préférence encore, ladite plage prédéterminée est incluse dans la plage ]θ_a, θ_b[ où la raideur est négative en chaque point.
Pour obtenir un tel agencement, la pièce 14 est pré-armée. Plus précisément, la base 15 est positionnée lors de son montage sur le bâti 2 de manière à ce que le ressort de rappel 6 soit armé de θ_arm degrés lorsque la surface d'actionnement 12 est en appui contre les épaules 13 de la came de repositionnement 7, cette valeur θ_arm étant la borne inférieure de la plage prédéterminée susmentionnée. La longueur de la plage prédéterminée est définie par la course du marteau 4. Dans l'exemple illustré, elle est de 15°.
Grâce à la raideur au moins en partie nulle ou négative du ressort de rappel 6 dans la plage prédéterminée des positions angulaires que peut prendre l'élément rotatif 16 pendant le fonctionnement du dispositif 1, le moment de force à vaincre pour ramener le marteau 4 dans sa position de repos peut être réduit par rapport à un ressort de rappel traditionnel, pour une même force appliquée à la came de repositionnement 7 lorsqu'elle est dans sa position verrouillée. Les ressorts de rappel traditionnels, à lame droite, en V, en U ou en spirale, présentent en effet tous un comportement linéaire, leur raideur est positive et constante sur toute leur plage de travail.
Il est possible d'ajuster la valeur de raideur négative en concevant le ressort de rappel ou bras élastique 6 avec une section variable. La figure 5 montre différentes courbes représentatives d'un moment de force M(θ) normalisé exercé par le bras élastique 6 dans la pièce 14 isolée pour différentes variations de section du bras élastique 6. La courbe la plus haute, désignée par C1, correspond à un bras élastique 6 de section constante et d'épaisseur (largeur) 70 µm. Les courbes situées au-dessous de la courbe C1 correspondent à un bras élastique 6 dont l'épaisseur augmente linéairement de l'élément rotatif 16 à la base 15, l'épaisseur au point de jonction avec la base 15 étant de 70 µm pour chaque courbe, l'épaisseur au point de jonction avec l'élément rotatif 16 étant de 69 µm pour la première courbe C2 sous la courbe C1, de 68 µm pour la deuxième courbe C3 sous la courbe C1, de 67 µm pour la troisième courbe C4 sous la courbe C1, et ainsi de suite par décrémentation de 1 µm. On constate que, pour les premières courbes au moins, la raideur diminue (le moment de force décroît plus) dans la plage d'angles d'armage d'intérêt où la raideur est négative lorsque l'on augmente la variation de section. Il est à noter aussi que la longueur de la plage d'angles d'armage où la raideur est négative augmente.
D'autres modes de variation de la section du bras élastique 6 peuvent être envisagés. La figure 6 montre différentes courbes représentatives d'un moment de force M(θ) normalisé exercé par le bras élastique 6 dans la pièce 14 isolée. La courbe la plus haute, désignée par C1, correspond à un bras élastique 6 de section constante et d'épaisseur 70 µm. Les courbes situées au-dessous de la courbe C1 correspondent à un bras élastique 6 dont l'épaisseur augmente linéairement de l'élément rotatif 16 au milieu du bras élastique 6 et diminue linéairement du milieu du bras élastique 6 à la base 15, l'épaisseur au milieu du bras élastique 6 étant de 70 µm pour chaque courbe, l'épaisseur au point de jonction avec l'élément rotatif 16 et au point de jonction avec la base 15 étant de 69 µm pour la première courbe C2' sous la courbe C1, de 68 µm pour la deuxième courbe C3' sous la courbe C1, de 67 µm pour la troisième courbe C4' sous la courbe C1, et ainsi de suite par décrémentation de 1 µm.
De manière générale, dans les cas où le bras élastique 6 a une section variable, celle-ci varie typiquement de manière strictement monotone (elle augmente ou diminue sans interruption mais pas nécessairement linéairement) sur au moins une portion continue du bras élastique représentant 10%, de préférence 20%, de préférence 30%, de préférence 40%, de la longueur (curviligne) du bras élastique. La variation de la section est en outre choisie pour rendre plus négative la raideur du bras élastique 6 sur la plage [θ_a, θ_b] ou au moins sur la partie de la plage prédéterminée qui se recoupe avec la plage [θ_a, θ_b], par rapport à un bras élastique de même forme que le bras 6 mais de section constante.
Dans la présente invention, la forme de la came de repositionnement 7 peut être adaptée au comportement du ressort de rappel 6 pour que le moment de force appliqué par le marteau 4 à la came de repositionnement 7 soit sensiblement constant pendant le déplacement de cette dernière. On évite ainsi des pics de force sur la came 7, générateurs d'usure ou causes de dysfonctionnement. Si la raideur du ressort de rappel 6 est sensiblement nulle dans la plage de travail, on choisira donc la forme de la came 7 pour que le bras de levier soit sensiblement constant. Si la force du ressort de rappel 6 varie dans la plage de travail, la forme de la came 7 sera telle que la variation du bras de levier avec lequel le marteau 4 agit sur la came 7 compense la variation de la force du ressort de rappel 6.
Dans des variantes de l'invention, le ressort de rappel ou bras élastique 6 peut présenter une forme différente de celle illustrée à la figure 1. Il peut notamment prendre une forme telle que décrite dans l'article « Functional joint mechanisms with constant-torque outputs », Mechanism and Machine Theory 62 (2013) 166-181, Chia-Wen Hou et al.
Il apparaîtra clairement à l'homme du métier qu'au lieu d'être constitué d'un seul bras élastique, le ressort de rappel 6 pourrait comprendre plusieurs bras élastiques reliant la base 15 à l'élément rotatif 16, à l'instar des dispositifs décrits dans les deux articles « Design of adjustable constant-force forceps for robot-assisted surgical manipulation » et « Functional joint mechanisms with constant-torque outputs » mentionnés ci-dessus. Dans l'exemple de réalisation illustré à la figure 1, un seul bras élastique 6 est suffisant puisque celui-ci n'a pas de fonction de guidage - l'élément rotatif 16 est sur le marteau 4 qui est guidé par son axe - mais remplit seulement une fonction de rappel élastique. On notera d'ailleurs que réaliser le ressort de rappel 6 sous la forme d'un seul bras élastique présente l'avantage d'une plus grande compacité. De manière générale, le choix du nombre de bras élastique(s), de leur longueur et de leur épaisseur détermine l'intensité de la force produite. On peut aussi jouer sur l'inclinaison du ou des bras élastiques par rapport à l'élément rotatif 16 (dans le plan de la pièce 14) pour modifier l'intensité de la force produite.
Une autre modification de l'invention pourrait consister à rendre la pièce 14 dont fait partie le ressort de rappel 6 monobloc avec le marteau 4.
Le marteau 4 pourrait comporter plusieurs surfaces d'actionnement agencées pour agir sur plusieurs cames de repositionnement respectives.
On pourrait même avoir plusieurs marteaux du type du marteau 4 commandés chacun par l'organe de commande 3, soumis à l'action de ressorts de rappel 6 respectifs et agissant sur des cames de repositionnement 7 respectives. Dans ce cas, il est particulièrement intéressant que la raideur de chaque ressort de rappel 6 soit négative dans la plage de travail car le moment de force vu par l'organe de commande 3 est la somme des moments exercés sur lui par les marteaux 4.
Par ailleurs, plutôt que de comporter une surface d'actionnement 12 plane comme illustré à la figure 1, le ou chaque marteau 4 pourrait porter un galet qui coopérerait avec la came de repositionnement 7 respective.

Claims

Dispositif de repositionnement (1) pour l'horlogerie comprenant une came de repositionnement (7), un marteau (4), un ressort de rappel (6) et un dispositif de commande (3), le dispositif de commande (3) étant agencé pour retenir le marteau (4) dans une position de repos contre l'action du ressort de rappel (6), libérer le marteau (4) afin qu'il frappe la came de repositionnement (7) sous l'action du ressort de rappel (6) et la fasse tourner jusqu'à la verrouiller dans une position prédéterminée, et ramener le marteau (4) dans sa position de repos contre l'action du ressort de rappel (6), le ressort de rappel (6) étant agencé pour travailler dans une plage prédéterminée d'angles d'armage pendant chaque retour du marteau (4) à sa position de repos, caractérisé en ce que le ressort de rappel (6) est un ressort à comportement non linéaire dont la raideur est nulle ou négative dans au moins une partie de la plage prédéterminée.
Dispositif de repositionnement (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la raideur du ressort de rappel (6) est nulle ou négative dans sensiblement toute la plage prédéterminée.
Dispositif de repositionnement (1) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la raideur du ressort de rappel (6) est négative dans sensiblement toute la plage prédéterminée.
Dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ressort de rappel (6) comprend au moins un bras élastique.
Dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ressort de rappel (6) comprend un seul bras élastique.
Dispositif de repositionnement (1) selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le ou chaque bras élastique est de forme sinueuse.
Dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que la forme géométrique du ou de chaque bras élastique est une courbe de Bézier ou une succession de courbes de Bézier.
Dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que le ou chaque bras élastique présente une section variable dont la variation est choisie pour rendre plus négative la raideur du ressort de rappel (6) dans ladite au moins une partie de la plage prédéterminée, de préférence dans sensiblement toute la plage prédéterminée, par rapport à un bras élastique de même forme mais de section constante.
Dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le ressort de rappel (6) fait partie d'une pièce monobloc (14) comprenant en outre une base (15) fixée à un bâti (2) du dispositif de repositionnement (1) et un élément rotatif (16), le ressort de rappel (6) reliant la base (15) à l'élément rotatif (16).
Dispositif de repositionnement (1) selon la revendication 9, caractérisé en ce que l'élément rotatif (16) est solidaire du marteau (4) ou est constitué par le marteau (4).
Dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le dispositif de commande (3) est actionnable par l'utilisateur.
Dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le dispositif de commande (3) comprend une roue à colonnes.
Dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la came de repositionnement (7) présente une forme telle que le moment de force exercé sur elle par le marteau (4) est sensiblement constant pendant le déplacement de la came de repositionnement (7).
Pièce d'horlogerie comprenant un dispositif de repositionnement (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13.