Domaine de l'invention

L'invention concerne un mécanisme d'échappement pour mouvement ou pièce d'horlogerie comportant au moins un balancier et au moins une roue d'échappement.

L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant une structure fixe et au moins un tel mécanisme.

L'invention concerne une pièce d'horlogerie comportant une structure fixe et au moins un tel mécanisme, ou/et au moins un tel mouvement d'horlogerie.

L'invention concerne le domaine des mécanismes d'horlogerie, et en particulier des mécanismes d'échappement.

Arrière-plan de l'invention

La performance horlogère requiert des mouvements de haute précision, avec un encombrement minimal, et un nombre réduit de composants, de façon à maîtriser les coûts de production, d'assemblage et de réglage. Les technologies « LIGA » ou « DRIE » permettent de réaliser des composants flexibles et précis, et de remettre complètement en question les architectures traditionnelles, caractérisées par un grand nombre de composants et par des réglages délicats.

Le document WO201 1 /1201 80 A1 ROLEX SA décrit un bloqueur de type ancre, avec deux bras chacun muni d'une palette pour attaquer la même roue dentée, avec deux bras élastiques reliant ce bloqueur à un châssis autorisant son pivotement, et un troisième élément élastique faisant sensiblement bistable.

Le document EP 2 037 335 A2 ENZLER & VON GUNTEN, décrit une ancre monobloc, de type ancre suisse, avec deux bras chacun muni d'une palette, et comportant des bras constitués par des lames flexibles liés à une structure et définissant un pivot fictif.

Le document EP 2 450 755 A1 NIVAROX décrit une roue d'échappement pour mécanisme d'horlogerie, comportant, coaxiales et synchrones en pivotement autour d'un axe de pivotement, une pluralité de roues dentées comportant au moins une première roue dentée d'impulsion dans un premier plan d'impulsion et au moins une deuxième roue dentée de libération dans un deuxième plan d'arrêt parallèle ou confondu avec le premier plan d'impulsion. La deuxième roue dentée de libération comporte au moins un équipage mobile lequel comporte, d'une part au moins une dent de libération mobile radialement par rapport à l'axe de pivotement et rappelée vers une position d'équilibre par des premiers moyens de rappel, et d'autre part au moins une dent de repos rappelée dans un premier sens radial vers une position de butée par des seconds moyens de rappel. La dent de libération comporte des moyens d'entraînement agencés pour, quand cette dent de libération se meut dans un deuxième sens radial opposé au premier sens radial, coopérer avec des moyens d'entraînement complémentaire que comporte la dent de repos pour entraîner la dent de repos dans le deuxième sens radial. Les moyens d'entraînement, quand la dent de libération se meut dans le premier sens radial, sont agencés pour se mouvoir à distance des moyens d'entraînement complémentaire sans entraîner la dent de repos.

Le document EP 2 105 806 A1 GIRARD PERREGAUX SA décrit un châssis déformable définissant deux axes orthogonaux, comportant un ressort-lame en flambage dans sa plus grande dimension et agencé pour restituer de l'énergie lors des changements de forme de la lame bistable. Le document EP 2 221 677 A1 ROLEX SA décrit un échappement à détente avec une bascule pivotant à rencontre d'un ressort qui pousse un élément d'arrêt de cette bascule vers la roue d'échappement, la bascule porte un élément de dégagement qui coopère avec un doigt de dégagement porté par un plateau mobile en position par rapport au plateau de balancier sous l'effet des variations de vitesse du balancier.

Le document CH 60 81 3 A SHORTILL décrit un échappement à ancre dont la roue d'échappement comporte, de part et d'autre de son flasque, une alternance de dents coopérant avec des palettes d'ancre montées en opposition et se faisant face.

Le document EP 1 967 919 A1 ETA SA décrit un échappement à impulsions tangentielles comportant un cadre mobile en anneau, comportant des palettes agencées pour coopérer avec des dents d'un mobile d'échappement situé à l'intérieur de cet anneau.

Résumé de l'invention

L'invention ce propose de pallier les limites des architectures connues, en proposant des mécanismes compacts, de faible épaisseur, et économiques à produire.

A cet effet, l'invention concerne un mécanisme d'échappement pour mouvement ou pièce d'horlogerie comportant au moins un balancier et au moins une roue d'échappement, caractérisé en ce que la transmission d'impulsions entre ledit au moins un balancier et ladite au moins une roue d'échappement est réalisée par un mécanisme flexible monobloc comportant au moins un palpeur de coopération avec ladite au moins une roue d'échappement ou respectivement ledit au moins un balancier, et en ce que ledit mécanisme flexible monobloc est relié par au moins une lame flexible à une structure fixe de ladite pièce d'horlogerie, ou respectivement à ladite au moins une roue d'échappement. L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant une structure fixe et au moins un tel mécanisme.

L'invention concerne une pièce d'horlogerie comportant une structure fixe et au moins un tel mécanisme, ou/et au moins un tel mouvement d'horlogerie.

Description sommaire des dessins

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :

- les figures 1 à 10 représentent, de façon schématisée et en élévation, les différentes étapes de la cinématique d'une variante particulière de mécanisme d'échappement avec un guidage à rigidité nulle, qui est schématisé globalement en figure 1 1 dans une autre variante simplifiée ;

- la figure 12 représente, sous forme d'un schéma-blocs, une pièce d'horlogerie avec un mouvement comportant un tel mécanisme.

Description détaillée des modes de réalisation préférés

De nombreux mécanismes horlogers peuvent être réalisés, avec un nombre réduit de composants, et de préférence en utilisant des composants réalisés en silicium, ou par un procédé LIGA ou DRIE, en comportant des zones flexibles.

Ces zones flexibles peuvent être utilisées pour réaliser des guidages, notamment en pivotement, ou/et pour réaliser des moyens de rappel élastique.

On appelle dans la suite de l'exposé «guidages flexibles» des guidages linéaires ou rotatifs comportant une ou plusieurs lames flexibles. Leurs avantages sont nombreux, et on citera en particulier: précision, absence de friction, absence d'hystérèse, absence d'usure, aucun besoin de lubrification, absence de grippage, fabrication monolithique. Les limitations les plus fréquentes sont : limitation des déplacements, faible intensité des forces ou couples de rappel, cinématique parfois complexe, limitation de la charge supportée.

Les guidages flexibles peuvent être modifiés afin d'avoir une rigidité nulle ou pour présenter un état bistable dans le cas d'un composant travaillant en flambage sous l'action d'efforts exercés de part et d'autre d'une direction moyenne, de part et d'autre de laquelle ce composant peut occuper deux états stables différents.

L'invention est applicable à un mécanisme d'échappement 1 00 pour mouvement 900 ou pièce d'horlogerie 1000 comportant au moins un balancier 300 et au moins une roue d'échappement 400.

Selon l'invention, la transmission d'impulsions entre ledit au moins un balancier 300 et ladite au moins une roue d'échappement 400 est réalisée par un mécanisme flexible monobloc 500. Ce mécanisme flexible monobloc 500 comporte au moins un palpeur 600 de coopération avec ladite au moins une roue d'échappement 400 ou respectivement ledit au moins un balancier 300. Ce mécanisme flexible monobloc 500 est relié par au moins une lame flexible 700, ou de préférence par une pluralité de lames flexibles constituant des moyens de rappel élastique, à une structure fixe 800 de ladite pièce d'horlogerie 1 000, ou respectivement à ladite au moins une roue d'échappement 400.

Une application particulière est illustrée par les figures 1 à 1 1 , et concerne un mécanisme d'échappement 1 00 avec un guidage à rigidité nulle, et à mobilité sensiblement paraxiale.

Le mécanisme flexible monobloc 500 qu'il comporte est aussi appelé bloqueur. II comporte une pluralité de lames flexibles 700 qui sont des lames flexibles précontraintes en flambage 1 13.

Ce mécanisme 100 comporte un cadre mobile 1 1 1 articulé par des lames flexibles 1 13 par rapport à des ancrages fixes 1 1 2. Ces lames flexibles 1 1 3 sont des poutres travaillant en flambage.

Les lames flexibles 1 1 3 sont prolongées, dans la variante des figures 1 à 10, par des ressorts 13. Ces ressorts 13 sont solidaires de masses 80, qui sont, ou bien fixées rigidement sur la structure fixe 800, ou bien qui ont un faible degré de liberté par rapport à cette structure 800, comme sur les figures 1 à 10 où les masses 80 comportent des oblongs 81 , qui donnent un degré de liberté, selon une petite course limitée, par rapport à des pions 1 12 que comporte la structure rigide 800. Ce degré de liberté est selon une seule direction Y, dite ordonnée.

Un excentrique 83 dans une lumière 84 d'une masse 80 est prévu, de préférence de chaque côté, pour effectuer un préarmage.

Le cadre mobile 1 1 1 comporte au moins au moins un ressort de charge lui donnant une rigidité nulle.

Ce cadre mobile 1 1 1 , qui est l'équivalent d'une ancre, porte une fourchette 1 14 avec des cornes 1 15 et un dard 1 16. Cette fourchette 1 14 est analogue à celle d'une ancre suisse, avec toutes les sécurités anti-rebat et anti-galop.

Dans l'application illustrée par les figures, le cadre mobile 1 1 1 entoure complètement la roue d'échappement 400, dont il est coplanaire.

Ainsi, en somme, ce mécanisme flexible monobloc 500 est un bloqueur qui comporte au moins un cadre mobile 1 1 1 porteur de becs de repos 1 19, qui sont agencés pour coopérer avec des dents 1 18 que comporte la roue d'échappement 400, une pluralité de telles lames flexibles 700 qui sont des lames flexibles précontraintes en flambage 1 13, et une fourchette 1 14 porteuse de cornes 1 15 pour coopérer avec une cheville 1 17 du balancier 300.

Une roue d'échappement 400 comporte des dents d'impulsion 1 18A, 1 1 8B, etc.. disposées à angle égal les unes des autres (60° sur les figures 1 à 10, 90° sur la figure 1 1 ).

De préférence, les becs de repos 1 19 sont disposés par paires opposées. Dans la réalisation des figures, une première paire de becs 1 19A, 1 19C est alignée selon une première direction X, dite abscisse, selon laquelle s'étend et se déplace la tige de fourchette 1 14 ; et une deuxième paire de becs 1 19B, 1 19D, s'étend selon une deuxième direction Y, dite ordonnée, perpendiculaire à la première direction X.

Ces dents d'impulsion 1 18 peuvent coopérer avec des dents appelées becs de repos 1 19A, 1 19B, 1 19C, 1 19D, du cadre mobile 1 1 1 , ici disposées à 90° les unes des autres.

Le balancier 300 et le petit plateau 30 et le grand plateau 31 sont similaires à ceux d'une ancre suisse classique. Ce cadre mobile 1 1 1 est, de façon préférée, mobile de façon sensiblement paraxiale, et se déplace essentiellement selon la direction X. Selon la conception de l'invention, ce cadre mobile 1 1 1 peut effectuer des déplacements de faible amplitude selon la direction des ordonnées Y, dans une limite définie par le débattement des lames flexibles 1 13 et des ressorts 13, ces déplacements en Y autorisent la prise de butée, ou, à l'inverse, le dégagement de butées.

Sur la version particulière des figures 1 à 10, le cadre mobile 1 1 1 comporte des faces d'arrêt 1 1 selon la direction X, qui coopèrent ou non, selon la position du cadre mobile 1 1 1 , avec des butées de limitation 12.

En somme, le bloqueur 500 comporte au moins le cadre mobile 1 1 1 , les lames flexibles 1 13, et la fourchette 1 14 porteuse des cornes 1 15.

L a cinématique du mécanisme de la figure 1 1 se déroule comme suit : Lorsque la cheville de plateau 1 17 entre en contact avec la corne 1 15 d'entrée, un bec de repos 1 19A du cadre mobile 1 1 1 libère sans recul la roue d'échappement 400, et la dent 1 18B de la roue d'échappement 400, sensiblement à l'équerre de la bec de repos 1 19A, effectue une impulsion tangentielle sur le cadre mobile 1 1 1 de l'ancre au niveau d'un bec de repos 1 19B. A la fin de l'impulsion, la dent 1 18C de la roue d'échappement est stoppée par la dent correspondante 1 19C sur l'ancre. Le cycle d'impulsion se reproduit de manière similaire avec les dents 1 18D et 1 19D.

Une charge plus importante des lames flexibles 1 13 peut créer un système bistable. La position de la dent d'impulsion 1 18B par rapport à la bec de repos 1 19A peut amener l'ancre près de l'instabilité. Il en résulte que l'ancre 1 1 1 fournit une impulsion via la roue d'échappement 400 et l'énergie stockée dans les lames flexibles 1 13.

Le système présente toutes les sécurités de l'échappement à ancre suisse.

Pour la variante des figures 1 à 10, la cinématique se décompose comme suit :

- figure 1 : dégagement. Le balancier pivote en sens horaire. La dent 1 18C qui était en prise avec le bec de repos 1 19C commence à s'en libérer, pendant le mouvement de translation vers la gauche, en X-, sur la figure, du cadre mobile 1 1 1 . Celui-ci est, au début du dégagement, proche de sa fin de course en X+.

- figure 2 : début d'impulsion. La dent 1 18C est complètement libérée, la roue d'échappement 400 pivote, la corne 1 15 donne l'impulsion à la cheville 1 17, le cadre mobile est rappelé en X- sous l'effet de l'impulsion donnée par la dent 1 18B au bec 1 1 9B.

- figure 3 : fin d'impulsion. Les lames bistables 1 1 3 viennent de passer leur position bistable. Le cadre mobile 1 1 1 a parcouru sa course ΘΠ X-, sous l'effet du rappel élastique des lames 1 13, et est en fin de course en X-.

- figure 4 : prise de repos. La dent 1 18A vient en prise sur le bec de repos 1 19A.

- figure 5 : repos total. La dent 1 1 8A est au repos sur le bec de repos

1 1 9A. Le balancier 300 parcourt l'arc supplémentaire et arrive à son point d'inversion.

- figure 6 : dégagement. Le balancier 300 pivote en sens anti-horaire. La cheville 1 17 revient coopérer avec les cornes 1 1 5, pour mouvoir le cadre mobile 1 1 1 en X+, suffisamment pour dégager la dent 1 18A du bec 1 1 9A.

- figure 7 : début d'impulsion. La dent 1 18A est libérée du bec 1 19A. La roue 1 18 pivote. Le cadre mobile 1 1 1 poursuit sa course en X+, sous l'effet de l'entraînement du bec 1 19D par la dent 1 18D.

- figure 8 : fin d'impulsion. Les lames bistables 1 1 3 viennent de passer leur position bistable. Le cadre mobile 1 1 1 a parcouru sa course en X+, et est en fin de course en X+. La dent 1 1 8C approche du bec de repos 1 19C.

- figure 9 : prise de repos. La dent 1 1 8C est en appui sur le bec de repos 1 19C.

- figure 10 : repos total. La dent 1 18C est au repos sur le bec de repos 1 19C. Le balancier 300 parcourt l'arc supplémentaire et arrive à son point d'inversion.

- le cycle continue selon la figure 1 , mais, bien sûr, avec d'autres dents de la roue d'échappement.

De façon avantageuse, dans cette variante des figures 1 à 1 0, la force donnée par les ressorts de charge 12 est supérieure de 10 à 15% à la force limite de flambage des lames flexibles 1 1 3, ceci afin d'assurer le positionnement du cadre 1 1 1 , par ses faces d'arrêt 1 1 , contre les butées de limitation 12.

La force de ces ressorts de charge a aussi une limite supérieure, afin d'assurer l'auto-démarrage, et cette limite est fonction de l'inertie du balancier.

Le mécanisme bloqueur est ici représenté a un seul niveau. Il est aussi possible de le réaliser sur plusieurs niveaux, en particulier avec chacun des becs (impulsion et repos) sur un niveau différent.

Dans un exemple particulier de réalisation, pour un balancier oscillant à 4 Hz, et un tel mécanisme bloqueur 500 réalisé en silicium, dans un wafer de hauteur 0, 15 mm, avec une course de bloqueur de +/- 0,35 mm, et un repos total de 0,05 mm, on obtient un fonctionnement correct, qui assure aussi l'auto-démarrage, avec les différentes configurations suivantes :

- inertie de balancier 4 mg.cm2 ; longueur de lame flexible 5,0 mm ; épaisseur de lame 0,02 mm, force critique flambage 5,8 mN, ressort de charge 6,9 mN ;

- inertie de balancier 9 mg.cm2 ; longueur de lame flexible 5,0 mm ; épaisseur de lame 0,02 mm, force critique flambage 5,8 mN, ressort de charge 6,9 mN ;

- inertie de balancier 9 mg.cm2 ; longueur de lame flexible 5,0 mm ; épaisseur de lame 0,02 mm, force critique flambage 5,8 mN, ressort de charge 7,2 mN ;

- inertie de balancier 4 mg.cm2 ; longueur de lame flexible 1 ,7 mm ; épaisseur de lame 0,01 mm, force critique flambage 6,2 mN, ressort de charge 7,2 mN.

L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie 900 comportant au moins un tel mécanisme flexible, et notamment comportant une structure fixe 800 et au moins un tel mécanisme 100. L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie 1 000, notamment une montre, comportant au moins un tel mouvement d'horlogerie 900, ou/et au moins un tel mécanisme flexible, notamment comportant une structure fixe 800 et au moins un tel mécanisme 100.