WO2017067955A1 - Spiral en silicium pour mouvement d'horlogerie mécanique - Google Patents

Abstract

Spiral en silicium pour un mouvement d'horlogerie mécanique, ce spiral (4) comprenant un nombre donné de spires non jointives et équidistantes, le spiral (4) se contractant et se développant de manière concentrique autour d'une position d'équilibre, caractérisé en ce que la distance (d) entre deux spires consécutives n'excède pas 20 micromètres lorsque le spiral (4) est contracté au maximum.

Description

Sp i ral en si l ici u m pou r mouvement d ' ho rlogerie mécan iqu e

Domaine technigue de l'invention

La présente invention concerne un spiral en silicium pour un mouvement d'horlogerie mécanigue.

Arrière-plan technologigue de l'invention

Dans le domaine de l'horlogerie, le spiral constitue avec le balancier la base de temps des pièces d'horlogerie mécanigue. Le spiral se présente schématiguement sous la forme d'un très fin ressort enroulé en spires concentrigues et dont une première extrémité appelée première spire à l'intérieur est reliée à une virole, et dont une seconde extrémité appelée dernière spire à l'extérieur est reliée à un piton.

Un exemple classigue de système oscillant pour mouvement d'horlogerie mécanigue, appelé échappement à ancre suisse, comprend un couple balancier-spiral et un échappement. Le balancier se compose d'un axe de balancier relié à une serge au moyen de bras radiaux et pivoté entre un premier et un second palier. Le spiral est fixé via une première spire à l'intérieur à l'axe de balancier par exemple au moyen d'une virole. Le spiral est fixé via une dernière spire à l'extérieur en un point d'attache formé par un piton éventuellement porté par un porte-piton. L'échappement comprend un double plateau constitué d'un grand plateau gui porte une cheville de plateau et d'un petit plateau dans leguel est ménagée une encoche. L'échappement comprend également une ancre dont un axe d'ancre est pivoté entre un premier et un second palier. L'ancre se compose d'une baguette gui relie une fourchette à un bras d'entrée et un bras de sortie. La fourchette est constituée d'une corne d'entrée et d'une corne de sortie entre lesguelles 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 gui peuvent être faites d'une pièce 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.

Le matériau utilisé pour la réalisation des spiraux est habituellement un alliage à base de cobalt, de nickel et de chrome. Ductile, un tel alliage doit résister à la corrosion. Des développements récents proposent cependant de réaliser les spiraux en silicium. Les spiraux en silicium sont beaucoup plus précis que leurs prédécesseurs en acier. Leur prix de revient est néanmoins sensiblement plus élevé que celui des spiraux en acier, ce qui fait que, jusqu'à présent, leur usage a été essentiellement réservé à des montres-bracelets haut de gamme.

Résumé de l'invention

La présente invention a pour but de réduire le prix de revient des spiraux en silicium afin de permettre d'intégrer de tels spiraux en silicium dans des montres de gamme moyenne et de permettre ainsi au plus grand nombre de consommateurs de profiter des apports de cette technologie novatrice.

A cet effet, la présente invention concerne un mouvement d'horlogerie mécanique comprenant un spiral en silicium, ce spiral comprenant un nombre donné de spires non jointives et équidistantes, le spiral étant agencé pour se contracter et se développer de manière concentrique autour d'une position d'équilibre, caractérisé en ce que l'espacement proprement dit entre deux spires consécutives n'excède pas 20 micromètres lorsque le spiral est contracté au maximum.

Selon une caractéristique complémentaire de l'invention, le spiral présente, dans sa position d'équilibre, un rayon pris depuis son centre jusqu'à une dernière spire extérieure qui n'excède pas 2,3 millimètres. Selon une autre caractéristique de l'invention, la dernière spire à l'extérieur du spiral se termine par une plaquette qui est plus large que la dernière spire à l'extérieur et que les autres spires du spiral, et qui est faite d'une seule pièce avec l'extrémité de la dernière spire à l'extérieur.

Selon encore d'autres caractéristiques de l'invention :

- la hauteur du spiral est de 0,1 millimètre et sa largeur est de 35 micromètres ;

- la section droite de la plaquette est de 0,1 mm x 0,1 mm et sa longueur est de 0,6 millimètres.

Grâce à ces caractéristiques, la présente invention procure un spiral en silicium qui est plus petit que les spiraux en silicium réalisés jusqu'à présent et qui prend donc moins de place sur une plaquette de silicium dans laquelle il est structuré. Les plaquettes de silicium dans lesquelles les spiraux sont structurés ayant des dimensions standardisées, il est par conséquent possible de réaliser un nombre plus important de spiraux dans une même plaquette de silicium, ce qui permet de réaliser des gains substantiels en termes de coûts de fabrication.

Cette avancée technologique a été rendue possible grâce au fait que la Demanderesse, allant à rencontre des préjugés tenaces de l'homme du métier spécialiste des spiraux pour mouvements d'horlogerie, a réussi à démontrer qu'une distance aussi faible que 20 micromètres entre deux spires consécutives d'un spiral en silicium ne nuisait pas au bon fonctionnement de ce dernier. En effet, il a été observé que, bien que les spires soient très proches les unes des autres, en particulier lorsque le spiral est dans son état de contraction maximum, les spires ne collaient pas les unes aux autres, ce qui aurait été fatal au bon fonctionnement de l'organe réglant muni d'un spiral selon l'invention. Brève description des figures

D'autres caractéristigues et avantages de la présente invention ressortiront plus clairement de la description détaillée gui suit d'un exemple de réalisation d'un spiral en silicium selon l'invention, cet exemple étant donné à titre purement illustratif et non limitatif seulement en liaison avec le dessin annexé sur leguel :

- la figure 1 A est une vue de dessus d'un échappement du type à ancre suisse comprenant un spiral en silicium selon un mode de réalisation de l'invention gui se trouve dans sa position d'éguilibre ;

- la figure 1 B est une vue dessus du spiral en silicium selon un mode de réalisation de l'invention dans sa position de repos ;

- la figure 1 C est une vue en perspective de l'échappement du type à ancre suisse de la figure 1 A ;

- les figures 2A, 2B et 2C sont des vues analogues à celles des figures 1 A, 1 B et 1 C, le spiral en silicium selon l'invention étant dans sa position de contraction maximale, les spires étant concentrigues et éguidistantes et séparées d'une distance de 20 micromètres les unes des autres comme visible sur la vue à plus grande échelle de la zone entourée d'un cercle sur la figure 2B ;

- les figures 3A, 3B et 3C sont des vues analogues à celles des figures 1 A, 1 B et 1 C, le spiral en silicium selon l'invention étant dans sa position de développement maximale ;

- la figure 4 illustre une section droite d'une spire du spiral en silicium selon l'invention, et

- la figure 5 illustre en perspective une plaguette gui est faite d'une pièce avec la dernière spire à l'extérieur du spiral en silicium selon l'invention. Description détaillée d'un mode de réalisation de l'invention

La présente invention procède de l'idée générale inventive qui consiste à prévoir entre les spires d'un spiral en silicium un espacement aussi faible que 20 micromètres lorsque le spiral est dans son état de contraction maximum. On s'est en effet rendu compte que, malgré cette très faible distance séparant deux spires consécutives d'un spiral en silicium, un organe réglant pour une pièce d'horlogerie mécanique comprenant un tel spiral conservait toute sa précision horométrique. En particulier, contrairement aux craintes de l'homme du métier, il a été démontré que les spires du spiral ne se collaient pas les unes aux autres, ce qui aurait été fatal au bon fonctionnement de l'organe réglant. L'espacement entre les spires pouvant être, grâce aux enseignements de la présente invention, réduit à des valeurs jusque-là inconnues, il est possible de réduire les dimensions générales d'un spiral selon un mode de réalisation de l'invention et donc d'en structurer un nombre plus important sur une plaquette de silicium de dimensions standards. En augmentant de la sorte les capacités de production, il est possible d'abaisser le prix de revient des spiraux et donc de rendre possible leur intégration non seulement dans des montres haut de gamme, mais aussi et surtout dans des montres de gamme moyenne, permettant ainsi au plus grand nombre d'utilisateurs de profiter des avancées technologiques liées à l'utilisation de spiraux en silicium.

Par spiral en silicium on entend un spiral réalisé en un matériau comportant du silicium monocristallin, du silicium monocristallin dopé, du silicium polychstallin, du silicium polychstallin dopé, du silicium poreux, de l'oxyde de silicium, du quartz, de la silice, du nitrure de silicium ou du carbure de silicium. Bien entendu, quand le matériau à base de silicium est sous phase cristalline, n'importe quelle orientation cristalline peut être utilisée.

Un exemple de réalisation de l'invention est illustré sur les figures 1 A à 1 C annexées. Sur ces figures est représenté un système oscillant pour un mouvement horloger désigné dans son ensemble par la référence numérique générale 1 . Ce système oscillant 1 , monté sur un pont 2 de la platine d'un mouvement horloger, comprend un spiral horloger 4 formé d'un très fin ressort enroulé en spires concentriques et qui est fixé via une première spire à l'intérieur 6 à un axe de balancier 8 au moyen d'une virole 10. Le spiral 4 est fixé via une dernière spire extérieure 12 en un point d'attache formé par un piton 14 porté par un porte-piton ou un pont 1 6.

Le système oscillant 1 comprend aussi un balancier 18 dont l'axe 8 est relié à une serge 20 au moyen de bras radiaux 22. L'axe de balancier 8 est pivoté entre un premier et un second pivot 24 dont un seul est visible au dessin et qui sont chassés dans le pont 2 et la platine du mouvement horloger.

Par ailleurs, le système oscillant 1 comprend un double-plateau 26 constitué d'un grand plateau 28 qui porte une cheville de plateau 30 et d'un petit plateau 32 dans lequel est ménagée une encoche 34.

Le système oscillant comprend enfin une ancre 36 dont un axe 38 est pivoté entre un premier et un second pivot 40 dont un seul est visible au dessin. L'ancre 36 se compose d'une baguette 42 qui relie une fourchette 44 à un bras d'entrée 46 et à un bras de sortie 48. La fourchette 44 est constituée d'une corne d'entrée 50 et d'une corne de sortie 52 entre lesquelles s'étend un dard 54. Le débattement de la fourchette 44 est limité par une goupille de limitation d'entrée et une goupille de limitation de sortie (non visibles au dessin) qui peuvent être faites d'une pièce avec un pont d'ancre. Le bras d'entrée 46 et le bras de sortie 48 portent respectivement une palette d'entrée 56 et une palette de sortie 58.

Finalement, l'ancre 36 coopère avec une roue d'échappement 60 comprenant un axe 62 de roue d'échappement 60 pivoté entre un premier et un second pivot 64. La figure 4 illustre une section droite d'une spire du spiral en silicium 4 selon l'invention. Comme cela est visible sur cette figure, la hauteur HS du spiral est de 0,1 millimètre et sa largeur LS est de 35 micromètres.

Selon une autre caractéristique de l'invention plus particulièrement visible à la figure 5, la dernière spire à l'extérieur 12 du spiral 4 se termine par une plaquette 66 faite d'une seule pièce avec l'extrémité de la dernière spire à l'extérieur 1 2 et qui est plus épaisse que les autres spires du spiral 4. A titre d'exemple seulement, la section droite de la plaquette est de 0, 1 x0,1 mm² et sa longueur L est de 0,6 millimètres. On observera également que la dernière spire à l'extérieur 12 n'est pas concentrique aux autres spires du spiral 4. Cette dernière spire à l'extérieur 12 s'écarte légèrement du centre du spiral 4 afin que l'avant-dernière spire 68 qui la précède ne touche pas le piton 14.

Le spiral 4 selon l'invention illustré aux figures 1 A à 1 C est réalisé en silicium. Sur les figures 1 A à 1 C, le spiral 4 est en position de repos. Dans cette position, un rayon R pris depuis le centre du spiral 4 jusqu'au centre de la plaquette 66 n'excède pas 2,3 millimètres. Le rayon R est encore appelé rayon de pitonnage.

On comprendra que les dimensions indiquées ci-dessus sont données à titre d'exemple purement illustratif et nullement limitatif et sont susceptibles de modifications en fonction du mouvement horloger dans lequel le spiral selon l'invention est destiné à être monté.

Un ressort spiral est agencé pour osciller autour de sa position de repos entre une position maximale de compression et une position maximale d'extension. A la figure 1 A, le spiral 4 est dans sa position de repos. Aux figures 2A à 2C, le spiral 4 est dans sa position maximale de compression. Conformément à l'invention, dans la position maximale de compression du spiral 4, les spires du spiral sont concentriques, équidistantes et séparées les unes des autres d'un espacement d qui n'excède pas 20 micromètres.

Aux figures 3A à 3C, le spiral 4 selon l'invention est dans son état d'extension maximale.

II 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.

Nomenclature

1 . Système oscillant

2. Pont

4. Spiral horloger

6. Première spire à l'intérieur 8. Axe de balancier

10. Virole

12. Dernière spire à l'extérieur

14. Piton

16. Porte-piton ou pont

18. Balancier

20. Serge

22. Bras radiaux

24. Premier et second paliers 26. Double-plateau

28. Grand plateau

30. Cheville de plateau

32. Petit plateau

34. Encoche

36. Ancre

38. Axe

40. Premier et second pivot 42. Baguette

44. Fourchette 46. Bras d'entrée

48. Bras de sortie

50. Corne d'entrée

52. Corne de sortie

54. Dard

56. Palette d'entrée 58. Palette de sortie 60. Roue d'échappement 62. Axe

64. Premier et second pivot

66. Plaquette

68. Avant-dernière spire

Claims

REV E N D I CATI O NS

1 . Mouvement d'horlogerie mécanique comprenant un spiral en silicium, ce spiral (4) comprenant un nombre donné de spires non jointives et équidistantes, le spiral (4) étant agencé pour se contracter et se développer de manière concentrique autour d'une position d'équilibre, caractérisé en ce que l'espacement (d) proprement dit entre deux spires consécutives n'excède pas 20 micromètres lorsque le spiral (4) est contracté au maximum.

2. Spiral en silicium selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le spiral (4) présente, dans sa position d'équilibre, un rayon (R) pris depuis son centre jusqu'à une dernière spire extérieure (12) qui n'excède pas 2,3 millimètres.

3. Spiral en silicium selon la revendication 2, caractérisé en ce que la dernière spire à l'extérieur (12) du spiral (4) se termine par une plaquette (66) qui est plus large que la dernière spire à l'extérieur (1 2) et que les autres spires du spiral (4), et qui est faite d'une seule pièce avec l'extrémité de la dernière spire à l'extérieur (12).

4. Spiral en silicium selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la hauteur (HS) du spiral (4) est de 0, 1 millimètre et sa largeur (LS) est de 35 micromètres.

5. Spiral en silicium selon la revendication 4, caractérisé en ce que la hauteur et la largeur de la plaquette (66) est de 0,1 mm x 0, 1 mm et sa longueur (L) est de 0,6 millimètres.