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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EP
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balance
hairspring
oscillator
axis
assembly
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EP20175995.8A
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Séverine DOMANGE
Jean-Luc Bucaille
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Patek Philippe SA Geneve
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Patek Philippe SA Geneve
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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 EP 1584994 , paragraphes 2 et 6). En position verticale, le défaut d'équilibre ou balourd du balancier perturbe la régularité des oscillations. Pour minimiser cette perturbation, il est d'usage de rééquilibrer le balancier par fraisage ou au moyen de vis de réglage équipant le balancier. Les variations de marche dues au spiral sont, elles, provoquées principalement par le développement excentrique et le poids du spiral. Le développement excentrique du spiral génère un couple perturbateur, le même dans toutes les positions, créé par les forces de rappel entre les pivots de l'axe de l'oscillateur et les paliers dans lesquels ils tournent. Le poids du spiral génère un autre couple perturbateur, fonction de l'inclinaison de la pièce d'horlogerie par rapport à la position horizontale.The rate of such a balance-spring oscillator is equal to the sum of the rate due to the lack of balance of the balance and the rate due to the hairspring. The oscillator axis and the escape plate, with its peg, contribute to the balance failure of the balance. On the other hand, the contribution of the shell to this lack of balance is neglected because it is accepted that a shell must be as balanced as possible or as small as possible (cf. for example the work “Theory of horology” edited by the Fédération des Ecoles Techniques, 1998, page 142 and the patent application EP 1584994 , paragraphs 2 and 6). In the vertical position, the lack of balance or unbalance of the balance disrupts the regularity of the oscillations. To minimize this disturbance, it is customary to rebalance the balance by milling or by means of adjustment screws fitted to the balance. The rate variations due to the hairspring are caused mainly by the eccentric development and the weight of the hairspring. The eccentric development of the hairspring generates a disturbing torque, the same in all positions, created by the restoring forces between the pivots of the oscillator axis and the bearings in which they rotate. The weight of the hairspring generates another disturbing torque, depending on the inclination of the timepiece relative to the horizontal position.

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 EP 1445670 , EP 1473604 , EP 2299336 et WO 2014/072781 qui décrivent des spiraux comprenant des variations de rigidité et/ou de pas le long de leur lame. Les techniques modernes de fabrication et les matériaux tels que le silicium permettent l'obtention de tels spiraux. Toutefois, cette approche consistant à traiter la marche due au spiral séparément de la marche due au balancier limite le gain possible en matière d'isochronisme global de l'oscillateur. En effet, il apparaît difficile de réduire encore les écarts de marche entre les positions verticales dus au spiral. Malgré la variété de géométries de spiral qui ont été proposées, on ne parvient pas, ou très difficilement, à descendre au-dessous d'écarts de marche de l'ordre de 1 seconde/jour pour le spiral. En ce qui concerne le balancier, il est presque impossible d'obtenir en production industrielle des balanciers ayant un balourd inférieur à 0,5 µg.cm.In recent years, improvements have been made to the geometry of the balance springs to reduce their contribution to the isochronism defect of the oscillator. We can cite in particular patent applications EP 1445670 , EP 1473604 , EP 2299336 and WO 2014/072781 which describe balance springs comprising variations in rigidity and / or pitch along their blade. Modern manufacturing techniques and materials such as silicon make it possible to obtain such balance springs. However, this approach consisting in treating the rate due to the hairspring separately from the rate due to the balance wheel limits the possible gain in terms of overall isochronism of the oscillator. Indeed, it appears difficult to further reduce the rate differences between the vertical positions due to the hairspring. Despite the variety of hairspring geometries that have been proposed, it is not possible, or very difficult, to go below rate deviations of the order of 1 second / day for the hairspring. As regards the balance, it is almost impossible to obtain in industrial production balance wheels with an unbalance of less than 0.5 µg.cm.

Dans la demande de brevet WO 2017/163148 de la demanderesse, il est proposé une autre approche pour améliorer l'isochronisme d'un oscillateur balancier-spiral et pour en particulier réduire les écarts de marche entre ses différentes positions verticales. Dans l'oscillateur décrit, la marche due au défaut d'équilibre du balancier et la marche due au poids du spiral se compensent au moins partiellement et de préférence sensiblement entièrement dans toute ou presque toute la plage de fonctionnement normal du balancier. On ne cherche donc pas ici à annuler le balourd du balancier, celui-ci peut même être élevé. De même, on ne cherche pas à réduire au minimum la marche due au poids du spiral. L'approche proposée dans cette demande de brevet WO 2017/163148 permet l'obtention de très petits écarts de marche entre les différentes positions verticales de l'oscillateur et améliore donc la précision de la pièce d'horlogerie.In the patent application WO 2017/163148 by the Applicant, another approach is proposed to improve the isochronism of a sprung balance oscillator and in particular to reduce the rate differences between its different vertical positions. In the oscillator described, the rate due to the balance failure of the balance and the rate due to the weight of the hairspring compensate each other at least partially and preferably substantially entirely over all or almost all of the normal operating range of the balance. We do not therefore seek here to cancel the unbalance of the balance, it can even be high. Likewise, no attempt is made to reduce the rate due to the weight of the hairspring to a minimum. The approach proposed in this patent application WO 2017/163148 allows very small rate deviations to be obtained between the various vertical positions of the oscillator and therefore improves the precision of the timepiece.

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 WO 2017/163148 . Mais un rayon de virole accru à encombrement et raideur du spiral constants impose de diminuer le nombre de spires du spiral, donc l'épaisseur des spires, ce qui augmente la dispersion de fabrication, en particulier la dispersion du couple élastique, entre différents lots de spiraux et même entre les spiraux d'un même Iot.However, in practice, the unbalance of the balance of this oscillator is still relatively small (0.6 μg.cm in the first embodiment described). Now, a balance wheel whose target unbalance is low is less easy to manufacture and adjust than a balance wheel whose target unbalance is high. The unbalance of the balance can be increased by compensating for it by an increase in the radius of the shell, like the second embodiment disclosed in the patent application. WO 2017/163148 . But one increased shell radius with constant bulk and stiffness of the balance spring requires a reduction in the number of turns of the balance spring, therefore the thickness of the turns, which increases the manufacturing dispersion, in particular the dispersion of the elastic torque, between different batches of balance springs and even between the hairsprings of the same Iot.

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

  1. 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° ;
  2. 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,
oscillateur dans lequel l'inégalité suivante est vérifiée : m bv OG bv < m b OG b
Figure imgb0001
où mbv est la masse de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole, O est le centre de rotation de cet ensemble en projection orthogonale dans un plan perpendiculaire à l'axe, Gbv est le centre de gravité de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole en projection orthogonale dans ledit plan, mb est la masse de l'ensemble axe-balancier-plateau et Gb est le centre de gravité de l'ensemble axe-balancier-plateau en projection orthogonale dans ledit plan.To this end, there is proposed 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, 'axle-balance-plate-shell assembly having a lack of balance, said lack of balance and the geometry of the hairspring being such that
  1. 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 °;
  2. 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,
oscillator in which the following inequality is verified: m bv OG bv < m b OG b
Figure imgb0001
where m bv is the mass of the axis-balance-plate-ferrule assembly, O is the center of rotation of this assembly in orthogonal projection in a plane perpendicular to the axis, G bv is the center of gravity of the assembly axis-balance-plate-ferrule in orthogonal projection in said plane, m b is the mass of the axis-balance-plate assembly and G b is the center of gravity of the axis-balance-plate assembly in orthogonal projection in said plan.

Ainsi, à la différence de l'enseignement de la demande de brevet WO 2017/163148 , le balourd de la virole n'est pas négligé dans la présente invention. La présente invention va même à l'encontre du principe admis dans l'état de la technique selon lequel la virole doit déséquilibrer le moins possible le balancier. La virole selon l'invention est volontairement déséquilibrée d'une valeur (balourd) qui peut être grande et dans une direction telle que son balourd compense en partie, ou surcompense, le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau. Dès lors, le défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole peut compenser la marche due au poids du spiral, par analogie avec l'enseignement de la demande de brevet WO 2017/163148 , et le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau peut être élevé, facilitant ainsi la fabrication et le réglage du balancier. De plus, comme tous les organes portés par l'axe de l'oscillateur sont pris en compte pour déterminer le balourd, la performance de l'oscillateur en termes d'isochronisme est améliorée.Thus, unlike the teaching of the patent application WO 2017/163148 , the unbalance of the shell is not neglected in the present invention. The present invention even goes against the principle accepted in the state of the art according to which the ferrule must unbalance the balance as little as possible. The ferrule according to the invention is intentionally unbalanced by a value (unbalance) which may be large and in a direction such that its unbalance partly compensates, or overcompensates, the unbalance of the axle-balance-plate assembly. Therefore, the lack of balance of the axis-balance-plate-ferrule assembly can compensate for the rate due to the weight of the hairspring, by analogy with the teaching of the patent application WO 2017/163148 , and the unbalance of the axle-balance-plate assembly can be high, thus facilitating the manufacture and adjustment of the balance. In addition, as all the components carried by the oscillator axis are taken into account to determine the unbalance, the performance of the oscillator in terms of isochronism is improved.

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 la figure 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.
Other characteristics and advantages of the present invention will become apparent on reading the following detailed description given with reference to the appended drawings in which:
  • 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 the figure 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 figures 1 à 3, un oscillateur selon un mode de réalisation particulier de l'invention, pour un mouvement horloger destiné à équiper une pièce d'horlogerie telle qu'une montre-bracelet ou une montre de poche, comprend un balancier 1 monté sur un axe de balancier 2 et un spiral 3 dont l'extrémité intérieure 3a est fixée à l'axe de balancier 2 par l'intermédiaire d'une virole 4 et dont l'extrémité extérieure 3b est fixée au bâti du mouvement par l'intermédiaire d'un ou plusieurs organes. Dans l'exemple représenté, l'extrémité extérieure 3b du spiral 3 est prolongée par une partie rigide de fixation 5 qui est tenue par une pince 6 montée sur le bâti du mouvement, comme décrit dans le brevet EP 1780611 de la demanderesse. L'extrémité extérieure 3b pourrait cependant être fixée au bâti d'une autre manière, par exemple au moyen d'un piton traditionnel. L'ensemble comprenant le spiral 3, la virole 4 et la partie rigide de fixation 5 peut être monolithique et réalisé par exemple en silicium ou en diamant, de préférence en silicium recouvert d'une couche d'oxyde de silicium. L'oscillateur comprend aussi, monté sur l'axe de balancier 2, un plateau d'échappement 7 qui peut être simple (sans petit plateau) ou double (avec un petit plateau à encoche 7a destiné à coopérer avec un dard, comme représenté), ce plateau d'échappement 7 comprenant une rondelle 7b (« grand plateau ») et une cheville de plateau 8 portée par la rondelle 7b et destinée à coopérer de manière classique avec la fourchette d'une ancre d'échappement. La cheville de plateau 8 peut faire saillie hors du plan de la rondelle 7b, de manière traditionnelle, ou s'étendre radialement depuis le pourtour de la rondelle, comme cela est également connu.With reference to figures 1 to 3 , an oscillator according to a particular embodiment of the invention, for a watch movement intended to equip a timepiece such as a wristwatch or a pocket watch, comprises a balance 1 mounted on a balance axis 2 and a hairspring 3 whose inner end 3a is fixed to the balance axis 2 by means of a ferrule 4 and whose outer end 3b is fixed to the frame of the movement by means of one or more organs. In the example shown, the outer end 3b of the hairspring 3 is extended by a rigid fixing part 5 which is held by a clamp 6 mounted on the frame of the movement, as described in the patent. EP 1780611 of the plaintiff. The outer end 3b could however be fixed to the frame in another way, for example by means of a traditional eyebolt. The assembly comprising the spiral 3, the ferrule 4 and the rigid fixing part 5 can be monolithic and made for example of silicon or of diamond, preferably of silicon covered with a layer of silicon oxide. The oscillator also comprises, mounted on the balance axis 2, an escape plate 7 which can be single (without a small plate) or double (with a small notched plate 7a intended to cooperate with a dart, as shown) , this exhaust plate 7 comprising a washer 7b ("large plate") and a plate pin 8 carried by the washer 7b and intended to cooperate in a conventional manner with the fork of an escape anchor. The chainring pin 8 may protrude out of the plane of the washer 7b, in the conventional manner, or extend radially from the periphery of the washer, as is also known.

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 hairspring 3 does not have the traditional shape of an Archimedean spiral with a constant blade section. The geometry of the hairspring is in fact irregular in the sense that it has a section and / or a pitch which vary along its blade. In the example shown, a portion 3c of the outer turn (hereinafter "outer stiffened portion") and a 3d portion of the inner turn (hereinafter "inner stiffened portion") have a larger section, therefore a larger section. great rigidity, that the rest of the blade forming the hairspring 3. Apart from these portions 3c and 3d the section of the blade is constant. The pitch of the spiral 3 is constant from a point 3e 'located on its inner turn to a point 3e located on its outer turn. From the inner end 3a to point 3e 'the pitch increases slightly. After point 3e, the pitch increases markedly, the outer coil moving away from the penultimate coil with respect to the path of the Archimedes spiral to prevent these two turns from touching during the expansions of the spiral. The end part 3f of the spiral 3 extending between points 3e and 3b comprises at least part of, typically the whole, the outer stiffened portion 3c.

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 hairspring 3 are possible. For example, replacing or in addition to the interior stiffened portion 3d, the interior coil could be shaped according to a Grossmann curve. It would also be possible not to have an external stiffened portion 3c. In other variants, instead of changing the section of the blade of the hairspring only locally at the level of the inner turn and the outer turn, we could continuously change the section all along the blade or over several turns, that is, that is to say over a number (not necessarily an integer) of turns greater than 1, for example equal to 2 or more. It would also be possible to continuously vary the pitch of the hairspring all along the blade or over several turns, replacing or in addition to the variation in section. In addition, one could vary the rigidity of the hairspring along its blade in another way than by changing its section, for example by doping or heat treatment.

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 figure 3, si l'on désigne par d la position radiale du centre de gravité Gbv de l'ensemble oscillant 1, 2, 4, 7 (par rapport au centre de rotation O de cet ensemble oscillant, en projection orthogonale dans un plan perpendiculaire à l'axe de balancier 2) et par mbv la masse de cet ensemble oscillant, la grandeur A = d.mbv est le balourd de cet ensemble oscillant. Comme on le verra par la suite, le balourd A et la position angulaire θbv du centre de gravité Gbv (définie par exemple par rapport à un bras du balancier, en projection orthogonale dans un plan perpendiculaire à l'axe de balancier 2, comme illustré à la figure 3) sont des paramètres d'ajustement de la marche due au défaut d'équilibre de l'ensemble oscillant. Le spiral, lui, influence la marche dans la position horizontale et dans les positions verticales. Le développement excentrique du spiral provoque dans les paliers de l'axe de balancier 2 des réactions qui varient, ceci dans toutes les positions de l'oscillateur. De plus, dans les positions verticales, le déplacement du centre de gravité du spiral causé par le développement excentrique de ce dernier crée un défaut d'isochronisme dû au poids du spiral appliqué audit centre de gravité. Cette perturbation est différente de l'effet d'affaissement gravitationnel élastique du spiral, qui est négligé dans la présente invention.The rate of such an oscillator is equal to the sum of the disturbance due to the assembly axis 2 - balance 1 - plate 7 - ferrule 4 and the disturbance due to the balance spring 3. The rigid assembly axis-balance-plate- ferrule, which will be called “oscillating assembly” in the following, influences the rate in vertical positions only. The operation of the oscillator in the vertical positions due to this oscillating assembly is caused by the lack of balance of the latter, that is to say by the fact that, due to manufacturing tolerances, the center of gravity of the oscillating assembly is not on the imaginary axis of rotation. With reference to the figure 3 , if we denote by d the radial position of the center of gravity G bv of the oscillating assembly 1, 2, 4, 7 (with respect to the center of rotation O of this oscillating assembly, in orthogonal projection in a plane perpendicular to the balance axis 2) and by m bv the mass of this oscillating assembly, the magnitude A = dm bv is the unbalance of this oscillating assembly. As will be seen below, the unbalance A and the angular position θ bv of the center of gravity G bv (defined for example with respect to an arm of the balance, in orthogonal projection in a plane perpendicular to the balance axis 2, as shown in figure 3 ) are parameters for adjusting the rate due to the lack of balance of the oscillating assembly. The hairspring influences walking in the horizontal position and in the vertical positions. The eccentric development of the hairspring causes reactions in the bearings of the balance axis 2 which vary, in all the positions of the oscillator. Moreover, in the vertical positions, the displacement of the center of gravity of the hairspring caused by the eccentric development of the latter creates a defect of isochronism due to the weight of the hairspring applied to said center of gravity. This disturbance is different from the effect of elastic gravitational sag of the hairspring, which is neglected in the present invention.

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 figure 2, le spiral 3 présente 14 spires. L'épaisseur eo de la lame formant le spiral, mesurée suivant un rayon partant du centre de rotation O du spiral, est de 28,1 µm, sauf le long de la portion rigidifiée extérieure 3c et de la portion rigidifiée intérieure 3d où elle est plus grande. Le pas du spiral entre les points 3e' et 3e est de 86,8 µm. Le rayon R de la virole 4, ou distance entre l'extrémité intérieure 3a du spiral et le centre O, défini comme le rayon du cercle de centre O passant par le milieu (à la moitié de l'épaisseur eo) de l'extrémité intérieure 3a, est de 545 µm. L'épaisseur ed maximale de la portion rigidifiée intérieure 3d, mesurée suivant un rayon partant du centre de courbure Cd du début de la spire intérieure (entre les points 3a et 3e'), est de 73 µm. L'étendue angulaire θd de la portion rigidifiée intérieure 3d, mesurée depuis le centre de courbure Cd, est de 78°. Sa position angulaire αd (position de son centre par rapport à l'extrémité intérieure 3a), mesurée depuis le centre de courbure Cd, est de 82°. L'épaisseur maximale ec de la portion rigidifiée extérieure 3c, mesurée suivant un rayon partant du centre de courbure Cc de la partie terminale 3f du spiral 3, est de 88 µm. L'étendue angulaire θc et la position angulaire αc (position de son centre par rapport à l'extrémité extérieure 3b du spiral 3) de la portion rigidifiée extérieure 3c, mesurées depuis le centre de courbure Cc, sont respectivement de 94° et de 110°.In the example of figure 2 , the spiral 3 has 14 turns. The thickness eo of the blade forming the hairspring, measured along a radius starting from the center of rotation O of the hairspring, is 28.1 µm, except along the outer stiffened portion 3c and the inner stiffened portion 3d where it is bigger. The pitch of the hairspring enters points 3e 'and 3e is 86.8 μm. The radius R of the ferrule 4, or distance between the inner end 3a of the hairspring and the center O, defined as the radius of the circle with center O passing through the middle (at half the thickness eo) of the end inner 3a, is 545 µm. The maximum thickness e d of the interior stiffened portion 3d, measured along a radius starting from the center of curvature Cd of the start of the interior turn (between points 3a and 3e '), is 73 μm. The angular extent θ d of the interior stiffened portion 3d, measured from the center of curvature Cd, is 78 °. Its angular position α d (position of its center relative to the inner end 3a), measured from the center of curvature Cd, is 82 °. The maximum thickness e c of the external stiffened portion 3c, measured along a radius starting from the center of curvature Cc of the end part 3f of the hairspring 3, is 88 μm. The angular extent θ c and the angular position α c (position of its center relative to the outer end 3b of the hairspring 3) of the outer stiffened portion 3c, measured from the center of curvature Cc, are respectively 94 ° and of 110 °.

On a représenté à la figure 4 la marche de l'oscillateur 1, 2, 3, 4, 7 due au poids du spiral 3 en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier 1 dans chacune de quatre positions verticales de l'oscillateur espacées de 90°, à savoir une position verticale haute VH (3 heures en haut) (courbe S1), une position verticale droite VD (12 heures en haut) (courbe S2), une position verticale gauche VG (6 heures en haut) (courbe S3) et une position verticale basse VB (9 heures en haut) (courbe S4). En abscisses du diagramme de la figure 4 est portée l'amplitude d'oscillation du balancier 1 exprimée en degrés par rapport à la position d'équilibre et en ordonnées est représentée la marche en secondes par jour (s/j). Chaque courbe S1 à S4 a été obtenue en utilisant la formule suivante : µ θ 0 = 86400. m s . L E . I . g . 1 2. π . θ 0 2 0 2. π δy g θ φ δθ . θ φ . φ

Figure imgb0002
proposée dans l'ouvrage « Traité de construction horlogère » de M. Vermot, P. Bovay, D. Prongué et S. Dordor, édité par les Presses polytechniques et universitaires romandes, 2011, où µ est la marche, ms est la masse du spiral, L est la longueur du spiral, E est le module de Young du spiral, I est le moment quadratique du spiral, g est la constante de gravité, θ est l'élongation du balancier par rapport à sa position d'équilibre, θ0 est l'amplitude du balancier par rapport à sa position d'équilibre, ϕ est la phase (θ = θ0 cos ϕ), yg est l'ordonnée du centre de gravité du spiral dans le repère (O, x, y) de la figure 3 où l'axe y est opposé à la gravité, et δ désigne la dérivée. Le déplacement du centre de gravité du spiral (variation de la grandeur yg) a été calculé par éléments finis. La dérivée et l'intégrale ont ensuite été calculées numériquement.We have represented at the figure 4 the rate of oscillator 1, 2, 3, 4, 7 due to the weight of hairspring 3 as a function of the amplitude of oscillation of balance 1 in each of four vertical positions of the oscillator spaced 90 ° apart, namely a high vertical position VH (3 o'clock up) (curve S1), a vertical right position VD (12 o'clock up) (curve S2), a left vertical position VG (6 o'clock up) (curve S3) and a position vertical low VB (9 o'clock up) (curve S4). On the x-axis of the diagram figure 4 the amplitude of oscillation of the balance 1, expressed in degrees with respect to the equilibrium position, is shown and on the ordinate is represented the rate in seconds per day (s / d). Each curve S1 to S4 was obtained using the following formula: µ θ 0 = - 86400. m s . THE E . I . g . 1 2. π . θ 0 2 0 2. π δy g θ φ δθ . θ φ . φ
Figure imgb0002
proposed in the work “Treaty of horological construction” by M. Vermot, P. Bovay, D. Prongué and S. Dordor, published by the Presses polytechniques et universitaire romandes, 2011, where µ is the step, m s is the mass of the hairspring, L is the length of the hairspring, E is the Young's modulus of the hairspring, I is the quadratic moment of the hairspring, g is the constant of gravity, θ is the elongation of the balance with respect to its equilibrium position, θ 0 is the amplitude of the balance with respect to its equilibrium position, ϕ is the phase (θ = θ 0 cos ϕ ), y g is the ordinate of the center of gravity of the hairspring in the frame (O, x, y) of the figure 3 where the y axis is opposite to gravity, and δ denotes the derivative. The displacement of the center of gravity of the hairspring (variation of the magnitude y g ) was calculated by finite elements. The derivative and the integral were then calculated numerically.

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 WO 2013/034962 et WO 2014/072781 de la présente demanderesse. En pratique, le croisement au point P1 ou au voisinage du point P1 se produit dans toutes les positions verticales de l'oscillateur.As can be seen, the curves S1 to S4 intersect at a point P1 located on the abscissa axis at an oscillation amplitude of approximately 218 °, an amplitude which is therefore close to the oscillation amplitude of 220 ° at which intersect the corresponding curves of a balance or of an axle-balance-plate-ferrule assembly. The part of the hairspring 3 which has the most influence on the position of the crossing point P1 is the interior stiffened portion 3d. The external stiffened portion 3c makes it possible to refine the adjustment of the crossing point P1, and / or to produce a forward advance which compensates for a running delay caused by the escapement as described in the patent applications. WO 2013/034962 and WO 2014/072781 of the present plaintiff. In practice, the crossing at point P1 or in the vicinity of point P1 occurs in all vertical positions of the oscillator.

La figure 5 représente la marche de l'oscillateur 1, 2, 3, 4, 7 due au défaut d'équilibre de l'ensemble oscillant 1, 2, 4, 7 en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier 1 dans chacune des quatre positions verticales précitées de l'oscillateur, à savoir la position verticale haute VH (courbe B1), la position verticale droite VD (courbe B2), la position verticale gauche VG (courbe B3) et la position verticale basse VB (courbe B4). Chaque courbe B1 à B4 a été obtenue en utilisant la formule suivante : µ θ 0 = 86400. m bv . g . d J bv . ω 0 2 . J 1 θ 0 θ 0 . cos ϕ + β

Figure imgb0003
proposée dans l'ouvrage précité « Traité de construction horlogère », où µ est la marche, θ0 est l'amplitude du balancier par rapport à sa position d'équilibre, mbv est la masse de l'ensemble oscillant, g est la constante de gravité, d est la position radiale du centre de gravité de l'ensemble oscillant, Jbv est le moment d'inertie de l'ensemble oscillant, ω0 est la pulsation propre de l'oscillateur, J1 est la fonction de Bessel d'ordre 1 (qui s'annule pour une valeur de θ0 d'environ 220°), β est la position angulaire du centre de gravité de l'ensemble oscillant par rapport à la cheville de plateau 8 (cf. figure 3 ; β = θbv - 45°) et φ est la position angulaire de la cheville de plateau 8 par rapport à la direction de la gravité.The figure 5 represents the rate of oscillator 1, 2, 3, 4, 7 due to the lack of balance of the oscillating assembly 1, 2, 4, 7 as a function of the amplitude of oscillation of the balance 1 in each of the four the aforementioned vertical positions of the oscillator, namely the high vertical position VH (curve B1), the right vertical position VD (curve B2), the left vertical position VG (curve B3) and the lower vertical position VB (curve B4). Each curve B1 to B4 was obtained using the following formula: µ θ 0 = 86400. m bv . g . d J bv . ω 0 2 . J 1 θ 0 θ 0 . cos ϕ + β
Figure imgb0003
proposed in the aforementioned work "Treaty of horological construction", where µ is the rate, θ 0 is the amplitude of the balance with respect to its position of equilibrium, m bv is the mass of the oscillating assembly, g is the constant of gravity, d is the radial position of the center of gravity of the oscillating assembly, J bv is the moment of inertia of the oscillating assembly, ω 0 is the proper pulsation of the oscillator, J 1 is the function of Bessel of order 1 (which vanishes for a value of θ 0 of about 220 °), β is the angular position of the center of gravity of the oscillating assembly with respect to the plate peg 8 (cf. figure 3 ; β = θ bv - 45 °) and φ is the angular position of the plate peg 8 with respect to the direction of gravity.

Plus particulièrement, le diagramme de la figure 5 est celui d'un ensemble oscillant ayant un balourd A de 0,6 µg.cm et dont la position angulaire θbv du centre de gravité est de 60°. On constate que la pente, en particulier la pente moyenne, de chaque courbe B1 à B4 est de signe opposé à celui de la pente, en particulier la pente moyenne, de chaque courbe S1 à S4 respectivement. En d'autres termes, les courbes S1 et S2 décroissent alors que les courbes B1 et B2 croissent, et les courbes S3 et S4 croissent alors que les courbes B3 et B4 décroissent. Ceci est vrai notamment dans la plage de fonctionnement courante d'un balancier en position verticale, à savoir la plage d'amplitudes d'oscillation de 150° à 280°. Cette caractéristique relative aux pentes des courbes S1 à S4 et B1 à B4 combinée au fait que le point de croisement P1 des courbes S1 à S4 est proche du point de croisement P2, à 220°, des courbes B1 à B4, permet à la marche due au défaut d'équilibre de l'ensemble oscillant 1, 2, 4, 7 et à la marche due au poids du spiral 3 de se compenser mutuellement, au moins partiellement. De préférence, la pente moyenne de chaque courbe S1 à S4 a sensiblement la même valeur absolue que la pente moyenne de la courbe B1 à B4 correspondante dans la plage d'amplitudes d'oscillation de 150° à 280°. Le réglage des pentes des courbes B1 à B4 lors de la conception de l'oscillateur s'effectue en faisant varier le balourd A de l'ensemble oscillant et la position angulaire θbv de son centre de gravité Gbv. À balourd A constant, faire varier la position angulaire θbv du centre de gravité de l'ensemble oscillant change la position relative des courbes B1 à B4. Il convient donc de choisir une valeur θbv pour que l'ordre des courbes B1 à B4 (selon leur pente) soit l'inverse de celui des courbes S1 à S4. À valeur θbv constante, faire varier le balourd A augmente ou diminue la pente de chaque courbe B1 à B4, ce qui permet d'optimiser le degré de compensation entre l'ensemble oscillant et le spiral.More particularly, the diagram of the figure 5 is that of an oscillating assembly having an unbalance A of 0.6 µg.cm and whose angular position θ bv of the center of gravity is 60 °. It can be seen that the slope, in particular the average slope, of each curve B1 to B4 has the opposite sign to that of the slope, in particular the average slope, of each curve S1 to S4 respectively. In other words, the curves S1 and S2 decrease while the curves B1 and B2 increase, and the curves S3 and S4 increase while the curves B3 and B4 decrease. This is particularly true in the current operating range of a balance in a vertical position, namely the range of oscillation amplitudes of 150 ° to 280 °. This characteristic relating to the slopes of curves S1 to S4 and B1 to B4 combined with the fact that the crossing point P1 of curves S1 to S4 is close to the crossing point P2, at 220 °, of curves B1 to B4, allows walking due to the lack of balance of the oscillating assembly 1, 2, 4, 7 and to walking due to the weight of the hairspring 3 to compensate each other, at least partially. Preferably, the average slope of each curve S1 to S4 has substantially the same absolute value as the average slope of the corresponding curve B1 to B4 in the range of amplitudes of oscillation from 150 ° to 280 °. The slopes of curves B1 to B4 during the design of the oscillator are adjusted by varying the unbalance A of the oscillating assembly and the angular position θ bv of its center of gravity G bv . At constant unbalance A, varying the angular position θ bv of the center of gravity of the oscillating assembly changes the relative position of curves B1 to B4. It is therefore advisable to choose a value θ bv so that the order of the curves B1 to B4 (according to their slope) is the reverse of that of the curves S1 to S4. At a constant value θ bv , varying the unbalance A increases or decreases the slope of each curve B1 to B4, which makes it possible to optimize the degree of compensation between the oscillating assembly and the hairspring.

La figure 6 montre la marche de l'oscillateur due au défaut d'équilibre de l'ensemble oscillant et au poids du spiral (somme de la marche due au défaut d'équilibre de l'ensemble oscillant et de la marche due au poids du spiral) dans chacune des quatre positions verticales précitées, à savoir la position verticale haute VH (courbe J1), la position verticale droite VD (courbe J2), la position verticale gauche VG (courbe J3) et la position verticale basse VB (courbe J4). On peut noter que les écarts de marche entre ces positions verticales sont très faibles, l'écart de marche maximal dans la plage d'amplitudes d'oscillation de 150° à 280° étant inférieur à 0,7 s/j.The figure 6 shows the rate of the oscillator due to the lack of balance of the oscillating assembly and the weight of the hairspring (sum of the rate due to the unbalance of the oscillating assembly and the rate due to the weight of the hairspring) in each of the four aforementioned vertical positions, namely the upper vertical position VH (curve J1), the right vertical position VD (curve J2), the left vertical position VG (curve J3) and the lower vertical position VB (curve J4). It can be noted that the operating differences between these vertical positions are very small, the maximum operating difference in the range of oscillation amplitudes from 150 ° to 280 ° being less than 0.7 s / d.

Comme cela est visible sur les figures 1 et 2, la virole 4 de l'oscillateur est déséquilibrée - son centre de gravité n'est pas sur l'axe imaginaire de rotation - et la virole 4 comprend à cet effet une ou des parties de déséquilibrage 4a. La position du centre de gravité de la virole 4 est telle qu'une compensation partielle s'opère entre le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau 1, 2, 7 et le balourd de la virole 4. Cette compensation partielle permet à l'ensemble oscillant 1, 2, 4, 7 (axe-balancier-plateau-virole) d'avoir par exemple la valeur de balourd A de 0,6 µg.cm évoquée plus haut (et l'angle θbv de 60°) pour compenser la marche due au poids du spiral 3, et à l'ensemble axe-balancier-plateau 1, 2, 7 d'avoir un balourd plus grand, tel qu'un balourd 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. En pratique, en effet, il est difficile d'obtenir un ensemble axe-balancier-plateau de faible balourd cible à cause notamment de l'imprécision de mesure des petits balourds. Le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau et la position angulaire de son centre de gravité peuvent être réglés par fraisage du balancier ou en tournant des vis de réglage et/ou des masselottes qui équipent le balancier. La virole, elle, peut être fabriquée très précisément, avec un défaut d'équilibre contrôlé, par exemple par gravure ionique réactive profonde dite DRIE. Le balourd de la virole est de préférence d'au moins 0,3 µg.cm, de préférence d'au moins 0,4 µg.cm, de préférence d'au moins 0,5 µg.cm, de préférence d'au moins 0,6 µg.cm, de préférence d'au moins 0,7 µg.cm, de préférence d'au moins 0,8 µg.cm, de préférence d'au moins 0,9 µg.cm. Il est typiquement compris entre 0,8 et 1 µg.cm.As can be seen on the figures 1 and 2 , the ring 4 of the oscillator is unbalanced - its center of gravity is not on the imaginary axis of rotation - and the shell 4 comprises for this purpose one or more unbalancing parts 4a. The position of the center of gravity of the shell 4 is such that a partial compensation takes place between the unbalance of the axle-balance-plate assembly 1, 2, 7 and the unbalance of the shell 4. This partial compensation allows the oscillating assembly 1, 2, 4, 7 (axis-balance-plate-ferrule) to have for example the unbalance value A of 0.6 µg.cm mentioned above (and the angle θ bv of 60 ° ) to compensate for the rate due to the weight of the hairspring 3, and to the axle-balance-plate assembly 1, 2, 7 to have a greater unbalance, such as an unbalance of at least 0.8 µg.cm , or even at least 1 μg.cm, or even at least 1.2 μg.cm, or even at least 1.4 μg.cm. In practice, in fact, it is difficult to obtain an axis-balance-plate assembly of low target unbalance, in particular because of the imprecision of the measurement of small unbalance. The unbalance of the axle-balance-plate assembly and the angular position of its center of gravity can be adjusted by milling the balance or by turning adjusting screws and / or weights which are fitted to the balance. The ferrule, for its part, can be manufactured very precisely, with a controlled lack of balance, for example by deep reactive ionic etching called DRIE. The unbalance of the shell is preferably at least 0.3 μg.cm, preferably at least 0.4 μg.cm, preferably at least 0.5 μg.cm, preferably at least at least 0.6 µg.cm, preferably at least 0.7 µg.cm, preferably at least 0.8 µg.cm, preferably at least 0.9 µg.cm. It is typically between 0.8 and 1 µg.cm.

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 : m bv OG bv < m b OG b

Figure imgb0004
Le premier terme de cette inégalité représente le balourd de l'ensemble oscillant (soit la grandeur A mentionnée précédemment) tandis que le deuxième terme représente le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau. Le vecteur mbv.OGbv représente le défaut d'équilibre de l'ensemble oscillant et le vecteur mb.OGb représente le défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau. Ces vecteurs satisfont à la relation m bv . OG bv = m b . OG b + m v . OG v
Figure imgb0005
où mv est la masse de la virole 4 et Gv est le centre de gravité de la virole 4 en projection orthogonale dans ledit plan.Concretely, if we denote by O the center of rotation of the oscillating assembly 1, 2, 4, 7 (axis-balance-plate-shell) in orthogonal projection in a plane perpendicular to axis 2, by G bv the center of gravity of the oscillating assembly 1, 2, 4, 7 in orthogonal projection in said plane, by G b the center of gravity of the axis-balance-plate assembly 1, 2, 7 in orthogonal projection in said plane , by m bv the mass of the oscillating assembly 1, 2, 4, 7 and by m b the mass of the axis-balance-plate assembly 1, 2, 7, the following inequality is verified in the present invention: m bv OG bv < m b OG b
Figure imgb0004
The first term of this inequality represents the unbalance of the oscillating assembly (ie the magnitude A mentioned previously) while the second term represents the unbalance of the axis-balance-plate assembly. The vector m bv . OG bv represents the equilibrium defect of the oscillating assembly and the vector m b . OG b represents the lack of balance of the axle-pendulum-plate assembly. These vectors satisfy the relation m bv . OG bv = m b . OG b + m v . OG v
Figure imgb0005
where m v is the mass of the shell 4 and G v is the center of gravity of the shell 4 in orthogonal projection in said plane.

La figure 7 illustre différents cas conformes à l'invention. Dans le premier cas (figure 7(a)), les vecteurs mv.OGv et mb.OGb sont colinéaires et de sens opposés et le balourd mv OGv ∥ de la virole est plus petit que le balourd mb OGb ∥ de l'ensemble axe-balancier-plateau. Il s'agit du cas préféré. Le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau est compensé partiellement par celui de la virole et peut être très élevé. Dans le deuxième cas (figure 7(b)), les vecteurs mv.OGv et mb.OGb ne sont pas colinéaires mais le vecteur mv.OGv présente une composante orientée dans le sens opposé au vecteur mb.OGb . Le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau est compensé partiellement par celui de la virole et peut être élevé. Dans le troisième cas (figure 7(c)), les vecteurs mv.OGv et mb.OGb sont colinéaires et de sens opposés et le balourd mv OGv ∥ de la virole est plus grand que le balourd mb OGb ∥ de l'ensemble axe-balancier-plateau. Le balourd de l'ensemble axe-balancier-plateau est surcompensé par celui de la virole et peut être élevé, à condition que le balourd de la virole soit lui-même élevé.The figure 7 illustrates different cases in accordance with the invention. In the first case ( figure 7 (a) ), the vectors m v . OG v and m b . OG b are collinear and in opposite directions and the unbalance m v OG v ∥ of the shell is smaller than the unbalance m b OG b ∥ of the axle-balance-plate assembly. This is the preferred case. The unbalance of the axle-balance-plate assembly is partially compensated by that of the ferrule and can be very high. In the second case ( figure 7 (b) ), the vectors m v . OG v and m b . OG b are not collinear but the vector m v . OG v has a component oriented in the opposite direction to the vector m b . OG b . The unbalance of the axle-balance-plate assembly is partially compensated by that of the ferrule and can be high. In the third case ( figure 7 (c) ), the vectors m v . OG v and m b . OG b are collinear and in opposite directions and the unbalance m v OG v ∥ of the shell is greater than the unbalance m b OG b ∥ of the axle-balance-plate assembly. The unbalance of the axle-balance-plate assembly is overcompensated by that of the shell and can be high, provided that the unbalance of the shell is itself high.

Le principe sous-jacent à l'invention peut être combiné à celui incarné par le deuxième mode de réalisation de la demande de brevet WO 2017/163148 et consistant à augmenter le rayon de virole R. Cependant, le rayon de virole R restera de préférence d'au plus 800 µm, voire d'au plus 700 µm, voire d'au plus 600 µm dans la présente invention.The principle underlying the invention can be combined with that embodied by the second embodiment of the patent application WO 2017/163148 and consisting in increasing the radius of the shell R. However, the radius of the shell R will preferably remain at most 800 μm, or even at most 700 μm, or even at most 600 μm in the present invention.

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 shell 4, it is possible to play on its geometry by forming unbalancing parts 4a during its manufacture. It is also possible, as a variant or in addition to the unbalancing parts 4a, to add material to the shell, for example by PVD (physical vapor deposition), CVD (chemical vapor deposition) or brazing.

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 parts 4a can advantageously consist of peripheral protuberances separated from a central elastic clamping part 4b of the ferrule 3 by interstices 4c in the form of slots so as not to substantially modify the elasticity of the central part 4b and therefore the holding of the ferrule 4 on the balance axis 2. These peripheral protuberances can also advantageously be separated from one another or from each other by one or more slots in the form of slots 4d.

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.

Claims (16)

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, ledit défaut d'équilibre et la géométrie du spiral étant tels que a) 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° ; b) 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, oscillateur dans lequel l'inégalité suivante est vérifiée : m bv OG bv < m b OG b
Figure imgb0006
où mbv est la masse de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole, O est le centre de rotation de cet ensemble en projection orthogonale dans un plan perpendiculaire à l'axe (2), Gbv est le centre de gravité de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole en projection orthogonale dans ledit plan, mb est la masse de l'ensemble axe-balancier-plateau et Gb est le centre de gravité de l'ensemble axe-balancier-plateau en projection orthogonale dans ledit plan.
Oscillator for a timepiece comprising, on an axis (2), a balance (1), an escape plate (7) and a balance spring (3), the balance spring (3) being mounted on the axle (2) by means of a ferrule (4), the axle-balance-plate-ferrule assembly exhibiting a lack of balance, said lack of balance and the geometry of the hairspring being such that a) 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 at 90 ° each pass through the zero value at an amplitude of oscillation of the balance between 200 ° and 240 °; b) 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 -plateau-ferrule 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 walking of the oscillator due to the weight of the hairspring, oscillator in which the following inequality is verified: m bv OG bv < m b OG b
Figure imgb0006
where m bv is the mass of the axis-balance-plate-shell assembly, O is the center of rotation of this assembly in orthogonal projection in a plane perpendicular to the axis (2), G bv is the center of gravity of the axis-balance-plate-ferrule assembly in orthogonal projection in said plane, m b is the mass of the axis-balance-plate assembly and G b is the center of gravity of the axis-balance-plate assembly in orthogonal projection in said plane.
Oscillateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la géométrie du spiral est telle que lesdites courbes (S1-S4) représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral passent chacune par la valeur zéro à une amplitude d'oscillation du balancier comprise entre 210° et 230°.Oscillator according to Claim 1, characterized in that the geometry of the hairspring is such that said curves (S1-S4) representing the rate of the oscillator due to the weight of the hairspring each pass through the value zero at an oscillation amplitude of the balance between 210 ° and 230 °. Oscillateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la géométrie du spiral est telle que lesdites courbes (S1-S4) représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral passent chacune par la valeur zéro à une amplitude d'oscillation du balancier comprise entre 215° et 225°.Oscillator according to Claim 2, characterized in that the geometry of the hairspring is such that said curves (S1-S4) representing the rate of the oscillator due to the weight of the hairspring each pass through the value zero at an oscillation amplitude of the balance between 215 ° and 225 °. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que 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 (B1-B4) 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 (S1-S4) représentant la marche de l'oscillateur due au poids du spiral, dans la plage d'amplitudes d'oscillation de 150° à 280°.Oscillator according to any one of claims 1 to 3, characterized in that 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 ( B1-B4) representing the rate of the oscillator due to said defect of equilibrium has substantially the same absolute value as the average slope of the corresponding curve among said curves (S1-S4) representing the rate of the oscillator due to the weight of the hairspring, in the range of oscillation amplitudes from 150 ° to 280 °. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le défaut d'équilibre de l'ensemble axe-balancier-plateau-virole et la géométrie du spiral sont 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, de préférence à 2 secondes/jour, de préférence encore à 1 seconde/jour, de préférence encore à 0,7 seconde/jour.Oscillator according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the lack of balance of the axis-balance-plate-ferrule assembly and the geometry of the hairspring are such that the maximum deviation of the rate of the oscillator due to said lack of balance and the weight of the hairspring between said vertical positions in the range of oscillation amplitudes from 150 ° to 280 ° is less than 4 seconds / day, preferably 2 seconds / day, more preferably at 1 second / day, more preferably at 0.7 second / day. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la distance (R) entre l'extrémité intérieure (3a) du spiral (3') et le centre de rotation (O) du spiral (3') est d'au plus 800 µm, de préférence d'au plus 700 µm, de préférence d'au plus 600 µm.Oscillator according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the distance (R) between the inner end (3a) of the hairspring (3 ') and the center of rotation (O) of the hairspring (3') is at most 800 µm, preferably at most 700 µm, preferably at most 600 µm. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le balourd mb OGb ∥ de l'ensemble axe-balancier-plateau est d'au moins 0,8 µg.cm, de préférence d'au moins 1 µg.cm, de préférence d'au moins 1,2 µg.cm, de préférence d'au moins 1,4 µg.cm.Oscillator according to any one of Claims 1 to 6, characterized in that the unbalance m b OG b ∥ of the axis-balance-plate assembly is at least 0.8 µg.cm, preferably at least 1 µg.cm, preferably at least 1.2 µg.cm, preferably at least 1.4 µg.cm. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le balourd mv OGv ∥ de la virole (4), où mv est la masse de la virole (4) et Gv est le centre de gravité de la virole (4) en projection orthogonale dans ledit plan, est d'au moins 0,3 µg.cm, de préférence d'au moins 0,4 µg.cm, de préférence d'au moins 0,5 µg.cm, de préférence d'au moins 0,6 µg.cm, de préférence d'au moins 0,7 µg.cm, de préférence d'au moins 0,8 µg.cm, de préférence d'au moins 0,9 µg.cm.Oscillator according to any one of Claims 1 to 7, characterized in that the unbalance m v OG v ∥ of the shell (4), where m v is the mass of the shell (4) and G v is the center of gravity of the shell (4) in orthogonal projection in said plane, is at least 0.3 µg .cm, preferably at least 0.4 µg.cm, preferably at least 0.5 µg.cm, preferably at least 0.6 µg.cm, preferably at least 0, 7 µg.cm, preferably at least 0.8 µg.cm, preferably at least 0.9 µg.cm. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la virole (4) comprend au moins une excroissance de déséquilibrage (4a) séparée d'une partie élastique (4b) de la virole (4) serrant élastiquement l'arbre (2) par au moins un interstice (4c) de préférence en forme de fente.Oscillator according to any one of claims 1 to 8, characterized in that the ferrule (4) comprises at least one unbalancing protuberance (4a) separated from an elastic part (4b) of the ferrule (4) resiliently clamping the shaft (2) by at least one interstice (4c) preferably in the form of a slot. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la spire intérieure du spiral (3 ; 3') présente une portion rigidifiée (3d) et/ou est conformée selon une courbe Grossmann.Oscillator according to any one of Claims 1 to 9, characterized in that the internal turn of the hairspring (3; 3 ') has a stiffened portion (3d) and / or is shaped according to a Grossmann curve. Oscillateur selon la revendication 10, caractérisé en ce que la spire extérieure du spiral (3 ; 3') présente une portion rigidifiée (3c).Oscillator according to Claim 10, characterized in that the outer turn of the hairspring (3; 3 ') has a stiffened portion (3c). Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le spiral présente une rigidité et/ou un pas qui varient continûment sur au moins plusieurs spires.Oscillator according to any one of Claims 1 to 9, characterized in that the hairspring has a rigidity and / or a pitch which vary continuously over at least several turns. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la virole (4) est en un matériau à base de silicium.Oscillator according to any one of Claims 1 to 12, characterized in that the ferrule (4) is made of a material based on silicon. Oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le spiral (3) est en un matériau à base de silicium.Oscillator according to any one of Claims 1 to 13, characterized in that the hairspring (3) is made of a silicon-based material. Mouvement horloger comprenant un oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.Watch movement comprising an oscillator according to any one of claims 1 to 14. Pièce d'horlogerie, telle que montre-bracelet ou montre de poche, comprenant un oscillateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 ou un mouvement horloger selon la revendication 15.Timepiece, such as wristwatch or pocket watch, comprising an oscillator according to any one of claims 1 to 14 or a timepiece movement according to claim 15.
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