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EP3997525B1 - Procédé de réglage d'un oscillateur horloger à pivot flexible - Google Patents

Procédé de réglage d'un oscillateur horloger à pivot flexible Download PDF

Info

Publication number
EP3997525B1
EP3997525B1 EP20737596.5A EP20737596A EP3997525B1 EP 3997525 B1 EP3997525 B1 EP 3997525B1 EP 20737596 A EP20737596 A EP 20737596A EP 3997525 B1 EP3997525 B1 EP 3997525B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
balance
axis
rotation
symmetry
unbalance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP20737596.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3997525A1 (fr
Inventor
David Chabloz
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.)
Patek Philippe SA Geneve
Original Assignee
Patek Philippe SA Geneve
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Patek Philippe SA Geneve filed Critical Patek Philippe SA Geneve
Publication of EP3997525A1 publication Critical patent/EP3997525A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3997525B1 publication Critical patent/EP3997525B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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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
    • G04B17/32—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
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/20—Compensation of mechanisms for stabilising frequency
    • 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
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • 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
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • G04B17/063—Balance construction
    • 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
    • G04B17/20—Compensation of mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/28—Compensation of mechanisms for stabilising frequency for the effect of imbalance of the weights, e.g. tourbillon

Definitions

  • the present invention relates to a clock oscillator which can serve as a time base in a mechanical clock movement.
  • the present invention relates to a flexible pivot clock oscillator, i.e. a clock oscillator without a physical axis of rotation rotating in bearings.
  • a flexible pivot clock oscillator i.e. a clock oscillator without a physical axis of rotation rotating in bearings.
  • Such an oscillator pivots around a virtual axis of rotation by means of an arrangement of elastic parts.
  • pivots with separated cross blades pivots with non-separated cross blades or pivots with a remote center of rotation
  • RRC Remote Center Compliance
  • the blades In a pivot with separated cross blades, the blades extend in two parallel planes to cross without contact. In a pivot with non-separated cross blades, they extend in the same plane to physically cross.
  • the pivot with a remote center of rotation it comprises two blades that do not cross but that extend along axes that do cross. In all cases, the crossing of the blades or their axes defines the virtual axis of rotation.
  • a flexible pivot watch oscillator be insensitive to gravity or in other words that its frequency varies as little as possible depending on its orientation relative to the force of gravity.
  • the patent application EP 2911012 proposes to arrange the elastic strips so that their crossing point is located at 7/ 8ths of their length in accordance with the theory developed by W. H. Wittrick in the article "The properties of crossed flexure pivots and the influence of the point at which the strips cross", The Aeronautical Quarterly, vol. II, February 1951, the theoretical value being in fact 1/2 + V5/6, or approximately 87.3% of the length.
  • This position of the crossing point is in fact that which minimizes the parasitic displacements of the virtual axis of rotation and therefore the dependence of the frequency of the oscillator on gravity.
  • the patent application WO 2017/055983 provides adjustment means to ensure precise positioning of the crossing point.
  • the present invention aims to propose a new way of improving the operating precision of a flexible pivot watch oscillator, which may or may not be combined with that of choosing a particular position for the crossing point of the blades or their axes.
  • a method for adjusting a clock oscillator comprising a balance, a support and a flexible pivot connecting the balance to the support and guiding the balance in rotation relative to the support about a virtual axis of rotation, the flexible pivot having, in orthogonal projection in a plane perpendicular to the virtual axis of rotation, an axis of symmetry which is also an axis of symmetry for the points of junction of the flexible pivot to the balance, characterized in that the unbalance of the balance is adjusted so that, in orthogonal projection in said plane, the center of mass of the balance is substantially on the axis of symmetry and at a position distinct from that of the virtual axis of rotation, the position of the virtual axis of rotation not being modified by said unbalance adjustment, said position of the center of mass being chosen so as to reduce, and preferably minimize, the dependence of the oscillation frequency on the orientation of the gravity for a predetermined oscillation amplitude.
  • the present invention further provides a clock oscillator adjustable by the method as defined above.
  • This oscillator is defined in the appended independent claim 11.
  • THE figures 1 And 2 show a flexible pivot watch oscillator according to a particular embodiment of the invention, intended to fulfill the function of a sprung balance in a mechanical watch movement, in particular a wristwatch or pocket watch movement.
  • This oscillator designated by 1, comprises an oscillating body or balance 2, a support 3 and a flexible pivot 4.
  • the support 3 is intended to be fixed to a fixed or mobile frame of the movement.
  • the flexible pivot 4 is here in the form of two elastic blades 5, 6 extending in respective parallel planes P1, P2 and crossing without contact. Each of these blades 5, 6 is joined by one end 5a, 6a to the balance 2 and by its other end 5b, 6b to the support 3.
  • the balance 2 is thus held to the support 3 only by the flexible pivot 4, which guides it in rotation relative to the support 3 around a virtual axis of rotation and elastically returns it to a rest position, namely the position illustrated in figures 1 And 2 .
  • the virtual axis of rotation extends perpendicular to the planes P1, P2 and corresponds, in orthogonal projection, in any one of these planes P1, P2 (cf. figure 1 ), at the crossing point O between blades 5, 6, more precisely at the crossing point between the neutral fibers of these blades.
  • the crossing point O is the center of a reference (O, X, Y) whose axis Y is an axis of symmetry for the blades 5, 6, this axis of symmetry passing between the points 5a, 6a of junction of the blades 5, 6 to the balance 2 and between the points 5b, 6b of junction of the blades 5, 6 to the support 3.
  • the balance 2 is in the form of a ring surrounding the flexible pivot 4. It could, as a variant, be of the cut type.
  • FIG. 3 To the figure 3 is shown the march of oscillator 1 as a function of its oscillation amplitude and its orientation with respect to the force of gravity for a crossing point O of blades 5, 6 located at 87.3% of their length, that is to say at the optimal position proposed by WH Wittrick.
  • This position of the crossing point crossing O is measured from the points 5a, 6a where the blades 5, 6 join to the balance 2 but can, as a variant, be measured from the points 5b, 6b where the blades 5, 6 join to the support 3, the crossing point O being able to be located either on the side of the support 3 or of the balance 2.
  • the simulation result of the figure 3 was further obtained with a balanced balance 2, the center of mass of which coincides with the crossing point O in orthogonal projection in any of the planes P1, P2.
  • an angle ⁇ between the blades 5, 6 of 71° was chosen, within the range of 68° to 76°, which minimizes the anisochronism due to the non-linearity of the elastic torque produced by the flexible pivot 4, according to the teaching of the patent application WO 2016/096677 . It is therefore under the optimal conditions described in the state of the art that the simulation was carried out, the result of which is shown in figure 3 .
  • the ordinate plots the rate in seconds/day and the abscissa plots the oscillation amplitude in degrees.
  • the four curves C1 to C4 correspond respectively to four vertical positions of the oscillator spaced 90° apart. In these four vertical positions, respectively, the force of gravity is directed along the semi-axis (O, -Y), the semi-axis (O, X), the semi-axis (O, -X) and the semi-axis (O, Y). Curves C2 and C3 are merged given the symmetry of the oscillator with respect to the Y axis.
  • the rate difference between these vertical positions is minimal for an oscillation amplitude of approximately 12° and that it is high for larger amplitudes, in particular for the amplitude of 30°, which means that at large amplitudes the oscillation frequency depends quite strongly on the orientation of the oscillator with respect to gravity.
  • small amplitudes have the advantage of attenuating the effect of the non-linearity of the elastic return torque on isochronism, they also have disadvantages. In particular, they make it more difficult or even impossible to maintain oscillations using a conventional escapement such as a Swiss lever escapement. It may therefore be desirable to increase the oscillation amplitude to values of 25° or 30°, for example.
  • the invention provides for unbalancing the balance 2 so that its center of mass M is distinct from the crossing point O of the blades 5, 6 and therefore from the center of rotation of the balance 2, in orthogonal projection in any of the planes P1, P2. It is observed in fact that by moving the center of mass M on the Y axis from the point O, the oscillation amplitude is modified for which the rate deviation between the different vertical positions of the oscillator is minimal.
  • the distance ⁇ Y between the center of mass M of the balance 2 and the crossing point O is preferably at least 1.4 ⁇ m, more preferably at least 2 ⁇ m, more preferably at least 5 ⁇ m, more preferably at least 10 ⁇ m, more preferably at least 20 ⁇ m, more preferably at least 40 ⁇ m.
  • the unbalance, for its part, is preferably at least 0.7 nN.m, more preferably at least 1 nN.m, more preferably at least 2.5 nN.m, more preferably at least 5 nN.m, more preferably at least 10 nN.m, more preferably at least 20 nN.m, in absolute value.
  • the unbalance of the balance 2 is adjusted to minimize the rate deviation between the vertical positions at this oscillation amplitude.
  • the adjustment can be carried out by removing material from the balance 2, for example by milling or laser machining, or by adding material to the balance 2, for example by a deposition technique.
  • the unbalance can be adjusted by means of an adjustment device carried by the balance 2.
  • FIG. 1 And 2 An example of such an adjustment device is shown in figures 1 And 2 . It comprises a support 7 secured to the balance 2 and preferably monolithic with the latter. This support 7 extends radially from the internal face of the balance 2 facing the virtual axis of rotation. Two pins 8, 9 secured to the support 7 and preferably monolithic with the latter are surrounded by, and serve as guides for, a frame 10 movable in translation relative to the support 7 along the Y axis. At least one of the pins 8, 9 has a diameter greater than the internal width of the frame 10 to elastically deform its two large sides and thus hold it in position by elastic clamping. Applying sufficient force to the frame 10 in the direction of the Y axis moves the frame 10 to change the unbalance of the balance 2.
  • One or more recesses may be made on the balance 2 to compensate for the imbalance caused by the support 7, the pins 8, 9 and the frame 10 so that, in a given position of the frame 10, for example a position in which it abuts against one of the two pins 8, 9, the unbalance of the balance 2 is substantially zero.
  • a movement of the frame 10 then unbalances the balance 2 by moving its center of mass M along the Y axis from the point O, allowing precise adjustment of the unbalance.
  • Balance wheel 2 modifies the moment of inertia of the latter.
  • Balance wheel 2 can therefore also carry weights which will be used to adjust the moment of inertia, in a conventional manner in itself.
  • the balance 2 could carry on its periphery one or more adjustment screws, for example one or two screws oriented along the Y axis, the adjustment being carried out by screwing these screws more or less into the balance 2.
  • THE figures 7 And 8 show an oscillator 1' according to another embodiment of the invention, in which the unbalance adjustment device is located at the center of the oscillator to modify the moment of inertia of the balance 2 as little as possible and to facilitate the adjustment of this moment of inertia by means of weights carried by the balance 2.
  • the balance 2 here comprises a felloe 2a and a diametral arm 2b.
  • the diametral arm 2b is interrupted in its central part to allow the blades 5, 6 to pass.
  • the two segments of the diametrical arm 2b could be connected by a concave connection 2c on which the blades 5, 6 would stop, the crossing point of which would then be closer to the balance 2 than to the support 3.
  • the unbalance adjustment device is mounted on the diametrical arm 2b. It comprises a support 11 fixed on the top of the diametrical arm 2b and carrying a central stud 12 centered on the virtual axis of rotation of the balance 2.
  • the unbalance adjustment device further comprises an adjustment part 13 placed on the support 11 and having a slot 14 extending along the Y axis mentioned above, slot 14 which is crossed by the central stud 12 and by two tenons 15 driven into the support 11.
  • the central stud 12 has a diameter large enough to elastically deform the slot 14 in order to hold the adjustment part 13 in position by elastic clamping.
  • the two tenons 15 guide the adjustment part 13 in translation along the Y axis when a sufficient force is applied to this part 13 to adjust the unbalance of the balance 2.
  • the dimensions of the mainspring of the movement can be varied. These dimensions can be chosen so that the oscillator 1, 1' oscillates at the desired amplitude when the mainspring is fully wound.
  • the balance assembly 2 - support 3 - flexible pivot 4 of the oscillator 1,1' can be made of different materials, for example silicon, silicon coated with oxide, glass, sapphire, quartz, a metallic glass, a metal or alloy such as nickel, a nickel alloy, steel, beryllium copper or nickel silver. Depending on the material chosen, it can be obtained by etching (in particular deep reactive ion etching known as DRIE), LIGA, milling, electroerosion, casting or other.
  • the assembly 2, 3, 4 can be monolithic.
  • the present invention is applicable to other flexible pivots than separate cross blades, in particular to non-separate cross blades and to pivots with offset center of rotation (RCC).
  • the flexible pivot 4 could comprise, in addition to the elastic blades 5, 6, additional elastic blades, for example blades superimposed on the blades 5, 6 to increase its stiffness in the height direction.
  • the Y axis is an axis of symmetry of the flexible pivot and is also an axis of symmetry for the junction points of the flexible pivot to the balance and for the junction points of the flexible pivot to the support, in orthogonal projection in a plane perpendicular to the virtual axis of rotation.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Electric Clocks (AREA)
  • Apparatuses For Generation Of Mechanical Vibrations (AREA)

Description

  • La présente invention concerne un oscillateur horloger pouvant servir de base de temps dans un mouvement horloger mécanique.
  • Plus précisément, la présente invention concerne un oscillateur horloger à pivot flexible, c'est-à-dire un oscillateur horloger sans axe de rotation physique tournant dans des paliers. Un tel oscillateur pivote autour d'un axe de rotation virtuel grâce à un agencement de parties élastiques.
  • Différents types de pivots flexibles existent, tels que les pivots à lames croisées séparées, les pivots à lames croisées non séparées ou les pivots à centre de rotation déporté dits « RCC » (Remote Center Compliance). Dans un pivot à lames croisées séparées, les lames s'étendent dans deux plans parallèles pour se croiser sans contact. Dans un pivot à lames croisées non séparées, elles s'étendent dans le même plan pour se croiser physiquement. Quant au pivot à centre de rotation déporté, il comprend deux lames qui ne se croisent pas mais qui s'étendent le long d'axes qui eux se croisent. Dans tous les cas, le croisement des lames ou de leurs axes définit l'axe de rotation virtuel.
  • Comme pour tout oscillateur horloger, il est important qu'un oscillateur horloger à pivot flexible soit peu sensible à la gravité ou en d'autres termes que sa fréquence varie le moins possible en fonction de son orientation par rapport à la force de gravité.
  • Dans ce but, on peut jouer sur la position du point de croisement des lames ou de leurs axes. Par exemple, dans le contexte d'un oscillateur à lames croisées séparées, la demande de brevet EP 2911012 propose d'agencer les lames élastiques de telle sorte que leur point de croisement se situe aux 7/8ème de leur longueur conformément à la théorie développée par W.H. Wittrick dans l'article « The properties of crossed flexure pivots and the influence of the point at which the strips cross », The Aeronautical Quarterly, vol. II, février 1951, la valeur théorique étant en fait de 1/2 + V5/6, soit environ 87,3% de la longueur. Cette position du point de croisement est en effet celle qui minimise les déplacements parasites de l'axe de rotation virtuel et donc la dépendance de la fréquence de l'oscillateur vis-à-vis de la gravité. La demande de brevet WO 2017/055983 propose des moyens de réglage permettant de garantir un positionnement précis du point de croisement.
  • Il apparaît en réalité que le choix d'une position particulière du point de croisement ne minimise la dépendance de la fréquence vis-à-vis de la gravité que pour une certaine amplitude d'oscillation, qui est d'environ 12° pour un oscillateur à lames croisées séparées. Pour d'autres amplitudes d'oscillation, en particulier des amplitudes plus grandes, la variation de fréquence en fonction de la position de la montre par rapport à la gravité peut être importante.
  • La présente invention vise à proposer une nouvelle manière d'améliorer la précision de fonctionnement d'un oscillateur horloger à pivot flexible, qui peut être combinée ou non à celle consistant à choisir une position particulière pour le point de croisement des lames ou de leurs axes.
  • A cette fin, comme défini dans la revendication indépendante 1 annexée, il est prévu un procédé de réglage d'un oscillateur horloger comprenant un balancier, un support et un pivot flexible reliant le balancier au support et guidant le balancier en rotation par rapport au support autour d'un axe de rotation virtuel, le pivot flexible présentant, en projection orthogonale dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation virtuel, un axe de symétrie qui est aussi un axe de symétrie pour les points de jonction du pivot flexible au balancier, caractérisé en ce que l'on règle le balourd du balancier pour que, en projection orthogonale dans ledit plan, le centre de masse du balancier soit sensiblement sur l'axe de symétrie et à une position distincte de celle de l'axe de rotation virtuel, la position de l'axe de rotation virtuel n'étant pas modifiée par ledit réglage de balourd, ladite position du centre de masse étant choisie de manière à diminuer, et de préférence rendre minimale, la dépendance de la fréquence d'oscillation vis-à-vis de l'orientation de la gravité pour une amplitude d'oscillation prédéterminée.
  • La présente invention propose en outre un oscillateur horloger réglable par le procédé tel que défini ci-dessus. Cet oscillateur est défini dans la revendication indépendante 11 annexée.
  • La demanderesse a découvert qu'une corrélation existait entre l'amplitude d'oscillation, la position du centre de masse du balancier et la sensibilité de l'oscillateur à la gravité. A partir d'une amplitude d'oscillation donnée, on peut trouver une position du centre de masse du balancier le long de l'axe de symétrie du pivot flexible qui minimise l'écart de marche entre les différentes positions verticales de l'oscillateur par rapport à la force de gravité. Il est ainsi possible, par le réglage selon l'invention, d'obtenir un oscillateur horloger aux performances au moins équivalentes à celles d'un oscillateur de type Wittrick et fonctionnant à une amplitude différente, plus adaptée aux caractéristiques du mouvement dont il est destiné à faire partie.
  • 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 :
    • les figures 1 et 2 sont respectivement une vue plane de dessus et une vue en perspective d'un oscillateur horloger à pivot flexible selon un mode de réalisation particulier de l'invention ;
    • les figures 3 à 5 sont des diagrammes montrant la marche d'oscillateurs à pivot flexible en fonction de l'amplitude d'oscillation et de l'orientation de l'oscillateur par rapport à la gravité ;
    • la figure 6 est un diagramme montrant une relation entre le balourd du balancier de l'oscillateur et l'amplitude d'oscillation rendant minimal l'écart de marche entre les différentes positions verticales de l'oscillateur ;
    • les figures 7 et 8 sont respectivement une vue plane de dessus et une vue en perspective d'un oscillateur horloger à pivot flexible selon un autre mode de réalisation de l'invention.
  • Dans tout ce qui suit, les caractéristiques géométriques et dimensionnelles de l'oscillateur horloger sont définies en référence à sa position de repos.
  • Les figures 1 et 2 montrent un oscillateur horloger à pivot flexible selon un mode de réalisation particulier de l'invention, destiné à remplir la fonction d'un balancier-spiral dans un mouvement horloger mécanique, notamment un mouvement de montre-bracelet ou de montre de poche. Cet oscillateur, désigné par 1, comprend un corps oscillant ou balancier 2, un support 3 et un pivot flexible 4. Le support 3 est destiné à être fixé à un bâti fixe ou mobile du mouvement. Le pivot flexible 4 est ici sous la forme de deux lames élastiques 5, 6 s'étendant dans des plans respectifs parallèles P1, P2 et se croisant sans contact. Chacune de ces lames 5, 6 est jointe par une extrémité 5a, 6a au balancier 2 et par son autre extrémité 5b, 6b au support 3. Le balancier 2 est ainsi tenu au support 3 uniquement par le pivot flexible 4, lequel le guide en rotation par rapport au support 3 autour d'un axe de rotation virtuel et le rappelle élastiquement dans une position de repos, à savoir la position illustrée aux figures 1 et 2. L'axe de rotation virtuel s'étend perpendiculairement aux plans P1, P2 et correspond, en projection orthogonale dans l'un quelconque de ces plans P1, P2 (cf. figure 1), au point de croisement O entre les lames 5, 6, plus précisément au point de croisement entre les fibres neutres de ces lames. A la figure 1, le point de croisement O est le centre d'un repère (O, X, Y) dont l'axe Y est un axe de symétrie pour les lames 5, 6, cet axe de symétrie passant entre les points 5a, 6a de jonction des lames 5, 6 au balancier 2 et entre les points 5b, 6b de jonction des lames 5, 6 au support 3. Dans l'exemple représenté, le balancier 2 est sous la forme d'un anneau entourant le pivot flexible 4. Il pourrait, en variante, être de type coupé.
  • A la figure 3 est représentée la marche de l'oscillateur 1 en fonction de son amplitude d'oscillation et de son orientation par rapport à la force de gravité pour un point de croisement O des lames 5, 6 situé à 87,3% de leur longueur, c'est-à-dire à la position optimale proposée par W.H. Wittrick. Cette position du point de croisement O est mesurée depuis les points 5a, 6a de jonction des lames 5, 6 au balancier 2 mais peut, en variante, être mesurée depuis les points 5b, 6b de jonction des lames 5, 6 au support 3, le point de croisement O pouvant indifféremment être situé du côté du support 3 ou du balancier 2. Le résultat de simulation de la figure 3 a en outre été obtenu avec un balancier 2 équilibré, dont le centre de masse est confondu avec le point de croisement O en projection orthogonale dans l'un quelconque des plans P1, P2. De plus, il a été choisi comme angle α entre les lames 5, 6 un angle de 71° compris dans la plage de 68° à 76° qui minimise l'anisochronisme dû à la non linéarité du couple élastique produit par le pivot flexible 4, selon l'enseignement de la demande de brevet WO 2016/096677 . C'est donc dans les conditions optimales décrites dans l'état de la technique qu'a été réalisée la simulation dont le résultat est montré à la figure 3.
  • Sur le diagramme de la figure 3 sont portées en ordonnée la marche en secondes/jour et en abscisse l'amplitude d'oscillation en degrés. Les quatre courbes C1 à C4 correspondent respectivement à quatre positions verticales de l'oscillateur espacées de 90°. Dans ces quatre positions verticales, respectivement, la force de gravité est dirigée suivant le demi-axe (O, -Y), le demi-axe (O, X), le demi-axe (O, -X) et le demi-axe (O, Y). Les courbes C2 et C3 sont confondues compte tenu de la symétrie de l'oscillateur par rapport à l'axe Y. On constate que l'écart de marche entre ces positions verticales est minimal pour une amplitude d'oscillation d'environ 12° et qu'il est élevé pour des amplitudes plus grandes, en particulier pour l'amplitude de 30°, ce qui signifie qu'aux grandes amplitudes la fréquence d'oscillation dépend assez fortement de l'orientation de l'oscillateur par rapport à la gravité. Or, si les petites amplitudes présentent l'avantage d'atténuer l'effet de la non linéarité du couple élastique de rappel sur l'isochronisme, elles ont aussi des inconvénients. En particulier, elles rendent plus difficile voire impossible l'entretien des oscillations au moyen d'un échappement classique tel qu'un échappement à ancre suisse. On peut donc souhaiter augmenter l'amplitude d'oscillation jusqu'à des valeurs de 25° ou 30° par exemple.
  • Pour augmenter l'amplitude d'oscillation sans dégrader les performances en termes de sensibilité à la gravité, l'invention prévoit de déséquilibrer le balancier 2 pour que son centre de masse M soit distinct du point de croisement O des lames 5, 6 et donc du centre de rotation du balancier 2, en projection orthogonale dans l'un quelconque des plans P1, P2. On observe en effet qu'en déplaçant le centre de masse M sur l'axe Y depuis le point O, on modifie l'amplitude d'oscillation pour laquelle l'écart de marche entre les différentes positions verticales de l'oscillateur est minimal. Ceci est illustré aux figures 4 et 5 qui ont été obtenues avec les mêmes paramètres que pour la figure 3 mais avec un centre de masse M du balancier 2 situé sur l'axe Y à une distance ΔY du point O égale à 30 µm (correspondant à un balourd de 15 nN.m) pour la figure 4, et à une distance ΔY du point O égale à 50 µm (correspondant à un balourd de 25 nN.m) pour la figure 5. A la figure 4, l'amplitude d'oscillation à laquelle la fréquence est la moins dépendante de l'orientation de la gravité est d'environ 24°. A la figure 5, elle est d'environ 30°. Les figures 4 et 5 illustrent l'effet d'un déplacement du centre de masse M sur le demi-axe (O, Y). On peut bien entendu déplacer le centre de masse M sur le demi-axe (O, -Y) si une diminution de l'amplitude d'oscillation est souhaitée.
  • La figure 6 montre la relation entre l'amplitude d'oscillation donnant l'écart de marche minimum entre les quatre positions verticales précitées de l'oscillateur 1 et le balourd du balancier 2. On voit que pour chaque amplitude d'oscillation on peut trouver un balourd, plus exactement une position du centre de masse M du balancier 2 sur l'axe Y, qui lui correspond.
  • De manière générale, dans l'invention, la distance ΔY entre le centre de masse M du balancier 2 et le point de croisement O est de préférence d'au moins 1,4 µm, de préférence encore d'au moins 2 µm, de préférence encore d'au moins 5 µm, de préférence encore d'au moins 10 µm, de préférence encore d'au moins 20 µm, de préférence encore d'au moins 40 µm. Le balourd, quant à lui, est de préférence d'au moins 0,7 nN.m, de préférence encore d'au moins 1 nN.m, de préférence encore d'au moins 2,5 nN.m, de préférence encore d'au moins 5 nN.m, de préférence encore d'au moins 10 nN.m, de préférence encore d'au moins 20 nN.m, en valeur absolue.
  • En pratique, après avoir choisi une amplitude d'oscillation, on règle le balourd du balancier 2 pour rendre minimal l'écart de marche entre les positions verticales à cette amplitude d'oscillation. Le réglage peut être effectué en retirant de la matière du balancier 2, par exemple par fraisage ou usinage laser, ou en ajoutant de la matière sur le balancier 2, par exemple par une technique de dépôt. Alternativement ou cumulativement, le balourd peut être réglé au moyen d'un dispositif de réglage que porte le balancier 2.
  • Un exemple de tel dispositif de réglage est représenté aux figures 1 et 2. Il comprend un support 7 solidaire du balancier 2 et de préférence monolithique avec ce dernier. Ce support 7 s'étend radialement depuis la face interne du balancier 2 tournée vers l'axe de rotation virtuel. Deux pions 8, 9 solidaires du support 7 et de préférence monolithiques avec celui-ci sont entourés par, et servent de guides à, un cadre 10 mobile en translation par rapport au support 7 le long de l'axe Y. L'un au moins des pions 8, 9 a un diamètre plus grand que la largeur interne du cadre 10 pour déformer élastiquement ses deux grands côtés et le maintenir ainsi en position par serrage élastique. L'application d'une force suffisante sur le cadre 10 dans la direction de l'axe Y déplace le cadre 10 pour modifier le balourd du balancier 2. Un ou des évidements peuvent être pratiqués sur le balancier 2 pour compenser le déséquilibre causé par le support 7, les pions 8, 9 et le cadre 10 afin que, dans une position déterminée du cadre 10, par exemple une position dans laquelle il est en butée contre l'un des deux pions 8, 9, le balourd du balancier 2 soit sensiblement nul. Un déplacement du cadre 10 déséquilibre alors le balancier 2 en déplaçant son centre de masse M le long de l'axe Y depuis le point O, permettant un réglage précis du balourd.
  • Le réglage du balourd du balancier 2 modifie le moment d'inertie de ce dernier. Le balancier 2 peut donc porter également des masselottes qui serviront à régler le moment d'inertie, de manière classique en soi.
  • Alternativement au dispositif de réglage 7-10 tel qu'illustré, le balancier 2 pourrait porter sur sa périphérie une ou des vis de réglage, par exemple une ou deux vis orientées suivant l'axe Y, le réglage s'effectuant en vissant plus ou moins ces vis dans le balancier 2.
  • Les figures 7 et 8 montrent un oscillateur 1' selon un autre mode de réalisation de l'invention, dans lequel le dispositif de réglage de balourd est situé au centre de l'oscillateur pour modifier le moins possible le moment d'inertie du balancier 2 et faciliter le réglage de ce moment d'inertie au moyen de masselottes portées par le balancier 2. Le balancier 2 comprend ici une serge 2a et un bras diamétral 2b. Le bras diamétral 2b est interrompu dans sa partie centrale pour laisser passer les lames 5, 6. Dans une variante représentée schématiquement en trait pointillé à la figure 7, les deux segments du bras diamétral 2b pourraient être reliés par un raccord concave 2c sur lequel s'arrêteraient les lames 5, 6 dont le point de croisement serait alors plus proche du balancier 2 que du support 3.
  • Dans ce mode de réalisation des figures 7 et 8, le dispositif de réglage de balourd est monté sur le bras diamétral 2b. Il comprend un support 11 fixé sur le dessus du bras diamétral 2b et portant un plot central 12 centré sur l'axe de rotation virtuel du balancier 2. Le dispositif de réglage de balourd comprend en outre une pièce de réglage 13 placée sur le support 11 et présentant une fente 14 s'étendant le long de l'axe Y mentionné plus haut, fente 14 qui est traversée par le plot central 12 et par deux tenons 15 chassés dans le support 11. Le plot central 12 a un diamètre suffisamment grand pour déformer élastiquement la fente 14 afin de maintenir en position la pièce de réglage 13 par serrage élastique. Les deux tenons 15 guident la pièce de réglage 13 en translation le long de l'axe Y lorsqu'une force suffisante est appliquée à cette pièce 13 pour régler le balourd du balancier 2.
  • Pour atteindre l'amplitude d'oscillation souhaitée dans le mouvement horloger que l'oscillateur 1, 1' est destiné à équiper, on peut jouer sur les dimensions du ressort moteur du mouvement. Ces dimensions pourront être choisies pour que l'oscillateur 1, 1' oscille à l'amplitude souhaitée lorsque le ressort moteur est complètement armé.
  • L'ensemble balancier 2 - support 3 - pivot flexible 4 de l'oscillateur 1,1' peut être fabriqué en différents matériaux, par exemple le silicium, le silicium recouvert d'oxyde, le verre, le saphir, le quartz, un verre métallique, un métal ou alliage tel que le nickel, un alliage de nickel, l'acier, le cuivre au béryllium ou le maillechort. Selon le matériau choisi, il peut être obtenu par gravure (notamment gravure ionique réactive profonde dite DRIE), LIGA, fraisage, électroérosion, moulage ou autre. L'ensemble 2, 3, 4 peut être monolithique.
  • Il va de soi que la présente invention est applicable à d'autres pivots flexibles que des lames croisées séparées, notamment à des lames croisées non séparées et à des pivots à centre de rotation déporté (RCC).
  • En outre, le pivot flexible 4 pourrait comprendre, en plus des lames élastiques 5, 6, des lames élastiques supplémentaires, par exemple des lames superposées aux lames 5, 6 pour augmenter sa raideur dans la direction de la hauteur. De manière générale, dans l'invention, l'axe Y est un axe de symétrie du pivot flexible et est aussi un axe de symétrie pour les points de jonction du pivot flexible au balancier et pour les points de jonction du pivot flexible au support, en projection orthogonale dans un plan perpendiculaire à l'axe de rotation virtuel.

Claims (11)

  1. Procédé de réglage d'un oscillateur horloger (1 ; 1') comprenant un balancier (2), un support (3) et un pivot flexible (4) reliant le balancier (2) au support (3) et guidant le balancier (2) en rotation par rapport au support (3) autour d'un axe de rotation virtuel, le pivot flexible (4) présentant, en projection orthogonale dans un plan (P1 ; P2) perpendiculaire à l'axe de rotation virtuel, un axe de symétrie (Y) qui est aussi un axe de symétrie pour les points (5a, 6a) de jonction du pivot flexible (4) au balancier (2), caractérisé en ce que l'on règle le balourd du balancier (2) pour que, en projection orthogonale dans ledit plan (P1 ; P2), le centre de masse (M) du balancier (2) soit sensiblement sur l'axe de symétrie (Y) et à une position distincte de celle (O) de l'axe de rotation virtuel, la position (O) de l'axe de rotation virtuel n'étant pas modifiée par ledit réglage de balourd, ladite position du centre de masse (M) étant choisie de manière à diminuer, et de préférence rendre minimale, la dépendance de la fréquence d'oscillation vis-à-vis de l'orientation de la gravité pour une amplitude d'oscillation prédéterminée.
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le réglage du balourd du balancier (2) est effectué, en partie au moins, au moyen d'un dispositif de réglage (7-10 ; 11-15) porté par le balancier (2).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que le réglage du balourd du balancier (2) est effectué, en partie au moins, en déplaçant au moins une pièce (10 ; 13) du dispositif de réglage (7-10; 11-15) suivant l'axe de symétrie (Y).
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réglage du balourd du balancier (2) est effectué, en partie au moins, en retirant ou ajoutant de la matière sur le balancier (2).
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le pivot flexible (4) comprend des première et deuxième lames élastiques (5, 6) s'étendant dans des directions qui se croisent et symétriques l'une de l'autre par rapport à l'axe de symétrie (Y) en projection orthogonale dans ledit plan (P1 ; P2) perpendiculaire à l'axe de rotation virtuel.
  6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel les première et deuxième lames élastiques (5, 6) s'étendent dans deux plans parallèles pour se croiser sans contact.
  7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel, en projection orthogonale dans ledit plan (P1 ; P2) perpendiculaire à l'axe de rotation virtuel, le point de croisement (O) des première et deuxième lames élastiques (5, 6) est situé à environ 87,3% de leur longueur.
  8. Procédé selon la revendication 6 ou 7, dans lequel, en projection orthogonale dans ledit plan (P1 ; P2) perpendiculaire à l'axe de rotation virtuel, l'angle (α) entre les première et deuxième lames élastiques (5, 6) est compris entre 68° et 76° et est de préférence égal à environ 71°.
  9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que les première et deuxième lames élastiques (5, 6) s'étendent dans le même plan pour se croiser physiquement.
  10. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le pivot flexible est à centre de rotation déporté.
  11. Oscillateur horloger (1 ; 1') réglable par le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 et comprenant un balancier (2), un support (3) et un pivot flexible (4) reliant le balancier (2) au support (3) et guidant le balancier (2) en rotation par rapport au support (3) autour d'un axe de rotation virtuel, le pivot flexible (4) présentant, en projection orthogonale dans un plan (P1 ; P2) perpendiculaire à l'axe de rotation virtuel, un axe de symétrie (Y) qui est aussi un axe de symétrie pour les points (5a, 6a) de jonction du pivot flexible (4) au balancier (2), caractérisé en ce que le balancier (2) porte au moins une pièce de réglage de balourd (10 ; 13) mobile suivant l'axe de symétrie (Y) et agencée pour déplacer le centre de masse (M) du balancier (2) sensiblement sur l'axe de symétrie (Y) sans modifier la position (O) de l'axe de rotation virtuel.
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