Pièce de micro-mécan ique avec ouvertu re de forme pou r assem blage su r u n axe

Domaine technique

La présente invention concerne une pièce de micro-mécanique comportant une ouverture de forme destinée à faciliter l'assemblage sur un axe pour une pièce mobile, ou sur un plot pour une pièce fixe, et limiter voire éliminer le risque de briser la pièce lors du chassage sur l'axe ou le plot, notamment lorsque ladite pièce est réalisée en un matériau cassant.

Arrière plan technologique

Dans le domaine de la micro-mécanique, qui sera par la suite plus particulièrement illustré par le domaine horloger, la technique de chassage est très largement utilisée, par exemple pour assujettir une roue sur un arbre. Lorsque matériau constituant la pièce possède un domaine plastique, ce qui est le cas des métaux et alliages, on sait calculer les tolérances nécessaires pour l'arbre et l'alésage de façon à avoir un ajustement serré sans risque de briser la pièce, ou de la déformer. Lorsque le matériau ne possède pas, ou très peu, de domaine plastique, ce qui est le cas du verre, du quartz ou du silicium, le risque est grand de briser la pièce au montage.

Or ces matériaux sont de plus en plus utilisés en horlogerie en raison notamment de leur insensibilité aux champs magnétiques, de leur très faible coefficient d'expansion thermique, et de leur densité bien inférieure à celle des métaux ou alliages. De plus les technologies modernes d'usinage permettent de réaliser des formes complexes avec une grande précision.

Si on effectue un ajustement gras pour éviter des contraintes dans le matériau cassant, on a alors un risque de déchassage ou de non entraînement d'un organe mobile par l'arbre. Pour pallier à cet inconvénient on pourrait utiliser la technique de collage longtemps utilisée pour fixer un spiral sur une virole, comme décrit par exemple dans le brevet FR 1 447 142. Le brevet US 3 906 714 décrit un mode de réalisation dans lequel le point de colle permet à la fois de fixer le spiral à une bague formant virole et ladite bague à l'axe de balancier.

L'usage d'une colle a toutefois l'inconvénient de nécessiter des étapes supplémentaires d'usinage pour prévoir des logements pour la colle, et des tâches supplémentaires au moment de l'assemblage. En outre les phénomènes de vieillissement peuvent entraîner un certain jeu avec le temps.

Dans le document EP 1 331 528, qui est relatif à une ancre de mécanisme d'échappement pour un mouvement horloger, pour éviter les risques de rupture lors du montage de la partie mâle d'un dard dans l'ouverture de forme aménagée dans une fourchette, il est envisagé de munir l'ouverture de languettes élastiques. Par ailleurs, dans certains modes de réalisation comme celui représenté sur la figure 30 du document, les zones rigides de l'ouverture comportent des surfaces de portée qui permettent de positionner le dard par rapport à la fourchette selon une orientation prédéfinie.

Les solutions envisagées dans ce document ne sont pas complètement satisfaisantes car elles ne permettent pas un centrage précis de la partie mâle dans l'ouverture.

Résumé de l'invention

La présente invention vise donc à pallier les inconvénients de l'art antérieur précité en procurant une pièce de micromécanique, en particulier horlogère, réalisée en un matériau cassant qui peut être assemblée par chassage sur un axe ou un plot sans risque de rupture.

A cet effet l'invention a pour objet une pièce de micro-mécanique réalisée à partir d'une plaque en un matériau cassant comportant une ouverture destinée au chassage d'un axe ou d'un plot. Par matériau "cassant" on entend un matériau n'ayant pas de domaine de déformation plastique, tel que le verre, le quartz ou le silicium.

L'invention est caractérisée en ce que l'ouverture est une "ouverture de forme", c'est à dire une ouverture n'ayant pas un contour parfaitement circulaire, ladite ouverture comportant alternativement des zones de rigidification et de positionnement et des zones à déformation élastique assurant le serrage de l'axe.

Les zones à déformation élastique sont constituées des portions de plaque ayant de part et d'autre un évidemment rejoignant l'ouverture et dont l'extrémité pénètre dans ladite ouverture. Ces portions de plaque ont la forme d'une languette venant appuyer tangentiellement sur l'axe lors du chassage. Les zones de rigidification et de positionnement et les languettes sont agencées alternativement autour de l'axe, chaque languette étant séparée des zones de rigidification adjacentes par un évidement, et les zones de rigidification et de positionnement sont réparties de manière sensiblement régulière autour de l'ouverture.

Selon d'autres aspects de l'invention :

- chaque zone de rigidification et de positionnement comportant au moins une portée prévue pour être en contact avec l'axe, les portées sont réparties de manière sensiblement régulière autour de l'ouverture pour assurer le centrage de l'axe dans l'ouverture; - chaque zone de rigidification et de positionnement constitue une portée qui est délimitée par les deux évidements encadrant ladite zone de rigidification et de positionnement;

- chaque languette décrit globalement une courbe de profil déterminé, et les deux évidements adjacents sont constitués par deux fentes allongées globalement de même profil que la courbe de ladite languette;

- le matériau cassant est choisi parmi le verre, le quartz et le silicium. L'invention propose aussi un agencement pour l'immobilisation d'une pièce de micro-mécanique comportant une ouverture par chassage sur un bloc support comportant un plot de positionnement. La pièce de micro-mécanique est réalisée avec l'une quelconque des caractéristiques précédentes.

L'invention propose encore un agencement pour la fixation par chassage d'une pièce de micro-mécanique mobile en rotation, continue ou alternative, sur un arbre. La pièce de micro-mécanique est réalisée avec l'une quelconque des revendications précédentes. Selon des variantes de cet agencement:

- la pièce de micro-mécanique constitue une pièce d'un mouvement horloger choisie parmi une roue d'échappement, une étoile, une roue dentée, une virole, un levier et une ancre;

- l'axe et l'ouverture ont en outre des contours procurant un effet anti-rotation; - le contour de l'axe et de l'ouverture est de forme oblongue ou triangulaire;

- les zones en contact de l'axe et de l'ouverture sont pourvues de rugosité ou de cannelures;

- la pièce de micro-mécanique comporte au moins un point de soudure ou un point de colle fixant la pièce de micro-mécanique sur l'axe.

Brève description des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description suivante de divers modes de réalisation, donnés à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels: - la figure 1 est une représentation en perspective d'un premier mode de réalisation d'un assemblage selon l'invention;

- A -

Ia figure 2 est une vue de dessus du premier mode de réalisation appliqué à une roue d'échappement; la figure 3 est une vue de dessus, d'un deuxième mode de réalisation appliqué à une étoile, et - la figure 4 est une vue de dessus d'un troisième mode de réalisation appliqué à une roue dentée; la figure 5 est une vue similaire à celle de la figure 2 qui représente un mode de réalisation préféré de l'invention.

Description détaillées de l'invention

On se réfère aux figures 1 et 2 pour décrire un premier mode de réalisation. La figure 1 représente en perspective une portion de plaque 1 devant être assujettie à un bloc support 1 1 au moyen d'un plot cylindrique 3 traversant une ouverture 2 formée dans ladite plaque 1. La plaque 1 est constituée par un matériau cassant, c'est à dire un matériau n'ayant pas de domaine plastique dans les températures normales d'utilisation, tel que le verre, le quartz ou le silicium. La plaque 1 peut constituer simplement un élément de construction, par exemple une platine, un pont ou un cadran d'une pièce d'horlogerie. Elle peut également avoir un rôle fonctionnel en supportant un circuit imprimé ou un MEMs devant être assujetti au bloc 1 1. Pour éviter de casser la pièce lors de l'assemblage par chassage, l'ouverture 2 est une ouverture de forme représentée en vue de dessus à plus grande échelle à la figure 2.

La figure 2 représente à titre d'exemple une roue d'échappement en silicium montée sur un arbre 5 cylindrique destiné à être pivoté entre deux paliers. Comme on peut le voir, le contour de l'ouverture 2 ne suit pas le contour circulaire de l'arbre 5 en présentant en alternance des zones 8 de rigidification et de positionnement et des zones 10 à déformation élastique. On note que les zones 8 de rigidification et les zones 10 à déformation élastique s'étendent dans le plan de la plaque 1 , comme représenté sur les figures 1 et 2, puisqu'elles définissent la forme de l'ouverture 2. Les zones 10 à déformation élastique sont prévues pour se déformer dans le plan de la plaque 1.

Pour montrer que les zones de rigidification 8 n'exercent aucune fonction de serrage sur l'arbre 5, l'espace 9 entre lesdites zones 8 et l'arbre 5 a fortement été exagéré. Les zones 8 de rigidification servent au centrage de la roue d'échappement par rapport à l'arbre 5. Comme on peut le voir sur la figure 2, les zones 8 de rigidification sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'ouverture 2. Il y a ici trois zones 8 de rigidification.

Les zones à déformation élastique 10 sont obtenues en réalisant dans la plaquette 1 des évidements 13, 15 débouchant dans l'ouverture centrale et délimitant dans cet exemple une languette 12 dont l'extrémité 14 s'étend au-delà du contour théorique de l'arbre 5 et permet d'assurer ainsi une fonction de serrage lorsqu'on met l'arbre 5 en place par chassage. Sur la figure 2, on constate que chaque languette 12 est séparée des zones 8 de rigidification adjacentes par un évidement 13, 15, de sorte que chaque languette 12 est reliée à la plaquette 1 dans une zone distincte des zones 8 de rigidification. Comme représenté sur la figure 2, les languettes 12 sont réparties angulairement de manière régulière autour de l'arbre 5, entre les zones 8 de rigidification. L'ouverture 2 comporte donc alternativement, sur son pourtour, une zone 8 de rigidification et une languette 12. Comme on peut le voir sur la figure 2, chaque languette 12 décrit globalement une courbe de profil déterminé, ici une courbe en arc de cercle. De plus, les deux évidements 13, 15 adjacents sont constitués par deux fentes allongées globalement de même profil que la courbe de ladite languette 12.

La figure 5 représente un mode de réalisation préféré de l'invention similaire à celui de la figure 2, dans lequel on a représenté les zones 8 de rigidification telles qu'elles sont en réalité, c'est-à-dire sans exagérer l'espace 9 entre lesdites zones 8 et l'arbre 5. On constate que chaque zone 8 de rigidification comporte au moins une portée 16 prévue pour être en contact avec la paroi cylindrique de l'arbre 5. Ces portées 16 sont réparties de manière régulière autour de l'ouverture 2 pour assurer le centrage de l'arbre 5 dans l'ouverture 2. Plus particulièrement, chaque zone 8 de rigidification constitue une portée 16 qui est délimitée par les deux évidements 13, 15 encadrant ladite zone 8. Chaque zone 8 de rigidification a donc ici un profil en arc de cercle qui suit globalement le rayon de courbure de la paroi cylindrique de l'arbre 5. Les portées 16 permettent un positionnement précis de la roue par rapport à l'arbre 5. Les languettes 12 assurent la fonction de serrage radial, la fonction de rattrapage des jeux de fabrication au niveau de l'ouverture, et elles garantissent le centrage de l'arbre 5 dans l'ouverture 2. Bien entendu, le nombre de zones 8 de rigidification et le nombre de languettes 12 pourrait être plus important que celui qui est représenté.

La figure 3 correspond à un deuxième mode de réalisation représentant une étoile de minuterie comportant en son centre une ouverture de forme 4 procurant un effet anti-rotation. En effet, l'extrémité 7 de l'arbre 5 est usinée avec un contour non circulaire en forme de triangle à angles arrondis. L'ouverture de forme 4 suit ce contour, mais en ayant, comme dans le premier mode de réalisation, une succession

de zones 8 de rigidification et de positionnement et des zones 10 à déformation élastique.

La figure 4 correspond à un troisième mode de réalisation dans laquelle la pièce, par exemple en silicium, est une roue dentée ayant en son centre une ouverture de forme 6 ayant comme précédemment une fonction "anti-rotation". Dans cet exemple l'ouverture de forme 7 est oblongue.

Il est bien évidemment possible d'imaginer n'importe quel autre contour non circulaire permettant de procurer un effet anti-rotation, sans sortir du cadre de la présente invention. II est en outre possible, dans l'un quelconque des modes de réalisation qui vient d'être décrit de pourvoir les extrémités 14 des zones de déformation élastique 10 et l'arbre 5 de rugosités, par exemple de cannelures, pour réduire encore le risque de rotation de la pièce sur l'arbre.

Les exemples donnés dans la description qui précède concernent des pièces en rotation continue, mais il est bien évident que l'homme de métier peut adapter le même principe à des pièces ayant un mouvement alternatif, telles qu'un levier, une bascule, une virole, une ancre ou une roue d'échappement.

En fonction de l'application à laquelle est destinée la pièce de micromécanique, il est possible de finaliser l'assemblage de la pièce sur son axe avec une étape de collage ou de soudage qui permet d'assurer une fixation plus rigide si cela est nécessaire. La colle ou la soudure complète la fixation par les languettes élastiques. Dans ce cas, la fixation par les languettes constitue une étape de fixation intermédiaire garantissant un centrage précis de l'axe dans l'ouverture, avec un rattrapage des jeux, et l'étape de collage ou de soudage constitue une étape de fixation finale.