EP2142965A2 - Dispositif de pivotement d'un arbre dans une piece d'horlogerie - Google Patents

Dispositif de pivotement d'un arbre dans une piece d'horlogerie

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EP2142965A2
EP2142965A2 EP08736544A EP08736544A EP2142965A2 EP 2142965 A2 EP2142965 A2 EP 2142965A2 EP 08736544 A EP08736544 A EP 08736544A EP 08736544 A EP08736544 A EP 08736544A EP 2142965 A2 EP2142965 A2 EP 2142965A2
Authority
EP
European Patent Office
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opening
pivoting
pivot
substantially cylindrical
axial abutment
Prior art date
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EP08736544A
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EP2142965B2 (fr
EP2142965B1 (fr
Inventor
Thierry Conus
Jean-Luc Helfer
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ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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Publication date
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Application filed by ETA SA Manufacture Horlogere Suisse filed Critical ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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    • G04B31/004—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor characterised by the material used
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    • G04B31/0082—Jewel bearings with jewel hole and cap jewel
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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49826—Assembling or joining

Definitions

  • the present invention relates to the pivoting devices of a shaft in a timepiece, which comprises two pivots each forming one end of the shaft and two bearings for receiving the two pivots, each of the two pivots comprising, close to the end, a substantially cylindrical portion and a convex rounded portion extending the substantially cylindrical portion and decreasing towards the end, each of the two bearings having a pivot structure resiliently held in place, the pivotal structure comprising a substantially cylindrical passage traversed by the substantially cylindrical portion of one of the pivots and a bearing surface against which the end of said pivot is provided to come to rest.
  • FIGs 13-51 and 13-52 on page 291 of the book "Theory of Watchmaking” shows a half of a rocking arm swing device corresponding to the above definition.
  • the pivot shown which forms one of the ends of a balance shaft, has an appointie shape and ends with a cylindrical portion slightly rounded tip.
  • the pivoting is provided by a hole stone and a counter-pivot which are held in a kitten so as to form a pivot structure.
  • the hole of the hole stone is a substantially cylindrical passage that surrounds the cylindrical portion of the pivot so as to radially retain the balance shaft.
  • the counter-pivot is a bearing surface against which the rounded tip of the pivot is provided to come to rest. The kitten is elastically fixed in place.
  • the exemplary pivoting device shown in FIG. 5 of CH 324'263 also corresponds to the above definition.
  • the pivot shown in Figure 5 ends with a cylindrical portion slightly rounded tip.
  • the pivoting is ensured by a single stone pierced with a blind hole with cylindrical wall. This stone is mounted in a kitten and forms with it a pivoting structure.
  • the cylindrical portion of the pivot is engaged in the cylindrical wall hole, and the rounded end of the pivot can thus bear against the bearing surface formed by the flat bottom of the blind hole.
  • the pivot structure is resiliently fixed in place in a conical seat housing of a bearing body, itself attached to the plate.
  • An object of the present invention is therefore to provide a pivoting device of a balance shaft in which the amplitude difference between the different positions of the watch is reduced to a minimum. It achieves this goal by providing a device according to claim 1.
  • each pivot bears against the inclined inner wall of the trapezoidal profile portion (By the profile of an opening is meant the shape that the contour of this opening presents when the latter is seen in section along a plane which contains the axis of the opening or, which amounts to substantially the same, according to a plane which contains the axis of rotation of the balance).
  • the end of a pivot can not penetrate to the bottom of the opening.
  • the support of the pivot against the bearing surface is never frontal.
  • the diameter of the portion of the rounded portion whose flanks bear against the flared edge of an opening is preferably between about 0.05 and 0.10 mm.
  • the wall of the inverted trapezoidal or triangular profile portion preferably has an inclination relative to the axis of the balance between about 40 ° and 60 °.
  • the pivoting structure of each of the two bearings comprises an axial abutment element (15, 15 ') in which is arranged said opening (16, 16') of circular or polygonal section, and a radial guide member (21, 21 ') traversed by the substantially cylindrical passage.
  • This first embodiment is similar to the pivoting of the prior art combining stones with holes and against pivots.
  • the axial abutment element according to the invention differs from known counter-pivots, in particular in that it comprises an opening for receiving the rounded convex portion of a pivot. - AT -
  • each of the abutment elements in which the opening is formed is constituted by a monocrystal, the opening itself being produced by wet anisotropic etching of the single crystal.
  • the substantially cylindrical passage of the pivoting structure is constituted by a cylindrical wall portion of the opening of circular or polygonal section, the cylindrical wall portion being located between the profile portion. trapezoidal or triangular inverted and a mouth of the opening.
  • This second embodiment is called monoblock because the substantially cylindrical passage and the bearing surface are made in the same opening of the pivot structure.
  • This embodiment of the present invention somewhat recalls the pivoting device described in patent document CH 324 263 and already mentioned. However, it differs from this prior art in that the bottom of the opening is not flat but has an inclined wall.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing a pivot inserted into a radial guide member and an axial abutment member according to the present invention
  • FIG. 2 is a partial sectional view schematically showing a pivoting structure of a pivoting device according to a first embodiment of the present invention
  • - Figure 3 is a schematic sectional view showing the same elements as Figure 3, but in which the axis of the balance shaft is inclined relative to the vertical;
  • FIG. 4 is a partial sectional view schematically showing a pivoting structure of a pivoting device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a perspective view of an axial bearing element according to the invention, which can be obtained from a silicon wafer;
  • FIG. 6 is a sectional view of the silicon wafer from which the axial bearing member of Figure 7 can be obtained.
  • FIG 3 schematically shows a balance shaft 1 1 with its pivoting device.
  • the ends of the shaft 1 1 form two pivots with rounded tip (referenced respectively 12 and 12 '). It can also be seen that the balance shaft 1 1 is held radially by two radial guide elements (21, 21 ') and axially by two axial abutment elements 15, 15' against which the pivots 12, 12 'can rest. .
  • Figure 1 shows a half of the same pivot device vertically oriented.
  • FIGS. 1 and 3 show that, in the example shown, the tip of the pivot 12 terminates in a rounded portion 13 forming substantially a half-sphere.
  • the diameter of the sphere may advantageously be between 0.05 and 0.10 mm, for example about 0.07 mm.
  • the end 13 of the pivot 12 is provided to abut against the inner wall 17 of a trapezoidal profile opening (referenced 16 in Figure 1) formed in an axial abutment member 15. It is seen that the opening 16 has the shape of a cone substantially coaxial with the axis of the balance shaft 1 1.
  • the opening of the cone 16 is preferably between about 80 ° and 120 ° or, in other words, the inclination the wall 17 relative to the axis of the balance 1 1 is preferably between 40 ° and 60 °.
  • FIGS. 1 and 3 show again that the rounded portion 13 and the opening 16 are dimensioned so that the lateral surface of the rounded portion 13 is entirely supported by the inclined wall 17.
  • two arrows represent the direction perpendicular to the contact surface between the pivot 12 and the axial abutment element 15.
  • the two arrows N have their origin at the location of a point-of-contact. It should be noted that the surfaces in contact are not uneven, which allows a "normal" support. In other words, at a point of support of the pivot 12 on the wall of the opening 16, the direction of the arrow N corresponds both to the direction normal to the surface of the pivot and in the normal direction to the inclined wall of the opening.
  • the pivot 12 does not bear against the bottom of the opening 16, but against its inclined inner wall.
  • the axis of the opening 16 being substantially parallel to the axis of the pivot 12, the contact of the pivot 12 with the interior of the opening 16 is by the flanks of the pivot, in an area of the surface of the latter whose inclination is the same as that of the walls of the cone; that is, about 50 ° in the present example.
  • Figures 1 and 3 it can be seen that it is approximately the same area of the surface of the pivot that ensures contact when the balance shaft is horizontal and when the shaft is inclined.
  • Figures 1 and 3 show that the pivots 12, 12 'comprise an elongated cylindrical portion 19, 19' which precedes the rounded end 13, 13 '.
  • the elongate cylindrical portion passes into the olive or cylindrical hole of a radial guide member 21, 21 '.
  • the function of the radial guide element corresponds to the function of a hole stone in a usual pivoting device.
  • the radial guide element 21, 21 ' prevents the rounded end 13, 13' of the pivot from being completely released from the opening 16, 16 '. Indeed, with particular reference to Figure 3, we see that there is some clearance, both radial and axial, between the balance shaft 1 1 and the axial abutment members 15 and 15 '.
  • This elastic suspension of the pivot structure is, in a manner known per se, provided to prevent the cylindrical portion 19 from breaking in the event of impact.
  • the balance shaft 1 1 still has a tigeron (referenced 23 in Figure 1) substantially thicker than the cylindrical portion 19. Because of its dimensions, the tigeron 23 is much stronger than the end of a pivot 12, 12 ', and is provided to abut against a not shown portion of the device so as to absorb most of the energy associated with impact.
  • FIG. 2 is a partial sectional view schematically showing a pivoting structure of a pivoting device according to a first embodiment of the present invention (the elements of Figure 2 also shown in Figures 1 and 3 retain the same reference numbers). It can be seen in the figure that the two stones respectively constituting the axial abutment element 15 and the radial guide element 21 are both mounted in a kitten (shown schematically) with which they form the pivot structure 25.
  • the realization of the pivot structure 25 may present some difficulties. Indeed, it is easy to understand that it is important that the axis of the opening 16 and that of the substantially cylindrical passage of the radial guide element 21 are perfectly aligned. Indeed, as the diameter of the pivot is of the order of 0.1 mm., An offset of less than one hundredth of a millimeter between the axes of the two openings is sufficient to substantially affect the quality of pivoting.
  • the axial abutment element 15 is housed in a cylindrical cavity 27.
  • the diameter of the cavity 27 is slightly greater than that of the axial abutment element. The latter therefore enjoys some lateral play.
  • the balance shaft is in a vertical position, as shown in FIG. 2, the rounded portion 13 of the point of the pivot bears against the inclined side of the opening 16 of the element 15. If, for a reason or a other, the opening 16 is not quite in the axis of the balance, the support of the tip of the pivot on the inclined edge is only one side of the opening.
  • the thrust of the pivot on the edge of the opening is exerted asymmetrically, and the horizontal component of this thrust is sufficient to bring the axial abutment member 15 in the axis of the balance shaft . It will thus be understood that, the inclined wall of the opening 16 allows self-centering of the axial abutment element 15.
  • the axial abutment element may be rigidly fixed in the pivot structure.
  • the solution just described to the problems of alignment can be adapted to this case. Indeed, it is possible to precisely adjust the centering of the axial abutment element 15 at the assembly stage of the Pivot structure 25. To do this, a "false axis" is first inserted into the pivot structure 25 in the place provided for the balance shaft. The thrust of this "false axis" makes it possible to center the axial abutment element 15 according to a principle identical to that explained in the preceding paragraph.
  • FIG 4 is a partial sectional view schematically showing a pivotal structure of a pivoting device according to a second embodiment of the present invention.
  • the half device shown comprises a pivot 32 similar to the pivot 12 of Figures 1, 2 and 3. It has a tip having an elongate cylindrical portion 39 and ending with a rounded portion 33.
  • the tip of the pivot 32 is inserted into an opening 36 of a pivot structure 35. It can be seen in the figure that the profile of the opening 36 has a first portion with a cylindrical wall 37 followed by a trapezoidal profile portion 38.
  • the rounded tip 33 of the pivot is dimensioned so as to its rounded surface can bear against the inclined wall of the trapezoidal profile portion 38.
  • a one-piece pivoting structure 35 fulfills both the functions of axial abutment element and radial guide element for the pivot 32.
  • the embodiment of Figure 4 combines the elements 15 and 21 in a single piece.
  • the monoblock element 35 is suitable for being made by example in a metal or an alloy or, still, plastic.
  • the openings 16, 16 'and 36 are not necessarily circular in section. Indeed, as will be seen in the example which is shown in Figures 5 and 6 and which will now be described, the section of an opening may also be of polygonal section (by section of an opening, we mean the shape that presents the contour of this opening when the latter is seen in section transverse to the axis of the opening or, which is substantially the same, transversely to the axis of rotation of the balance).
  • the axial abutment elements shown in FIGS. 1 to 3 may be made from a wafer of monocrystalline material such as silicon, for example.
  • the known method of anisotropic etching in a liquid medium (or wet) is an advantageous way of digging polygonal openings of triangular or trapezoidal profile in monocrystalline wafers. Engraving or, more precisely, etching of a monocrystal is said to be anisotropic if the etch rate is higher in some crystallographic directions than in others.
  • the anisotropy of chemical attack depends on many parameters. Firstly, it depends on the interaction between the chemical properties of the substance of which the single crystal is made and those of the attack reagent used.
  • etch rates in the various crystallographic directions depend, of course, on the symmetry of the crystal structure.
  • concentration of the reagent, the temperature, etc. it is therefore possible to make polygonal openings of relatively complex profile in a single crystal.
  • a known example of wet anisotropic etching relates to silicon. Indeed, it is possible to form openings in the form of inverted pyramids in a silicon wafer of ⁇ 100> orientation by wet etching.
  • Patent document US 2004/0195209 which is incorporated herein by reference, discloses one of a number of methods that can be implemented to provide such inverted pyramid shaped openings.
  • Fig. 5 shows the axial abutment member 15 of a bearing for a pivoting device made from a monocrystalline silicon wafer 40 of ⁇ 100> orientation.
  • the wafer is shown covered by a mask 43.
  • This mask must be formed on the surface of the wafer before etching, so as to protect the silicon from the etching reagent.
  • the mask has an opening 45 formed at the location where the opening 46 is to be etched in the silicon.
  • the etching reagent digs a pyramid-shaped opening.
  • the inclined faces of the pyramid may be either ⁇ 1 10> planes or ⁇ 1 1 1> planes. Whether the faces of the pyramid are ⁇ 1 10> planes or ⁇ 1 1 1> planes, the formed pyramid is of square section. Indeed, the directions ⁇ 1 1 1> and ⁇ 1 10> both have a rotation symmetry of order 4.
  • the inverted pyramid constituting the opening 46 is slightly truncated (FIG. 6).
  • the inclination of the planes ⁇ 1 10> is about 45 °, that of the planes ⁇ 1 1 1> of about 55 °.
  • the edges of the trapezoidal portion of an opening has an inclination of between 40 ° and 60 °. Wet anisotropic etching is therefore particularly well suited to the present invention.
  • the present invention is not limited to a pivoting device for a balance shaft.
  • the pivoting device of the present invention may be used for any axis or shaft of the timepiece and, in particular, for the pivoting of the escapement or the anchor.
  • the pivoting device according to the present invention may be made from other materials than traditional materials or silicon. Indeed, the invention can be made from any material that the skilled person deems fit to use.
  • openings by wet anisotropic etching in monocrystals of galium arsenide or indium phosphide. It is useful to specify that these openings are distinguished from those described in the previous example in that they may have the form of inverted tetrahedrons (of triangular section) instead of inverted pyramids.
  • the section of the openings may be circular or polygonal, and if the section is polygonal, the number of sides of the polygon may be arbitrary.

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Description

Dispositif de pivotement d'un arbre dans une pièce d'horlogerie
La présente invention concerne les dispositifs de pivotement d'un arbre dans une pièce d'horlogerie, qui comporte deux pivots formant chacun une extrémité de l'arbre et deux paliers pour recevoir les deux pivots, chacun des deux pivots comportant, proche de l'extrémité, une portion sensiblement cylindrique et une portion arrondie convexe prolongeant la portion sensiblement cylindrique et allant en diminuant en direction de l'extrémité, chacun des deux paliers comportant une structure de pivotement maintenue élastiquement en place, la structure de pivotement comprenant un passage sensiblement cylindrique traversé par la portion sensiblement cylindrique d'un des pivots et une surface d'appui contre laquelle l'extrémité du dit pivot est prévue pour venir s'appuyer.
Les figures 13-51 et 13-52 de la page 291 de l'ouvrage « Théorie d'horlogerie » montre une moitié d'un dispositif de pivotement anti-chocs pour arbre de balancier correspondant à la définition ci-dessus. Le pivot représenté, qui forme l'une des extrémités d'un arbre de balancier, a une forme appointie et se termine par une partie cylindrique à bout légèrement arrondi. Le pivotement est assuré par une pierre à trou et un contre-pivot qui sont maintenus dans un chaton de manière à former une structure de pivotement. Le trou de la pierre à trou constitue un passage sensiblement cylindrique qui entoure la portion cylindrique du pivot de manière à retenir radialement l'arbre de balancier. Le contre-pivot constitue une surface d'appui contre laquelle le bout arrondi du pivot est prévu pour venir s'appuyer. Le chaton est fixé élastiquement en place. Le dispositif de pivotement exemplaire représenté dans la figure 5 du document de brevet CH 324'263 correspond également à la définition ci-dessus. Le pivot représenté dans la figure 5 se termine par une partie cylindrique à bout légèrement arrondi. Le pivotement est assuré par une seule pierre percée d'un trou borgne à paroi cylindrique. Cette pierre est montée dans un chaton et forme avec ce dernier une structure de pivotement. La partie cylindrique du pivot est engagée dans le trou à paroi cylindrique, et le bout arrondi du pivot peut ainsi venir en appui contre la surface d'appui constituée par le fond plat du trou borgne. En outre, comme illustré par la figure 1 , la structure de pivotement est fixée élastiquement en place dans un logement à siège conique d'un corps de palier, lui-même, fixé à la platine.
Les dispositifs de pivotement de l'art antérieur qui viennent d'être décrits présentent certains inconvénients. En particulier, la zone de contact de chaque pivot avec le palier correspondant change selon l'inclinaison de la pièce d'horlogerie. Lorsque la pièce d'horlogerie est en position horizontale, l'arbre de balancier étant donc orienté verticalement, seul le bout arrondi de l'un des pivots appuie contre la surface d'appui, tandis qu'en position verticale de la pièce d'horlogerie, c'est la circonférence de la partie cylindrique des pivots qui repose contre le flanc des passages sensiblement cylindriques. On comprendra que, dans ces conditions, le freinage dû au frottement est moins grand lorsque la pièce d'horlogerie est à plat que dans les autres positions. Ce phénomène influence l'amplitude des oscillations du balancier, et les variations d'amplitude peuvent à leur tour, entraîner des écarts de marche entre la position horizontale et la position verticale.
Un but de la présente invention est donc de fournir un dispositif de pivotement d'un arbre de balancier dans lequel l'écart d'amplitude entre les différentes positions de la montre est réduit au minimum. Elle atteint ce but en fournissant un dispositif conforme à la revendication 1. Selon la présente invention, chaque pivot vient en appui contre la paroi intérieure inclinée de la portion de profil trapézoïdal (Par profil d'une ouverture, on entend la forme que présente le contour de cette ouverture lorsque cette dernière est vue en coupe selon un plan qui contient l'axe de l'ouverture ou, ce qui revient sensiblement au même, selon un plan qui contient l'axe de rotation du balancier). Ainsi l'extrémité d'un pivot ne peut pas pénétrer jusqu'au fond de l'ouverture. L'appui du pivot contre la surface d'appui n'est donc jamais frontal. Même lorsque l'arbre de balancier est orienté verticalement, l'appui ne se fait pas par la pointe du pivot, mais uniquement par les flancs de la portion arrondie de celui-ci. Dans ces conditions, il est possible de fournir un dispositif de pivotement dans lequel le couple de la force de frottement varie très peu entre les différentes orientations possibles de la pièce d'horlogerie.
Le diamètre de la portion de la portion arrondie dont les flancs viennent en appui contre le bord évasé d'une ouverture, est compris, de préférence, entre environ 0,05 et 0,10mm.
La paroi de la portion de profil trapézoïdal ou triangulaire inversé présente, de préférence, une inclinaison par rapport à l'axe du balancier comprise entre environ 40° et 60°. Selon un premier mode de réalisation de la présente invention, la structure de pivotement de chacun des deux paliers comporte un élément de butée axiale (15, 15') dans lequel est aménagé ladite ouverture (16, 16') de section circulaire ou polygonale, et un élément de guidage radial (21 , 21 ') traversé par le passage sensiblement cylindrique. Ce premier mode de réalisation est similaire aux pivotements de l'art antérieur associant pierres à trou et contre-pivots. Toutefois, l'élément de butée axiale selon l'invention se distingue des contre-pivots connus, notamment en ce qu'il comporte une ouverture pour recevoir la portion arrondie convexe d'un pivot. - A -
Selon une variante avantageuse de ce premier mode de réalisation, chacun des éléments de butée dans lequel est formée l'ouverture est constitué par un monocristal, l'ouverture elle-même étant réalisée par gravure anisotrope humide du monocristal. Selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention, le passage sensiblement cylindrique de la structure de pivotement est constitué par une portion à paroi cylindrique de l'ouverture de section circulaire ou polygonale, la portion à paroi cylindrique étant située entre la portion de profil trapézoïdal ou triangulaire inversé et une embouchure de l'ouverture.
Ce deuxième mode de réalisation est qualifié de monobloc parce que le passage sensiblement cylindrique et la surface d'appui sont réalisés dans une même ouverture de la structure de pivotement. Ce mode de réalisation de la présente invention rappelle un peu le dispositif de pivotement décrit dans le document de brevet CH 324'263 et déjà mentionné. Toutefois, il se distingue de cet art antérieur par le fait notamment que le fond de l'ouverture n'est pas plat mais présente une paroi inclinée.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique en coupe montrant un pivot inséré dans un élément de guidage radial et un élément de butée axiale conforme à la présente invention ;
- la figure 2 est une vue partielle en coupe montrant schématiquement une structure de pivotement d'un dispositif de pivotement selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 3 est une vue schématique en coupe montrant les mêmes éléments que la figure 3, mais dans laquelle l'axe de l'arbre de balancier est incliné par rapport à la verticale ;
- la figure 4 est une vue partielle en coupe montrant schématiquement une structure de pivotement d'un dispositif de pivotement selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention ;
- la figure 5 est une vue en perspective d'un élément d'appui axial selon l'invention, qui peut être obtenu à partir d'un wafer de silicium ;
- la figure 6 est une vue en coupe du wafer de silicium à partir duquel l'élément d'appui axial de la figure 7 peut être obtenu.
La figure 3 montre schématiquement un arbre de balancier 1 1 avec son dispositif de pivotement. Les extrémités de l'arbre 1 1 forment deux pivots à pointe arrondie (référencés respectivement 12 et 12'). On voit encore que l'arbre de balancier 1 1 est maintenu radialement par deux éléments de guidage radial (21 , 21 ') et axialement par deux éléments de butée axiale 15, 15' contre lesquels les pivots 12, 12' peuvent s'appuyer.
La figure 1 montre une moitié du même dispositif de pivotement orienté verticalement. On voit sur les figures 1 et 3 que, dans l'exemple représenté, la pointe du pivot 12 se termine par une portion arrondie 13 formant sensiblement une demi sphère. Le diamètre de la sphère peut avantageusement être compris entre 0,05 et 0,10mm, par exemple environ 0,07mm. L'extrémité 13 du pivot 12 est prévue pour venir s'appuyer contre la paroi intérieure 17 d'une ouverture de profil trapézoïdal (référencée 16 dans la figure 1 ) formée dans un élément de butée axiale 15. On voit que l'ouverture 16 a la forme d'un cône sensiblement coaxial avec l'axe de l'arbre de balancier 1 1. L'ouverture du cône 16 est de préférence comprise entre environ 80° et 120° ou, en d'autres termes, l'inclinaison de la paroi 17 par rapport à l'axe du balancier 1 1 est de préférence comprise entre 40° et 60°. On voit encore sur les figures 1 et 3 que la portion arrondie 13 et l'ouverture 16 sont dimensionnées de manière à ce que la surface latérale de la portion arrondie 13 soit entièrement supportée par la paroi inclinée 17.
Sur la figure 3, on a représenté par deux flèches (référencées N) la direction perpendiculaire à la surface de contact entre le pivot 12 et l'élément de butée axiale 15. Les deux flèches N ont leur origine à l'endroit d'un point de contact. On notera que les surfaces en contact ne sont pas accidentées, ce qui permet un appui « normal ». En d'autres termes, à l'endroit d'un point d'appui du pivot 12 sur la paroi de l'ouverture 16, la direction de la flèche N correspond tout à la fois à la direction normale à la surface du pivot et à la direction normale à la paroi inclinée de l'ouverture.
Conformément à la présente invention, le pivot 12 ne vient pas en appui contre le fond de l'ouverture 16, mais contre sa paroi intérieure inclinée. En effet, l'axe de l'ouverture 16 étant sensiblement parallèle à l'axe du pivot 12, le contact du pivot 12 avec l'intérieur de l'ouverture 16 se fait par les flancs du pivot, dans une zone de la surface de ce dernier dont l'inclinaison est la même que celle des parois du cône ; c'est-à-dire environ 50° dans le présent exemple. De plus, en comparant les figures 1 et 3, on peut voir que c'est approximativement la même zone de la surface du pivot qui assure le contact lorsque l'arbre de balancier est horizontal et lorsque cet arbre est incliné.
Les figures 1 et 3 montrent encore que les pivots 12, 12' comportent une partie cylindrique allongée 19, 19' qui précède l'extrémité arrondie 13, 13'. La partie cylindrique allongée passe dans le trou olive ou cylindrique d'un élément de guidage radial 21 , 21 '. La fonction de l'élément de guidage radial correspond à la fonction d'une pierre à trou dans un dispositif de pivotement habituel. De plus, dans un dispositif de pivotement selon la présente invention, l'élément de guidage radial 21 , 21 ' évite que l'extrémité arrondie 13, 13' du pivot ne se libère complètement de l'ouverture 16, 16'. En effet, en se référant plus particulièrement à la figure 3, on voit qu'il existe un certain jeu, tant radial qu'axial, entre l'arbre de balancier 1 1 et les éléments de butée axiale 15 et 15'. On précisera toutefois que, sur la figure, l'amplitude de ce jeu a été exagérée de manière à faciliter la compréhension. En raison du jeu axial, lorsque l'arbre de balancier 1 1 est vertical ou sensiblement incliné comme dans la figure 3, l'extrémité supérieure 12' n'est plus en contact avec l'élément de butée axiale 15'. Dans cette situation, la partie cylindrique allongée 19' vient s'appuyer contre la paroi intérieur du passage sensiblement cylindrique dans l'élément de guidage radial 21 '. Sur la figure 3, on a représenté par une flèche (référencée N à nouveau) la direction perpendiculaire à la surface de contact entre le pivot 12' et l'élément de guidage radial 21 '. La flèche N a son origine à l'endroit d'un point de contact. Finalement, dans le cas non représenté où l'arbre de balancier est sensiblement horizontal, on comprendra que les parties cylindriques 19, 19' viennent toutes les deux s'appuyer contre la paroi intérieure du passage sensiblement cylindrique de l'un des éléments de guidage radial 21 , 21 '. Ainsi, le contact d'un pivot avec l'élément de guidage radial se fait toujours par les flancs du pivot.
L'élément de guidage radial et l'élément de butée axiale faisant partie, selon la présente invention, d'une structure de pivotement maintenue élastiquement en place, le jeu entre l'arbre de balancier 1 1 et les éléments de butée axiale 15 et 15' peut devenir transitoirement beaucoup plus important en cas de choc. Cette suspension élastique de la structure de pivotement est, de manière connue en soi, prévue pour éviter que la portion cylindrique 19 ne se casse en cas de choc. À cet effet, l'arbre de balancier 1 1 présente encore un tigeron (référencé 23 sur la figure 1 ) considérablement plus épais que la portion cylindrique 19. De par ses dimensions, le tigeron 23 est beaucoup plus solide que l'extrémité d'un pivot 12, 12', et il est prévu pour venir buter contre une partie non représentée du dispositif de manière à absorber la plus grande partie de l'énergie associée à un choc.
La figure 2 est une vue partielle en coupe montrant schématiquement une structure de pivotement d'un dispositif de pivotement selon un premier mode de réalisation de la présente invention (les éléments de la figure 2 également représentés dans les figures 1 et 3 conservent les mêmes numéros de référence). On voit sur la figure que les deux pierres constituant respectivement l'élément de butée axiale 15 et l'élément de guidage radial 21 sont toutes deux montées dans un chaton (représenté schématiquement) avec lequel elles forment la structure de pivotement 25.
La réalisation de la structure de pivotement 25 peut présenter certaines difficultés. En effet, on comprendra sans peine qu'il est important que l'axe de l'ouverture 16 et celui du passage sensiblement cylindrique le de l'élément de guidage radial 21 soient parfaitement alignés. En effet, comme le diamètre du pivot est de l'ordre de 0,1 mm., un décalage de moins d'un centième de millimètre entre les axes des deux ouvertures est suffisant pour affecter sensiblement la qualité du pivotement.
On voit sur la figure 2 que l'élément de butée axiale 15 est logé dans une cavité cylindrique 27. Le diamètre de la cavité 27 est légèrement supérieur à celui de l'élément de butée axiale. Ce dernier bénéficie donc d'un certain jeu latéral. Lorsque l'arbre de balancier est en position verticale, comme représenté sur la figure 2, la portion arrondie 13 de la pointe du pivot appuie contre le flanc incliné de l'ouverture 16 de l'élément 15. Si, pour une raison ou une autre, l'ouverture 16 ne se trouve pas tout à fait dans l'axe du balancier, l'appui de la pointe du pivot sur le bord incliné ne se fait que d'un seul côté de l'ouverture. Dans ces conditions, la poussée du pivot sur le bord de l'ouverture s'exerce de manière asymétrique, et la composante horizontale de cette poussée est suffisante pour ramener l'élément de butée axiale 15 dans l'axe de l'arbre de balancier. On comprendra donc que, la paroi inclinée de l'ouverture 16 permet l'autocentrage de l'élément de butée axiale 15.
Selon les circonstances, il peut être préférable que l'élément de butée axiale soit fixé rigidement dans la structure de pivotement. La solution qui vient d'être décrite aux problèmes d'alignement peut être adaptée à ce cas de figure. En effet, il est possible d'ajuster précisément le centrage de l'élément de butée axiale 15 au stade de l'assemblage de la structure de pivotement 25. Pour ce faire, on insère d'abord un « faux axe » dans la structure de pivotement 25 à la place prévue pour l'arbre de balancier. La poussée de ce « faux axe » permet de centrer l'élément de butée axiale 15 selon un principe identique à celui exposé au paragraphe précédent. Une fois que l'ouverture 16 de l'élément de butée axiale 15 a été amené parfaitement dans l'axe, on procède à une étape de solidarisation de cet élément avec le reste de la structure de pivotement 25 par collage, par soudage, ou par tout autre procédé connu de l'homme du métier. Ce n'est de préférence qu'une fois le « faux axe » retiré, et l'élément de butée axiale fixé, que l'on installe la structure de pivotement 25 dans la montre.
La figure 4 est une vue partielle en coupe montrant schématiquement une structure de pivotement d'un dispositif de pivotement selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention. Le demi dispositif représenté comporte un pivot 32 semblable au pivot 12 des figures 1 , 2 et 3. Il présente une pointe comportant une portion cylindrique allongée 39 et se terminant par une portion arrondie 33. La pointe du pivot 32 est insérée dans une ouverture 36 d'une structure de pivotement 35. On peut voir sur la figure que le profil de l'ouverture 36 présente une première portion à paroi cylindrique 37 suivie par une portion de profil trapézoïdal 38. La pointe arrondie 33 du pivot est dimensionnée de manière à ce que sa surface arrondie puisse venir en appui contre la paroi inclinée de la portion de profil trapézoïdal 38. On peut voir également que la portion cylindrique 39 du pivot 32 s'étend à l'intérieur de la portion à paroi cylindrique 37 de l'ouverture 36. En effet, la paroi intérieure de la portion 37 est prévue pour entourer la portion cylindrique 39 du pivot 32 de manière à retenir radialement l'arbre de balancier. On comprendra donc que, dans le mode de réalisation de l'invention représenté à la figure 4, une structure de pivotement 35 monobloc remplit à la fois les fonctions d'élément de butée axiale et d'élément de guidage radial pour le pivot 32. En comparaison avec le mode de réalisation des figures 1 , 2 et 3, on peut donc dire que le mode de réalisation de la figure 4 réunit les éléments 15 et 21 dans une seule et unique pièce. L'élément monobloc 35 convient pour être réalisé par exemple en un métal ou un alliage ou, encore, en matière plastique. Si l'on désire réaliser l'élément 35 en un métal ou un alliage, il est possible de procéder par photolithographie et croissance galvanique, et notamment en ayant recours à la technique LIGA. II est important de préciser d'autre part que les ouvertures 16, 16' et 36 ne sont pas nécessairement de section circulaire. En effet, comme on va le voir dans l'exemple qui est représenté aux figures 5 et 6 et qui va maintenant être décrit, la section d'une ouverture peut également être de section polygonale (par section d'une ouverture, on entend la forme que présente le contour de cette ouverture lorsque cette dernière est vue en en coupe transversalement à l'axe de l'ouverture ou, ce qui revient sensiblement au même, transversalement à l'axe de rotation du balancier).
Selon une variante avantageuse de la présente invention, les éléments de butée 15 axiale représentés sur les figures 1 à 3 peuvent être réalisés à partir d'une galette (en anglais wafer) d'un matériau monocristallin comme du silicium par exemple. En effet, le procédé connu de la gravure anisotrope en milieu liquide (ou humide) constitue une manière avantageuse de creuser des ouvertures polygonales de profil triangulaire ou trapézoïdal dans des wafers monocristallins. La gravure ou, plus précisément, l'attaque chimique d'un monocristal est dite anisotrope si la vitesse d'attaque est plus élevée dans certaines directions cristallographiques que dans d'autres. L'anisotropie de l'attaque chimique dépend de nombreux paramètres. Tout d'abord, elle dépend de l'interaction entre les propriétés chimiques de la substance dont est fait le monocristal et celles du réactif d'attaque utilisé. De plus, les vitesses d'attaque dans les différentes directions cristallographiques dépendent bien entendu de la symétrie de la structure cristalline. En jouant sur la concentration du réactif, la température, etc. il est donc possible de réaliser des ouvertures polygonales de profil relativement complexe dans un monocristal. Un exemple connu de gravure anisotrope humide concerne le silicium. En effet, il est possible de former des ouvertures en forme de pyramides inversées dans un wafer de silicium d'orientation <100> par gravure humide. Le document de brevet US 2004/0195209, qui est incorporé dans la présente demande par référence, décrit un procédé parmi d'autres pouvant être mis en œuvre pour réaliser de telles ouvertures en forme de pyramides inversées.
La figure 5 représente l'élément de butée axiale 15 d'un palier pour un dispositif de pivotement réalisé à partir d'un wafer de silicium monocristallin 40 d'orientation <100>. Sur la figure 6, le wafer est représenté recouvert par un masque 43. Ce masque doit être formé sur la surface du wafer avant de procéder à la gravure, de manière à protéger le silicium du réactif d'attaque. Le masque présente une ouverture 45 formée à l'emplacement où l'ouverture 46 doit être gravée dans le silicium. Lors de la gravure, le réactif d'attaque creuse une ouverture en forme de pyramide. Selon la nature exacte du réactif utilisé, les faces inclinées de la pyramide peuvent être soit des plans <1 10>, soit des plans <1 1 1 >. Que les faces de la pyramide soit des plans <1 10> ou des plans <1 1 1 >, la pyramide formée est de section carrée. En effet, les directions <1 1 1 > et <1 10> présentent toutes les deux une symétrie de rotation d'ordre 4.
Dans le présent exemple, la pyramide inversée constituant l'ouverture 46 est légèrement tronquée (figure 6). Toutefois, on comprendra que ce n'est pas nécessairement le cas. D'autre part, l'inclinaison des plans <1 10> est d'environ 45°, celle des plans <1 1 1 > d'environ 55°. Or, comme on l'a vu plus haut, selon une caractéristique avantageuse de la présente invention, les bords de la portion trapézoïdale d'une ouverture présente une inclinaison comprise entre 40° et 60°. La gravure anisotrope humide est donc particulièrement bien adaptée à la présente invention.
On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour un homme du métier peuvent être apportées à l'un ou l'autre des modes de réalisation décrits sans sortir du cadre de la présente invention définie par les revendications annexées. En particulier, la présente invention ne se limite pas à un dispositif de pivotement pour un arbre de balancier. Au contraire, le dispositif de pivotement de la présente invention pourra être utilisé pour n'importe quel axe ou arbre de la pièce d'horlogerie et, notamment, pour le pivotement de l'échappement ou de l'ancre. D'autre part, le dispositif de pivotement selon la présente invention pourra être réalisé à partir d'autres matériaux que les matériaux traditionnels ou le silicium. En effet, l'invention pourra être réalisée à partir de tout matériau que l'homme du métier jugera bon d'employer. En particulier, il est connu de réaliser des ouvertures par gravure anisotrope humide dans des monocristaux d'arséniure de galium ou phosphure d'indium. Il est utile de préciser que ces ouvertures se distinguent de celles décrites dans l'exemple précédent en ce qu'elles peuvent avoir la forme de tétraèdres inversés (de section triangulaire) au lieu de pyramides inversées. De manière générale, conformément aux revendications annexées, la section des ouvertures peut être circulaire ou polygonale, et si la section est polygonale, le nombre de côtés du polygone peut être quelconque.

Claims

REVEN D I CATIONS
1. Dispositif de pivotement d'un arbre (1 1 ) dans une pièce d'horlogerie, comportant deux pivots (12, 12' ; 32) formant chacun une extrémité de l'arbre et deux paliers pour recevoir les deux pivots, chacun des deux pivots comportant, proche de l'extrémité, une portion sensiblement cylindrique (19, 19' ; 39) et une portion arrondie convexe (13, 13' ; 33) prolongeant la portion sensiblement cylindrique et allant en diminuant en direction de l'extrémité, chacun des deux paliers comportant une structure de pivotement (25 ; 35) maintenue élastiquement en place, la structure de pivotement (25 ; 35) comportant un passage sensiblement cylindrique traversé par ladite portion sensiblement cylindrique (19, 19' ; 39) d'un des pivots et une surface d'appui contre laquelle l'extrémité du dit pivot est prévue pour venir s'appuyer, caractérisé en ce que la structure de pivotement de chacun des deux paliers comporte une ouverture (16, 16' ; 36 ; 46) de section circulaire ou polygonale, ladite ouverture comportant une portion de profil trapézoïdal ou triangulaire inversé (16, 16' ; 38 ; 46) dont la paroi intérieure inclinée constitue ladite surface d'appui, et en ce que ladite portion arrondie convexe (13, 13' ; 33) d'un des deux pivots est prévue pour venir en appui contre ladite paroi intérieure inclinée de manière à ce que l'arbre (1 1 ) soit maintenu axialement entre les parois inclinées des ouvertures des deux paliers.
2. Dispositif de pivotement selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le rayon de courbure de la portion arrondie convexe (13, 13' ; 33) est compris entre environ 0,025 et 0,5mm.
3. Dispositif de pivotement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le bord intérieur de la portion de profil trapézoïdal (16, 16' ; 38 ; 46) présente une inclinaison par rapport à l'axe de l'arbre (1 1 ) comprise entre environ 40° et 60°.
4. Dispositif de pivotement selon l'une des revendications 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que la structure de pivotement de chacun des deux paliers comporte un élément de butée axiale (15, 15') dans lequel est aménagé ladite ouverture (16, 16') de section circulaire ou polygonale, et un élément de guidage radial (21 , 21 ') traversé par le passage sensiblement cylindrique.
5. Dispositif de pivotement selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'élément de butée axiale (15, 15') est monté dans la structure de pivotement (25) avec un certain jeu latéral relativement à l'axe de l'arbre (1 1 ) de manière à permettre d'aligner l'ouverture (16, 16') avec le passage sensiblement cylindrique de l'élément de guidage radial (21 , 21 ').
6. Dispositif de pivotement selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que les deux éléments de butée axiale (15, 15') sont chacun constitués par un monocristal de silicium, et en ce que l'ouverture (16, 16' ; 46) que présente chacun des éléments de butée axiale est réalisée par gravure anisotrope humide du monocristal.
7. Dispositif de pivotement selon l'une des revendications 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce que le passage sensiblement cylindrique est constitué par une portion à paroi cylindrique (37) de ladite ouverture (36) de section circulaire ou polygonale, ladite portion à paroi cylindrique étant située entre la portion (38) de profil trapézoïdal ou triangulaire inversé et une embouchure de l'ouverture (36).
8. Dispositif de pivotement selon la revendication 7, caractérisé en ce que la structure de pivotement (35) est réalisée en plastique.
9. Dispositif de pivotement selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il est réalisé en métal ou en alliage.
10. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'ouverture (16, 16' ; 46) que présente chaque élément de butée axiale (15, 15') est une ouverture de section carrée.
11. Procédé d'assemblage d'un dispositif de pivotement d'un arbre dans une pièce d'horlogerie comprenant les étapes de :
- assembler un élément de butée axiale (15, 15') et élément de guidage radial (21 , 21 ') dans une structure de pivotement (25) de manière à donner un certain jeu latéral à l'élément de butée axiale ;
- insérer un faux axe dans le passage sensiblement cylindrique de la structure de pivotement :
- appuyer avec l'extrémité du faux axe sur l'élément de butée axiale de manière à aligner l'ouverture (16, 16') avec le passage sensiblement cylindrique ;
- solidariser l'élément de butée axiale (15, 15') avec le reste de la structure de pivotement (25).
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