EP4540665A1 - Spiral pour résonateur horloger - Google Patents

Spiral pour résonateur horloger

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Publication number
EP4540665A1
EP4540665A1 EP23735864.3A EP23735864A EP4540665A1 EP 4540665 A1 EP4540665 A1 EP 4540665A1 EP 23735864 A EP23735864 A EP 23735864A EP 4540665 A1 EP4540665 A1 EP 4540665A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
hairspring
blade
point
rigidity
pitch
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23735864.3A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
David Chabloz
Sébastien PERSEGUERS
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patek Philippe SA Geneve filed Critical Patek Philippe SA Geneve
Publication of EP4540665A1 publication Critical patent/EP4540665A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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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
    • G04B17/066—Manufacture of the spiral spring
    • 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
    • G04B17/045—Oscillators acting by spring tension with oscillating blade springs

Definitions

  • a watch resonator generally consists of a balance and a hairspring mounted on the axis of the balance and serving as a return spring to the balance.
  • the oscillations of the balance wheel are maintained by an escapement.
  • the resonator and the exhaust together form an oscillator.
  • the pendulums generally oscillate between amplitudes of 240 and 300°. In this range, the average rate of the hairspring (average of the steps in its different horizontal and vertical positions) is decreasing so that it can compensate for the delay due to the escapement, as described in patent EP 2917787 of the present applicant and mentioned in patent EP 2299336 in the name of Rolex SA.
  • the present invention aims to remedy this drawback and to this end proposes a hairspring according to claim 1.
  • variations in rigidity and/or pitch are generally used to make the development of the hairspring concentric, cf. . for example patent EP 1473604 of the present applicant and the aforementioned patent EP 2299336 on behalf of Rolex SA.
  • these variable rigidities and/or steps do not change, or only very little, the shape of the walking curves for small amplitudes.
  • - Figure 1 is an isochronism diagram (step), obtained by analytical modeling, of a traditional hairspring in the shape of Archimedes' spiral positioned horizontally;
  • - Figures 2 and 3 are reproductions of Figures 4 and 8 of patent EP 2299336, which represent isochronism curves of hairsprings whose thickness and pitch vary in a non-monotonic manner to make the development of the hairspring substantially concentric;
  • - Figure 4 is a plan view of a hairspring according to a first embodiment of the invention; the numbers 3, 6, 9 and 12 around the hairspring indicate the angular position of the hairspring relative to the dial of the timepiece that it is intended to equip;
  • - Figure 5 is a diagram of the thickness of the blade of the hairspring of Figure 4 as a function of the number of turns measured from the inner end of the hairspring;
  • - Figure 6 is a diagram of the pitch of the hairspring of Figure 4 as a function of the number of turns measured from
  • Figure 1 shows the theoretical isochronism curve of a traditional hairspring in the shape of an Archimedean spiral and with constant blade thickness, in a horizontal position.
  • the aforementioned isochronism curve is the rate curve due to the eccentric development of the balance spring in the horizontal position, that is to say the rate curve due to the reactions of the pivots of the balance axis to the decentering of the balance spring.
  • step ⁇ 1 is identical in all positions, horizontal and vertical, of the oscillator. The same applies to the movement due to the exhaust.
  • rate ⁇ 2 due to the weight of the hairspring differs depending on the vertical position.
  • the average of the steps ⁇ 2 for the four vertical reference positions (3H, 6H, 9H and 12H) spaced 90° apart is zero.
  • FIGS 2 and 3 are reproductions of Figures 4 and 8 of patent EP 2299336.
  • the curve FH of each of these figures corresponds to the step ⁇ 1 described above, namely to the step due to the eccentric development of the balance spring in the horizontal position or walking due to the reactions of the pivots. If we draw the average curve of the steps in the four vertical positions (average of the 3H, 6H, 9H and 12H curves), we see that it is confused with the FH curve, which is consistent with the point above .
  • the CH curve in each of Figures 2 and 3 does not only represent the movement due to the reactions of the pivots.
  • the hairsprings according to patent EP 2299336 are formed of a blade of variable thickness (more generally of variable rigidity) wound at a pitch which also varies.
  • the variations in thickness and pitch are chosen so that the development of the hairspring is substantially concentric and thus the radial forces of the pivots in their bearings are substantially zero.
  • the FH curve shows that the step due to the reactions of the pivots only decreases from an amplitude of approximately 200° (figure 2) or does not decrease (figure 3), which makes it impossible to compensate for the step delay. due to exhaust for small amplitudes.
  • the hairspring is designed with a variable blade thickness and/or a variable pitch so as to obtain a decreasing rate ⁇ 1 in a range of amplitudes including small amplitudes.
  • the thickness of the hairspring blade and the pitch of the hairspring are measured radially with respect to the geometric center of the hairspring.
  • the pitch that is to say the distance between two consecutive turns, is measured between the neutral fibers of the turns. Examples of hairsprings according to the invention are illustrated in Figures 4, 9 and 14.
  • These hairsprings are made of a silicon-based material, more precisely of silicon covered with a thermal compensation layer of silicon oxide, and have a height of turns of 120 ⁇ m, a distance between their inner end and their geometric center (distance measured between the neutral fiber and the geometric center) of 0.565 mm, a distance between their outer end and their geometric center (distance measured between the neutral fiber and the geometric center) of 2.35 mm and a number of turns which varies from one hairspring to another, i.e. respectively 9.62 turns, 8.44 turns and 7.37 turns for the hairsprings in Figures 4, 9 and 14.
  • the thickness of the blade forming the hairspring decreases continuously and over more than one revolution from the inner end of the hairspring (abscissa 0 on the diagram) until reaching a minimum. Then, from this minimum, the thickness of the blade increases continuously and over more than one revolution until the outer end of the hairspring.
  • the pitch of these examples of hairsprings is illustrated in Figures 6, 11 and 16. It grows continuously over more than half its length, in number of turns, and can grow continuously from the inner end to the outer end.
  • the thickness of the blade forming the hairspring to decrease continuously and over more than one turn in the direction of winding of the blade from a first point located on the inner turn and decreases continuously and over more than one turn in the direction opposite to the direction of winding of the blade from a second point located upstream of the first point in said direction opposite to the direction of winding of the blade.
  • the second point is located on the outer turn or on the turn which immediately follows the outer turn in said direction opposite to the direction of winding of the blade.
  • the first point may be the inner end of the hairspring or a point distinct from the inner end.
  • the second point may be the outer end of the hairspring or a point distinct from the outer end.
  • the thickness of the blade decreases continuously from the first point until reaching a minimum (which can be the thickness of a single point of the hairspring or 'a portion of the hairspring), then grows continuously from this minimum to the second point.
  • a minimum which can be the thickness of a single point of the hairspring or 'a portion of the hairspring
  • the thickness at the first point is greater, and even greater by a factor greater than 2, than the thickness at the second point.
  • Figures 7, 12 and 17 show the step ⁇ 1 due to the eccentric development of the hairspring in the horizontal position for the hairsprings of Figures 4, 9 and 14 respectively.
  • the rate ⁇ 1 is decreasing, which makes it possible to compensate for the increasing rate of an escapement, in particular of an escapement with a Swiss lever.
  • the balance springs in Figures 4, 9 and 14 produce a rate difference ⁇ 1 between the amplitudes of 130° and 220° greater than 1.2 s/d, 1.5 s/d and 5 s/d respectively, allowing to compensate for a corresponding delay in operation due to exhaust in this amplitude range.
  • the balance springs according to the invention preferably produce a rate difference ⁇ 1 between the amplitudes of 130° and 220° of at least 1 s/d, or even at least 1.5 s/d, or even at least 2 s/d, or even at least 3 s/d, or even at least 4 s/d.
  • These examples of hairsprings are also designed such that the minimum distance between the turns, at the most unfavorable location in contraction, distance measured between the two facing faces, is 25 ⁇ m.
  • Figures 8 and 13 show the step ⁇ 2 due to the weight of the hairspring for the hairsprings of Figures 4 and 9 respectively.
  • the rate ⁇ 2 is shown for the four vertical reference positions 3H, 6H, 9H and 12H spaced at 90°.
  • the step ⁇ 2 is canceled at an oscillation amplitude between 200° and 240°, or even between 210° and 230°.
  • This passage of the curves through zero at approximately 220°, rather than at amplitudes of 163.5° and 330.5° as in the case of an Archimedes spiral makes it possible to apply the teachings of patent EP 3433680 and patent application EP 3913441 of the present applicant, that is to say in particular to compensate for the step ⁇ 2 due to the weight of the balance spring by the step due to the lack of balance of the balance, the lack of balance of the balance (unbalance and angular position of the center of gravity) being chosen for this purpose. In this way, the walking differences between the different vertical positions are minimized.
  • the present invention is therefore possible in the present invention to optimize both the isochronism of the oscillator, by making variations in the rate or frequency as a function of the oscillation amplitude, and the steps at the positions minimal. , and this while the hairsprings have an eccentric, even very eccentric, development.
  • the present invention is not limited to the examples of hairsprings described above. Other combinations of thickness and pitch variations can be found. It is also possible to vary only the thickness or the pitch. Furthermore, an alternative to varying the thickness would be to vary the rigidity of the blade in another way, for example by heat treatment or silicon doping.
  • the present invention is also not limited to silicon. Other materials, in particular metallic, can be used.

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Abstract

La présente invention concerne un spiral pour résonateur horloger comprenant une lame enroulée présentant une rigidité variable et/ou un pas variable. La variation de rigidité et/ou de pas est telle que la marche due au développement excentrique du spiral en position horizontale décroît dans toute la plage d'amplitudes d'oscillation comprise entre 130° et 220°.

Description

Spiral pour résonateur horloger La présente invention concerne un spiral pour résonateur horloger. Un résonateur horloger se compose généralement d’un balancier et d’un spiral monté sur l’axe du balancier et servant de ressort de rappel au balancier. Les oscillations du balancier sont entretenues par un échappement. Le résonateur et l’échappement forment ensemble un oscillateur. Les balanciers oscillent généralement entre des amplitudes de 240 et 300°. Dans cette plage, la marche moyenne du spiral (moyenne des marches dans ses différentes positions horizontales et verticales) est décroissante de sorte qu’elle peut compenser le retard dû à l’échappement, comme cela est décrit dans le brevet EP 2917787 du présent déposant et évoqué dans le brevet EP 2299336 au nom de Rolex SA. On peut néanmoins souhaiter faire osciller le balancier à des amplitudes plus basses, inférieures à 220°, afin de diminuer la puissance dissipée par le balancier et augmenter ainsi la réserve de marche du mouvement horloger que l’oscillateur équipe. Cependant, la marche moyenne des spiraux connus – qu’ils aient la forme classique d’une spirale d’Archimède, avec ou non une courbe terminale Breguet, ou qu’ils aient une rigidité variable et/ou un pas variable le long de leur lame – est d’abord croissante pour des petites amplitudes, puis présente un maximum aux alentours ou au-delà d’une amplitude de 150°, puis décroît jusqu’aux grandes amplitudes. Les spiraux connus ne permettent donc pas de compenser le retard de marche dû à l’échappement pour des petites amplitudes d’oscillation. La présente invention vise à remédier à cet inconvénient et propose à cette fin un spiral selon la revendication 1. Dans l’état de la technique, les variations de rigidité et/ou de pas sont généralement utilisées pour rendre le développement du spiral concentrique, cf. par exemple le brevet EP 1473604 du présent déposant et le brevet précité EP 2299336 au nom de Rolex SA. Ces rigidités et/ou pas variables ne changent cependant pas, ou seulement très peu, l’allure des courbes de marche pour les petites amplitudes. Le présent déposant a découvert que des variations de rigidité et/ou de pas le long de la lame formant le spiral peuvent être trouvées qui permettent à la marche due au développement excentrique du spiral en position horizontale (correspondant à la marche moyenne) de décroître dans toute la plage d’amplitudes d’oscillation comprise entre 130° et 220° et de compenser ainsi partiellement ou totalement la marche due à l’échappement dans toute cette plage. On peut dès lors faire fonctionner l’oscillateur à de petites amplitudes sans dégrader son isochronisme. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est un diagramme d’isochronisme (marche), obtenu par modélisation analytique, d’un spiral traditionnel en forme de spirale d’Archimède positionné horizontalement ; - les figures 2 et 3 sont des reproductions des figures 4 et 8 du brevet EP 2299336, qui représentent des courbes d’isochronisme de spiraux dont l’épaisseur et le pas varient de manière non monotone pour rendre le développement du spiral sensiblement concentrique ; - la figure 4 est une vue plane d’un spiral selon un premier exemple de réalisation de l’invention ; les nombres 3, 6, 9 et 12 autour du spiral indiquent la position angulaire du spiral par rapport au cadran de la pièce d’horlogerie qu’il est destiné à équiper ; - la figure 5 est un diagramme de l’épaisseur de la lame du spiral de la figure 4 en fonction du nombre de tours mesuré depuis l’extrémité intérieure du spiral ; - la figure 6 est un diagramme du pas du spiral de la figure 4 en fonction du nombre de tours mesuré depuis l’extrémité intérieure du spiral ; - la figure 7 est un diagramme, obtenu par simulation numérique, montrant la marche due au développement excentrique du spiral de la figure 4 en position horizontale dans la plage d’oscillations de 130° à 220° ; - la figure 8 est un diagramme, obtenu par simulation numérique, des marches dues au poids du spiral de la figure 4 dans les quatre positions verticales de référence 3H, 6H, 9H et 12H ; - la figure 9 est une vue plane d’un spiral selon un deuxième exemple de réalisation de l’invention ; - la figure 10 est un diagramme de l’épaisseur de la lame du spiral de la figure 9 en fonction du nombre de tours mesuré depuis l’extrémité intérieure du spiral ; - la figure 11 est un diagramme du pas du spiral de la figure 9 en fonction du nombre de tours mesuré depuis l’extrémité intérieure du spiral ; - la figure 12 est un diagramme, obtenu par simulation numérique, montrant la marche due au développement excentrique du spiral de la figure 9 en position horizontale dans la plage d’oscillations de 70° à 220° ; - la figure 13 est un diagramme, obtenu par simulation numérique, des marches dues au poids du spiral de la figure 9 dans les quatre positions verticales de référence 3H, 6H, 9H et 12H ; - la figure 14 est une vue plane d’un spiral selon un troisième exemple de réalisation de l’invention ; - la figure 15 est un diagramme de l’épaisseur de la lame du spiral de la figure 14 en fonction du nombre de tours mesuré depuis l’extrémité intérieure du spiral ; - la figure 16 est un diagramme du pas du spiral de la figure 14 en fonction du nombre de tours mesuré depuis l’extrémité intérieure du spiral ; - la figure 17 est un diagramme, obtenu par simulation numérique, montrant la marche due au développement excentrique du spiral de la figure 14 en position horizontale dans la plage d’oscillations de 70° à 220°. A la figure 1 est représentée la courbe d’isochronisme théorique d’un spiral traditionnel en forme de spirale d’Archimède et à épaisseur de lame constante, en position horizontale. On peut voir qu’entre une amplitude de 100°, voire de 130°, et une amplitude de 220° la marche n’est pas monotone mais est croissante puis décroissante. Ceci empêche de compenser correctement le retard apporté par l’échappement qui, lui, est monotone (marche croissante). La courbe d’isochronisme précitée est la courbe de la marche due au développement excentrique du spiral en position horizontale, c’est-à-dire la courbe de la marche due aux réactions des pivots de l’axe de balancier au décentrement du spiral. En effet, le développement non concentrique d’un spiral lors de l’oscillation du balancier auquel il est associé engendre des forces latérales des pivots sur les paliers dans lesquels ils tournent, forces latérales qui varient en fonction de l’amplitude d’oscillation et diminuent ou augmentent la fréquence du résonateur balancier-spiral. Cette perturbation est la même dans toutes les positions horizontales ou verticales du résonateur. Elle peut être exprimée par une marche μ1, en secondes par jour (s/d), en fonction de l’amplitude θ0 du balancier : ^^ 86400 ^^ ^^(^^) = 2^^^ ^ ^^(^)^^(^)^^ ^ ^^ ^ où : θ est l’élongation du balancier par rapport à sa position d’équilibre : θ(φ) = θ0 cos φ σ étant le rayon de giration du spiral et Δ(θ) étant le déplacement du centre géométrique du spiral (situé sur l’axe de rotation du balancier) lors des contractions et expansions du spiral dans une situation théorique où ce centre géométrique est libre, l’axe du balancier n’étant retenu par aucun palier, l’extrémité extérieure du spiral étant prise comme point de référence fixe. A cette perturbation due aux réactions des pivots s’ajoute, dans les positions verticales, une perturbation due au poids du spiral, liée aux déplacements du centre de masse du spiral causés par le développement excentrique de ce dernier. Cette perturbation supplémentaire peut s’exprimer par une marche μ2, en secondes par jour (s/d), en fonction de l’amplitude θ0 du balancier : où Ms est la masse du spiral, L est la longueur du spiral, E est le module de Young du spiral, I est le moment quadratique du spiral, g est la constante de gravité, θ est l’élongation du balancier par rapport à sa position d’équilibre (θ = θ0 cos ^) et yg est l’ordonnée du centre de masse du spiral dans un repère (O, x, y) où O est le centre géométrique du spiral et l’axe y est opposé à la force de gravité. Pour plus d’explications sur les deux perturbations susmentionnées, on pourra se reporter à l’ouvrage « Traité de construction horlogère » de M. Vermot, P. Bovay, D. Prongué et S. Dordor, édité en 2011 par les Presses polytechniques et universitaires romandes. Comme déjà indiqué, la marche μ1 est identique dans toutes les positions, horizontales et verticales, de l’oscillateur. Il en est de même de la marche due à l’échappement. En revanche, la marche μ2 due au poids du spiral diffère selon la position verticale. La moyenne des marches μ2 pour les quatre positions verticales de référence (3H, 6H, 9H et 12H) espacées de 90° est nulle. On peut donc considérer la marche μ1 comme représentant la moyenne des marches du spiral dans toutes les positions dudit spiral. Les figures 2 et 3 sont des reproductions des figures 4 et 8 du brevet EP 2299336. La courbe FH de chacune de ces figures correspond à la marche μ1 décrite ci-dessus, à savoir à la marche due au développement excentrique du spiral en position horizontale ou marche due aux réactions des pivots. Si l’on dessine la courbe moyenne des marches dans les quatre positions verticales (moyenne des courbes 3H, 6H, 9H et 12H), on constate qu’elle est confondue avec la courbe FH, ce qui est cohérent avec le propos ci-dessus. La courbe CH de chacune des figures 2 et 3 ne représente pas uniquement la marche due aux réactions des pivots. Une perturbation supplémentaire, non indiquée dans le texte du brevet EP 2299336, y a été manifestement ajoutée. Les spiraux selon le brevet EP 2299336 sont formés d’une lame d’épaisseur variable (plus généralement de rigidité variable) enroulée selon un pas qui varie également. Les variations d’épaisseur et de pas sont choisies pour que le développement du spiral soit sensiblement concentrique et qu’ainsi les forces radiales des pivots dans leurs paliers soient sensiblement nulles. La courbe FH montre que la marche due aux réactions des pivots ne diminue qu’à partir d’une amplitude d’environ 200° (figure 2) voire ne diminue pas (figure 3), ce qui rend impossible une compensation du retard de marche dû à l’échappement pour des petites amplitudes. Dans la présente invention, on conçoit le spiral avec une épaisseur de lame variable et/ou un pas variable de telle sorte à obtenir une marche μ1 décroissante dans une plage d’amplitudes incluant de petites amplitudes. Dans tout ce qui suit, l’épaisseur de la lame du spiral et le pas du spiral sont mesurés radialement par rapport au centre géométrique du spiral. En outre, le pas, c’est-à-dire la distance entre deux spires consécutives, est mesuré entre les fibres neutres des spires. Des exemples de spiraux selon l’invention sont illustrés aux figures 4, 9 et 14. Ces spiraux sont réalisés dans un matériau à base de silicium, plus précisément en silicium recouvert d’une couche de compensation thermique en oxyde de silicium, et ont une hauteur de spires de 120 μm, une distance entre leur extrémité intérieure et leur centre géométrique (distance mesurée entre la fibre neutre et le centre géométrique) de 0,565 mm, une distance entre leur extrémité extérieure et leur centre géométrique (distance mesurée entre la fibre neutre et le centre géométrique) de 2,35 mm et un nombre de tours qui varie d’un spiral à l’autre, soit respectivement 9,62 tours, 8,44 tours et 7,37 tours pour les spiraux des figures 4, 9 et 14. Comme on peut le voir sur les figures 5, 10 et 15, l’épaisseur de la lame formant le spiral décroît de manière continue et sur plus d’un tour depuis l’extrémité intérieure du spiral (abscisse 0 sur le diagramme) jusqu’à atteindre un minimum. Puis, à partir de ce minimum, l’épaisseur de la lame croît de manière continue et sur plus d’un tour jusqu’à l’extrémité extérieure du spiral. Le pas de ces exemples de spiraux est illustré aux figures 6, 11 et 16. Il croît de manière continue sur plus de la moitié de sa longueur, en nombre de tours, et peut croître de manière continue de l’extrémité intérieure à l’extrémité extérieure. De manière plus générale, il est avantageux dans la présente invention que l’épaisseur de la lame formant le spiral décroisse de manière continue et sur plus d’un tour dans le sens de l’enroulement de la lame depuis un premier point situé sur la spire intérieure et décroisse de manière continue et sur plus d’un tour dans le sens opposé au sens d’enroulement de la lame depuis un deuxième point situé en amont du premier point dans ledit sens opposé au sens d’enroulement de la lame. De préférence, le deuxième point est situé sur la spire extérieure ou sur la spire qui suit immédiatement la spire extérieure dans ledit sens opposé au sens d’enroulement de la lame. Le premier point peut être l’extrémité intérieure du spiral ou un point distinct de l’extrémité intérieure. Le deuxième point peut être l’extrémité extérieure du spiral ou un point distinct de l’extrémité extérieure. De préférence, dans le sens de l’enroulement de la lame, l’épaisseur de la lame décroît de manière continue depuis le premier point jusqu’à atteindre un minimum (qui peut être l’épaisseur d’un unique point du spiral ou d’une portion du spiral), puis croît de manière continue depuis ce minimum jusqu’au deuxième point. De préférence, le point ou la portion d’épaisseur minimum est plus proche du premier point que du deuxième point en nombre de tours. De préférence, l’épaisseur au niveau du premier point est plus grande, et même plus grande d’un facteur supérieur à 2, que l’épaisseur au niveau du deuxième point. Les figures 7, 12 et 17 montrent la marche μ1 due au développement excentrique du spiral en position horizontale pour les spiraux des figures 4, 9 et 14 respectivement. On constate que, dans toute la plage d’amplitudes allant de 130° à 220°, voire de 120° à 220°, voire de 110° à 220°, voire de 100° à 220°, voire de 90° à 220°, voire de 80° à 220°, voire de 70° à 220°, la marche μ1 est décroissante, ce qui permet de compenser la marche croissante d’un échappement, en particulier d’un échappement à ancre suisse. Les spiraux des figures 4, 9 et 14 produisent un écart de marche μ1 entre les amplitudes de 130° et 220° supérieur à 1,2 s/d, à 1,5 s/d et à 5 s/d respectivement, permettant de compenser un retard de marche correspondant dû à l’échappement dans cette plage d’amplitudes. De manière générale, les spiraux selon l’invention produisent de préférence un écart de marche μ1 entre les amplitudes de 130° et 220° d’au moins 1 s/d, voire d’au moins 1,5 s/d, voire d’au moins 2 s/d, voire d’au moins 3 s/d, voire d’au moins 4 s/d. Ces exemples de spiraux sont en outre conçus de telle sorte que la distance minimale entre les spires, à l’endroit le plus défavorable en contraction, distance mesurée entre les deux faces en vis-à-vis, est de 25 μm. Les figures 8 et 13 montrent la marche μ2 due au poids du spiral pour les spiraux des figures 4 et 9 respectivement. La marche μ2 est montrée pour les quatre positions verticales de référence 3H, 6H, 9H et 12H espacées de 90°. On peut voir que pour chacune de ces quatre positions verticales, la marche μ2 s’annule à une amplitude d’oscillation comprise entre 200° et 240°, voire comprise entre 210° et 230°. Ce passage des courbes par zéro à environ 220°, plutôt qu’à des amplitudes de 163,5° et de 330,5° comme dans le cas d’une spirale d’Archimède, permet d’appliquer les enseignements du brevet EP 3433680 et de la demande de brevet EP 3913441 du présent déposant, c’est-à-dire notamment de compenser la marche μ2 due au poids du spiral par la marche due au défaut d’équilibre du balancier, le défaut d’équilibre du balancier (balourd et position angulaire du centre de gravité) étant choisi dans ce but. De la sorte, on minimise les écarts de marche entre les différentes positions verticales. Il est dès lors possible dans la présente invention d’optimiser à la fois l’isochronisme de l’oscillateur, en rendant minimales les variations de la marche ou de la fréquence en fonction de l’amplitude d’oscillation, et les marches aux positions, et ceci alors que les spiraux ont un développement excentrique, voire très excentrique. La présente invention n’est pas limitée aux exemples de spiraux décrits ci- dessus. D’autres combinaisons de variations de l’épaisseur et du pas peuvent être trouvées. On peut également ne faire varier que l’épaisseur ou que le pas. Par ailleurs, une alternative à la variation de l’épaisseur serait de faire varier la rigidité de la lame d’une autre manière, par exemple par un traitement thermique ou un dopage du silicium. La présente invention n’est pas non plus limitée au silicium. D’autres matériaux, en particulier métalliques, peuvent être employés.

Claims

REVENDICATIONS 1. Spiral pour résonateur horloger comprenant une lame enroulée présentant une rigidité variable et/ou un pas variable, caractérisé en ce que la variation de rigidité et/ou de pas est telle que la marche due au développement excentrique du spiral en position horizontale décroît dans toute la plage d’amplitudes d’oscillation comprise entre 130° et 220°.
2. Spiral selon la revendication 1, caractérisé en ce que la variation de rigidité et/ou de pas est telle que la marche due au développement excentrique du spiral en position horizontale décroît dans toute la plage d’amplitudes d’oscillation comprise entre 120°, de préférence 110°, de préférence 100°, de préférence 90°, de préférence 80°, de préférence 70°, et 220°.
3. Spiral selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’écart de ladite marche entre l’amplitude de 130° et l’amplitude de 220° est d’au moins 1 seconde par jour, de préférence d’au moins 1,5 seconde par jour, de préférence d’au moins 2 secondes par jour, de préférence d’au moins 3 secondes par jour, de préférence d’au moins 4 secondes par jour.
4. Spiral selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la rigidité de la lame décroît de manière continue et sur plus d’un tour dans le sens de l’enroulement de la lame depuis un premier point situé sur la spire intérieure du spiral et décroît de manière continue et sur plus d’un tour dans le sens opposé au sens d’enroulement de la lame depuis un deuxième point situé en amont du premier point dans ledit sens opposé au sens d’enroulement de la lame.
5. Spiral selon la revendication 4, caractérisé en ce que le deuxième point est situé sur la spire extérieure du spiral ou sur la spire qui suit immédiatement la spire extérieure dans ledit sens opposé au sens d’enroulement de la lame.
6. Spiral selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que le premier point est l’extrémité intérieure du spiral et/ou le deuxième point est l’extrémité extérieure du spiral.
7. Spiral selon l’une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que, dans le sens de l’enroulement de la lame, la rigidité de la lame décroît de manière continue depuis le premier point jusqu’à atteindre un minimum, puis croît de manière continue depuis ce minimum jusqu’au deuxième point.
8. Spiral selon l’une quelconque des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que la rigidité de la lame au premier point est plus grande que la rigidité de la lame au deuxième point.
9. Spiral selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la rigidité de la lame à l’extrémité intérieure du spiral est plus grande que la rigidité de la lame à l’extrémité extérieure du spiral.
10. Spiral selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que son pas croît de manière continue sur plus de la moitié de la longueur de la lame, en nombre de tours.
11. Spiral selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la variation de rigidité et/ou de pas est telle que chacune des marches respectives dues au poids du spiral dans quatre positions verticales espacées de 90° s’annulent à une amplitude d’oscillation comprise entre 200° et 240°, de préférence entre 210° et 230°.
12. Oscillateur horloger comprenant un spiral selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, un balancier associé au spiral et un échappement pour entretenir les oscillations du balancier, ladite marche compensant en partie au moins un retard de marche dû à l’échappement dans toute la plage d’amplitudes d’oscillation comprise entre 130°, de préférence 120°, de préférence 110°, de préférence 100°, de préférence 90°, de préférence 80°, de préférence 70°, et 220°.
13. Oscillateur horloger selon la revendication 12, caractérisé en ce que l’échappement est un échappement à ancre suisse.
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