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EP1973013B1 - Balancier pour mouvement d'horlogerie - Google Patents

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Publication number
EP1973013B1
EP1973013B1 EP20070005731 EP07005731A EP1973013B1 EP 1973013 B1 EP1973013 B1 EP 1973013B1 EP 20070005731 EP20070005731 EP 20070005731 EP 07005731 A EP07005731 A EP 07005731A EP 1973013 B1 EP1973013 B1 EP 1973013B1
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EP
European Patent Office
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balance
inertia
arms
balance according
hub
Prior art date
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EP20070005731
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German (de)
English (en)
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EP1973013A1 (fr
Inventor
Laurent Rougny
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Richemont International SA
Original Assignee
Richemont International SA
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Publication date
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Publication of EP1973013A1 publication Critical patent/EP1973013A1/fr
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Classifications

    • 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
    • G04B17/08—Oscillators with coil springs stretched and unstretched axially

Definitions

  • the subject of the present invention is a pendulum for a clockwork movement that makes it possible to achieve high performances, that is to say to present higher quality factors than current balances both in horizontal position (Qh) and in position. vertical (Qv).
  • a first object of the present invention is to provide a balance whose quality factors Qh and Qv are the highest possible.
  • a second object of the invention is to provide a balance having good Qh and Qv intrinsic quality factors but which is optimized in the sense that the difference between quality factors Qh and Qv is reduced in order to reduce the differences in amplitudes. in flat-hung and thus ensure that the energy losses for the operation of an exhaust regulator provided with such a pendulum undergo variations as low as possible depending on the position of the balance in space.
  • the pendulum for a watch movement according to the present invention is distinguished by the features set forth in claim 1.
  • the performance of a pendulum for a watch movement is characterized by its ability to oscillate in various positions.
  • the oscillation capacity of a balance spring system is measured by quality factors Qv in vertical position and Qh in horizontal position.
  • Q ⁇ ⁇ tps . freq ln 300 - ln 200
  • ⁇ the constant pi freq is the oscillation frequency of the pendulum tps is the time elapsed to go from 300 degrees to 200 degrees.
  • the factor Qv is naturally worse than the factor Qh because the friction in the bearings of the balance shaft are greater in the vertical position thereof than in horizontal position.
  • the objective of the present invention is to provide a better performing balance therefore can lead to quality factors Qv and Qh improved significantly.
  • the balance according to the present invention comprises a hub 1 intended to be fixed on a balance shaft connected to at least two weights 3 by arms 2.
  • the weights 3 are independent, that is to say they are not in contact with each other, but preferably they all have the same size and the same shape and they are evenly distributed around the hub 1.
  • the balance illustrated at Figures 1 and 2 comprises two flyweights 3, but in variants the balance could comprise three, four, or even more flyweights 3.
  • the cumulative angle of the arcs formed by all the flyweights is an angle which is considerably lower than 360 ° so that, compared to conventional balances, the beam of the rod according to the invention is effectively partially reduced or eliminated reducing accordingly the surfaces in contact with the air and thus the friction forces that derive therefrom.
  • this cumulative angle is less than or equal to 225 °, but in certain preferred embodiments (such as those of Figures 1 and 2 ), this cumulative angle is equal to or less than 90 °.
  • the balance is made of a single high density material, such as platinum, gold or their alloys.
  • the two arms 2 are perforated and thin to reduce the weight in order to concentrate the weight of the balance as far as possible from the axis.
  • the arms are profiled so as to oppose less resistance to air during pendulum oscillations.
  • the frontal slices 2a, 2b of the arms are not perpendicular to the plane of the balance but inclined V-shaped or C to allow better penetration into the air during their oscillations.
  • each weight 3 is connected to the hub 1 by a single arm 2, so that each arm 2 carries its own weight 3 at its end.
  • a flyweight can be connected to the hub 1 by several arms, the arms being preferably thinner and / or more perforated in this case.
  • the arms 2 may have a variable geometric section so that they are wider near the hub 1 and thinner near the weights 3.
  • the geometry of the arms is optimized to tend to a beam of equal strength which reduces the thickness or width of the arms towards their ends.
  • the arms are therefore thinner from the center to the outside which allows to obtain a minimum weight and stresses tending to be substantially constant along the arms. These arms are therefore more variable section to the center than to the end thus allowing to lighten the arms.
  • weights 3 Most of the weight of the balance is concentrated in the weights 3 fixed on or come from a workpiece with the ends of the arms, These weights 3 comprise front portions 3a, 3b contoured to optimize their penetration into the air.
  • Each weight 3 comprises peripheral housing 4 in which are arranged the heads of the adjusting screws 5 screwed into the counterweight and allowing balancing and perfect adjustment of the balance.
  • Compared to a traditional balance wheel balance according to the invention allows to reduce the weight for a given size by the removal of the continuous serge which is replaced by individual weights and the openwork of the arms.
  • the rocker according to the invention can significantly reduce the friction with air moving parts, the surfaces in contact being reduced and the arms and the weights being aerodynamically profiled.
  • the second embodiment of the pendulum according to the invention illustrated in FIG. figure 2 is a bi-material balance.
  • the arms 2 are made of a light material such as titanium, aluminum, magnesium or their alloys or even a lightweight composite material and are also openwork.
  • the weights 3 are similar to those described with reference to the first embodiment and are fixed by screws, rivets or overmoulding, gluing or any other way on the end of the arms 2. As in the first form of The execution of the arms 2 and the weights 3 are aerodynamically profiled to reduce friction in the air.
  • This improvement in efficiency (loss of energy dissipated) of the balance according to the invention makes it possible to substantially increase the choice or combination of either the power reserve or the operating amplitude.
  • the balance is made of one or more materials it always comprises several, at least two, arms distributed uniformly around a hub 1, each of these arms 2 carrying a weight 3 independent.
  • all the weights have the same size and the same shape,
  • each weight 3 is preferably connected by a single arm to said hub.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Description

  • La présente invention a pour objet un balancier pour mouvement d'horlogerie permettant d'atteindre de hautes performances c'est-à-dire de présenter des facteurs de qualité plus élevés que les balanciers actuels tant en position horizontale (Qh) qu'en position verticale (Qv).
  • Ainsi un premier but de la présente invention est de réaliser un balancier dont les facteurs de qualité Qh et Qv soient les plus élevés possibles. Un second but de l'invention est de réaliser un balancier présentant de bons facteurs de qualité intrinsèques Qh et Qv mais qui soit optimisé dans le sens où la différence entre les facteurs de qualité Qh et Qv soit réduite afin de réduire les différences d'amplitudes au plat-pendu et donc faire en sorte que les pertes d'énergie pour le fonctionnement d'un régulateur à échappement muni d'un tel balancier subisse des variations aussi faibles que possible en fonction de la position du balancier dans l'espace.
  • Un balancier de l'art antérieur est décrit dans le document GB 1,079,370 .
  • Le balancier pour mouvement d'horlogerie selon la présente invention se distingue par les caractéristiques énoncées à la revendication 1.
  • Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple deux formes d'exécution du balancier selon l'invention.
    • La figure 1 illustre en perspective une première forme d'exécution du balancier selon l'invention.
    • La figure 2 illustre en perspective une seconde forme d'exécution du balancier selon l'invention.
  • Les performances d'un balancier pour mouvement d'horlogerie se caractérisent par sa capacité d'oscillation dans diverses positions.
  • En pratique on dira qu'un système balancier-spiral oscille efficacement s'il perd un minimum d'amplitude angulaire par période ou alternance.
  • Concrètement la capacité d'oscillation d'un système balancier-spiral est mesurée par les facteurs de qualité Qv en position verticale et Qh en position horizontale.
  • La valeur du facteur de qualité Q entre 300 et 200 degrés d'amplitude est donné par la formule : Q = π × tps . freq ln 300 - ln 200
    Figure imgb0001
    où π est la constante pi
    freq est la fréquence d'oscillation du balancier
    tps est le temps écoulé pour passer de l'amplitude 300 degrés à 200 degrés.
  • Comme les forces agissant sur l'axe du balancier dans ses pivots dépendent de la position spatiale du balancier, on détermine en pratique deux facteurs de qualité :
    • Qh mesuré quand le plan d'oscillation est à l'horizontale
    • Qv mesuré quand le plan d'oscillation est en vertical
  • Habituellement les mouvements de bonne qualité sont équipés d'un ensemble balancier-spiral comportant des valeurs de Qh de l'ordre de 300 et de Qv de l'ordre de 200.
  • Le facteur Qv est naturellement moins bon que le facteur Qh car les frottements dans les paliers de l'axe de balancier sont supérieurs en position verticale de celui-ci qu'en position horizontale. Parfois, pour obtenir une différence réduite aux HorizontaleNerticale on dégrade volontairement le facteur de qualité Qh d'un ensemble balancier-spiral en modifiant la forme des pivots de l'axe de balancier.
  • L'objectif de la présente invention est de réaliser un balancier plus performant donc pouvant conduire à des facteurs de qualité Qv et Qh améliorés de façon significative.
  • Pour améliorer le rendement, et donc les facteurs de qualité d'un balancier, il faut réduire les frottements de l'air sur les parties mobiles du balancier et réduire les frottements de contact dans les pivots dus au poids du balancier et au spiral. Ce faisant, il faut maintenir le poids du balancier à une valeur acceptable et maintenir son inertie ou moment inertiel pour garantir, pour un diamètre donné compatible avec l'encombrement disponible dans un mouvement, une amplitude d'oscillation optimale évitant le retard aussi bien que les rebonds.
  • Le balancier selon la présente invention comporte un moyeu 1 destiné à être fixé sur un axe de balancier relié à au moins deux masselottes 3 par des bras 2. Les masselottes 3 sont indépendantes, c'est-à-dire qu'elles ne sont pas en contact les unes avec les autres, mais de préférence elles ont toutes la même taille et la même forme et elles sont réparties uniformément autour du moyeu 1. Le balancier illustré aux figures 1 et 2 comporte deux masselottes 3, mais dans des variantes le balancier pourrait comporter trois, quatre, ou même plus de masselottes 3. Selon l'invention, l'angle cumulé des arcs de cercle formés par toutes les masselottes est un angle qui est considérablement inférieur à 360° afin que, comparé aux balanciers conventionnels, la serge du balancier selon l'invention soit effectivement partiellement réduite ou supprimée réduisant en conséquence les surfaces en contact avec l'air et donc les forces de frottement qui en découlent. De préférence, cet angle cumulé est inférieur ou égal à 225°, mais dans certaines formes d'exécution préférées (comme celles des figures 1 et 2), cet angle cumulé est égal ou inférieur à 90°.
  • Dans la première forme d'exécution du balancier illustrée à la figure 1 le balancier est réalisé en une seule matière de haute densité, comme par exemple le platine, l'or ou leurs alliages. Dans cette forme d'exécution les deux bras 2 sont ajourés et de faible épaisseur pour en réduire le poids afin de concentrer la masse du balancier le plus loin possible de l'axe. Les bras sont profilés de manière à opposer une moindre résistance à l'air lors des oscillations du balancier. En l'espèce, les tranches frontales 2a, 2b des bras ne sont pas perpendiculaires au plan du balancier mais inclinées en forme de V ou de C pour permettre une meilleure pénétration dans l'air lors de leurs oscillations.
  • De préférence chaque masselotte 3 est liée au moyeu 1 par un seul bras 2, afin que chaque bras 2 porte sa propre masselotte 3 à son extrémité. Cependant, dans des variantes, une masselotte peut être liée au moyeu 1 par plusieurs bras, les bras étant de préférence plus minces et/ou plus ajourés dans ce cas. En outre, et comme illustré dans la forme d'exécution de la figure 1, les bras 2 peuvent avoir une section géométrique variable afin qu'ils soient plus larges près du moyeu 1 et plus minces près des masselottes 3.
  • De plus, la géométrie des bras est optimisée pour tendre vers une poutre d'égale résistance ce qui permet de réduire l'épaisseur ou la largeur des bras en direction de leurs extrémités. Les bras s'amincissent donc du centre vers l'extérieur ce qui permet d'obtenir un poids minimum et des contraintes tendant à être substantiellement constantes le long des bras. Ces bras sont donc à section variable plus grande vers le centre que vers l'extrémité permettant ainsi d'alléger les bras.
  • La majeure partie du poids du balancier est concentrée dans les masselottes 3 fixées sur, ou venues d'une pièce de fabrication avec les extrémités des bras, Ces masselottes 3 comportent des parties frontales 3a, 3b profilées pour optimiser leur pénétration dans l'air.
  • Chaque masselotte 3 comporte des logements périphériques 4 dans lesquels sont disposées les têtes des vis de réglage 5 vissées dans la masselotte et permettant un équilibrage et un réglage parfait du balancier.
  • Par rapport à un balancier traditionnel le balancier selon l'invention permet d'en réduire le poids pour un encombrement donné par la suppression de la serge continue qui est remplacée par des masselottes individuelles et par l'ajourage des bras.
  • Par rapport à un balancier traditionnel le balancier selon l'invention permet de réduire de façon importante le frottement avec l'air des parties mobiles, les surfaces en contact étant réduites et les bras et les masselottes étant profilés aérodynamiquement.
  • La seconde forme d'exécution du balancier selon l'invention illustrée à la figure 2 est un balancier bi-matière. Les bras 2 sont réalisés en un matériau léger par exemple en titane, aluminium, magnésium ou leurs alliages ou même en un matériau composite léger et sont également ajourés. Les masselottes 3 elles sont semblables à celles décrites en référence à la première forme d'exécution et sont fixées par des vis, des rivets ou par surmoulage, collage ou toute autre façon sur l'extrémité des bras 2. Comme dans la première forme d'exécution les bras 2 et les masselottes 3 sont profilées aérodynamiquement pour réduire les frottements dans l'air.
  • Avec de tels balanciers, on arrive à obtenir pour un encombrement total idientique des facteurs de qualité, pour un ensemble balancier-spiral, le spiral étant identique. Qh de l'ordre de 400 à 600 et Qv de l'ordre de 300 à 400 ce qui représente une augmentation très substantielle, presque du simple au double.
  • Cette amélioration du rendement (baisse d'énergie dissipée) du balancier selon l'invention permet d'augmenter substantiellement au choix ou en combinaison soit la réserve de marche soit l'amplitude de marche.
  • Ce qui dans les deux cas permet d'atteindre une plus grande précision de réglage car l'énergie consommée par le balancier étant moindre la phase d'impulsion au cours de laquelle l'énergie nécessaire à l'entretien de l'oscillation est transmise au balancier est moins perturbatrice de la régularité des oscillations du balancier.
  • Que le balancier soit réalisé en une ou plusieurs matières il comporte toujours plusieurs, au moins deux, bras répartis uniformément autour d'un moyeu 1, chacun de ces bras 2 portant une masselotte 3 indépendante. De préférence toutes les masselottes ont la même taille et la même forme,
  • Bien qu'une masselotte 3 puisse être reliée au moyeu 1 par plusieurs bras, chaque masselotte 3 est de préférence reliée par un seul bras audit moyeu.

Claims (12)

  1. Balancier pour mouvement d'horlogerie comportant un moyeu (1) destiné à être fixé sur un axe de balancier, et au moins deux masselottes (3) indépendantes, chaque masselotte étant liée par au moins un bras (2) au moyeu (1), les masselottes (3) étant uniformément réparties autour du moyeu (1) et ayant toutes la même taille et la même forme, caractérisé par le fait que chacune des masselottes (3) présente une forme générale en arc de cercle centré sur le moyeu (1) ; par le fait que l'angle cumulé des arcs de cercle formés par toutes les masselottes est inférieur à 225° ; et par le fait que la majeure partie du poids du balancier est concentrée dans les masselottes (3).
  2. Balancier selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle cumulé des arcs de cercle formés par toutes les masselottes est inferieur ou égal à 90°.
  3. Balancier selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chaque masselotte (3) est liée au moyeu (1) par un seul bras (2), afin que chaque bras (2) porte sa propre masselotte (3) à son extrémité.
  4. Balancier selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les bras sont ajourés pour en réduire le poids.
  5. Balancier selon une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les tranches frontales (2a, 2b) des bras sont profilées en C ou en V pour faciliter leur pénétration dans l'air lors des oscillations du balancier.
  6. Balancier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les parties frontales (3a, 3b) des masselottes (3) sont profilées pour faciliter leur pénétration dans l'air lors des oscillations du balancier.
  7. Balancier selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que les bras (2) sont réalisés en un matériau léger choisi parmi le magnésium, l'aluminium, le titane et leurs alliages ou un matériau composite léger, tandis que les masselottes (3) sont réalisées en un matériau dense choisi parmi le platine, l'or, le molybdène ou leurs alliages.
  8. Balancier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les facteurs de qualité d'un ensemble balancier-spiral mesurés respectivement quand le plan d'oscillation est horizontal/vertical sont Qh de 400 à 600 et Qv de 300 à 400, ces facteurs étant définis de la manière suivante: Qh / v = π ⁢ tps . freq ln 300 . ln 200
    Figure imgb0002
     freq étant la fréquence d'oscillation du balancier tps étant le temps écoulé pour passer de l'amplitude 300° à 200°.
  9. Balancier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les bras (2) ont une section géométrique variable afin que leurs sections soient plus grandes près du moyeu (1) et plus petites près des masselottes (3).
  10. Balancier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que chacune des masselottes (3) comporte au moins une vis de réglages (5).
  11. Balancier selon la revendication 10, caractérisé par le fait que chacune des masselottes (3) comporte deux vis de réglages (5) dont les têtes sont disposées dans des logements périphériques (4) des masselottes (3).
  12. Procédé de fabrication d'un balancier selon l'une des revendications précédentes, caractérisé par le fait que les masselottes (3) indépendantes sont venues d'une pièce de fabrication avec les bras (2), le balancier étant ainsi réalisé en une seule matière.
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