La présente invention a pour objet un mobile horloger, roue, pignon ou couronne dentée destinée à être incorporé dans un rouage ou chaîne cinématique et coopérant donc avec au moins un autre mobile ou engrenage, ce mobile horloger devant permettre de supprimer tout jeu entre sa denture et celle de l'autre mobile avec lequel il engrène. Cette invention concerne donc un mobile horloger à rattrapage de jeu.

Différents types d'engrenage à rattrapage de jeu sont connus. Le document US 2808033 décrit un engrenage à rattrapage de jeu comprenant une première roue dentée solidaire d'un axe et une seconde roue dentée, de même diamètre que la première roue dentée, solidaire d'un tube. L'axe de la première roue dentée s'étend dans le tube de la seconde roue dentée et est fixé à ce tube à son extrémité libre de manière à ce que les dentures des première et seconde roues soient décalées. L'axe et le tube forment une barre de torsion permettant aux roues de se décaler angulairement par déformation élastique de cette barre de torsion.

Un tel engrenage à rattrapage de jeu présente des inconvénients majeurs qui sont, son encombrement dû à la longueur de l'axe et du tube et le couple très important nécessaire pour décaler angulairement les roues l'une par rapport à l'autre ce qui induit des forces de frottements élevées entre cet engrenage à rattrapage de jeu et l'engrenage avec lequel il engrène ce qui peut conduire à des pertes d'énergie élevées et un mauvais rendement de la chaîne cinématique ainsi réalisée.

Le document US 2002/0121 152 décrit un engrenage à rattrapage de jeu comprenant deux roues dentées coaxiales reliées par un ressort. En position de repos les roues dentées sont décalées angulairement. Cet engrenage à rattrapage de jeu est encombrant, les roues dentées devant être épaisses pour loger le ressort et l'ensemble n'est pas monobloc ce qui complique son montage dans une chaîne de transmission.

La présente invention a pour but la réalisation d'un mobile horloger à rattrapage de jeu qui soit très peu encombrant, surtout de très faible épaisseur, et qui soit monobloc pour faciliter son incorporation dans un mécanisme. Un autre but de la présente invention est de réaliser un mobile horloger à rattrapage de jeu dans lequel le couple nécessaire pour déplacer les deux roues dentées soit faible pour ne pas obérer le rendement d'une chaîne de transmission comportant un tel mobile à rattrapage de jeu. Un autre but est de réaliser un mobile horloger à rattrapage de jeu de faible poids.

Ainsi la présente invention a pour objet un mobile horloger à rattrapage de jeu obviant aux inconvénients précités constitué d'un ensemble monobloc comprenant un moyeu; une première serge dentée reliée rigidement au moyeu; une seconde serge dentée reliée au moyeu par des seconds bras déformables élastiquement permettant un déplacement angulaire de la seconde serge par rapport à la première serge.

Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple plusieurs formes d'exécution du mobile horloger à rattrapage de jeu selon l'invention.

La figure 1 est une vue en plan d'une première forme d'exécution du mobile horloger à rattrapage de jeu.

La figure 2 est une vue en coupe selon la ligne A-A de la figure 1 .

La figure 3 est une vue en plan d'un premier élément du mobile horloger à rattrapage de jeu illustré aux figures 1 et 2.

La figure 4 est une vue en plan d'un second élément du mobile horloger à rattrapage de jeu illustré aux figures 1 et 2.

Les figures 5, 6 et 7 illustrent en plan, à plus petite échelle, des variantes d'exécution du second élément du mobile horloger à rattrapage de jeu.

La figure 8 est une vue en plan d'une seconde forme d'exécution du mobile horloger à rattrapage de jeu. La figure 9 est une vue en coupe selon la ligne B-B de la figure 8.

La figure 10 illustre le couple consommé par le mobile horloger en pourcent par rapport au couple disponible en fonction de la raideur angulaire entre les deux serges dentées du mobile horloger.

La première forme d'exécution du mobile horloger à rattrapage de jeu illustrée aux figures 1 à 4 est constituée d'un premier élément 1 (fig. 3) comportant une première serge dentée 1 .1 un premier moyeu 1 .2 et des premiers bras rigides 1 .3 reliant rigidement la première serge dentée 1 .1 au premier moyeu 1 .2 et d'un second élément 2 comportant une seconde serge dentée 2.1 , un second moyeu 2.2. et des seconds bras élastiquement déformables 2.3 reliant le second moyeu 2.2 à la seconde serge 2.1 .

Au moins un des moyeux 1 .2, 2.2 est légèrement plus épais que la serge et les bras correspondants de sorte que lorsque les deux éléments 1 et 2 sont superposés et solidarisés par leurs moyeux 1 .2, 2.2 les bras 1 .3, 2.3 et les serges 1 .1 , 2.1 de ces deux éléments 1 , 2 ne se touchent pas mais sont séparés par un jeu qui peut être très faible de l'ordre de quelques millièmes, voir centièmes, de millimètres, l'épaisseur des serges 1 .2 et 2.1 étant de l'ordre de quelques centièmes de millimètres, par exemple 10, 15 ou 20 centièmes de millimètres.

Suivant les matériaux utilisés pour la réalisation des premier et second éléments 1 , 2 leur assemblage se fait par collage, soudure ou fusionnement (fusion bonding) de leurs moyeux 1 .2, 2.2 l'un contre l'autre.

Ces premier et second éléments 1 , 2 peuvent bien entendu être rendu solidaire l'un de l'autre par tout autre moyen notamment des moyens de serrage mécanique.

Le nombre de dents de la première serge 1 .1 est de préférence identique au nombre de dents de la seconde serge 2.1 , les pas de ces deux dentures sont également de préférence identiques, par contre la forme des dents de la première serge 1 .1 peut être indifféremment identique ou différente de la forme des dents de la seconde serge 2.1 . Les bras 1 .2 du premier élément sont rigides, non déformables élastiquement, et leur dimensionnement est prévu en fonction du couple que ce mobile horloger doit pouvoir transmettre. Ces premiers bras rigides peuvent être remplacés par toute liaison rigide, par exemple une planche.

Ce premier élément 1 du mobile horloger à rattrapage de jeu de cette première forme d'exécution comporte encore en son centre et relié à son premier moyeu 1 .2 un dispositif de fixation par pincement 1 .4 pour fixer le mobile horloger à rattrapage de jeu sur un axe.

Dans une variante le premier moyeu peut être collé sur un axe ou sur une pièce métallique permettant le chassage de l'ensemble sur un axe.

Le second élément 2 comporte encore des bras de butée 2.4 rigides s'étendant radialement de son second moyeu 2.2 vers la seconde serge 2.1 dont les extrémités libres sont situées entre des butées 2.5 que comporte la périphérie interne de la seconde serge. Ces bras de butée 2.4 et ces butées 2.5 limitent l'amplitude du déplacement angulaire que la seconde serge 2.1 peut effectuer par rapport au second moyeu pour éviter que les bras élastiques 2.3 de ce second élément 2 ne se cassent accidentellement lors de manipulations ou de chocs.

De préférence le premier élément 1 et le second élément 2 sont réalisés à partir d'une plaque (Wafer) de silicium par exemple par gravure selon le procédé DRIE (Deep reactive-ion-etching) et l'assemblage du premier et second éléments 1 .2 se fait par soudage (fusion bonding) de leurs moyeux respectifs 1 .2, 2.2 l'un sur l'autre.

La fixation du premier élément 1 sur le second élément 2 se fait de manière à ce que la denture de la seconde serge 2.1 soit décalée angulairement par rapport à la denture de la première serge 1 .1 alors que les seconds bras élastiques 2.3 du second élément sont à l'état de repos, non déformés élastiquement. Le décalage des dentures de la première serge 1 .1 et de la seconde serge 2.1 est tel que quel que soit l'entraxe entre le mobile horloger à rattrapage de jeu et le mobile avec lequel il engrène et quelle que soit sa position angulaire une dent du mobile avec lequel il engrène soit pincée entre deux dents du mobile horloger à rattrapage de jeu.

Une fois les deux ensembles 1 , 2 assemblés le mobile horloger à rattrapage de jeu est monobloc, très mince et donc peu encombrant particulièrement en hauteur ou épaisseur. Lorsqu'il est réalisé en silicium il est extrêmement précis du fait des nouvelles techniques d'usinage et son matériau est sans fatigue. En fonction, ce mobile horloger à rattrapage de jeu évite tout jeu avec d'autres mobiles avec lesquels il engrène. En effet par cette réalisation il est aisé de maîtriser des faibles raideurs de ressort des seconds bras élastiquement déformables ce qui minimise la consommation d'énergie du rouage comportant ce mobile horloger tout en maintenant un faible encombrement. En fait en ajustant les caractéristiques géométriques des bras élastiques 2.3 le couple entre les deux ensembles 1 et 2 peut être réduit juste à sa valeur nécessaire pour assurer le rattrapage de jeu sans plus, de sorte que les pertes sont réduites au minimum.

La figure 10 illustre pour un mobile horloger à rattrapage de jeu de cette première forme d'exécution le couple consommé par rapport au couple disponible. Comme on le voit la consommation d'énergie en pourcentage du couple disponible en fonction de la raideur angulaire des seconds bras élastiques 2.3, reliant les deux serges dentées ne dépasse pas 10% du couple transmis pour une raideur angulaire de 400 μΝιη/ ⁰ ce qui est faible et négligeable. En pratique on fera en sorte que la raideur angulaire des second bras élastiques 2.3 soit comprise entre 50 et 300 μΝιη/ ⁰ de préférence environ 200 μΝιη/ ⁰ . Ceci peut être obtenu lors de la fabrication en calculant l'épaisseur, la longueur et la largeur des seconds bras élastiques 2.3.

Avec les techniques d'usinage du silicium on obtient un très bon état de surface du mobile et notamment des dentures des deux serges 1 et 2 et une grande liberté de design notamment des dentures. Au repos il n'y a pas de préarmage des seconds bras élastiques 2.3. De plus ce mobile horloger peut être réalisé dans de très petites dimensions.

Dans cette première forme d'exécution du mobile horloger à rattrapage de jeu la première serge dentée 1 comporte le même nombre de dents que la seconde serge dentée 2 et ces dents sont de forme identique. Toutefois dans des variantes le nombre de dents de la première serge dentée 1 peut être différent de celui de la seconde serge dentée 2 de même que la forme des dents desdites serges dentées 1 , 2 peut être différente.

Ce qui importe c'est qu'en fonctionnant, le mobile horloger à rattrapage de jeu étant en prise avec un engrenage, au moins une dent de cet engrenage soit en permanence pincée entre deux dents du mobile horloger à rattrapage de jeu quelle que soit la position angulaire de ce mobile horloger et l'entraxe des deux mobiles.

De préférence le nombre et la forme des dents des deux serges dentées sont identiques et le décalage angulaire de ces deux serges 1 , 2 est au plus égal à un demi pas desdites dentures de ces serges 1 , 2.

La figure 5 illustre une variante du mobile horloger à rattrapage de jeu de la première forme d'exécution décrite en référence aux figures 1 à 4 dans laquelle le second élément 2 comporte une seconde serge dentée 2.1 et un second moyeu 2.2. La liaison entre cette seconde serge 2.1 et le second moyeu 2.2 se fait ici à l'aide d'un second bras élastique en spirale flexible 2.6 pouvant présenter une ou plusieurs spires et dont les extrémités sont venues d'une pièce l'une avec la seconde serge 2.1 et l'autre avec le second moyeu 2.2., le second bras élastique spiral flexible permet ainsi, une fois le second moyeu 2.2 solidarisé du premier moyeu 1 .3 du mobile horloger à rattrapage de jeu un déplacement angulaire de la seconde serge 2.1 par rapport à la première serge 1 .1 .

Dans la variante illustrée à la figure 6 le second élément 2 comporte plusieurs seconds bras élastiques spiraux flexibles 2.7 reliant la seconde serge 2.1 au second moyeu 2.2. Dans la variante illustrée à la figure 7 le second élément 2 comporte des seconds bras élastiques flexibles, ici trois, incurvés 2.8 reliant la seconde serge

2.1 au second moyeu 2.2.

Toutes ces variantes présentent les mêmes avantages que ceux de la première forme d'exécution décrite en référence aux figures 1 à 4 du fait de la finesse et de l'élasticité des seconds bras élastiques 2.6, 2.7 et 2.8 du second élément 2 du mobile horloger à rattrapage de jeu.

Les figures 8 et 9 illustrent une seconde forme d'exécution du mobile horloger à rattrapage de jeu pratiquement identique à celui illustré aux figures 1 à 4 mais obtenus par un procédé de fabrication différent.

Dans cette forme d'exécution le mobile horloger à rattrapage de jeu est obtenu par l'usinage par gravage DRIE (deep reactive-ion etching) d'une plaque (Wafer) composite comportant une couche d'oxyde de silicium entre deux couches de silicium. Cette pastille est gravée à partir de chacune de ses faces pour former par gravage DRIE de sa première face la première serge 1 .1 , le premier moyeu

1 .2 et les bras rigides 1 .3 ainsi que la formation de fixation 1 .4. Puis par gravage DRIE de sa seconde face on forme la seconde serge 2.1 , le second moyeu 2.2. et les seconds bras élastiques 2.3. Les bras de butée 2.4 et les butées 2.5 sont également obtenues par cette seconde gravure.

Ensuite la couche médiane d'oxyde de silicium est éliminée partout sauf entre les deux moyeux 1 .2 et 2.2 qui restent ainsi solidaires l'un de l'autre, la structure sandwich silicium- oxyde de silicium- silicium étant conservée.

Dans une variante le mobile horloger à rattrapage de jeu peut se composer d'un sandwich silicium - métal - silicium par utilisation des techniques DRIE et LIGA combinés.

Le mobile horloger à rattrapage de jeu ainsi obtenu est monobloc, réalisé à partir d'une seule plaque (wafer) composite, et présente tous les avantages énumérés, en référence à la première forme d'exécution du mobile horloger. Il est évident que dans cette seconde forme d'exécution la forme des seconds bras élastiques 2.3 pourrait également être en forme de spirale ou incurvés comme illustré aux figures 5, 6 et 7 car ces formes ne dépendent que de la gravure de la couche supérieure de la plaque composite.

Comme on peut s'en rendre compte de ce qui précède le mobile horloger à rattrapage de jeu comporte une première serge dentée 1 .1 et une seconde serge dentée 2.1 superposées, de préférence de même diamètre et présentant de préférence le même nombre de dents. La première serge dentée 1 .1 est reliée à un moyeu 1 .2, 2.2 du mobile par des bras rigides 1 .3. La seconde serge dentée 2.1 est elle reliée au moyeu 1 .2, 2.2. du mobile par des seconds bras déformables élastiquement 2.3.

Dans tous les cas le mobile est considéré comme étant monobloc car il est soit obtenu par gravage à partir des deux côtés d'une plaque sandwich silicium- oxyde de silicium - silicium soit obtenu par soudage (fusion bonding) au niveau des premier et second moyeux des éléments 1 , 2, soit à partir d'une plaque composite silicium - métal - silicium usinée selon les procédés DRIE et LIGA; la pièce finale étant monobloc.

De ce qui précède et notamment des différentes formes d'exécution décrites, il faut comprendre que le terme « monobloc >> utilisé dans la description et les revendications définit aussi bien un ensemble venu d'une seule pièce de fabrication qu'un ensemble obtenu par la solidarisation, par soudure, collage ou fusion bonding, de deux pièces usinées séparément. Ce qui importe pour le mobile horloger selon l'invention est qu'une fois terminé, il constitue un ensemble d'un seul tenant pouvant être manipulé facilement pour son montage dans une chaîne cinématique.