EP4332686A1 - Spiral pour ensemble balancier-spiral d'un mouvement d'horlogerie - Google Patents

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EP4332686A1
EP4332686A1 EP22192771.8A EP22192771A EP4332686A1 EP 4332686 A1 EP4332686 A1 EP 4332686A1 EP 22192771 A EP22192771 A EP 22192771A EP 4332686 A1 EP4332686 A1 EP 4332686A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hairspring
turns
pin
balance
piton
Prior art date
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Pending
Application number
EP22192771.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Julien Christan
Raphaël Courvoisier
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.)
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Filing date
Publication date
Application filed by ETA SA Manufacture Horlogere Suisse filed Critical ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Priority to US18/366,805 priority patent/US20240069493A1/en
Priority to EP23190159.6A priority patent/EP4332687A1/fr
Priority to JP2023132275A priority patent/JP2024035115A/ja
Priority to KR1020230112084A priority patent/KR20240031086A/ko
Priority to CN202322356177.2U priority patent/CN220894734U/zh
Priority to CN202311105166.5A priority patent/CN117631509A/zh
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Pending legal-status Critical Current

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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
    • G—PHYSICS
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    • 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
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    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • G04B17/066—Manufacture of the spiral spring
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    • G04B17/325—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton for fastening the hairspring in a fixed position, e.g. using a block
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    • G04B18/02—Regulator or adjustment devices; Indexing devices, e.g. raquettes
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    • G04B18/00—Mechanisms for setting frequency
    • G04B18/04—Adjusting the beat of the pendulum, balance, or the like, e.g. putting into beat
    • G04B18/06—Adjusting the beat of the pendulum, balance, or the like, e.g. putting into beat by setting the collet or the stud of a hairspring

Definitions

  • the present invention relates to a balance spring for a balance-spring assembly of a watch movement.
  • the present invention also relates to a watch assembly comprising a hairspring and a pin.
  • a hairspring associated with a balance, forms a regulating organ commonly called a balance-spring for mechanical timepieces.
  • the hairspring appears in the form of a very fine spring which winds on itself in concentric turns when no constraint is exerted on it.
  • a first end of the hairspring called the first turn on the inside
  • a ferrule adjusted to an axis of the balance wheel
  • a second end of the hairspring called the last turn on the outside
  • eyebolt which is a part generally fixed by means of a eyebolt holder in a balance bridge also called a cock.
  • the time base for mechanical timepieces also called an oscillating system, includes a balance-spring pair and an escapement.
  • the balance wheel consists of a balance shaft pivoted between a first and a second bearing and connected to a balance wheel rim by means of radial arms.
  • the hairspring is fixed via its first turn on the inside to the axis of the balance, for example by means of a ferrule, and it is fixed via its last turn on the outside to a fixed attachment point such as a piton carried by a piton carrier.
  • the escapement in a very widespread embodiment, it comprises a double plate system consisting of a large plate which carries a plate pin and a small plate in which is made a notch.
  • the escapement also includes an anchor, an anchor rod of which is pivoted between a first and a second bearing.
  • the anchor consists of a rod that connects a fork to an input arm and an output arm.
  • the fork consists of an entry horn and an exit horn between which a stinger extends.
  • the fork travel is limited by an entry limit pin and an exit limit pin which can be made in one piece with an anchor bridge.
  • the input arm and the output arm respectively carry an input pallet and an output pallet.
  • the anchor cooperates with an escape wheel comprising an escape wheel axle pivoted between a first and a second bearing.
  • a hairspring is a spring which, as its name suggests, takes the shape of a spiral when it is at rest. Winded in a horizontal plane, parallel to the plane of the watch movement, the hairspring serves only one function: to make the balance oscillate around its equilibrium position, also called dead center, at the most constant frequency possible. When the balance leaves its equilibrium position by pivoting in a given direction, it tightens the hairspring. This creates a restoring torque in the balance spring which has the effect of returning the balance to its equilibrium position. During this beat, the hairspring relaxes.
  • the hairspring therefore relaxes and contracts alternately: we say that it breathes.
  • many factors contribute to preventing a spiral from developing isochronously during the expansion and contraction phases.
  • the hairspring must in particular resist oxidation and magnetism which stick the turns together and tend to stop the watch.
  • the influence of atmospheric pressure on the other hand, is weak. For a long time, it was temperature which was the heart of the problem, because heat expands the metal, while cold shrinks it.
  • the hairspring must also be elastic to deform and yet always regain its shape.
  • the material used to make the hairsprings is usually steel. Ductile, such steels must resist corrosion. Recent developments also suggest making hairsprings in silicon. Silicon hairsprings, notably because they are insensitive to magnetism, are more precise than their steel predecessors. On the other hand, their cost price is higher and, being fragile, they are more difficult to assemble.
  • a hairspring must be isochronous. No matter how far the hairspring turns, it must always take the same amount of time to oscillate. If the hairspring contracts only a few degrees, it accumulates little energy and slowly returns to its equilibrium position. If the hairspring is moved far from its equilibrium position, it moves very quickly in the opposite direction. The important thing is that these two trips take place within the same duration. The underlying idea is that the energy available to the hairspring is not constant and that it must still function whether the watch is fully wound or is in its last hours of power reserve.
  • hairsprings Due to their small dimensions, hairsprings are difficult to assemble. However, the way in which the two ends of a hairspring are fixed also greatly influences the precision of the running of the watch movement. In most mechanical watch movements, the two ends of the hairspring are inserted into a pierced part and are immobilized by means of a pin force-fitted manually using pliers. A slight rotation of the hairspring can then occur, which is detrimental to the precision of the movement.
  • Another technique consists of fixing the ends of the spirals using glue.
  • this technique also showed its limits. It has in fact been observed that due to its viscosity, the glue exerts by capillarity a traction force on the hairspring and can press the ends of the hairspring against the walls of the piton in which these ends are engaged. The resulting deformation of the hairspring induces mechanical stresses in it which are detrimental to the regularity of its operation.
  • the present invention aims to remedy the problems mentioned above as well as others by providing a hairspring of which a final turn on the outside can be fixed to a pin reliably without resorting to glue or to pins or even to operations such as pinching, crimping or others.
  • the present invention relates to a hairspring of a balance-spring assembly of a mechanical watch movement, the hairspring being formed of a succession of turns which extend between a first free end, called the first turn at the inside, and a second free end, called the last turn on the outside, the turns of the hairspring being arranged in an off-centered manner when it is in the free state, the last turn outside the hairspring ending with a stopping means for fixing it to a pin, the balance spring being fixed by its first turn inside to an axis of the balance wheel and by its last turn outside to the pin when it is in the mounted state in the balance-spring assembly, the turns rearranging themselves concentrically when this hairspring is in the mounted state, the fixing of the hairspring on the pin inducing in the turns of the hairspring an elastic stress thanks to which the stopping means is found fixed in a captive manner on the piton.
  • the present invention also relates to a hairspring and a pin for a balance-spring assembly of a mechanical watch movement, the hairspring being formed of a succession of turns which extend between a first free end, called the first turn at the inside, and a second free end, called the last turn on the outside, the turns of the hairspring being arranged in an off-centered manner when it is in the free state, the last turn outside the hairspring ending in a stopping means, the pin comprising a base in which a clearance is provided in which the stopping means is received, the turns rearranging themselves concentrically when this hairspring is at the mounted state in the balance-spring assembly, the fixing of the balance spring on the pin inducing in the turns of the balance spring an elastic constraint thanks to which the stopping means finds itself imperviously engaged in the release of the pin.
  • the stopping means is shaped like a hook.
  • the hook is shaped like a T, L, U or even in the shape of a marine anchor.
  • the hairspring is made of silicon, for example by plasma cutting of a silicon plate.
  • the present invention provides a watch assembly formed of a pin and a hairspring of which a final turn on the outside can be fixed to the pin reliably.
  • the passage of the hairspring from a position in which its turns are arranged off-centered relative to each other when it is in the free state to a position in which its turns are centered when the free end of its last turn on the outside is fixed on the pin causing an elastic tensioning of the turns of the hairspring thanks to which the stopping means finds itself imperviously engaged in the pin.
  • the hairspring can therefore be fixed on its pin without resorting to glue or pins or even operations such as pinching, crimping or others.
  • the fixing of the stopping means on the pin is done under constraint, this constraint inducing in the balance spring a mechanical tension which will simultaneously guarantee the blocking of the last turn outside the hairspring on the pin and the chronometric performance of the regulating assembly by concentric rearrangement of the turns of the hairspring.
  • the present invention proceeds from the general inventive idea which consists of providing a hairspring which, in the unmounted state, when no constraint other than the force of gravitation is exerted on it, has its turns off-centered, so that the space which separates two consecutive turns from the next two turns is not the same as we move away from the center of the spiral materialized by its first turn inside.
  • the hairspring according to the invention is arranged in such a way that, when it is fixed on the pin by the free end of its last turn on the outside, its turns find themselves centered, so that its turns are extend concentrically.
  • the passage of the balance spring from its free state in which its turns are off-centered to its state fixed on the pin in which its turns are centered causes the elastic tension of its turns, whereby the means stopping provided at the free end of its last turn on the outside finds itself imperviously engaged in the clearance provided in the piton.
  • the fixing of the hairspring according to the invention is therefore done without the use of glue or specific tools. This fixing is therefore simpler, quicker and more reliable than with the hairsprings of the state of the art.
  • the operation of the hairspring assemblies -resulting pendulum depends less on the skill of the operators or the correct adjustment of the machines for fixing the hairsprings and is therefore much more reproducible.
  • FIG. 1 An exemplary embodiment of a hairspring according to the invention is shown in figure 1 .
  • this hairspring comprises a plurality of turns S1, S2,..., Sn which extend between a first turn inside 2 which is located at the center 4 of the hairspring 1, and a final turn on the outside 6 which is located outside the hairspring 1.
  • the hairspring 1 is in a free state in which no constraint is exerted on it, except the force of terrestrial gravitation.
  • the balance spring 1 is in a rest position in which its turns S1,..., Sn are off-center, that is to say a position in which the distance R2,3 which separates the second turn S2 of the third turn S3 is not the same as the distance R1,2 which separates the first turn S1 from the second turn S2.
  • This stopping means takes the form of a hook 8, for example in the shape of a “T” comprising a foot 10 and a head 12 perpendicular to each other.
  • the foot 10 and the head 12 of the hook 8 are each formed of a bar of the same cross section as that of the turns S1,..., Sn of the spiral 1.
  • the hook 8 can have a section different from that of the turns S1,..., Sn of the hairspring 1. It can even consider locally varying the section of the hook 8 in order to adapt the mechanical stiffness of the different elements which make up the hook 8 for optimal fixing of the hook 8 on the eyebolt 14.
  • the hook 8 is arranged so that, for the case where it is shaped in a “T”, the bar which constitutes the head 12 of this hook 8 extends substantially perpendicular to the last turn Sn of the hairspring 1. Note that the stopping means such as the hook 8 does not contribute to the active length of the hairspring 1.
  • FIG. 2A is a perspective view of a peak according to the invention.
  • this piton can, in a non-limiting manner, be in the form of a cylinder.
  • the eyebolt 14 comprises a base 16 in which a clearance is provided such as a groove 18 which extends from one side to the base 16. This groove 18 opens into a slot 20 formed in the eyebolt 14 transversely to the groove 18 .
  • FIG. 3A is a perspective view on which is represented the hairspring 1 fixed on the pin 14 by its last turn on the outside 6.
  • the hook 8 is slipped into the groove 18 of the pin 14, then immobilized by bringing its head 12 resting against the bottom 22 of the slot 20.
  • the balance spring 1 adopts a centered position in which its turns S1,..., Sn are arranged concentrically, preferably but not necessarily at an equal distance from each other.
  • a force which would include (see Figure 3B ) a first component F2 directed radially towards the center 4 of the hairspring 1 to allow the head 12 of the hook 8 to disengage from the slot 20 of the pin 14, and a second component F3 directed towards the outside of the groove 18 formed in the base 16 of the pin 14, in order to allow the foot 10 of the hook 8 to disengage from this groove 18, which is practically impossible in the event of mechanical shocks for example during normal use of the watch.
  • the hairspring 1 according to the invention can for example be formed from a silicon bar with a width w and a thickness t (see Figure 4 ) obtained by means of the process described in the European patent application EP 1 422 436 A1 . It can for example come from plasma cutting of a monocrystalline silicon wafer and include a silicon core coated with an external layer of silicon oxide having thermal compensation properties.
  • the hairspring 1 according to the invention can also be made of metal or of a metal alloy for example by means of the LIGA process (Lithographische Galvano Abformung in German): after deposition of a layer of photosensitive polymer on a substrate by centrifugation, we use this layer of photosensitive polymer to form a hollow structure corresponding to the desired contour of the hairspring 1 by photolithography.
  • the layer of photosensitive polymer whose thickness corresponds to the desired height of the turns of the hairspring 1 is exposed to light through a photolithography mask, then chemically attacked to obtain the hollow structure corresponding to the desired contour of the hairspring 1.
  • the hollow structure is then filled with a metal or an alloy metallic for example by electrodeposition or by compression and sintering ( US 4,661,212 ) then, finally, the hollow structure is dissolved chemically and the hairspring 1 is released.
  • hook 8 can of course be considered, for example in the shape of an "L", oriented on the interior side (see figure 5A ) or exterior side (see Figure 5B ), or in the shape of a marine anchor (see Figure 6 ), or even in the shape of a “U” (see Figures 7A and 7B ).
  • Other forms of the clearance provided in the base of the eyebolt 14 can also be envisaged: rather than a slot 20 extending transversely to the groove 18, at least one and, preferably, two notches 24 can be provided parallel to the groove 18, on either side of the latter. This embodiment is particularly well suited to cases where the hook 8 is shaped in an “L” shape or in the shape of a marine anchor.
  • the fixing of the free end of the last turn to the exterior 6 of the balance spring 1 on the pin 14 is always done by inserting the hook 8 into the groove 18 of the pin 14, then blocking the free ends of the hook 8 in the ( or the) notches 24.
  • the opening of the hook 8 must be equal to or close to the thickness of the wall 26 separating the groove 18 from the notch 24.
  • the hook 8 is shaped in a "U"

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Abstract

L'invention concerne un spiral (1) d'un ensemble balancier-spiral d'un mouvement d'horlogerie mécanique, le spiral (1) étant formé d'une succession de spires (S1,...,Sn) qui s'étendent entre une première extrémité libre, appelée première spire à l'intérieur (2), et une seconde extrémité libre, appelée dernière spire à l'extérieur (6), les spires du spiral étant agencées de façon décentrée à l'état libre du spiral, la dernière spire à l'extérieur (6) du spiral (1) se terminant par un moyen d'arrêtage pour sa fixation sur un piton (14), le spiral (1) étant centré et ses spires concentriques lorsque ce spiral (1) est à l'état monté dans l'ensemble balancier-spiral, les spires se réarrangeant de façon concentrique lorsque ce spiral est à l'état monté, la fixation du spiral sur le piton induisant dans les spires du spiral (1) une contrainte élastique grâce à laquelle le moyen d'arrêtage se retrouve fixé de façon imperdable sur le piton (14).

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention concerne un spiral pour un ensemble balancier-spiral d'un mouvement d'horlogerie. La présente invention concerne également un ensemble horloger comprenant un spiral et un piton.
    • Arrière-plan technologique
  • Dans le domaine de l'horlogerie, un spiral, associé à un balancier, forme un organe régulateur communément appelé balancier-spiral pour les pièces d'horlogerie mécaniques. En première approche, le spiral se présente sous la forme d'un très fin ressort qui s'enroule sur lui-même en spires concentriques lorsqu'aucune contrainte ne s'exerce sur lui. A l'état monté, une première extrémité du spiral, appelée première spire à l'intérieur, est fixée à une virole ajustée sur un axe du balancier, et une seconde extrémité du spiral, appelée dernière spire à l'extérieur, est fixée à un piton qui est une pièce généralement fixée au moyen d'un porte-piton dans un pont de balancier encore appelé coq.
  • Plus précisément, la base de temps pour les pièces d'horlogerie mécaniques, encore appelée système oscillant, comprend un couple balancier-spiral et un échappement. Le balancier se compose d'un axe de balancier pivoté entre un premier et un second palier et relié à une serge de balancier au moyen de bras radiaux. Le spiral est fixé via sa première spire à l'intérieur à l'axe du balancier, par exemple au moyen d'une virole, et il est fixé via sa dernière spire à l'extérieur à un point d'attache fixe tel qu'un piton porté par un porte-piton.
  • Quant à l'échappement, dans une forme de réalisation très répandue, il comprend un système de double plateau constitué d'un grand plateau qui porte une cheville de plateau et d'un petit plateau dans lequel est ménagée une encoche. L'échappement comprend également une ancre dont une tige d'ancre est pivotée entre un premier et un second palier. L'ancre se compose d'une baguette qui relie une fourchette à un bras d'entrée et à un bras de sortie. La fourchette est constituée d'une corne d'entrée et d'une corne de sortie entre lesquelles s'étend un dard. Le débattement de la fourchette est limité par une goupille de limitation d'entrée et une goupille de limitation de sortie qui peuvent être faites d'un seul tenant avec un pont d'ancre. Le bras d'entrée et le bras de sortie portent respectivement une palette d'entrée et une palette de sortie. Enfin, l'ancre coopère avec une roue d'échappement comprenant un axe de roue d'échappement pivoté entre un premier et un second palier.
  • Un spiral est un ressort qui, comme son nom l'indique, prend la forme d'une spirale quand il est au repos. Enroulé dans un plan horizontal, parallèle au plan du mouvement d'horlogerie, le spiral ne sert qu'une fonction : faire osciller le balancier autour de sa position d'équilibre, encore appelée point mort, à une fréquence la plus constante possible. Lorsque le balancier quitte sa position d'équilibre en pivotant dans un sens donné, il tend le spiral. Cela crée dans le spiral un couple de rappel qui a pour effet de faire revenir le balancier à sa position d'équilibre. Durant ce battement, le spiral se détend. Cependant, comme le balancier a acquis une certaine vitesse, et donc une énergie cinétique, il dépasse sa position d'équilibre en sens opposé au précédent, ce qui tend à nouveau le spiral jusqu'à ce que le couple de rappel qu'il exerce sur le balancier arrête à nouveau ce dernier et l'oblige à tourner dans l'autre sens.
  • Le spiral se détend et se contracte donc alternativement : on dit qu'il respire. Or, de nombreux facteurs contribuent à empêcher un spiral de se développer de manière isochrone durant les phases d'expansion et de contraction. Le spiral doit notamment résister à l'oxydation et au magnétisme qui collent les spires entre elles et tendent à arrêter la montre. L'influence de la pression atmosphérique, par contre, est faible. Longtemps, c'est la température qui a été le cœur du problème, car la chaleur dilate le métal, tandis que le froid le rétrécit. Le spiral doit aussi être élastique pour se déformer et cependant toujours retrouver sa forme.
  • Le matériau utilisé pour la réalisation des spiraux est habituellement un acier. Ductiles, de tels aciers doivent résister à la corrosion. Des développements récents proposent également de réaliser les spiraux en silicium. Les spiraux en silicium, notamment parce qu'ils sont insensibles au magnétisme, sont plus précis que leurs prédécesseurs en acier. Par contre, leur prix de revient est plus élevé et, fragiles, ils sont plus difficiles à assembler.
  • Un spiral doit être isochrone. Peu importe jusqu'à quel point le spiral tourne, il doit toujours mettre le même temps à osciller. Si le spiral se contracte de quelques degrés seulement, il accumule peu d'énergie et revient lentement à sa position d'équilibre. Si le spiral est écarté de beaucoup de sa position d'équilibre, il part très vite en sens inverse. L'important est que ces deux déplacements se fassent dans la même durée. L'idée sous-jacente est que l'énergie dont dispose le spiral n'est pas constante et qu'il doit malgré tout fonctionner que la montre soit remontée à fond ou qu'elle soit dans ses dernières heures de réserve de marche.
  • En raison de leurs faibles dimensions, les spiraux sont difficiles à assembler. Or, la façon dont les deux extrémités d'un spiral sont fixées influe également beaucoup sur la précision de la marche du mouvement d'horlogerie. Dans la plupart des mouvements d'horlogerie mécaniques, les deux extrémités du spiral sont insérées dans une pièce percée et sont immobilisées au moyen d'une goupille montée en force manuellement à l'aide d'une pince. Il peut alors se produire une légère rotation du spiral, ce qui est préjudiciable à la précision de la marche du mouvement.
  • Une autre technique consiste à fixer les extrémités des spiraux au moyen d'une colle. Néanmoins, cette technique également a montré ses limites. Il a en effet été observé qu'en raison de sa viscosité, la colle exerce par capillarité une force de traction sur le spiral et peut plaquer les extrémités du spiral contre les parois du piton dans lequel ces extrémités sont engagées. La déformation résultante du spiral induit dans celui-ci des contraintes mécaniques qui sont préjudiciables à la régularité de sa marche.
    • Résumé de l'invention
  • La présente invention a pour but de remédier aux problèmes mentionnés ci-dessus ainsi qu'à d'autres encore en procurant un spiral dont une dernière spire à l'extérieur peut être fixée sur un piton de manière fiable sans recours à de la colle ou à des goupilles ou bien encore à des opérations du type pinçage, sertissage ou autres.
  • A cet effet, la présente invention concerne un spiral d'un ensemble balancier-spiral d'un mouvement d'horlogerie mécanique, le spiral étant formé d'une succession de spires qui s'étendent entre une première extrémité libre, appelée première spire à l'intérieur, et une seconde extrémité libre, appelée dernière spire à l'extérieur, les spires du spiral étant agencées de façon décentrée lorsque celui-ci est à l'état libre, la dernière spire à l'extérieur du spiral se terminant par un moyen d'arrêtage pour sa fixation sur un piton, le spiral étant fixé par sa première spire à l'intérieur à un axe du balancier et par sa dernière spire à l'extérieur au piton lorsqu'il est à l'état monté dans l'ensemble balancier-spiral, les spires se réarrangeant de façon concentrique lorsque ce spiral est à l'état monté, la fixation du spiral sur le piton induisant dans les spires du spiral une contrainte élastique grâce à laquelle le moyen d'arrêtage se retrouve fixé de façon imperdable sur le piton.
  • La présente invention concerne également un spiral et un piton pour un ensemble balancier-spiral d'un mouvement d'horlogerie mécanique, le spiral étant formé d'une succession de spires qui s'étendent entre une première extrémité libre, appelée première spire à l'intérieur, et une seconde extrémité libre, appelée dernière spire à l'extérieur, les spires du spiral étant agencées de façon décentrée lorsque celui-ci est à l'état libre, la dernière spire à l'extérieur du spiral se terminant par un moyen d'arrêtage, le piton comprenant une base dans laquelle est ménagé un dégagement dans lequel le moyen d'arrêtage est reçu, les spires se réarrangeant de façon concentrique lorsque ce spiral est à l'état monté dans l'ensemble balancier-spiral, la fixation du spiral sur le piton induisant dans les spires du spiral une contrainte élastique grâce à laquelle le moyen d'arrêtage se retrouve engagé de façon imperdable dans le dégagement du piton.
  • Selon une forme spéciale d'exécution de l'invention, le moyen d'arrêtage est conformé en crochet.
  • Selon une forme spéciale d'exécution de l'invention, le crochet est conformé en T, en L, en U ou bien en forme d'ancre de marine.
  • Selon une autre forme spéciale d'exécution de l'invention, le spiral est réalisé en silicium, par exemple par découpage plasma d'une plaque de silicium.
  • Grâce à ces caractéristiques, la présente invention procure un ensemble horloger formé d'un piton et d'un spiral dont une dernière spire à l'extérieur peut être fixée sur le piton de manière fiable. En effet, le passage du spiral d'une position dans laquelle ses spires sont agencées de façon décentrée les unes par rapport aux autres lorsqu'il est à l'état libre à une position dans laquelle ses spires sont centrées lorsque l'extrémité libre de sa dernière spire à l'extérieur est fixée sur le piton provoque une mise en tension élastique des spires du spiral grâce à laquelle le moyen d'arrêtage se retrouve engagé de façon imperdable dans le piton. Grâce à l'invention, le spiral peut donc être fixé sur son piton sans recours à de la colle ou à des goupilles ou bien encore à des opérations du type pinçage, sertissage ou autres. On est ainsi prémuni contre les problèmes de vieillissement de la colle qui peuvent conduire le spiral à se désolidariser du piton, causant l'arrêt de la montre. De même, la fixation du spiral selon l'invention requiert une simple opération d'engagement de l'extrémité libre de sa dernière spire à l'extérieur dans le dégagement ménagé dans le piton. On évite ainsi au maximum toute opération de montage, ce qui permet de réduire le temps d'assemblage et de production et donc les prix de revient. De même, limiter strictement les opérations de montage permet également d'assurer une excellente reproductibilité du fonctionnement des ensembles balancier-spiral comprenant un spiral selon l'invention.
  • En outre, il est également intéressant de noter que, contrairement à l'art antérieur où il est toujours fait en sorte que l'extrémité libre de la dernière spire à l'extérieur du spiral puisse être fixée sur le piton en générant aussi peu de contraintes que possible afin de préserver les qualités isochroniques de l'ensemble réglant résultant, dans le cas de l'invention, la fixation du moyen d'arrêtage sur le piton se fait sous contrainte, cette contrainte induisant dans le spiral une tension mécanique qui va simultanément garantir le blocage de la dernière spire à l'extérieur du spiral sur le piton et les performances chronométriques de l'ensemble réglant par réarrangement concentrique des spires du spiral.
    • Brève description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation du spiral selon l'invention, cet exemple étant donné à titre purement illustratif et non limitatif seulement en liaison avec le dessin annexé sur lequel :
    • la figure 1 est une vue de dessus d'un spiral selon l'invention à l'état libre dans lequel les pires sont décentrées ;
    • les figures 2A et 2B sont des vues en perspective d'un piton selon l'invention ;
    • la figure 3A est une vue en perspective montrant le spiral fixé par sa dernière spire à l'extérieur sur le piton ;
    • la figure 3B est une vue à plus grande échelle du piton de la figure 3A ;
    • la figure 4est une vue en section d'un barreau de silicium ;
    • les figures 5 à 7 illustrent différentes formes de réalisation du moyen d'arrêtage prévu à l'extrémité libre de la dernière spire à l'extérieur du spiral selon l'invention.
    Description détaillée de l'invention
  • La présente invention procède de l'idée générale inventive qui consiste à procurer un spiral qui, à l'état non monté, lorsqu'aucune contrainte autre que la force de gravitation ne s'exerce sur lui, a ses spires décentrées, de sorte que l'espace qui sépare deux spires consécutives des deux spires suivantes n'est pas le même au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre du spiral matérialisé par sa première spire à l'intérieur. Par contre, le spiral selon l'invention est agencé de façon que, lorsqu'il est fixé sur le piton par l'extrémité libre de sa dernière spire à l'extérieur, ses spires se retrouvent centrées, de sorte que ses spires s'étendent concentriquement. Selon un avantage de l'invention, le passage du spiral de son état libre dans lequel ses spires sont décentrées à son état fixé sur le piton dans lequel ses spires sont centrées provoque la mise en tension élastique de ses spires, grâce à quoi le moyen d'arrêtage prévu à l'extrémité libre de sa dernière spire à l'extérieur se retrouve engagé de façon imperdable dans le dégagement ménagé dans le piton. La fixation du spiral selon l'invention se fait donc sans recours à de la colle ou à un outillage spécifique. Cette fixation se fait donc de façon plus simple, plus rapide et plus fiable qu'avec les spiraux de l'état de la technique. En outre, étant donné que la fixation du spiral selon l'invention sur son piton se fait sans pratiquement aucune opération de montage si ce n'est celle consistant à glisser le moyen d'arrêtage dans le dégagement du piton, le fonctionnement des ensembles spiral-balancier résultants dépend moins de l'habileté des opérateurs ou du bon réglage des machines pour la fixation des spiraux et est donc beaucoup plus reproductible.
  • Un exemple de réalisation d'un spiral conforme à l'invention est représenté à la figure 1. Désigné dans son ensemble par la référence numérique générale 1, ce spiral comprend une pluralité de spires S1, S2,..., Sn qui s'étendent entre une première spire à l'intérieur 2 qui se trouve au centre 4 du spiral 1, et une dernière spire à l'extérieur 6 qui se trouve à l'extérieur du spiral 1. Tel que représenté à la figure 1, le spiral 1 est dans un état libre dans lequel aucune contrainte ne s'exerce sur lui, si ce n'est la force de gravitation terrestre. Dans cet état libre, le spiral 1 est dans une position de repos dans laquelle ses spires S1,..., Sn sont décentrées, c'est-à-dire une position dans laquelle la distance R2,3 qui sépare la deuxième spire S2 de la troisième spire S3 n'est pas la même que la distance R1,2 qui sépare la première spire S1 de la deuxième spire S2. La même chose se répète au fur et à mesure que l'on s'éloigne du centre 4 du spiral 1 entre chaque paire de spires consécutives. On voit également sur la figure 1 que la dernière spire à l'extérieur 6 se termine par un moyen d'arrêtage qui est fait d'une pièce avec le spiral 1. Ce moyen d'arrêtage prend la forme d'un crochet 8 par exemple en forme de « T » comprenant un pied 10 et une tête 12 perpendiculaires entre eux. Dans l'exemple illustré au dessin, le pied 10 et la tête 12 du crochet 8 sont formés chacun d'un barreau de même section droite que celle des spires S1,..., Sn du spiral 1. Bien entendu, en particulier dans le cas où le spiral 1 est réalisé par découpage dans une plaque de silicium ou bien en métal grâce à un procédé LIGA, le crochet 8 peut avoir une section différente de celle des spires S1,..., Sn du spiral 1. Il peut même être envisagé de varier localement la section du crochet 8 afin d'adapter la raideur mécanique des différents éléments qui composent le crochet 8 pour une fixation optimale du crochet 8 sur le piton 14. Le crochet 8 est agencé de façon que, pour le cas où il est conformé en « T », le barreau qui constitue la tête 12 de ce crochet 8 s'étende sensiblement perpendiculairement à la dernière spire Sn du spiral 1. On notera que le moyen d'arrêtage tel que le crochet 8 ne participe pas à la longueur active du spiral 1.
  • La figure 2A est une vue en perspective d'un piton selon l'invention. Désigné dans son ensemble par la référence numérique générale 14, ce piton peut, de façon non limitative, se présenter sous la forme d'un cylindre. Le piton 14 comprend une base 16 dans laquelle est ménagé un dégagement tel qu'une rainure 18 qui s'étend de part en part de la base 16. Cette rainure 18 débouche dans une fente 20 ménagée dans le piton 14 transversalement à la rainure 18.
  • La figure 3A est une vue en perspective sur laquelle est représenté le spiral 1 fixé sur le piton 14 par sa dernière spire à l'extérieur 6. Pour atteindre ce résultat, le crochet 8 est glissé dans la rainure 18 du piton 14, puis immobilisé en amenant sa tête 12 en appui contre le fond 22 de la fente 20. Selon l'invention, une fois le spiral 1 fixé à l'axe du balancier par sa première spire à l'intérieur 2 et au piton 14 par sa dernière spire à l'extérieur 6, le spiral 1 adopte une position centrée dans laquelle ses spires S1,..., Sn sont arrangées de façon concentrique, de préférence mais non obligatoirement à distance égale les unes des autres. Le fait, pour le spiral 1, de passer de sa position excentrée au repos, lorsqu'il est libre, à sa position centrée une fois qu'il est fixé sur le piton 14, induit dans l'extrémité libre de la dernière spire à l'extérieur 6 une contrainte élastique grâce à laquelle le moyen d'arrêtage se retrouve engagé de façon imperdable dans la fente 20 du piton 14. En effet, lorsque le spiral 1, une fois fixé au piton 14, se retrouve dans sa position centrée dans laquelle les spires S1,..., Sn sont concentriques, la force élastique F1 qui en résulte, dirigée radialement vers l'extérieur du spiral, tend à repousser la tête 12 du crochet 8 radialement vers l'extérieur, contre le fond 22 de la fente 20, ce qui rend le montage quasi imperdable. Effectivement, pour que le moyen d'arrêtage se sépare du piton 14, il faudrait que s'applique sur l'extrémité libre de la dernière spire à l'extérieur 6 du spiral 1 une force qui comprendrait (voir figure 3B) une première composante F2 dirigée radialement vers le centre 4 du spiral 1 pour permettre à la tête 12 du crochet 8 de se dégager de la fente 20 du piton 14, et une seconde composante F3 dirigée vers l'extérieur de la rainure 18 ménagée dans la base 16 du piton 14, afin de permettre au pied 10 du crochet 8 de se dégager de cette rainure 18, ce qui est pratiquement irréalisable en cas de chocs mécaniques par exemple durant une utilisation normale de la montre.
  • Le spiral 1 selon l'invention peut par exemple être formé d'un barreau de silicium avec une largeur w et une épaisseur t (voir figure 4) obtenu au moyen du procédé décrit dans la demande de brevet européen EP 1 422 436 A1 . Il peut par exemple être issu du découpage par plasma d'une plaque de silicium monocristallin et comporter une âme en silicium revêtue d'une couche externe en oxyde de silicium ayant des propriétés de compensation thermique.
  • Le spiral 1 selon l'invention peut également être obtenu au moyen du procédé de fabrication décrit dans la demande internationale WO 2019/180177 A1 . Brièvement décrit, ce procédé de fabrication d'un spiral en silicium consiste à :
    • se munir d'un disque SOI qui se compose de deux couches de silicium liées l'une à l'autre par une couche d'oxyde de silicium enterrée. Chacune de ces trois couches a un rôle bien précis : la couche supérieure de silicium, nommée « device », est formée dans une plaque de silicium monocristallin et a une épaisseur qui va déterminer l'épaisseur des spiraux à fabriquer ; la couche inférieure de silicium, nommée « handle » qui sert essentiellement de support mécanique, est également formée d'une plaque de silicium monocristallin, en général de même orientation cristallographique que la couche supérieure de silicium ; enfin, la couche d'oxyde enterrée permet de lier intimement les deux couches de silicium supérieure et inférieure et sert de barrière lors d'opérations ultérieures ;
    • faire croître une couche d'oxyde de silicium à la surface de la couche supérieure de silicium ;
    • déposer une couche de résine photosensible sur la couche d'oxyde de silicium et former par photolithographie dans la couche de résine un masque correspondant aux spiraux que l'on souhaite réaliser dans la couche supérieure de silicium ;
    • graver la couche d'oxyde de silicium dans les zones ouvertes du masque ;
    • réaliser un gravage ionique réactif profond (Deep Reactive Ion Etching ou DRIE) de la couche supérieure de silicium pour former les spiraux, ce gravage s'interrompant lorsque l'on débouche sur la couche d'oxyde de silicium enterrée liant les deux couches supérieure et inférieure de silicium ; les spiraux à fabriquer sont alors structurés dans toute l'épaisseur de la couche de silicium supérieure, maintenant révélés par ce gravage DRIE. Les composants restent solidaires de la couche inférieure de silicium à laquelle ils sont liés par la couche d'oxyde de silicium enterrée ;
    • faire à nouveau croître une couche d'oxyde de silicium en surface du silicium pour protéger les spiraux lors de l'opération servant à les séparer de la couche de silicium inférieure.
  • Le spiral 1 selon l'invention peut également être réalisé en métal ou en un alliage métallique par exemple au moyen du procédé LIGA (Lithographische Galvano Abformung en allemand) : après dépôt d'une couche de polymère photosensible sur un substrat par centrifugation, on utilise cette couche de polymère photosensible pour former une structure en creux correspondant au contour désiré du spiral 1 par photolithographie. A cet effet, la couche de polymère photosensible dont l'épaisseur correspond à la hauteur des spires du spiral 1 recherchée est exposée à la lumière à travers un masque de photolithographie, puis attaquée chimiquement pour obtenir la structure en creux correspondant au contour désiré du spiral 1. On remplit ensuite la structure en creux avec un métal ou un alliage métallique par exemple par électrodéposition ou bien par compression et frittage ( US 4 661 212 ) puis, finalement, on dissout la structure en creux par voie chimique et on libère le spiral 1.
  • Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme du métier sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications annexées. En particulier, on notera qu'en période de fonctionnement d'un ensemble balancier-spiral équipé d'un spiral 1 selon l'invention, lorsque le spiral 1 se contracte et se détend alternativement, il s'exerce sur le moyen d'arrêtage une force de traction/poussée F4 dirigée le long de la dernière spire à l'extérieur 6 sans qu'il n'y ait de risque que le moyen d'arrêtage se sépare du piton 14, ceci étant en effet empêché par l'engagement du pied 10 du crochet 8 dans la rainure 18. Par ailleurs, d'autres formes du crochet 8 peuvent bien sûr être envisagées, par exemple en forme de « L », orienté côté intérieur (voir figure 5A) ou côté extérieur (voir figure 5B), ou bien en forme d'ancre de marine (voir figure 6), ou bien encore en forme de « U » (voir figures 7A et 7B). D'autres formes du dégagement ménagé dans la base du piton 14 peuvent elles aussi être envisagées : plutôt qu'une fente 20 s'étendant transversalement à la rainure 18, au moins une et, de préférence, deux encoches 24 peuvent être ménagées parallèlement à la rainure 18, de part et d'autre de cette dernière. Ce mode de réalisation est particulièrement bien adapté aux cas où le crochet 8 est conformé en « L » ou bien en forme d'ancre de marine. La fixation de l'extrémité libre de la dernière spire à l'extérieur 6 du spiral 1 sur le piton 14 se fait toujours par insertion du crochet 8 dans la rainure 18 du piton 14, puis blocage des extrémités libres du crochet 8 dans la (ou les) encoches 24. On comprendra que l'ouverture du crochet 8 doit être égale ou proche de l'épaisseur de la paroi 26 séparant la rainure 18 de l'encoche 24. Comme on le voit sur les figures 2B et 7A, dans le cas où le crochet 8 est conformé en « U », il est même possible de se passer de la rainure 18 et de ne prévoir, sur le piton 14, qu'une ou deux encoches 24 ménagées dans la paroi périphérique du piton 14.
    • Nomenclature
    • 1. Spiral
    • 2. Première spire à l'intérieur
    • S1, S2,..., Sn. Spires
    • 4. Centre
    • 6. Dernière spire à l'extérieur
    • R1,2, R2,3 Distance
    • 8. Crochet
    • 10. Pied
    • 12. Tête
    • 14. Piton
    • 16. Base
    • 18. Rainure
    • 20. Fente
    • 22. Fond
    • 24. Encoches
    • 26. Parois

Claims (10)

  1. Spiral (1) d'un ensemble balancier-spiral d'un mouvement d'horlogerie mécanique, le spiral (1) étant formé d'une succession de spires (S1,...,Sn) qui s'étendent entre une première extrémité libre, appelée première spire à l'intérieur (2), et une seconde extrémité libre, appelée dernière spire à l'extérieur (6), les spires (S1,...,Sn) étant agencées de façon décentrée à l'état libre du spiral (1), la dernière spire à l'extérieur (6) du spiral (1) se terminant par un moyen d'arrêtage pour sa fixation sur un piton (14), le spiral (1) étant fixé par sa première spire à l'intérieur (2) à un axe du balancier et par sa dernière spire à l'extérieur (6) au piton lorsqu'il est à l'état monté dans l'ensemble balancier-spiral, les spires (S1,...,Sn) se réarrangeant de façon concentrique lorsque ce spiral (1) est à l'état monté, la fixation du spiral (1) sur le piton induisant dans les spires du spiral (1) une contrainte élastique grâce à laquelle le moyen d'arrêtage se retrouve fixé de façon imperdable sur le piton (14).
  2. Spiral selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen d'arrêtage est conformé en crochet (8).
  3. Spiral selon la revendication 2, caractérisé en ce que le crochet (8) est conformé en T, en L, en U ou bien en forme d'ancre de marine.
  4. Spiral selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le spiral (1) est réalisé en silicium.
  5. Spiral (1) et piton (14) pour un ensemble balancier-spiral d'un mouvement d'horlogerie mécanique, le spiral (1) étant formé d'une succession de spires (S1,...,Sn) qui s'étendent entre une première extrémité libre, appelée première spire à l'intérieur (2), et une seconde extrémité libre, appelée dernière spire à l'extérieur (6), les spires (S1,...,Sn) étant agencée de façon décentrée à l'état libre du spiral (1), la dernière spire à l'extérieur (6) du spiral (1) se terminant par un moyen d'arrêtage, le piton (14) comprenant une base (14) dans laquelle est ménagé un dégagement dans lequel le moyen d'arrêtage est reçu, les spires se réarrangeant de façon concentrique lorsque ce spiral (1) est à l'état monté dans l'ensemble balancier-spiral, la fixation du spiral sur le piton induisant dans les spires du spiral (1) une contrainte élastique grâce à laquelle le moyen d'arrêtage se retrouve engagé de façon imperdable dans le dégagement du piton (14).
  6. Spiral et piton selon la revendication 5, caractérisés en ce que le piton (14) comprend une base (16) dans laquelle le dégagement est formé.
  7. Spiral et piton selon la revendication 6, caractérisés en ce que le dégagement est formé d'une rainure (18) qui s'étend de part en part de la base (16), cette rainure (18) débouchant dans une fente (20) ménagée dans le piton (14), transversalement à la rainure (18).
  8. Spiral et piton selon la revendication 5, caractérisés en ce qu'au moins une encoche (24) est ménagée parallèlement à la rainure (18).
  9. Spiral et piton selon la revendication 8, caractérisés en ce qu'une encoche (24) est réalisée de part et d'autre de la rainure (18).
  10. Spiral et piton selon la revendication 5, caractérisés en ce que le dégagement est formé d'une ou de deux encoches (24) ménagées dans la paroi périphérique du piton (14).
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