EP3913441A1 - Oscillator for a timepiece - Google Patents
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- EP3913441A1 EP3913441A1 EP20175995.8A EP20175995A EP3913441A1 EP 3913441 A1 EP3913441 A1 EP 3913441A1 EP 20175995 A EP20175995 A EP 20175995A EP 3913441 A1 EP3913441 A1 EP 3913441A1
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Definitions
- the present invention relates more particularly to such an oscillator, the isochronism of which is improved.
- isochronism is meant the variations in rate as a function of the amplitude of oscillation of the balance and as a function of the position of the timepiece. The smaller these variations, the more isochronous the oscillator.
Abstract
L'invention concerne un oscillateur pour pièce d'horlogerie comprenant, sur un axe (2), un balancier (1), un plateau d'échappement (7) et un spiral (3), le spiral (3) étant monté sur l'axe (2) par l'intermédiaire d'une virole (4), l'ensemble axe-balancier-plateau-virole présentant un défaut d'équilibre. Le défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole et la géométrie du spiral sont tels que : les courbes (S1-S4) représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier dans au moins quatre positions verticales de l'oscillateur espacées de 90° passent chacune par la valeur zéro à une amplitude d'oscillation du balancier comprise entre 200° et 240° ; et entre l'amplitude d'oscillation de 150° et l'amplitude d'oscillation de 280°, les courbes (B1 - B4) représentant la marche de l'oscillateur due au défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier dans lesdites positions verticales de l'oscillateur ont chacune une pente moyenne de signe opposé à la pente moyenne de la courbe correspondante parmi lesdites courbes (S1-S4) représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral. Le balourd de la virole (4) compense en partie, ou surcompense, le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau de sorte que ce dernier peut être élevé et facilement mesurable.The invention relates to an oscillator for a timepiece comprising, on an axis (2), a balance (1), an escape plate (7) and a hairspring (3), the hairspring (3) being mounted on the 'axis (2) via a ferrule (4), the axis-balance-plate-ferrule assembly having a lack of balance. The lack of balance of the axis-balance-plate-shell assembly and the geometry of the hairspring are such as: the curves (S1-S4) representing the rate of the oscillator due to the weight of the hairspring as a function of the amplitude of oscillation of the balance in at least four vertical positions of the oscillator spaced 90 ° each pass through the value zero at an amplitude of oscillation of the balance between 200 ° and 240 °; and between the oscillation amplitude of 150 ° and the oscillation amplitude of 280 °, the curves (B1 - B4) representing the rate of the oscillator due to the lack of balance of the axis-balance assembly. plate-shell as a function of the amplitude of oscillation of the balance in said vertical positions of the oscillator each have an average slope of sign opposite to the average slope of the corresponding curve among said curves (S1-S4) representing the step of the oscillator due to the weight of the hairspring. The unbalance of the shell (4) partly compensates, or overcompensates, the unbalance of the axle-balance-plate assembly so that the latter can be high and easily measured.
Description
La présente invention concerne un oscillateur pour pièce d'horlogerie comprenant, sur un axe, un balancier, un plateau d'échappement et un spiral, le spiral étant monté sur l'axe par l'intermédiaire d'une virole.The present invention relates to an oscillator for a timepiece comprising, on an axis, a balance, an escape plate and a hairspring, the hairspring being mounted on the axis by means of a ferrule.
La présente invention concerne plus particulièrement un tel oscillateur dont l'isochronisme est amélioré. Par isochronisme on entend les variations de la marche en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier et en fonction de la position de la pièce d'horlogerie. Plus ces variations sont faibles, plus l'oscillateur est isochrone.The present invention relates more particularly to such an oscillator, the isochronism of which is improved. By isochronism is meant the variations in rate as a function of the amplitude of oscillation of the balance and as a function of the position of the timepiece. The smaller these variations, the more isochronous the oscillator.
La marche d'un tel oscillateur à balancier et spiral est égale à la somme de la marche due au défaut d'équilibre du balancier et de la marche due au spiral. L'axe de l'oscillateur et le plateau d'échappement, avec sa cheville, participent au défaut d'équilibre du balancier. La contribution de la virole à ce défaut d'équilibre est en revanche négligée car il est admis qu'une virole doit être la plus équilibrée possible ou la plus petite possible (cf. par exemple l'ouvrage « Théorie d'horlogerie » édité par la Fédération des Ecoles Techniques, 1998, page 142 et la demande de brevet
Ces dernières années, des améliorations ont été apportées à la géométrie des spiraux pour diminuer leur contribution au défaut d'isochronisme de l'oscillateur. On peut citer notamment les demandes de brevet
Dans la demande de brevet
Cependant, en pratique, le balourd du balancier de cet oscillateur est encore relativement petit (0,6 µg.cm dans le premier mode de réalisation décrit). Or un balancier dont le balourd cible est faible est moins facile à fabriquer et à régler qu'un balancier dont le balourd cible est élevé. On peut augmenter le balourd du balancier en le compensant par un accroissement du rayon de la virole, à l'instar du deuxième mode de réalisation exposé dans la demande de brevet
La présente invention vise à permettre une augmentation du balourd du balancier tout en compensant au moins partiellement la marche due au défaut d'équilibre du balancier par la marche due au poids du spiral, ceci sans nécessiter de modifier les caractéristiques géométriques et dimensionnelles du spiral.The present invention aims to allow an increase in the unbalance of the balance while at least partially compensating for the rate due to the lack of balance of the balance by the rate due to the weight of the hairspring, without requiring to modify the geometric and dimensional characteristics of the hairspring.
A cette fin, il est proposé un oscillateur pour pièce d'horlogerie comprenant, sur un axe, un balancier, un plateau d'échappement et un spiral, le spiral étant monté sur l'axe par l'intermédiaire d'une virole, l'ensemble axe-balancier-plateau-virole présentant un défaut d'équilibre, ledit défaut d'équilibre et la géométrie du spiral étant tels que
- a) les courbes représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier dans au moins quatre positions verticales de l'oscillateur espacées de 90° passent chacune par la valeur zéro à une amplitude d'oscillation du balancier comprise entre 200° et 240° ;
- b) entre l'amplitude d'oscillation de 150° et l'amplitude d'oscillation de 280°, les courbes représentant la marche de l'oscillateur due au défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier dans lesdites positions verticales de l'oscillateur ont chacune une pente moyenne de signe opposé à la pente moyenne de la courbe correspondante parmi lesdites courbes représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral,
- a) the curves representing the rate of the oscillator due to the weight of the hairspring as a function of the amplitude of oscillation of the balance in at least four vertical positions of the oscillator spaced at 90 ° each pass through the value zero at an amplitude oscillation of the balance between 200 ° and 240 °;
- b) between the oscillation amplitude of 150 ° and the oscillation amplitude of 280 °, the curves representing the rate of the oscillator due to the lack of balance of the axis-balance-plate-shell assembly in function of the amplitude of oscillation of the balance in said vertical positions of the oscillator each have an average slope of sign opposite to the average slope of the corresponding curve among said curves representing the rate of the oscillator due to the weight of the balance spring,
Ainsi, à la différence de l'enseignement de la demande de brevet
En pratique, l'amplitude d'oscillation à laquelle les courbes représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral passent par zéro peut être légèrement différente d'une courbe à l'autre. De préférence, lesdites courbes passent par zéro à la même amplitude d'oscillation et se croisent donc en un même point.In practice, the oscillation amplitude at which the curves representing the rate of the oscillator due to the weight of the hairspring pass through zero may be slightly different from one curve to another. Preferably, said curves pass through zero at the same oscillation amplitude and therefore intersect at the same point.
Dans des exemples de réalisation préférentiels, le défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole et la géométrie du spiral sont tels que la pente moyenne de chaque courbe parmi lesdites courbes représentant la marche de l'oscillateur due audit défaut d'équilibre a sensiblement la même valeur absolue que la pente moyenne de la courbe correspondante parmi lesdites courbes représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral, dans la plage d'amplitudes d'oscillation de 150° à 280°.In preferred embodiments, the lack of balance of the axis-balance-plate-shell assembly and the geometry of the hairspring are such that the average slope of each curve among said curves representing the rate of the oscillator due to said defect equilibrium has substantially the same absolute value as the average slope of the corresponding curve among said curves representing the rate of the oscillator due to the weight of the hairspring, in the range of oscillation amplitudes from 150 ° to 280 °.
Le défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole et la géométrie du spiral peuvent être tels que l'écart maximum de la marche de l'oscillateur due audit défaut d'équilibre et au poids du spiral entre lesdites positions verticales dans la plage d'amplitudes d'oscillation de 150° à 280° est inférieur à 4 secondes/jour, voire à 2 secondes/jour, voire encore à 1 seconde/jour, voire encore à 0,7 seconde/jour.The lack of balance of the axis-balance-plate-shell assembly and the geometry of the hairspring may be such as the maximum deviation of the oscillator rate due to said imbalance and to the weight of the hairspring between said positions verticals in the range of oscillation amplitudes of 150 ° to 280 ° is less than 4 seconds / day, or even 2 seconds / day, or even 1 second / day, or even 0.7 seconds / day.
La distance (rayon de virole) entre l'extrémité intérieure du spiral et le centre de rotation du spiral est de préférence d'au plus 800 µm, voire d'au plus 700 µm, voire d'au plus 600 µm.The distance (radius of the shell) between the inner end of the hairspring and the center of rotation of the hairspring is preferably at most 800 μm, or even at most 700 μm, or even at most 600 μm.
Le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau est de préférence d'au moins 0,8 µg.cm, voire d'au moins 1 µg.cm, voire d'au moins 1,2 µg.cm, voire d'au moins 1,4 µg.cm.The unbalance of the axis-balance-plate assembly is preferably at least 0.8 μg.cm, or even at least 1 μg.cm, or even at least 1.2 μg.cm, or even of at least 1.4 µg.cm.
Le balourd de la virole est de préférence d'au moins 0,3 µg.cm, voire d'au moins 0,4 µg.cm, voire d'au moins 0,5 µg.cm, voire d'au moins 0,6 µg.cm, voire d'au moins 0,7 µg.cm, voire d'au moins 0,8 µg.cm, voire d'au moins 0,9 µg.cm.The unbalance of the shell is preferably at least 0.3 μg.cm, or even at least 0.4 μg.cm, or even at least 0.5 μg.cm, or even at least 0, 6 µg.cm, or even at least 0.7 µg.cm, or even at least 0.8 µg.cm, or even at least 0.9 µg.cm.
Toutes les combinaisons des plages de valeurs mentionnées ci-dessus sont possibles dans l'invention. On peut en particulier combiner n'importe quelle plage de valeurs du rayon de virole avec n'importe quelle plage de valeurs du balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau et/ou avec n'importe quelle plage de valeurs du balourd de la virole.All the combinations of the ranges of values mentioned above are possible in the invention. In particular, any range of values of the shell radius can be combined with any range of unbalance values of the axle-balance-plate assembly and / or with any range of unbalance values of the ferrule.
Dans des exemples typiques de réalisation, la spire intérieure du spiral présente une portion rigidifiée et/ou est conformée selon une courbe Grossmann. La spire extérieure du spiral peut elle aussi présenter une portion rigidifiée.In typical embodiments, the inner coil of the hairspring has a stiffened portion and / or is shaped according to a Grossmann curve. The outer turn of the hairspring can also have a stiffened portion.
Dans d'autres exemples de réalisation, le spiral présente une rigidité et/ou un pas qui varient continûment sur au moins plusieurs spires.In other exemplary embodiments, the hairspring has a rigidity and / or a pitch which vary continuously over at least several turns.
Avantageusement, la virole et/ou le spiral sont en un matériau à base de silicium.Advantageously, the ferrule and / or the hairspring are made of a silicon-based material.
La présente invention propose en outre un mouvement horloger comprenant l'oscillateur défini ci-dessus.The present invention further provides a horological movement comprising the oscillator defined above.
La présente invention propose enfin une pièce d'horlogerie, telle qu'une montre-bracelet ou une montre de poche, comprenant ce mouvement horloger ou l'oscillateur défini ci-dessus.The present invention finally proposes a timepiece, such as a wristwatch or a pocket watch, comprising this horological movement or the oscillator defined above.
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 montre un oscillateur mécanique horloger selon un mode de réalisation particulier de l'invention ; - la
figure 2 montre le spiral de cet oscillateur ; - la
figure 3 montre le balancier de cet oscillateur, vu depuis l'autre côté par rapport à lafigure 1 ; - la
figure 4 montre des courbes représentant la marche de cet oscillateur due au poids du spiral ; - la
figure 5 montre des courbes représentant la marche de cet oscillateur due au défaut d'équilibre d'un ensemble axe-balancier-plateau-virole ; - la
figure 6 montre des courbes représentant la marche de cet oscillateur due à la fois au défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole et au poids du spiral ; - la
figure 7 montre différentes configurations, conformes à l'invention, de défauts d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole, de la virole et de l'ensemble axe-balancier-plateau.
- the
figure 1 shows a mechanical horological oscillator according to a particular embodiment of the invention; - the
figure 2 shows the hairspring of this oscillator; - the
figure 3 shows the balance of this oscillator, seen from the other side of thefigure 1 ; - the
figure 4 shows curves representing the rate of this oscillator due to the weight of the hairspring; - the
figure 5 shows curves representing the operation of this oscillator due to the lack of balance of an axis-balance-plate-shell assembly; - the
figure 6 shows curves representing the rate of this oscillator due both to the lack of balance of the axle-balance-plate-shell assembly and to the weight of the hairspring; - the
figure 7 shows various configurations, in accordance with the invention, of unbalance of the axle-balance-plate-ferrule assembly, of the collar and of the axle-balance-plate assembly.
En référence aux
Le spiral 3 n'a pas la forme traditionnelle d'une spirale d'Archimède à section de lame constante. La géométrie du spiral est en effet irrégulière en ce sens qu'elle présente une section et/ou un pas qui varient le long de sa lame. Dans l'exemple représenté, une portion 3c de la spire extérieure (ci-après « portion rigidifiée extérieure ») et une portion 3d de la spire intérieure (ci-après « portion rigidifiée intérieure ») ont une plus grande section, donc une plus grande rigidité, que le reste de la lame formant le spiral 3. En dehors de ces portions 3c et 3d la section de la lame est constante. Le pas du spiral 3 est constant depuis un point 3e' situé sur sa spire intérieure jusqu'à un point 3e situé sur sa spire extérieure. De l'extrémité intérieure 3a au point 3e' le pas augmente légèrement. Après le point 3e le pas augmente nettement, la spire extérieure s'écartant de l'avant-dernière spire par rapport au tracé de la spirale d'Archimède pour éviter que ces deux spires ne se touchent lors des expansions du spiral. La partie terminale 3f du spiral 3 s'étendant entre les points 3e et 3b comprend au moins une partie de, typiquement toute, la portion rigidifiée extérieure 3c.The
De nombreuses autres géométries du spiral 3 sont toutefois possibles. Par exemple, en remplacement ou en plus de la portion rigidifiée intérieure 3d, la spire intérieure pourrait être conformée selon une courbe Grossmann. On pourrait aussi ne pas avoir de portion rigidifiée extérieure 3c. Dans d'autres variantes, au lieu de changer la section de la lame du spiral uniquement localement au niveau de la spire intérieure et de la spire extérieure, on pourrait changer continûment la section tout le long de la lame ou sur plusieurs spires, c'est-à-dire sur un nombre (pas nécessairement entier) de spires plus grand que 1, par exemple égal à 2 ou plus. On pourrait aussi faire varier continûment le pas du spiral tout le long de la lame ou sur plusieurs spires, en remplacement ou en plus de la variation de section. De plus, on pourrait faire varier la rigidité du spiral le long de sa lame d'une autre manière qu'en changeant sa section, par exemple par dopage ou traitement thermique.However, many other geometries of the
La marche d'un tel oscillateur est égale à la somme de la perturbation due à l'ensemble axe 2 - balancier 1 - plateau 7 - virole 4 et de la perturbation due au spiral 3. L'ensemble rigide axe-balancier-plateau-virole, que l'on nommera dans la suite « ensemble oscillant », influence la marche dans les positions verticales uniquement. La marche de l'oscillateur dans les positions verticales due à cet ensemble oscillant est causée par le défaut d'équilibre de ce dernier, c'est-à-dire par le fait que, en raison des tolérances de fabrication, le centre de gravité de l'ensemble oscillant n'est pas sur l'axe imaginaire de rotation. En référence à la
D'après la théorie, la courbe représentant la marche de l'oscillateur due au défaut d'équilibre du balancier, plus exactement de l'ensemble oscillant, en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier, dans toute position verticale de ce dernier, passe par la valeur zéro (c'est-à-dire croise l'axe des abscisses) à une amplitude d'oscillation de 220°. Egalement d'après la théorie, pour un spiral à section de lame constante en forme de spirale d'Archimède parfaite, la courbe représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier, dans toute position verticale de ce dernier, passe par la valeur zéro (c'est-à-dire croise l'axe des abscisses) à des amplitudes d'oscillation de 163,5° et de 330,5°.According to the theory, the curve representing the course of the oscillator due to the lack of balance of the balance, more exactly of the oscillating assembly, as a function of the amplitude of oscillation of the balance, in any vertical position of this last, passes through the zero value (i.e. crosses the x-axis) at an oscillation amplitude of 220 °. Also according to the theory, for a hairspring with constant blade section in the shape of a perfect Archimedean spiral, the curve representing the rate of the oscillator due to the weight of the hairspring as a function of the amplitude of oscillation of the balance, in any vertical position of the latter, passes through the zero value (i.e. crosses the x-axis) at oscillation amplitudes of 163.5 ° and 330.5 °.
La présente invention repose sur la constatation qu'il est possible de choisir des paramètres A, θbv d'ensembles oscillants et des géométries de spiraux pour que la marche due au défaut d'équilibre de l'ensemble oscillant et la marche due au poids du spiral se compensent, permettant ainsi de diminuer, voire de rendre sensiblement nuls, les écarts de marche entre les différentes positions verticales.The present invention is based on the observation that it is possible to choose parameters A, θ bv of oscillating assemblies and hairspring geometries so that the rate of movement due to the lack of balance of the oscillating assembly and the rate of weight of the hairspring compensate each other, thus making it possible to reduce, or even to make substantially zero, the differences in rate between the various vertical positions.
Dans l'exemple de la
On a représenté à la
Comme on peut le voir, les courbes S1 à S4 se croisent en un point P1 situé sur l'axe des abscisses à une amplitude d'oscillation d'environ 218°, amplitude qui est donc proche de l'amplitude d'oscillation de 220° à laquelle se croisent les courbes correspondantes d'un balancier ou d'un ensemble axe-balancier-plateau-virole. La partie du spiral 3 qui a le plus d'influence sur la position du point de croisement P1 est la portion rigidifiée intérieure 3d. La portion rigidifiée extérieure 3c permet d'affiner le réglage du point de croisement P1, et/ou de produire une avance de marche qui compense un retard de marche causé par l'échappement comme décrit dans les demandes de brevet
La
Plus particulièrement, le diagramme de la
La
Comme cela est visible sur les
Concrètement, si l'on désigne par O le centre de rotation de l'ensemble oscillant 1, 2, 4, 7 (axe-balancier-plateau-virole) en projection orthogonale dans un plan perpendiculaire à l'axe 2, par Gbv le centre de gravité de l'ensemble oscillant 1, 2, 4, 7 en projection orthogonale dans ledit plan, par Gb le centre de gravité de l'ensemble axe-balancier-plateau 1, 2, 7 en projection orthogonale dans ledit plan, par mbv la masse de l'ensemble oscillant 1, 2, 4, 7 et par mb la masse de l'ensemble axe-balancier-plateau 1, 2, 7, l'inégalité suivante est vérifiée dans la présente invention :
La
Le principe sous-jacent à l'invention peut être combiné à celui incarné par le deuxième mode de réalisation de la demande de brevet
Pour apporter le défaut d'équilibre souhaité à la virole 4, on peut jouer sur sa géométrie en formant pendant sa fabrication des parties de déséquilibrage 4a. On peut aussi, en variante ou en plus des parties de déséquilibrage 4a, ajouter de la matière à la virole, par exemple par PVD (dépôt physique en phase vapeur), CVD (dépôt chimique en phase vapeur) ou brasage.To bring the desired lack of balance to the
Les parties de déséquilibrage 4a peuvent avantageusement consister en des excroissances périphériques séparées d'une partie centrale de serrage élastique 4b de la virole 3 par des interstices 4c en forme de fentes de sorte à sensiblement ne pas modifier l'élasticité de la partie centrale 4b et donc la tenue de la virole 4 sur l'axe de balancier 2. Ces excroissances périphériques peuvent aussi avantageusement être séparées l'une de l'autre ou les unes des autres par un ou des interstices en forme de fentes 4d.The unbalancing
La présente invention permet l'obtention d'un oscillateur horloger dont les écarts de marche entre les différentes positions verticales sont minimaux et qui se prête bien à une production industrielle grâce à l'augmentation du balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau qu'elle rend possible.The present invention makes it possible to obtain a horological oscillator whose operating differences between the various vertical positions are minimal and which lends itself well to industrial production thanks to the increase in the unbalance of the axis-balance-plate assembly qu 'she makes it possible.
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