EP3479175B1

EP3479175B1 - Mouvement d'horlogerie mecanique

Info

Publication number: EP3479175B1
Application number: EP17733911.6A
Authority: EP
Inventors: Nicolas Dehon
Original assignee: Patek Philippe SA Geneve
Current assignee: Patek Philippe SA Geneve
Priority date: 2016-06-29
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2022-11-09
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: EP3479175A1; WO2018002778A1

Description

La présente invention concerne un mouvement d'horlogerie mécanique.
Un mouvement d'horlogerie mécanique traditionnel comprend une source d'énergie, telle qu'un barillet, un rouage de finissage entraîné par la source d'énergie, un échappement entraîné par le rouage de finissage et un oscillateur dont les oscillations sont entretenues par l'échappement. L'oscillateur (ou organe régulateur) est généralement de type balancier-spiral. L'échappement comprend généralement un mobile d'échappement (roue et pignon coaxiaux et solidaires) et une ancre. Le pignon du mobile d'échappement engrène avec la dernière roue du rouage de finissage tandis que la roue du mobile d'échappement coopère avec l'ancre, laquelle communique des impulsions d'énergie mécanique à l'oscillateur.
Certains mouvements comprennent aussi, dans le rouage de finissage entre la source d'énergie et l'échappement, un dispositif dit « à force constante », c'est-à-dire un dispositif comprenant un ressort intermédiaire armé périodiquement de la même quantité par la source d'énergie et fournissant son énergie à l'échappement. Un tel dispositif à force constante permet de rendre les oscillations de l'oscillateur indépendantes de l'état d'armage de la source d'énergie.
On connaît également par les demandes de brevet WO 99/64936 , WO 2009/118310 et CH 705674 un échappement comprenant une lame bistable armée par une bascule d'armage actionnée alternativement par deux mobiles d'échappement. Une bascule de détente solidaire de la zone du point milieu de la lame bistable communique des impulsions d'énergie mécanique à l'oscillateur lors des changements d'état de la lame bistable. La lame bistable est un dispositif « à force constante » qui fournit périodiquement la même quantité d'énergie à l'oscillateur via la bascule de détente. Dans la présente invention, l'organe qui communique les impulsions d'énergie mécanique à l'oscillateur, qu'il soit sous la forme d'une bascule de détente, d'une ancre ou autre, est appelé « percuteur ».
Le rendement d'un mouvement d'horlogerie mécanique est faible. En effet, l'échappement ne transmet à l'oscillateur qu'une petite partie de l'énergie qu'il reçoit. L'une des causes des pertes énergétiques constatées sont les frottements entre les différentes pièces. En particulier, à chaque impulsion communiquée par le percuteur à l'oscillateur, le percuteur accompagne (reste en contact avec) l'oscillateur sur un angle d'impulsion qui est généralement compris entre 12° et 20°. En pratique, on peut même observer une succession de petits chocs pendant l'impulsion, surtout lorsque la fréquence de l'oscillateur est élevée. Une telle transmission chaotique de l'énergie entre le percuteur et l'oscillateur est un obstacle supplémentaire à l'obtention d'un bon rendement.
La présente invention vise à proposer un mouvement d'horlogerie à rendement amélioré.
A cette fin, il est prévu un mouvement d'horlogerie selon la revendication indépendante 1.
Grâce à la relation entre les vitesses, le percuteur transmet toute son énergie cinétique à l'oscillateur en un seul choc et sa vitesse devient nulle immédiatement après le choc, de sorte que le phénomène d'accompagnement entre le percuteur et l'oscillateur et les pertes énergétiques qu'il occasionne n'existent pas dans la présente invention.
Selon un autre mode de réalisation, la présente invention propose un mouvement d'horlogerie selon la revendication indépendante 2.
La présente invention propose également un procédé de réalisation d'un mouvement d'horlogerie selon la revendication indépendante 9.
Enfin, selon un autre mode de réalisation, la présente invention propose un procédé de réalisation d'un mouvement d'horlogerie selon la revendication indépendante 10.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est un bloc-diagramme d'un mouvement d'horlogerie,
les figures 2 à 10 montrent en vue de dessus différentes phases de fonctionnement d'un échappement à force constante et d'un oscillateur utilisés dans la présente invention ;
la figure 11 montre en vue de dessus un percuteur d'échappement et un double plateau d'oscillateur utilisés dans la présente invention ;
la figure 12 montre en vue de dessus une variante du percuteur utilisé dans la présente invention ;
la figure 13 montre en vue de dessus une autre variante du percuteur utilisé dans la présente invention.

En référence aux figures 1 et 2, un mouvement d'horlogerie mécanique selon l'invention comprend une source d'énergie 1, constituée typiquement par un ou plusieurs barillets, un rouage de finissage 2, un échappement 3 et un oscillateur 4. La source d'énergie 1 et le rouage de finissage 2 sont classiques, ils ne seront donc pas décrits. L'oscillateur 4 est lui aussi de type classique. Il comprend, montés sur un arbre de balancier 6 d'axe A, un balancier-spiral (non représenté) et un double plateau. Le double plateau comprend un grand plateau 7, qui porte une cheville de plateau 8, et un petit plateau 9.
L'échappement 3 est du type décrit dans les demandes de brevet WO 99/64936 , WO 2009/118310 et CH 705674 . Il comprend ainsi deux mobiles d'échappement (non représentés), un ressort-lame bistable 10, une bascule d'armage 11 et un percuteur ou bascule de détente 12.
Les deux mobiles d'échappement comprennent chacun un pignon qui engrène avec la dernière roue du rouage de finissage 2 et une roue d'échappement munie non pas de dents mais de cames d'armage terminées chacune par une butée de verrouillage. Les deux roues d'échappement coopèrent respectivement et alternativement avec des chevilles d'échappement 13 portées par la bascule d'armage 11.
La bascule d'armage 11 et le percuteur 12 pivotent autour d'un même axe B qui correspond au point milieu du ressort-lame 10. En pratique, l'axe B est par exemple l'axe d'une tige chassée dans la bascule d'armage 11, pivotant dans des paliers du bâti du mouvement et autour de laquelle pivote le percuteur 12.
De préférence, le ressort-lame 10 est monobloc avec le percuteur 12 et avec un cadre extérieur (non représenté) qui entoure le ressort-lame 10, et est constitué de deux lames élastiques 10a, 10b ayant chacune une extrémité jointe au percuteur 12 et une autre extrémité jointe au cadre extérieur, fixé au bâti du mouvement. Le ressort-lame 10 présente deux convexités de sens opposés de part et d'autre de son point milieu et peut passer d'un premier état stable à un deuxième état stable en inversant le sens de chacune des deux convexités. A cet effet, le ressort-lame 10 est soit précontraint de manière à travailler en flambage soit préformé pour, à l'état de repos, présenter déjà deux convexités comme décrit dans la demande de brevet internationale WO 2017/032528 de la présente demanderesse. Dans le premier cas, le cadre extérieur est déformable pour permettre le flambage du ressort-lame 10. Dans le deuxième cas, le cadre extérieur est rigide.
La bascule d'armage 11 comprend deux bras 14 portant à leurs extrémités deux goupilles 14a, 14b engagées dans des œillets (non représentés) des deux lames élastiques 10a, 10b respectivement. Une configuration inverse est bien entendu possible où les goupilles 14a, 14b seraient portées par les lames élastiques 10a, 10b, respectivement, pour s'engager dans des œillets de la bascule d'armage 11. En outre, d'autres modes de liaison entre la bascule d'armage 11 et les lames élastiques 10a, 10b sont envisageables, par exemple deux goupilles à l'extrémité de chaque bras 14 de la bascule d'armage 11 pinçant la lame élastique correspondante.
Le percuteur 12 comprend un corps 15 entourant l'axe B et prolongé d'un côté par une fourchette 16-17 et de l'autre côté par une queue 18. La fourchette 16-17 remplit la fonction d'une fourchette d'ancre traditionnelle, à savoir coopérer avec la cheville de plateau 8 pour communiquer des impulsions d'énergie mécanique à l'oscillateur 4, et comprend à cet effet une première corne 16 et une deuxième corne 17. Un dard 19 solidaire du percuteur 12 est susceptible de coopérer avec le petit plateau 9 de l'oscillateur 4 pour empêcher le renversement du percuteur 12 en cas de choc. La queue 18 est, elle, agencée pour coopérer avec des première et deuxième butées de limitation 20, 21 fixes par rapport au bâti du mouvement, par exemple monobloc avec le cadre extérieur précité, pour limiter le déplacement angulaire du percuteur 12.
En fonctionnement, la bascule d'armage 11, actionnée par une came d'armage de l'une des roues d'échappement et agissant symétriquement dans la zone des deux convexités du ressort-lame 10, déforme le ressort-lame 10 depuis un premier de ses états stables jusqu'à un état métastable proche d'un état instable correspondant à un flambage de quatrième mode, pour armer le ressort-lame 10. Cette phase d'armage se termine lorsque la bascule d'armage 11 est bloquée par une butée de verrouillage de la roue d'échappement avec laquelle elle coopère, ce qui maintient le ressort-lame 10 dans son état métastable et immobilise les deux mobiles d'échappement, le rouage de finissage 2 et la bascule d'armage 11. Puis le percuteur 12 situé dans la zone du point milieu du ressort-lame 10 agit sur le ressort-lame 10 pour lui faire dépasser son état instable et le faire ainsi basculer dans son deuxième état stable en libérant son énergie. L'énergie permettant au percuteur 12 de déformer le ressort-lame 10 au-delà de son état instable depuis son état métastable est fournie par l'oscillateur 4, lorsque la cheville de plateau 8 percute la corne 16 de la fourchette. Cette phase, qui nécessite seulement un petit apport d'énergie, peut être comparée à la phase de dégagement d'un échappement à ancre. La détente du ressort-lame 10, c'est-à-dire son passage de son état instable à son deuxième état stable, change brusquement l'inclinaison de la zone du point milieu, ce qui fait pivoter le percuteur 12, lequel communique alors une impulsion à la cheville de plateau 8 par sa corne 17. La déformation du ressort-lame 10 de son état métastable à son deuxième état stable sous l'action de la cheville de plateau 8 puis de sa détente cause une rotation de la bascule d'armage 11 qui déverrouille les roues d'échappement et amène la bascule d'armage 11 au contact de l'autre roue d'échappement pour commencer un cycle symétrique du précédent, après l'impulsion donnée à la cheville de plateau 8.
Les figures 2 à 10 représentent les différentes phases de fonctionnement de l'échappement et de l'oscillateur. A la figure 2, l'oscillateur 4 est en phase d'accélération et parcourt l'angle descendant sénestre, le percuteur 12 est en appui contre la butée de limitation 20 et le ressort-lame 10 est en fin d'armage (état métastable). A la figure 3, l'oscillateur 4 est proche de sa vitesse maximale et commence à parcourir l'angle de levée sénestre, la corne 16 du percuteur 12 est percutée par la cheville de plateau 8 (dégagement, par un seul choc) et le ressort-lame 10 est déverrouillé (entre l'état métastable et l'état instable). A la figure 4, l'oscillateur 4 est à sa vitesse maximale et parcourt l'angle de levée sénestre, le percuteur 12 percute par sa corne 17 la cheville de plateau 8 pour lui communiquer une impulsion (par un seul choc comme cela sera expliqué plus loin) alors que le ressort-lame 10 vient de basculer de l'état instable au deuxième état stable. A la figure 5, l'oscillateur 4 décélère et parcourt l'angle ascendant sénestre, le percuteur 12 est en appui contre la butée de limitation 21 et le ressort-lame 10 est en début d'armage (il quitte le deuxième état stable). A la figure 6, la rotation de l'oscillateur 4 s'inverse (élongation maximale sénestre), le percuteur 12 est en appui contre la butée de limitation 21 et le ressort-lame 10 est en cours d'armage (entre le deuxième état stable et l'état métastable). A la figure 7, l'oscillateur 4 est proche de sa vitesse maximale et commence à parcourir l'angle de levée dextre, la corne 17 du percuteur 12 est percutée par la cheville de plateau 8 (dégagement, par un seul choc) et le ressort-lame 10 est déverrouillé (entre l'état métastable et l'état instable). A la figure 8, l'oscillateur 4 est à sa vitesse maximale et parcourt l'angle de levée dextre, le percuteur 12 percute par sa corne 16 la cheville de plateau 8 pour lui communiquer une impulsion (par un seul choc comme cela sera expliqué plus loin) alors que le ressort-lame 10 vient de basculer de l'état instable au premier état stable. A la figure 9, l'oscillateur 4 décélère et parcourt l'angle ascendant dextre, le percuteur 12 est en appui contre la butée de limitation 20 et le ressort-lame 10 est en début d'armage (il quitte le premier état stable). Enfin, à la figure 10 la rotation de l'oscillateur 4 s'inverse (élongation maximale dextre), le percuteur 12 est en appui contre la butée de limitation 20 et le ressort-lame 10 est en cours d'armage (entre le premier état stable et l'état métastable). Puis, l'échappement 3 se retrouve dans la phase illustrée à la figure 2 et la séquence des figures 2 à 10 se répète.
Dans un échappement traditionnel, l'angle d'impulsion, c'est-à-dire l'angle parcouru par le percuteur entre le début de l'impulsion et la fin de l'impulsion, est compris entre 12° et 20°. Dans la présente invention, en revanche, cet angle d'impulsion est très petit, typiquement inférieur à 1,5° voire à 1°. En effet, lors de la conception du mouvement selon l'invention, les différents paramètres du mouvement, en particulier la quantité d'énergie mécanique emmagasinée dans le ressort-lame 10 à chacun de ses armages, la géométrie du percuteur 12 et les moments d'inertie du percuteur 12 et de l'oscillateur 4, sont choisis de telle manière que le percuteur 12 transfère toute son énergie cinétique à l'oscillateur 4 en un seul choc (figures 4 et 8), le percuteur 12 ayant une vitesse nulle juste après le choc, l'énergie résiduelle dans le ressort-lame 10 amenant ensuite le percuteur 12 en appui contre l'une des butées de limitation 20, 21 (figures 5 et 9).
Selon la théorie des chocs élastiques, l'équation de conservation du moment cinétique et l'équation de conservation de l'énergie cinétique peuvent s'écrire de la manière suivante :

pour la conservation du moment cinétique : $\frac{I_{1} \cdot ω_{1 i} - I_{1} \cdot ω_{1 f}}{d_{1}} = \frac{I_{2} \cdot ω_{2 f} - I_{2} \cdot ω_{2 i}}{d_{2}}$
pour la conservation de l'énergie cinétique : $\frac{I_{1} \cdot ω_{1 i}^{2}}{2} - \frac{I_{1} \cdot ω_{1 f}^{2}}{2} = \frac{I_{2} \cdot ω_{2 f}^{2}}{2} - \frac{I_{2} \cdot ω_{2 i}^{2}}{2}$
où
I₁ est le moment d'inertie du percuteur 12 (incluant tous les éléments qui tournent avec lui, comme le dard 19) par rapport à son axe de rotation B,
I₂ est le moment d'inertie de l'oscillateur 4 (incluant tous les éléments qui tournent avec lui, comme l'arbre de balancier 6) par rapport à son axe de rotation A,
ω_1i est la vitesse angulaire du percuteur 12 juste avant l'impulsion qu'il donne à l'oscillateur 4,
ω_1f est la vitesse angulaire du percuteur 12 juste après ladite impulsion,
ω_2i est la vitesse angulaire de l'oscillateur 4 juste avant ladite impulsion,
ω_2f est la vitesse angulaire de l'oscillateur 4 juste après ladite impulsion,
d₁ est le bras de levier du percuteur 12 (cf. figure 11), c'est-à-dire la distance entre l'axe de rotation B et la droite d'action des forces d'action-réaction F₂ et F₁ exercées par le percuteur 12 et la cheville de plateau 8 l'un sur l'autre au moment du choc (impulsion), et
d₂ est le bras de levier de l'oscillateur 4 (cf. figure 11), c'est-à-dire la distance entre l'axe de rotation A et la droite d'action des forces d'action-réaction F₂ et F₁ exercées par le percuteur 12 et la cheville de plateau 8 l'un sur l'autre au moment du choc (impulsion).

Le système d'équations (1)-(2) peut être réécrit de la manière suivante : $ω_{1 i} = \frac{I_{1} \cdot d_{2}^{2} - I_{2} \cdot d_{1}^{2}}{I_{1} \cdot d_{2}^{2} + I_{2} \cdot d_{1}^{2}} \cdot ω_{1 f} + \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{1} \cdot d_{2}}{I_{1} \cdot d_{2}^{2} + I_{2} \cdot d_{1}^{2}} \cdot ω_{2 f}$
$ω_{2 i} = \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{1} \cdot d_{2}}{I_{1} \cdot d_{2}^{2} + I_{2} \cdot d_{1}^{2}} \cdot ω_{1 f} + \frac{I_{2} \cdot d_{1}^{2} - I_{1} \cdot d_{2}^{2}}{I_{1} \cdot d_{2}^{2} + I_{2} \cdot d_{1}^{2}} \cdot ω_{2 f}$
En imposant une énergie cinétique nulle, donc une vitesse angulaire nulle, du percuteur 12 après l'impulsion (ω_1f = 0), la solution de ce système d'équation est la suivante : $ω_{1 i} = \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{1} \cdot d_{2}}{I_{2} \cdot d_{1}^{2} - I_{1} \cdot d_{2}^{2}} \cdot ω_{2 i}$
En pratique, le moment d'inertie I₁ du percuteur 12 sera le plus souvent très inférieur au moment d'inertie I₂ de l'oscillateur 4, le rapport I₂/I₁ étant typiquement supérieur à 10, voire à 50, voire à 100, voire à 500, voire encore à 1000. La solution du système d'équations (1)-(2) pourra donc être exprimée comme suit : $ω_{1 i} ≅ \frac{2 \cdot d_{2}}{d_{1}} \cdot ω_{2 i}$
Ainsi, en faisant en sorte qu'au moment du choc la vitesse angulaire du percuteur 12 soit environ égale à 2·d₂/d₁ fois la vitesse angulaire de l'oscillateur 4, la vitesse du percuteur 12 sera nulle juste après le choc, ce qui implique que toute son énergie cinétique aura été communiquée à l'oscillateur 4 et que le percuteur 12 n'accompagnera pas l'oscillateur 4. Il en découle une amélioration sensible du rendement de l'échappement et de la chronométrie du mouvement.
Pour obtenir la relation (5) ou (6) ci-dessus, il est possible de jouer sur le rapport des bras de levier d₂/d₁ et/ou sur les vitesses ω_1i et ω_2i. A rapport d₂/d₁ constant, le percuteur 12 doit être accéléré par rapport aux percuteurs de l'état de la technique afin d'atteindre la vitesse de 2·(d₂/d₁)·ω_2i au moment de l'impulsion. Une telle accélération peut être obtenue par exemple :

en augmentant la quantité d'énergie mécanique emmagasinée par le ressort-lame 10 à chaque armage (par exemple en augmentant le flambage ou l'épaisseur du ressort-lame 10),
et/ou en augmentant l'écartement des cornes 16, 17 du percuteur 12,
et/ou en diminuant le moment d'inertie I₁ du percuteur 12.

Tous ces paramètres peuvent être ajustés lors de la conception du mouvement à l'aide d'un logiciel de simulation.
Ainsi, par exemple, l'écartement E des cornes 16, 17 (mesuré entre les points respectifs des cornes 16, 17 qui percutent la cheville de plateau 8 lors des impulsions, cf. figure 11) est supérieur à 1,5 fois, de préférence à 1,6 fois, de préférence à 1,7 fois, de préférence à 1,8 fois, de préférence à 1,9 fois, de préférence encore à 2 fois, le diamètre D de la cheville de plateau 8. Un tel écartement est ainsi supérieur à l'écartement de 1,06 (=0,35/0,33) fois le diamètre de la cheville que l'on observe classiquement dans les échappements.
Par « diamètre de la cheville de plateau », on entend son diamètre à proprement parler, en particulier lorsque la cheville de plateau est de forme semi-circulaire comme représenté, ou plus généralement sa plus grande dimension perpendiculairement au plan qui contient l'axe de rotation A de l'oscillateur 4 et qui constitue un plan de symétrie pour la cheville de plateau 8. La cheville de plateau 8 peut avoir d'autres formes que celle représentée, par exemple la forme d'un doigt ou d'une partie d'un doigt s'étendant radialement depuis une partie annulaire montée sur l'arbre de balancier 6.
Outre l'accélération du percuteur 12 qu'il permet, le grand écartement E des cornes 16, 17 selon l'invention favorise la sortie de la cheville 8 de la fourchette 16-17 après l'impulsion en lui permettant, compte tenu de la vitesse nulle du percuteur 12, de sortir de ladite fourchette sans toucher l'autre corne que celle lui ayant communiqué l'impulsion. Grâce à cette caractéristique aussi, le rendement de l'échappement et la chronométrie du mouvement sont améliorés.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, visible sur les figures 4, 8 et 11, l'impulsion communiquée par le percuteur 12 à l'oscillateur 4 se produit alors que la cheville de plateau 8 est sur la ligne des centres, c'est-à-dire alors que la cheville de plateau 8 est traversée symétriquement par le plan contenant l'axe de rotation A de l'oscillateur 4 et l'axe de rotation B du percuteur 12. Cette position de la cheville de plateau 8 correspond à la position d'équilibre de l'oscillateur 4. Communiquer l'impulsion sur la ligne des centres permet de ne pas affecter l'isochronisme de l'oscillateur.
On peut néanmoins, en variante, choisir d'effectuer l'impulsion alors que la cheville de plateau 8 est située après la ligne des centres, ceci afin de favoriser la sortie de la cheville 8 de la fourchette 16-17 après l'impulsion en lui permettant de sortir de ladite fourchette sans toucher l'autre corne que celle lui ayant communiqué l'impulsion. Une impulsion après la ligne des centres donne du retard au mouvement mais, grâce à l'unique choc que produit l'impulsion dans la présente invention, ce retard restera constant de sorte qu'on peut le corriger par un simple réglage de l'inertie du balancier et/ou de la longueur active du spiral.
Les couples de matériaux couramment utilisés dans les échappements pour le percuteur et la cheville de plateau, tels qu'acier-rubis, silicium-rubis et silicium-silicium, ont des coefficients de restitution ε d'environ 1. Ces matériaux permettent donc l'obtention de chocs élastiques, c'est-à-dire de chocs répondant aux équations (1) et (2) ci-dessus. On constate néanmoins dans la présente invention que la relation (5) constitue un optimum en termes de rendement de l'échappement pour un coefficient de restitution ε donné, même si ce dernier est inférieur à 1.
Le percuteur 12 (ou au moins la fourchette 16-17) et la cheville 8 sont chacun faits dans l'un des matériaux suivants : acier, de préférence trempé ; oxyde d'aluminium, de préférence rubis, de préférence encore rubis obtenu par le procédé Verneuil ; silicium, de préférence monocristallin, de préférence aussi recouvert d'oxyde de silicium ; verre métallique. Toutes les combinaisons de ces matériaux sont possibles pour former le couple de matériaux du percuteur 12 et de la cheville 8.
Le percuteur 12 illustré aux figures 2 à 11 est équilibré, en d'autres termes sa géométrie est choisie pour que son centre de gravité soit situé sur son axe de rotation B. Une telle forme de percuteur rend ce dernier insensible aux chocs linéaires reçus par le mouvement d'horlogerie. La figure 12 montre une variante du percuteur utilisé dans la présente invention. Selon cette variante, le percuteur, désigné par 12', n'est pas équilibré mais présente au contraire un balourd que lui confèrent notamment deux bras 22, 23 qui prolongent les cornes 16, 17. Ces deux bras 22, 23, situés de l'autre côté de l'axe de rotation B par rapport à la queue 18, remplacent ladite queue. Ils coopèrent ainsi respectivement avec des butées de limitation 20', 21' pour limiter le débattement angulaire du percuteur 12'.
Le balourd du percuteur 12' est choisi pour que lors des chocs (impulsions) communiqués par le percuteur 12' à la cheville de plateau 8 les forces de réaction au niveau de l'axe de rotation B soient minimales, permettant ainsi d'optimiser la transmission d'énergie entre le percuteur 12' et l'oscillateur 4 et donc le rendement de l'échappement.
Plus précisément, le balourd du percuteur 12' est choisi pour que la relation suivante soit satisfaite : $d_{1} = \frac{I_{1}}{m_{1} \cdot L_{G}}$
où

m₁ est la masse du percuteur 12',
d₁ est le bras de levier du percuteur 12' c'est-à-dire la distance entre l'axe de rotation B et la droite d'action des forces d'action-réaction F₂ et F₁ exercées par le percuteur 12' et la cheville de plateau 8 l'un sur l'autre au moment du choc (impulsion),
I₁ est le moment d'inertie du percuteur 12' par rapport à son axe de rotation B, et
L_G est la distance entre l'axe de rotation B du percuteur 12' et la droite parallèle à la droite d'action des forces F₂, F₁ et passant par le centre de gravité G du percuteur 12'.

₂

₁

La présente invention a été décrite ci-dessus à titre d'exemple uniquement. Il va de soi que de nombreuses modifications pourraient être faites sans sortir du cadre de l'invention revendiquée. Par exemple :

un autre type de dispositif à force constante qu'un ressort-lame bistable pourrait être utilisé ;
les cornes 16, 17 pourraient faire partie de l'oscillateur 4 et la cheville de plateau 8 pourrait faire partie du percuteur 12 ;
au lieu d'être monté sur un axe physique 6, l'oscillateur 4 pourrait être du type à pivot flexible ;
au lieu d'être monté sur un axe physique, le percuteur 12 pourrait lui aussi être du type à pivot flexible.

De plus, la présente invention n'est pas limitée à un percuteur rotatif. Le percuteur peut en effet être mobile en translation plutôt qu'en rotation, comme le percuteur 12" illustré à la figure 13. Un tel percuteur mobile en translation peut être actionné par exemple par un cadre mobile du type décrit dans la demande de brevet WO 2013/144236 .
Dans le cas d'un percuteur mobile en translation, le système d'équation (1)-(2) est remplacé par les deux équations suivantes : $m_{1} \cdot v_{1 i} - m_{1} \cdot v_{1 f} = \frac{I_{2} \cdot ω_{2 f} - I_{2} \cdot ω_{2 i}}{d_{2}}$
$\frac{m_{1} \cdot v_{1 i}^{2}}{2} - \frac{m_{1} \cdot v_{1 f}^{2}}{2} = \frac{I_{2} \cdot ω_{2 f}^{2}}{2} - \frac{I_{2} \cdot ω_{2 i}^{2}}{2}$
où

m₁ est la masse du percuteur 12" (incluant tous les éléments qui se déplacent avec lui, comme le dard 19),
I₂ est le moment d'inertie de l'oscillateur 4 (incluant tous les éléments qui tournent avec lui, comme l'arbre de balancier 6) par rapport à son axe de rotation A,
v_1i est la vitesse linéaire du percuteur 12" juste avant l'impulsion qu'il donne à l'oscillateur 4,
v_1f est la vitesse linéaire du percuteur 12" juste après ladite impulsion,
ω_2i est la vitesse angulaire de l'oscillateur 4 juste avant ladite impulsion,
ω_2f est la vitesse angulaire de l'oscillateur 4 juste après ladite impulsion, et
d₂ est le bras de levier de l'oscillateur 4, mesuré comme indiqué précédemment.

Ce système d'équations peut être réécrit de la manière suivante : $v_{1 i} = \frac{m_{1} \cdot d_{2}^{2} - I_{2}}{m_{1} \cdot d_{2}^{2} + I_{2}} \cdot v_{1 f} + \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{2}}{m_{1} \cdot d_{2}^{2} + I_{2}} \cdot ω_{2 f}$
$ω_{2 i} = \frac{2 \cdot m_{1} \cdot d_{2}}{m_{1} \cdot d_{2}^{2} + I_{2}} \cdot v_{1 f} + \frac{I_{2} - m_{1} \cdot d_{2}^{2}}{m_{1} \cdot d_{2}^{2} + I_{2}} \cdot ω_{2 f}$
En imposant une énergie cinétique nulle, donc une vitesse linéaire nulle, du percuteur 12" après l'impulsion (vif = 0), la solution de ce système d'équation est la suivante : $v_{1 i} = \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{2}}{I_{2} - m_{1} \cdot d_{2}^{2}} \cdot ω_{2 i}$
En pratique, le moment d'inertie orbital m₁.d₂ ² du percuteur 12" sera le plus souvent très inférieur au moment d'inertie I₂ de l'oscillateur 4, le rapport I₂/(m₁·d₂ ²) étant typiquement supérieur à 10, voire à 50, voire à 100, voire à 500, voire encore à 1000. La solution du système d'équations (1')-(2') pourra donc être exprimée comme suit : $v_{1 i} ≅ 2 \cdot d_{2} \cdot ω_{2 i}$

Claims

Mouvement d'horlogerie comprenant un oscillateur (4) rotatif autour d'un premier axe (A), un percuteur (12) rotatif autour d'un deuxième axe (B) pour communiquer des impulsions d'énergie mécanique à l'oscillateur (4), une source d'énergie (1) et un dispositif de transmission (1-3) reliant la source d'énergie (1) au percuteur (12), le dispositif de transmission (1-3) comprenant un dispositif à force constante (10) pour emmagasiner périodiquement une quantité d'énergie à fournir au percuteur (12), le dispositif à force constante (10) comprenant un organe élastique bistable, le percuteur (12) ou l'oscillateur (4) comprenant une fourchette (16, 17) agencée pour coopérer avec une cheville (8) de l'oscillateur (4) ou du percuteur (12) respectivement, la fourchette comprenant des première et deuxième cornes (16, 17), la fourchette (16-17) et la cheville (8) étant chacune faites dans l'un des matériaux suivants : acier, oxyde d'aluminium, silicium, verre métallique, caractérisé en ce que ladite quantité d'énergie, la géométrie du percuteur (12) et les moments d'inertie du percuteur (12) et de l'oscillateur (4) sont choisis pour qu'à chaque impulsion communiquée à l'oscillateur (4) par le percuteur (12) la relation suivante soit sensiblement satisfaite : $ω_{1 i} = \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{1} \cdot d_{2}}{I_{2} \cdot d_{1}^{2} - I_{1} \cdot d_{2}^{2}} \cdot ω_{2 i}$
où I₁ est le moment d'inertie du percuteur (12) par rapport au deuxième axe (B), I₂ est le moment d'inertie de l'oscillateur (4) par rapport au premier axe (A), ω_1i est la vitesse angulaire du percuteur (12) juste avant l'impulsion qu'il donne à l'oscillateur (4), ω_2i est la vitesse angulaire de l'oscillateur (4) juste avant ladite impulsion, d₁ est le bras de levier du percuteur (12) et d₂ est le bras de levier de l'oscillateur (4), et en ce que l'écartement (E) des première et deuxième cornes (16, 17), mesuré entre les points respectifs des première et deuxième cornes (16, 17) qui percutent ou sont percutés par la cheville (8) lors desdites impulsions, est supérieur à 1,5 fois, de préférence supérieur à 1,6 fois, de préférence supérieur à 1,7 fois, de préférence supérieur à 1,8 fois, de préférence supérieur à 1,9 fois, de préférence encore supérieur à 2 fois, le diamètre (D) de la cheville (8).
Mouvement d'horlogerie comprenant un oscillateur (4) rotatif autour d'un axe (A), un percuteur (12") à déplacement linéaire pour communiquer des impulsions d'énergie mécanique à l'oscillateur (4), une source d'énergie (1) et un dispositif de transmission (1-3) reliant la source d'énergie (1) au percuteur (12"), le dispositif de transmission (1-3) comprenant un dispositif à force constante pour emmagasiner périodiquement une quantité d'énergie à fournir au percuteur (12"), le dispositif à force constante (10) comprenant un organe élastique bistable, le percuteur (12") ou l'oscillateur (4) comprenant une fourchette (16, 17) agencée pour coopérer avec une cheville (8) de l'oscillateur (4) ou du percuteur (12") respectivement, la fourchette comprenant des première et deuxième cornes (16, 17), la fourchette (16-17) et la cheville (8) étant chacune faites dans l'un des matériaux suivants : acier, oxyde d'aluminium, silicium, verre métallique, caractérisé en ce que ladite quantité d'énergie, la géométrie et la masse du percuteur (12") et le moment d'inertie de l'oscillateur (4) sont choisis pour qu'à chaque impulsion communiquée à l'oscillateur (4) par le percuteur (12") la relation suivante soit sensiblement satisfaite : $v_{1 i} = \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{2}}{I_{2} - m_{1} \cdot d_{2}^{2}} \cdot ω_{2 i}$
où m₁ est la masse du percuteur (12"), I₂ est le moment d'inertie de l'oscillateur (4) par rapport audit axe (A), v_1i est la vitesse linéaire du percuteur (12") juste avant l'impulsion qu'il donne à l'oscillateur (4), ω_2i est la vitesse angulaire de l'oscillateur (4) juste avant ladite impulsion et d₂ est le bras de levier de l'oscillateur (4), et en ce que l'écartement (E) des première et deuxième cornes (16, 17), mesuré entre les points respectifs des première et deuxième cornes (16, 17) qui percutent ou sont percutés par la cheville (8) lors desdites impulsions, est supérieur à 1,5 fois, de préférence supérieur à 1,6 fois, de préférence supérieur à 1,7 fois, de préférence supérieur à 1,8 fois, de préférence supérieur à 1,9 fois, de préférence encore supérieur à 2 fois, le diamètre (D) de la cheville (8).
Mouvement d'horlogerie selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport I₂/I₁ est supérieur à 10, de préférence supérieur à 50, de préférence supérieur à 100, de préférence supérieur à 500, de préférence encore supérieur à 1000.
Mouvement d'horlogerie selon la revendication 2, caractérisé en ce que le rapport I₂/(m₁·d₂ ²) est supérieur à 10, de préférence supérieur à 50, de préférence supérieur à 100, de préférence supérieur à 500, de préférence encore supérieur à 1000.
Mouvement d'horlogerie selon la revendication 1 ou 3, caractérisé en ce que le percuteur (12') présente un balourd choisi pour que la relation suivante soit sensiblement satisfaite : $d_{1} = \frac{I_{1}}{m_{1} \cdot L_{G}}$
où d₁, I₁ et m₁ sont respectivement le bras de levier, le moment d'inertie par rapport au deuxième axe (B) et la masse du percuteur (12') et L_G est la distance entre le deuxième axe (B) et la droite passant par le centre de gravité (G) du percuteur (12') et parallèle à la force (F2) exercée par le percuteur (12') sur l'oscillateur (4) au moment de l'impulsion.
Mouvement d'horlogerie selon la revendication 1, 3 ou 5, caractérisé en ce que ladite quantité d'énergie, la géométrie du percuteur (12) et les moments d'inertie du percuteur (12) et de l'oscillateur (4) sont choisis pour que l'angle d'impulsion que parcourt le percuteur (12) à chaque impulsion communiquée à l'oscillateur (4) soit inférieur à 1,5°, de préférence inférieur à 1°.
Mouvement d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le percuteur (12) et l'oscillateur (4) sont agencés pour que chacune desdites impulsions soit communiquée à l'oscillateur (4) alors qu'il se trouve sensiblement dans sa position angulaire d'équilibre.
Mouvement d'horlogerie selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le percuteur (12) et l'oscillateur (4) sont agencés pour que chacune desdites impulsions soit communiquée à l'oscillateur (4) alors qu'il se trouve après sa position angulaire d'équilibre.
Procédé de réalisation d'un mouvement d'horlogerie comprenant un oscillateur (4) rotatif autour d'un premier axe (A), un percuteur (12) rotatif autour d'un deuxième axe (B) pour communiquer des impulsions d'énergie mécanique à l'oscillateur (4), une source d'énergie (1) et un dispositif de transmission (1-3) reliant la source d'énergie (1) au percuteur (12), le dispositif de transmission (1-3) comprenant un dispositif à force constante (10) pour emmagasiner périodiquement une quantité d'énergie à fournir au percuteur (12), le dispositif à force constante (10) comprenant un organe élastique bistable, le percuteur (12) ou l'oscillateur (4) comprenant une fourchette (16, 17) agencée pour coopérer avec une cheville (8) de l'oscillateur (4) ou du percuteur (12) respectivement, la fourchette comprenant des première et deuxième cornes (16, 17), la fourchette (16-17) et la cheville (8) étant chacune faites dans l'un des matériaux suivants : acier, oxyde d'aluminium, silicium, verre métallique, le procédé comprenant une étape de conception du mouvement suivie d'une étape de fabrication du mouvement, le procédé étant caractérisé en ce que lors de la conception du mouvement, ladite quantité d'énergie, la géométrie du percuteur (12) et les moments d'inertie du percuteur (12) et de l'oscillateur (4) sont choisis pour qu'à chaque impulsion communiquée à l'oscillateur (4) par le percuteur (12) la relation suivante soit sensiblement satisfaite : $ω_{1 i} = \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{1} \cdot d_{2}}{I_{2} \cdot d_{1}^{2} - I_{1} \cdot d_{2}^{2}} \cdot ω_{2 i}$
où I₁ est le moment d'inertie du percuteur (12) par rapport au deuxième axe (B), I₂ est le moment d'inertie de l'oscillateur (4) par rapport au premier axe (A), ω_1i est la vitesse angulaire du percuteur (12) juste avant l'impulsion qu'il donne à l'oscillateur (4), ω_2i est la vitesse angulaire de l'oscillateur (4) juste avant ladite impulsion, d₁ est le bras de levier du percuteur (12) et d₂ est le bras de levier de l'oscillateur (4), et en ce que l'écartement (E) des première et deuxième cornes (16, 17), mesuré entre les points respectifs des première et deuxième cornes (16, 17) qui percutent ou sont percutés par la cheville (8) lors desdites impulsions, est choisi supérieur à 1,5 fois, de préférence supérieur à 1,6 fois, de préférence supérieur à 1,7 fois, de préférence supérieur à 1,8 fois, de préférence supérieur à 1,9 fois, de préférence encore supérieur à 2 fois, le diamètre (D) de la cheville (8).
Procédé de réalisation d'un mouvement d'horlogerie comprenant un oscillateur (4) rotatif autour d'un axe (A), un percuteur (12") à déplacement linéaire pour communiquer des impulsions d'énergie mécanique à l'oscillateur (4), une source d'énergie (1) et un dispositif de transmission (1-3) reliant la source d'énergie (1) au percuteur (12"), le dispositif de transmission (1-3) comprenant un dispositif à force constante pour emmagasiner périodiquement une quantité d'énergie à fournir au percuteur (12"), le dispositif à force constante (10) comprenant un organe élastique bistable, le percuteur (12") ou l'oscillateur (4) comprenant une fourchette (16, 17) agencée pour coopérer avec une cheville (8) de l'oscillateur (4) ou du percuteur (12") respectivement, la fourchette comprenant des première et deuxième cornes (16, 17), la fourchette (16-17) et la cheville (8) étant chacune faites dans l'un des matériaux suivants : acier, oxyde d'aluminium, silicium, verre métallique, le procédé comprenant une étape de conception du mouvement suivie d'une étape de fabrication du mouvement, le procédé étant caractérisé en ce que lors de la conception du mouvement, ladite quantité d'énergie, la géométrie et la masse du percuteur (12") et le moment d'inertie de l'oscillateur (4) sont choisis pour qu'à chaque impulsion communiquée à l'oscillateur (4) par le percuteur (12") la relation suivante soit sensiblement satisfaite : $v_{1 i} = \frac{2 \cdot I_{2} \cdot d_{2}}{I_{2} - m_{1} \cdot d_{2}^{2}} \cdot ω_{2 i}$
où m₁ est la masse du percuteur (12"), I₂ est le moment d'inertie de l'oscillateur (4) par rapport audit axe (A), v_1i est la vitesse linéaire du percuteur (12") juste avant l'impulsion qu'il donne à l'oscillateur (4), ω_2i est la vitesse angulaire de l'oscillateur (4) juste avant ladite impulsion et d₂ est le bras de levier de l'oscillateur (4), et en ce que l'écartement (E) des première et deuxième cornes (16, 17), mesuré entre les points respectifs des première et deuxième cornes (16, 17) qui percutent ou sont percutés par la cheville (8) lors desdites impulsions, est choisi supérieur à 1,5 fois, de préférence supérieur à 1,6 fois, de préférence supérieur à 1,7 fois, de préférence supérieur à 1,8 fois, de préférence supérieur à 1,9 fois, de préférence encore supérieur à 2 fois, le diamètre (D) de la cheville (8).
Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que le rapport I₂/I₁ est supérieur à 10, de préférence supérieur à 50, de préférence supérieur à 100, de préférence supérieur à 500, de préférence encore supérieur à 1000.
Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que le rapport I₂/(m₁·d₂ ²) est supérieur à 10, de préférence supérieur à 50, de préférence supérieur à 100, de préférence, supérieur à 500, de préférence encore supérieur à 1000.
Procédé selon la revendication 9 ou 11, caractérisé en ce que lors de la conception du mouvement on choisit pour le percuteur (12') un balourd pour que la relation suivante soit sensiblement satisfaite : $d_{1} = \frac{I_{1}}{m_{1} \cdot L_{G}}$
où d₁, I₁ et m₁ sont respectivement le bras de levier, le moment d'inertie par rapport au deuxième axe (B) et la masse du percuteur (12') et L_G est la distance entre le deuxième axe (B) et la droite passant par le centre de gravité (G) du percuteur (12') et parallèle à la force (F2) exercée par le percuteur (12') sur l'oscillateur (4) au moment de l'impulsion.
Procédé selon la revendication 9, 11 ou 13, caractérisé en ce que lors de la conception du mouvement ladite quantité d'énergie, la géométrie du percuteur (12) et les moments d'inertie du percuteur (12) et de l'oscillateur (4) sont choisis pour que l'angle d'impulsion que parcourt le percuteur (12) à chaque impulsion communiquée à l'oscillateur (4) soit inférieur à 1,5°, de préférence inférieur à 1°.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que le percuteur (12) et l'oscillateur (4) sont agencés pour que chacune desdites impulsions soit communiquée à l'oscillateur (4) alors qu'il se trouve sensiblement dans sa position angulaire d'équilibre.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 14, caractérisé en ce que le percuteur (12) et l'oscillateur (4) sont agencés pour que chacune desdites impulsions soit communiquée à l'oscillateur (4) alors qu'il se trouve après sa position angulaire d'équilibre.