EP3982204A1 - Resonateur d'horlogerie comportant au moins un guidage flexible - Google Patents

Resonateur d'horlogerie comportant au moins un guidage flexible Download PDF

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EP3982204A1
EP3982204A1 EP20200689.6A EP20200689A EP3982204A1 EP 3982204 A1 EP3982204 A1 EP 3982204A1 EP 20200689 A EP20200689 A EP 20200689A EP 3982204 A1 EP3982204 A1 EP 3982204A1
Authority
EP
European Patent Office
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flexible
rib
flexible blade
resonator
plane
Prior art date
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Pending
Application number
EP20200689.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Baptiste Hinaux
Pascal Winkler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Swatch Group Research and Development SA
Original Assignee
Swatch Group Research and Development SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Swatch Group Research and Development SA filed Critical Swatch Group Research and Development SA
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Priority to US17/481,790 priority patent/US20220113677A1/en
Priority to JP2021162510A priority patent/JP7206346B2/ja
Priority to CN202111170325.0A priority patent/CN114296333A/zh
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Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/045—Oscillators acting by spring tension with oscillating blade springs
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/32—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B31/00—Bearings; Point suspensions or counter-point suspensions; Pivot bearings; Single parts therefor
    • G04B31/02—Shock-damping bearings

Definitions

  • the invention relates to a clockwork resonator comprising at least one inertial element mobile relative to a fixed structure, and suspended from a flexible guide comprising flexible blades crossed in projection on an XY plane at the level of a single crossing zone ZC , each deformable in a plane parallel to the XY plane each extending in a ribbon on either side of a neutral surface perpendicular to said XY plane and joining the first recess with said structure and the second recess with said inertial element.
  • the invention also relates to a timepiece, in particular a watch, comprising at least one such resonator.
  • the invention relates to the field of timepieces with mechanical oscillators, and in particular the field of watches, where the flexible guides according to the invention make it possible to guarantee both isochronism and insensitivity to positions in space. .
  • a mechanical watch has an oscillator with a balance-spring, which is responsible for the good chronometric precision of the watch.
  • a very promising way to overcome the friction of the pivots is that of oscillators with flexible guides, in which a flexible guide fulfills two elementary functions at the same time: on the one hand the guiding function and, on the other hand, the elastic restoring force or torque.
  • Non-limiting examples of rotating flexible guides are described in the documents EP3035126 , EP3206089 , and EP18179623 , all on behalf of THE SWATCH GROUP RESEARCH & DEVELOPMENT Ltd. There is now a wide variety of rotating flexible guides, the manufacture of which has been made possible by the “LIGA” and “DRIE” technologies.
  • a substantially flat plate is subjected to a moment, it deforms along an arc of a circle, and its end defines an angle proportional to the moment applied.
  • the flexed blade has a slight anticlastic curvature.
  • the anticlastic curvature is due to the fact that the fibers outside the neutral surface of the blade in bending must lengthen and therefore also contract in the directions orthogonal to the neutral surface, and, conversely, the fibers inside the surface. neutral are contracted and therefore extend orthogonally.
  • the magnitude of these orthogonal deformations is described by the Poisson's ratio. If the volume of the material is maintained, the Poisson's ratio is worth 0.5. For most common materials, the Poisson's ratio is closer to the value 0.3.
  • the magnitude of the anticlastic curvature depends on the local bending curvature, the Poisson's ratio of the material, the ratios between the three main dimensions of the blade, and the geometries of the embedments.
  • the document CH714 024 on behalf of THE SWATCH GROUP RESEARCH & DEVELOPMENT Ltd describes a resonator with crossed blades whose angle and crossing point are optimized in order to have a good isochronism, to be invariant in the positions and to obtain a large angular travel , up to about 30°. Nevertheless, it is found that for high aspect ratios of the blades, the anisochronism, i.e. the dependence of the rate on the amplitude, depends on the position in gravity, due to the inhibition variable of the anticlastic curvature along the blade. This limits the possible height of the blades, whereas a significant height is desirable in order to have good guidance.
  • the invention proposes to design a pivot with blades flexible in rotation making it possible to obtain a resonator with good isochronism in all positions, good guidance, a large angular travel, and simplified manufacture.
  • the invention proposes to define a flexible guide for a mechanical oscillator, which is subjected as little as possible to anticlastic curvature.
  • the invention proposes to provide the flexible blade with an adequate relief, in particular with ribs, in order to control the anticlastic curvature, without however significantly degrading the elastic performance of the flexible blade.
  • ribs are distributed along the flexible blade and extend according to the height thereof, in order to stiffen it to limit the anticlastic curvature, without greatly limiting its expected bending qualities.
  • the invention proposes the production of a pivot with flexible guidance micro-fabricated on two levels, of which at least one slat of one level crosses a slat of the other level.
  • These blades are ribbed to force inhibition of anticlastic curvature, and the ribs extend perpendicular to the blade from at least a first side of the blade (at a distance equal to at least the width of the blade).
  • the ribs are either absent or extend less than on the first side, so as to minimize the surface on which the two blades intersect in projection, and to facilitate their detachment.
  • the invention relates to a clockwork resonator according to claim 1.
  • the invention also relates to a timepiece, in particular a watch, comprising at least one such resonator.
  • the invention proposes to improve the control of the anticlastic curvature of the flexible blades that a flexible resonator guide comprises, by further improving the embodiments described by the document EP3667432 .
  • the invention relates to a clockwork resonator 100 comprising an inertial element 5 movable with respect to a fixed structure 4, and which is suspended from at least one flexible guide 10 comprising flexible blades 1, 2, crossed in projection on a XY plane at a single ZC crossing zone.
  • Each of these flexible strips 1, 2 is deformable in a plane parallel to the XY plane.
  • the tape constitutes the core of the flexible blade 1.2.
  • each flexible strip 1, 2 comprises at least one rib 3, which is asymmetrical with respect to its neutral surface SN1, SN2. And, at crossing zone ZC, either each flexible blade 1, 2 does not include any rib 3, or else each rib 3 is asymmetrical with respect to its neutral surface SN1, SN2.
  • the flexible guide 10 constitutes a means of elastic return of the inertial element 5.
  • This flexible guide 10 comprises at least two flexible blades 1, 2, deformable in planes P1, P2, parallel to each other and parallel to the plane of XY projection.
  • Each flexible blade 1, 2 has its largest dimension called length L between its recesses 41, 42; 51, 52.
  • Each flexible blade 1, 2 comprises at least two sections 6 of constant thickness equal to a nominal thickness EN, which are separated by at least one relief 11, 12, respectively 21, 22, forming a rib 3 s substantially extending a Z direction orthogonal to the XY projection plane to limit the anticlastic curvature of the flexible blade 1, 2.
  • each rib 3 is asymmetrical with respect to its neutral surface SN1, SN2.
  • each asymmetrical rib 3 comprises an external relief 11, 21, on the side opposite each other blade, the distal end of which is distant by an external distance DE1, DE2, from the neutral surface SN1, SN2, and, facing the exterior relief 11, 21, and on the side facing another blade, an interior relief 12, 22, the distal end of which is distant by an interior distance DI1, DI2, from the neutral surface SN1, SN2, which is lower at the outer distance DE1, DE2.
  • each flexible blade 1, 2 has, in a plane parallel to the projection plane XY, a second dimension E called thickness and which is less than the length L, and, in a direction Z orthogonal to the projection plane XY, a third dimension H called height and whose value is between those of the length L and the thickness E.
  • At least one relief 11, 12, 21, 22 projects from the flexible blade 1, 2, which carries it by a value which is greater than half of the smallest thickness of the flexible blade 1, 2 , or the nominal thickness EN, to limit the anticlastic curvature of this flexible blade 1, 2, and the flexible blade 1, 2 comprises, at a distance from its recesses, at least one rib 3 extending substantially in the direction Z.
  • each rib 3 is distant from any neck that the flexible blade 1, 2 has, by a value greater than or equal to the height H of the flexible blade 1, 2.
  • At least one flexible strip 1, 2 is symmetrical with respect to a median plane parallel to the XY plane.
  • each rib 3 comprises at least one generatrix 31 which is farther from its neutral surface SN1, SN2 than are the side surfaces of the sections 6 of the flexible blade 1, 2, located outside the ribs 3.
  • the longitudinal extension LN of each rib 3 of the flexible strip 1, 2, in a direction joining the recesses 41, 42, respectively 51, 52 of the flexible strip 1, 2, is less than or equal to one fifth of the length L of the flexible blade 1, 2, between its recesses 41, 42, respectively 51, 52.
  • At least one flexible blade 1, 2 comprises a plurality of such sections 6 extending along its neutral surface SN1, SN2, and in the geometric extension of each other along the neutral surface SN1, SN2 , with the same nominal thickness EN, each section 6 forming a strip whose side surfaces 60 are parallel to the direction Z. And, in projection on the XY plane, at least two sections 6 are separated by a rib 3 of projecting thickness ES with respect to a side surface 60, the projecting thickness ES being greater than or equal to the nominal thickness EN. More particularly still, this protruding thickness ES is at least one and a half times greater than the nominal thickness EN.
  • At least one flexible strip 1, 2 comprises, at a distance from the first recess 41, 42, and from the second recess 51, 52, at least two ribs 3.
  • At least one flexible blade 1, 2 is straight and has its neutral surface SN1, SN2, which is flat along a blade direction D joining the first recess 41, 42, and the second recess 51, 52.
  • At least one flexible strip 1, 2 comprises at least one rib 3 which extends over the entire height H of the flexible strip 1, 2, in the direction Z.
  • the height H of at least one flexible blade 1, 2 is less than or equal to one fifth of the length L of the flexible blade 1, 2, between its recesses 41, 42, respectively 51, 52.
  • the maximum transverse thickness EM of the flexible blade 1, 2 is less than or equal to one fifth of the height H of this flexible blade 1, 2.
  • the flexible strip 1, 2 forms a right prism along the direction Z.
  • prism is understood to mean a volume resulting from the translation of a base surface, in a rectilinear or curvilinear direction, a right prism resulting from the translation in a rectilinear direction.
  • the base of this prism in the XY plane is symmetrical with respect to the projection of the neutral surface SN1, SN2, in the XY plane.
  • each rib 3 of at least one flexible blade 1, 2 is less than or equal to the transverse protruding thickness ES of the rib 3.
  • At least one rib 3 is a rectangular parallelepiped.
  • At least one rib 3 is symmetrical with respect to the neutral surface SN1, SN2.
  • At least one flexible blade 1, 2 comprises, at a distance from the first recess 41, 42, and from the second recess 51, 52, a plurality of ribs 3 projecting alternately on either side of the sections 6.
  • any projection of at least one flexible blade 1, 2, in its rest position, on the XY plane includes its neutral surface SN1, SN2.
  • At least one flexible blade 1, 2 comprises, at a distance from the first recess 41, 42, and the second recess 51, 52, a plurality of ribs 3 distributed regularly in a longitudinal direction joining the recesses 41, 42, and 51 , 52.
  • At least one flexible blade 1, 2 comprises, at a distance from the first recess 41, 42, and from the second recess 51, 52, a plurality of ribs 3, the number of which is greater than or equal to the difference between on the one hand the quotient L/H between the length L and the height H, and on the other hand a unit.
  • the projection of at least one flexible blade 1, 2 on the XY plane comprises, at all the surface junctions, rounded fillets with a minimum radius value of 10 micrometers.
  • each of the flexible strips 1, 2 comprises either ribs on a single side of the strip of strip, or all the ribs which have the same transverse projection on the same side of the blade tape. These configurations are the most advantageous.
  • the invention essentially relates to the particular arrangement of the flexible blades at their crossing zone in projection ZC, to facilitate the production of the corresponding flexible guides 10. Therefore, the invention remains applicable to variants not illustrated, where the flexible blades 1, 2 comprise other arrangements of ribs: for example blades with ribs sometimes extending from one side and sometimes from the on the other side of the blade (for example towards the outside before the crossing and on the other side after), or even alternating ribs, or the like.
  • At least one flexible strip 1, 2 is made of micro-machinable material or of silicon thermally compensated by a peripheral layer of silicon dioxide.
  • At least one flexible blade 1, 2 is produced by the “DRIE” or “LIGA” or similar process.
  • the invention also relates to a timepiece 1000 comprising at least one such timepiece resonator 100. More particularly, this timepiece 100 is a watch, in particular a mechanical watch.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electric Clocks (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
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Abstract

Résonateur d'horlogerie (100) comportant un élément inertiel (5) mobile par rapport à une structure fixe (4), et suspendu à un guidage flexible (10) comportant des lames flexibles (1; 2) croisées en projection sur un plan XY au niveau d'une zone de croisement ZC unique, chacune déformable dans un plan parallèle au plan XY chacune s'étendant en ruban de part et d'autre d'une surface neutre (SN1; SN2) perpendiculaire au plan XY et joignant le premier encastrement (41; 42) avec la structure (4) et le deuxième encastrement (51; 52) avec l'élément inertiel (5), et comportant au moins une nervure (3) asymétrique par rapport à sa surface neutre (SN1 ; SN2), et, au niveau de la zone de croisement ZC, ou bien chaque lame flexible (1; 2) ne comporte aucune nervure (3), ou bien chaque nervure (3) est asymétrique par rapport à sa surface neutre (SN1; SN2).

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne un résonateur d'horlogerie comportant au moins un élément inertiel mobile par rapport à une structure fixe, et suspendu à un guidage flexible comportant des lames flexibles croisées en projection sur un plan XY au niveau d'une zone de croisement ZC unique, chacune déformable dans un plan parallèle au plan XY chacune s'étendant en ruban de part et d'autre d'une surface neutre perpendiculaire audit plan XY et joignant le premier encastrement avec ladite structure et le deuxième encastrement avec ledit élément inertiel.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant au moins un tel résonateur.
  • L'invention concerne le domaine des pièces d'horlogerie à oscillateur mécanique, et en particulier le domaine des montres, où les guidages flexibles selon l'invention permettent de garantir à la fois l'isochronisme et l'insensibilité aux positions dans l'espace.
    • Arrière-plan de l'invention
  • Traditionnellement, une montre mécanique comporte un oscillateur comportant un balancier-spiral, qui est responsable de la bonne précision chronométrique de la montre.
  • Schématiquement, l'oscillateur mécanique assure trois fonctions élémentaires avec :
    • des moyens de guidage, agencés pour limiter les degrés de liberté;
    • des moyens inertiels;
    • des moyens de rappel élastique.
  • Plus particulièrement pour le balancier-spiral, ces fonctions élémentaires sont réalisées par, respectivement :
    • des pivots, classiquement dans des paliers en rubis;
    • la serge du balancier;
    • le ressort spiral.
  • La précision des montres mécaniques traditionnelles est limitée par les différences de frottements des pivots du balancier, selon les différentes positions que peut prendre la montre dans l'espace.
  • Dès lors, on s'attache à développer des oscillateurs dépourvus de pivots frottants.
  • Une voie très prometteuse pour s'affranchir du frottement des pivots est celle des oscillateurs à guidages flexibles, dans lesquels un guidage flexible remplit deux fonctions élémentaires à la fois: d'une part la fonction de guidage et, d'autre part, la fonction de force ou de couple de rappel élastique.
  • Dans le cas de la montre mécanique, on privilégie un guidage flexible rotatif, pour que les chocs en translation ne perturbent pas l'oscillateur, et on prend soin de placer le centre de masse de l'élément inertiel sur l'axe virtuel défini par le guidage flexible.
  • Des exemples non limitatifs de guidages flexibles rotatifs sont décrits dans les documents EP3035126 , EP3206089 , et EP18179623 , tous au nom de THE SWATCH GROUP RESEARCH & DEVELOPMENT Ltd. Il existe désormais une grande variété de guidages flexibles rotatifs, dont la fabrication a été rendue possible par les technologie « LIGA » et « DRIE ».
  • En pratique, pour bien assurer la fonction de guidage d'un tel guidage flexible, on sait utiliser au moins deux lames flexibles combinées en parallèle, comme par exemple dans un pivot à lames croisées en projection. Mais la forme la plus élémentaire de guidage flexible rotatif est une lame unique qui travaille en flexion pure, et qui reste une solution à ne pas négliger.
  • En première approximation, si on soumet une lame sensiblement plate à un moment, elle se déforme selon un arc de cercle, et son extrémité définit un angle proportionnel au moment appliqué. En réalité, la lame fléchie présente une légère courbure anticlastique. La courbure anticlastique est due au fait que les fibres extérieures à la surface neutre de la lame en flexion, doivent s'allonger et donc, aussi se contracter dans les directions orthogonales à la surface neutre, et, inversement, les fibres intérieures à la surface neutre sont contractées et donc, s'étendent orthogonalement.
  • L'ampleur de ces déformations orthogonales est décrite par le coefficient de Poisson. Si le volume du matériau est maintenu, le coefficient de Poisson vaut 0.5. Pour la plupart des matériaux usuels, le coefficient de Poisson est plus proche de la valeur 0.3. L'ampleur de la courbure anticlastique dépend de la courbure en flexion locale, du coefficient de Poisson du matériau, des rapports entre les trois principales dimensions de la lame, et des géométries des encastrements.
  • La dépendance de la courbure anticlastique à l'angle de flexion provoque, si on ne prend aucune précaution, une non-linéarité dans la relation entre l'angle de flexion et le moment appliqué.
  • Cet effet est très faible, mais pour un oscillateur de montre mécanique, un millième de non-linéarité résulte en une erreur de l'ordre de 100 secondes par jour de fonctionnement.
  • Il convient encore de noter encore que l'on cherche parfois à contrôler la non-linéarité plutôt qu'à l'annuler, pour, par exemple, compenser un anisochronisme provoqué par l'échappement utilisé.
  • Le document CH714 024 au nom de THE SWATCH GROUP RESEARCH & DEVELOPMENT Ltd décrit un résonateur à lames croisées dont l'angle et le point de croisement sont optimisés afin d'avoir un bon isochronisme, d'être invariant dans les positions et d'obtenir une grande course angulaire, jusqu'à environ 30°. Néanmoins, on constate que pour des rapports d'aspect élevés des lames, l'anisochronisme, c'est-à-dire la dépendance de la marche à l'amplitude, dépend de la position dans la gravité, en raison de l'inhibition variable de la courbure anticlastique le long de la lame. Cela limite la hauteur possible des lames, alors qu'une hauteur importante est souhaitable pour avoir un bon guidage.
  • Le document CH714 031 au nom de THE SWATCH GROUP RESEARCH & DEVELOPMENT Ltd contourne cette limitation en superposant plusieurs pivots de même type, chacun étant de hauteur faible mais l'ensemble ayant une rigidité hors plan améliorée grâce à la hauteur totale. Cependant, cela nécessite une étape d'assemblage très précise alors qu'un pivot à deux lames peut être fabriquée dans un seul wafer silicium SOI.
  • Le document EP3667432 au nom de ETA Manufacture Horlogère Suisse décrit un pivot à deux niveaux de hauteur élevée, en forçant l'inhibition de la courbure anticlastique le long de la lame par l'ajout de nervures. Les pivots de cette classe offrent de bonnes propriétés chronométriques, et ont en général des nervures qui se superposent largement au centre: la surface de recouvrement possède un grand rayon. Or cette surface de recouvrement rend les lames difficiles à séparer dans le cas d'un pivot fabriqué en DRIE à deux niveaux. En effet la couche d'oxyde intermédiaire est éliminée par une attaque chimique par le dessus, aussi pour séparer les lames il faut compter sur une sous-gravure, qui est d'autant plus longue que la surface est grande, et qui modifie la forme de la pièce partout. Il est donc avantageux de rechercher l'isthme le plus étroit possible. D'autres fabrications par usinage peuvent aussi bénéficier d'une séparation des lames plus aisée en cas de conception d'un isthme plus étroit.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention se propose de concevoir un pivot à lames flexibles en rotation permettant d'obtenir un résonateur avec un bon isochronisme dans toute les positions, un bon guidage, une grande course angulaire, et une fabrication simplifiée.
  • L'invention se propose de définir un guidage flexible pour oscillateur mécanique, qui soit le moins possible soumis à la courbure anticlastique.
  • L'invention se propose de munir la lame flexible d'un relief adéquat, notamment de nervures, afin de contrôler la courbure anticlastique, sans pour autant dégrader significativement les performances élastiques de la lame flexible.
  • Plus particulièrement, plusieurs nervures sont réparties le long de la lame flexible et s'étendent selon la hauteur de celle-ci, afin de la rigidifier pour limiter la courbure anticlastique, sans beaucoup limiter ses qualités attendues de flexion.
  • L'invention propose la réalisation d'un pivot à guidage flexible micro-fabriqué sur deux niveaux, dont au moins une lame d'un niveau croise une lame de l'autre niveau. Ces lames sont nervurées afin de forcer l'inhibition de la courbure anticlastique, et les nervures s'étendent perpendiculairement à la lame d'au moins un premier côté de la lame (à une distance égale à au moins la largeur de la lame). De l'autre côté les nervures, soit sont absentes, soit s'étendent moins que du premier côté, de façon à minimiser la surface sur laquelle les deux lames se recoupent en projection, et faciliter leur détachement.
  • A cet effet, l'invention concerne un résonateur d'horlogerie selon la revendication 1.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant au moins un tel résonateur.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :
    • la figure 1 représente, de façon schématisée, partielle et en perspective, un guidage flexible que comporte un résonateur selon l'invention, qui comporte deux lames flexibles situées dans des plans parallèles, et qui se croisent en projection sur un plan de projection XY parallèle à ces deux plans ; la structure porteuse et la masse inertielle suspendue par les lames élastiques ne sont représentées sommairement qu'au niveau des encastrements des lames flexibles ; ce guidage flexible concerne une première variante d'exécution, où, au niveau d'une zone de croisement en projection ZC, les lames flexibles comportent sur un seul côté des nervures destinées à limiter la courbure anticlastique ;
    • la figure 2 est une vue en plan du guidage flexible de la figure 1 ;
    • la figure 3 est un détail de la zone de croisement des lames de la figure 2 ;
    • la figure 4 est un détail encore plus grossi de cette même zone de croisement, et où les hachures représentent la zone de superposition des lames dans un état au repos ;
    • la figure 5 représente, de façon analogue à la figure 1, une deuxième variante d'exécution, où, au niveau de la zone de croisement en projection ZC, les lames flexibles comportent sur leurs deux côtés des nervures destinées à limiter la courbure anticlastique, ces nervures étant d'étendue transversale inégale;
    • la figure 6 est une vue en plan du guidage flexible de la figure 5 ;
    • la figure 7 est un détail de la zone de croisement des lames de la figure 6 ;
    • la figure 8 est un détail encore plus grossi de cette même zone de croisement et où les hachures représentent la zone de superposition des lames dans un état au repos ;
    • la figure 9 illustre une configuration différente de l'invention, où, au niveau de la zone de croisement en projection ZC, les lames flexibles comportent sur leurs deux côtés des nervures égales destinées à limiter la courbure anticlastique, et où les hachures représentent la zone de superposition des lames dans un état au repos, qui est beaucoup plus étendue que sur les figures 5 et 8 propres à l'invention ;
    • la figure 10 est un schéma-blocs représentant une pièce d'horlogerie, notamment une montre, comportant un résonateur selon l'invention avec au moins un tel guidage flexible comportant des lames flexibles de géométrie optimisée contre la courbure anticlastique.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés
  • L'invention se propose d'améliorer le contrôle de la courbure anticlastique des lames flexibles que comporte un guidage flexible de résonateur, en perfectionnant encore les réalisations décrites par le document EP3667432 .
  • Ainsi, l'invention concerne un résonateur d'horlogerie 100 comportant un élément inertiel 5 mobile par rapport à une structure fixe 4, et qui est suspendu à au moins un guidage flexible 10 comportant des lames flexibles 1, 2, croisées en projection sur un plan XY au niveau d'une zone de croisement ZC unique. Chacune de ces lames flexibles 1, 2, est déformable dans un plan parallèle au plan XY. Chacune s'étendant en ruban de part et d'autre d'une surface neutre SN1, SN2, perpendiculaire au plan XY et joignant d'une part le premier encastrement respectif 41, 42, avec la structure 4, et d'autre part et le deuxième encastrement respectif 51, 52, avec l'élément inertiel 5. En sonne, le ruban constitue l'âme de la lame flexible 1,2.
  • Selon l'invention, chaque lame flexible 1, 2, comporte au moins une nervure 3, qui est asymétrique par rapport à sa surface neutre SN1, SN2. Et, au niveau de la zone de croisement ZC, ou bien chaque lame flexible 1, 2, ne comporte aucune nervure 3, ou bien chaque nervure 3 est asymétrique par rapport à sa surface neutre SN1, SN2.
  • Plus particulièrement, le guidage flexible 10 constitue un moyen de rappel élastique de l'élément inertiel 5. Ce guidage flexible 10 comporte au moins deux lames flexibles 1, 2, déformables dans des plans P1, P2, parallèles entre eux et parallèles au plan de projection XY.
  • La structure 4 et l'élément inertiel 5sont, chacun, plus rigide que chaque lame flexible 1, 2. Chaque lame flexible 1, 2, a sa plus grande dimension appelée longueur L entre ses encastrements 41, 42; 51, 52. Chaque lame flexible 1, 2, comporte au moins deux tronçons 6 d'épaisseur constante égale à une épaisseur nominale EN, qui sont séparés par au moins un relief 11, 12, respectivement 21, 22, formant une nervure 3 s'étendant sensiblement une direction Z orthogonale au plan de projection XY pour limiter la courbure anticlastique de la lame flexible 1, 2.
  • Plus particulièrement, au niveau de la zone de croisement ZC, chaque nervure 3 est asymétrique par rapport à sa surface neutre SN1, SN2.
  • Plus particulièrement, chaque nervure 3 asymétrique comporte un relief extérieur 11, 21, du côté opposé à chaque autre lame dont l'extrémité distale est distante d'une distance extérieure DE1, DE2, de la surface neutre SN1, SN2, et, face au relief extérieur 11, 21, et du côté faisant face à une autre lame, un relief intérieur 12, 22, dont l'extrémité distale est distante d'une distance intérieure DI1, DI2, de la surface neutre SN1, SN2, qui est inférieure à la distance extérieure DE1, DE2.
  • Plus particulièrement, chaque lame flexible 1, 2, a, dans un plan parallèle au plan de projection XY, une deuxième dimension E appelée épaisseur et qui est inférieure à la longueur L, et, selon une direction Z orthogonale au plan de projection XY, une troisième dimension H appelée hauteur et dont la valeur est comprise entre celles de la longueur L et de l'épaisseur E.
  • Plus particulièrement, au moins un relief 11, 12, 21, 22, est saillant de la lame flexible 1, 2, qui le porte d'une valeur qui est supérieure à la moitié de la plus faible épaisseur de la lame flexible 1, 2, ou de l'épaisseur nominale EN, pour limiter la courbure anticlastique de cette lame flexible 1, 2, et la lame flexible 1, 2, comporte, à distance de ses encastrements, au moins une nervure 3 s'étendant sensiblement selon la direction Z.
  • Plus particulièrement, chaque nervure 3 est distante de tout col que comporte la lame flexible 1, 2, d'une valeur supérieure ou égale à la hauteur H de la lame flexible 1, 2.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, est symétrique par rapport à un plan médian parallèle au plan XY.
  • Plus particulièrement, chaque nervure 3 comporte au moins une génératrice 31 qui est plus éloignée de sa surface neutre SN1, SN2, que ne le sont les surfaces latérales des tronçons 6 de la lame flexible 1, 2, situés en dehors des nervures 3. Et, plus particulièrement, l'extension longitudinale LN de chaque nervure 3 de la lame flexible 1, 2, selon une direction joignant les encastrements 41, 42, respectivement 51, 52 de la lame flexible 1, 2, est inférieure ou égale au cinquième de la longueur L de la lame flexible 1, 2, entre ses encastrements 41, 42, respectivement 51, 52.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, comporte une pluralité de tels tronçons 6 s'étendant le long de sa surface neutre SN1, SN2, et dans le prolongement géométrique les uns des autres le long de la surface neutre SN1, SN2, avec la même épaisseur nominale EN, chaque tronçon 6 formant un ruban dont les surfaces latérales 60 sont parallèles à la direction Z. Et, en projection sur le plan XY, au moins deux tronçons 6 sont séparés par une nervure 3 d'épaisseur saillante ES par rapport à une surface latérale 60, l'épaisseur saillante ES étant supérieure ou égale à l'épaisseur nominale EN. Plus particulièrement encore, cette épaisseur saillante ES est au moins une fois et demi plus grande que l'épaisseur nominale EN.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, comporte, à distance du premier encastrement 41, 42, et du deuxième encastrement 51, 52, au moins deux nervures 3.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, est droite et comporte sa surface neutre SN1, SN2, qui est plane selon une direction de lame D joignant le premier encastrement 41, 42, et le deuxième encastrement 51, 52.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, comporte au moins une nervure 3 qui s'étend sur toute la hauteur H de la lame flexible 1, 2, selon la direction Z.
  • Plus particulièrement, la hauteur H d'au moins une lame flexible 1, 2, est inférieure ou égale au cinquième de la longueur L de la lame flexible 1, 2, entre ses encastrements 41, 42, respectivement 51, 52.
  • Plus particulièrement, l'épaisseur maximale EM transversale de la lame flexible 1, 2, est inférieure ou égale au cinquième de la hauteur H de cette lame flexible 1, 2.
  • Plus particulièrement, la lame flexible 1, 2, forme un prisme droit selon s'étendant la direction Z. On entend ici par prisme un volume issu de la translation d'une surface de base, selon une direction rectiligne ou curviligne, un prisme droit étant issu de la translation selon une direction rectiligne. Plus particulièrement, la base de ce prisme dans le plan XY est symétrique par rapport à la projection de la surface neutre SN1, SN2, dans le plan XY.
  • Plus particulièrement, l'extension longitudinale LN de chaque nervure 3 d'au moins une lame flexible 1, 2, est inférieure ou égale à l'épaisseur saillante transversale ES de la nervure 3.
  • Plus particulièrement, au moins une nervure 3 est un parallélépipède rectangle.
  • Plus particulièrement, au moins une nervure 3 est symétrique par rapport à la surface neutre SN1, SN2.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, comporte, à distance du premier encastrement 41, 42, et du deuxième encastrement 51, 52, une pluralité de nervures 3 saillant alternativement de part et d'autre des tronçons 6.
  • Plus particulièrement, toute projection d'au moins une lame flexible 1, 2, dans sa position de repos, sur le plan XY englobe sa surface neutre SN1, SN2.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, comporte, à distance du premier encastrement 41, 42, et du deuxième encastrement 51, 52, une pluralité de nervures 3 réparties régulièrement une direction longitudinale joignant les encastrements 41, 42, et 51, 52.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, comporte, à distance du premier encastrement 41, 42, et du deuxième encastrement 51, 52, une pluralité de nervures 3, dont le nombre est supérieur ou égal à la différence entre d'une part le quotient L/H entre la longueur L et la hauteur H, et d'autre part une unité.
  • Plus particulièrement, la projection d'au moins une lame flexible 1, 2, sur le plan XY comporte, au niveau de toutes les jonctions de surfaces, des congés arrondis avec une valeur minimale de rayon de 10 micromètres.
  • Les figures représentent des cas particuliers, non limitatifs, où chacune des lames flexibles 1, 2, comporte, ou bien des nervures d'un seul côté du ruban de lame, ou bien toutes les nervures qui présentent le même saillant transversal d'un même côté du ruban de lame. Ces configurations sont les plus avantageuses.
  • Toutefois, l'invention concerne essentiellement l'agencement particulier des lames flexibles au niveau de leur zone de croisement en projection ZC, pour faciliter l'élaboration des guidages flexibles 10 correspondants. De ce fait, l'invention reste applicable à des variantes non illustrées, où les lames flexibles 1, 2, comportent d'autres agencements de nervures : par exemple des lames avec des nervures s'étendant parfois d'un côté et parfois de l'autre de la lame (par exemple vers l'extérieur avant le croisement et de l'autre côté après), ou bien encore des nervures en alternance, ou autre.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, est en matériau micro-usinable ou en silicium compensé thermiquement par une couche périphérique de dioxyde de silicium.
  • Plus particulièrement, au moins une lame flexible 1, 2, est réalisée par procédé « DRIE » ou « LIGA » ou similaire.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie 1000 comportant au moins un tel résonateur d'horlogerie 100. Plus particulièrement, cette pièce d'horlogerie 100 est une montre, en particulier une montre mécanique.

Claims (28)

  1. Résonateur d'horlogerie (100) comportant un élément inertiel (5) mobile par rapport à une structure fixe (4), et suspendu à au moins un guidage flexible (10) comportant des lames flexibles (1; 2) croisées en projection sur un plan XY au niveau d'une zone de croisement ZC unique, chacune déformable dans un plan parallèle au plan XY chacune s'étendant en ruban de part et d'autre d'une surface neutre (SN1; SN2) perpendiculaire audit plan XY et joignant le premier encastrement (41; 42) avec ladite structure (4) et le deuxième encastrement (51; 52) avec ledit élément inertiel (5), caractérisé en ce que chaque dite lame flexible (1; 2) comporte au moins une nervure (3) asymétrique par rapport à sa surface neutre (SN1; SN2), et en ce que, au niveau de ladite zone de croisement ZC, ou bien chaque dite lame flexible (1; 2) ne comporte aucune nervure (3), ou bien chaque dite nervure (3) est asymétrique par rapport à sa surface neutre (SN1; SN2).
  2. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 1, caractérisé en ce que, ledit guidage flexible (10) constitue un moyen de rappel élastique dudit élément inertiel (5), ledit guidage flexible (10) comportant au moins deux dites lames flexibles (1; 2) déformables dans des plans (P1; P2) parallèles entre eux et parallèles audit plan de projection XY, ladite structure (4) et ledit élément inertiel (5) étant chacun plus rigide que chaque dite lame flexible (1; 2), chaque dite lame flexible (1; 2) a sa plus grande dimension appelée longueur L entre ses dits encastrements (41, 42; 51, 52), chaque dite lame flexible (1; 2) comportant au moins deux tronçons (6) d'épaisseur constante égale à une épaisseur nominale EN, qui sont séparés par au moins un relief (11, 12; 21, 22) formant une dite nervure (3) s'étendant sensiblement selon une direction Z orthogonale audit plan de projection XY pour limiter la courbure anticlastique de ladite lame flexible (1; 2).
  3. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que, au niveau de ladite zone de croisement (ZC), chaque dite nervure (3) est asymétrique par rapport à sa dite surface neutre (SN1; SN2).
  4. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque dite nervure (3) asymétrique comporte un relief extérieur (11; 21) du côté opposé à chaque autre dite lame dont l'extrémité distale est distante d'une distance extérieure (DE1; DE2) de ladite surface neutre (SN1; SN2), et, face audit relief extérieur (11; 21) et du côté faisant face à une autre lame, un relief intérieur (12; 22) dont l'extrémité distale est distante d'une distance intérieure (DI1; DI2) de ladite surface neutre (SN1 ; SN2) qui est inférieure à ladite distance extérieure (DE1 ; DE2).
  5. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 2 et l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que chaque dite lame flexible (1; 2) a, dans un plan parallèle audit plan de projection XY une deuxième dimension E appelée épaisseur et qui est inférieure à ladite longueur L, et, selon une direction Z orthogonale audit plan de projection XY, une troisième dimension H appelée hauteur et dont la valeur est comprise entre celles de ladite longueur L et ladite épaisseur E.
  6. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 2 et l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'au moins un dit relief (11, 12; 21, 22) est saillant de ladite lame flexible (1; 2) qui le porte, d'une distance supérieure à la moitié de la plus faible épaisseur de ladite au moins une lame flexible (1; 2) ou de ladite épaisseur nominale EN, pour limiter la courbure anticlastique de ladite au moins une lame flexible (1; 2), et en ce que ladite lame flexible (1; 2) comporte, à distance de ses dits encastrements, au moins une dite nervure (3) s'étendant sensiblement selon ladite direction Z.
  7. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 5 et l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que chaque dite nervure (3) est distante de tout col que comporte ladite lame flexible (1; 2), d'une valeur supérieure ou égale à ladite hauteur H de ladite lame flexible (1; 2).
  8. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1; 2) est symétrique par rapport à un plan médian parallèle au dit plan XY.
  9. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 2 et l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que chaque dite nervure (3) comporte au moins une génératrice (31) qui est plus éloignée de sa dite surface neutre (SN1; SN2) que ne le sont les surfaces latérales desdits tronçons (6) de ladite lame flexible (1; 2) situés en dehors desdites nervures (3), et caractérisé en ce que l'extension longitudinale LN de chaque dite nervure (3) de ladite lame flexible (1; 2), selon une direction joignant lesdits encastrements (41, 42; 51, 52) de ladite lame flexible (1; 2), est inférieure ou égale au cinquième de ladite longueur L de ladite lame flexible (1; 2) entre ses dits encastrements (41, 42; 51, 52).
  10. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 2 et l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1; 2) comporte une pluralité de dits tronçons (6) s'étendant le long de sa dite surface neutre (SN1; SN2) et dans le prolongement géométrique les uns des autres le long de ladite surface neutre (SN1; SN2) avec la même dite épaisseur nominale EN, chaque dit tronçon (6) formant un ruban dont les surfaces latérales (60) sont parallèles à ladite direction Z, et en ce que, en projection sur ledit plan XY, au moins deux dits tronçons (6) sont séparés par une dite nervure (3) d'épaisseur saillante ES par rapport à une dite surface latérale (60), ladite épaisseur saillante ES étant supérieure ou égale à ladite épaisseur nominale EN.
  11. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite épaisseur saillante ES est au moins une fois et demi plus grande que ladite épaisseur nominale EN.
  12. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1; 2) comporte, à distance dudit premier encastrement (41; 42) et dudit deuxième encastrement (51; 52), au moins deux dites nervures (3).
  13. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1; 2) est droite et comporte sa dite surface neutre (SN1; SN2) qui est plane selon une direction de lame D joignant ledit premier encastrement (41; 42) et ledit deuxième encastrement (51; 52).
  14. Résonateur d'horlogerie (100) selon les revendications 2 et 5 et l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1; 2) comporte au moins une dite nervure (3) qui s'étend sur toute ladite hauteur H de ladite lame flexible (1; 2) selon ladite direction Z.
  15. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 5 et l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que ladite hauteur H d'au moins une dite lame flexible (1; 2) est inférieure ou égale au cinquième de ladite longueur L de ladite lame flexible (1; 2) entre ses dits encastrements (41, 42; 51, 52).
  16. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 5 et l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que l'épaisseur maximale EM transversale de ladite lame flexible (1; 2) est inférieure ou égale au cinquième de ladite hauteur H de ladite lame flexible (1; 2).
  17. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 2 et l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que ladite lame flexible (1; 2) forme un prisme droit s'étendant selon ladite direction Z.
  18. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 17, caractérisé en ce que la base dudit prisme dans ledit plan XY est symétrique par rapport à la projection de ladite surface neutre (SN1; SN2) dans ledit plan XY.
  19. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 10 et l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que l'extension longitudinale LN de chaque dite nervure (3) d'au moins une dite lame flexible (1; 2) est inférieure ou égale à l'épaisseur saillante transversale ES de ladite nervure (3).
  20. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 19, caractérisé en ce qu'au moins une dite nervure (3) est un parallélépipède rectangle.
  21. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 20, caractérisé en ce qu'au moins une dite nervure (3) est symétrique par rapport à ladite surface neutre (SN1; SN2).
  22. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 2 et selon l'une des revendications 1 à 21, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1; 2) comporte, à distance dudit premier encastrement (41; 42) et dudit deuxième encastrement (51; 52), une pluralité de dites nervures (3) saillant alternativement de part et d'autre desdits tronçons (6).
  23. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 22, caractérisé en ce que toute projection d'au moins une dite lame flexible (1; 2), dans sa position de repos, sur ledit plan XY englobe sa dite surface neutre (SN1; SN2).
  24. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 23, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1; 2) comporte, à distance dudit premier encastrement (41; 42) et dudit deuxième encastrement (51; 52), une pluralité de dites nervures (3) réparties régulièrement selon une direction longitudinale joignant lesdits encastrements (41, 42; 51, 52).
  25. Résonateur d'horlogerie (100) selon la revendication 5 et selon l'une des revendications 1 à 24, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1; 2) comporte, à distance dudit premier encastrement (41; 42) et dudit deuxième encastrement (51; 52), une pluralité de dites nervures (3), dont le nombre est supérieur ou égal à la différence entre d'une part le quotient L/H entre ladite longueur L et ladite hauteur H, et d'autre part une unité.
  26. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 25, caractérisé en ce que la projection d'au moins une dite lame flexible (1; 2) sur ledit plan XY comporte, au niveau de toutes les jonctions de surfaces, des congés arrondis avec une valeur minimale de rayon de 10 micromètres.
  27. Résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 26, caractérisé en ce qu'au moins une dite lame flexible (1 ; 2) est en matériau micro-usinable ou en silicium compensé thermiquement par une couche périphérique de dioxyde de silicium.
  28. Pièce d'horlogerie (1000) comportant au moins un résonateur d'horlogerie (100) selon l'une des revendications 1 à 27.
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