Montre-bracelet électronique
La présente invention concerne une montre-bracelet électronique comprenant un élément étalon de fréquence, au moins un circuit intégré pour établir en coopération avec ledit étalon de fréquence un signal ayant la fréquence déterminée par cet étalon et pour diviser la fréquence de ce signal, un moteur pas à pas agencé pour entrainer au rythme d'un pas par seconde ou par fraction de seconde des organes indicateurs de l'heure, ledit circuit intégré étant agencé pour diviser la fréquence de l'élément étalon jusqu'à la fréquence correspondant au rythme d'entrainement du moteur pas à pas, et un circuit imprimé sur lequel est monté ledit circuit intégré et auquel sont raccordés ledit élément étalon de fréquence et ledit moteur pas à pas.
Une telle montre dont tous les composants doivent être de dimensions très réduites, pose des problèmes de montage et de câblage. II est notamment souhaitable que la partie électronique et la partie mécanique puissent être démontées indépendamment l'une de l'autre, et il importe d'éviter dans toute ia mesure du possible l'obligation d'avoir à faire des soudures pour le raccordement des composants électroniques alors que ceuxci sont déjà montés dans la montre.
L'utilisation d'un circuit imprimé permet déjà, de manière classique, d'économiser une grande partie du travail de câblage.
Les éléments électroniques, par exemple le ou les circuits intégrés, qui sont montés sur le circuit imprimé, peuvent être soudés à ce luici alors qu'il n'est pas encore monté dans la montre. Le montage d'éléments sur un circuit imprimé implique toutefois le fait que ce circuit ait une certaine rigidité, condition pour obtenir une fixation de l'ensemble qui soit sûre et présente une bonne résistance aux chocs. Si, par exemple, le circuit intégré était fixe sur un circuit imprimé n'ayant pas une rigidité suffisante, I'apparition de chocs engendrerait des efforts inégalement répartis et créant donc un plus grand risque d'endommagement. Les circuits imprimés classiquement utilisés ont la rigidité voulue et donnent donc satisfaction sur ce point.
Pour la connexion au circuit imprimé des composants qui ne sont pas montés sur lui, on a recours, avec les circuits imprimés classiques rigides, à une liaison par fils souples, la plupart du temps soudés sur le circuit imprimé. Lorsque ces composants font partie de l'ensemble électronique, comme par exemple l'élément étalon de fréquence, cette soudure ne pose pas de probléme; on peut l'effectuer préalablement et, lors de la mise en place de l'ensemble électronique, le circuit imprimé, les éléments portés par celui-ci et les éléments non portés par celui-ci mais déjà raccordés à celui-ci, sont montés dans la montre en une même opération.
Pour les composants non pas électroniques mais mécaniques qui doivent toutefois avoir une liaison électrique avec l'ensemble électronique, c'est-à-dire en particulier pour le moteur pas à pas, I'utilisation de fils souples à souder s'avère peu commode et a le grand désavantage de nécessiter des soudures à effectuer dans la montre même, ces soudures étant par ailleurs à défaire et à refaire lors de chaque démontage soit de l'ensemble mécanique, soit de l'ensemble électronique. On peut, bien sûr, utiliser, au lieu de soudures, des raccordements par éléments de connexion fixés à demeure, d'une part, à l'extrémité de fils souples et, d'autre part, soit sur le circuit imprimé, soit sur l'élément à raccorder à celui. Une telle construction reste cependant compliquée et encombrante.
On pourrait envisager d'effectuer un raccordement par éléments de connexion sans passer par l'intermédiaire de fils souples, mais cette solution s'avère défavorable du fait de la rigidité du circuit imprimé qui, pour un raccordement exempt de fils souples avec un élément mécanique rigidement monté dans la montre, exclut la présence du jeu et de la souplesse nécessaires à un raccordement électrique convenable au moyen d'éléments de raccordement.
On connait d'autre part des circuits imprimés dits circuits imprimés souples qui ont approximativement 0,1 mm d'épaisseur et qui ont été utilisés jusqu'ici, à la connaissance du déposant, uniquement pour remplacer des torches de fils conducteurs pour le câblage d'appareils, mais qui, du fait qu'ils ne sont pas rigides, ne se prêtent pas, dans l'état où ils se présentent naturellement, au montage sur eux de composants électroniques comme par exemple un circuit intégré. Ces circuits imprimés souples, d'un usage intéressant en tant que simples raccordements, n'ont donc pas pu être utilisés en tant que circuits imprimés constituant à la fois le câblage et le support pour des composants comme cela est classique avec les circuits imprimés rigides.
Le but de la présente invention est de fournir une montre-bracelet électronique du type sus-indiqué dans laquelle le problème des raccordements, notamment entre l'ensemble électronique et l'ensemble mécanique, soit résolu d'une manière avantageuse, ne nécessitant pas l'emploi de fils souples à souder ou à raccorder en place, tout en permettant un démontage et un remontage facile aussi bien de l'ensemble électronique que de l'ensemble mécanique.
Dans ce but. la présente invention propose une montre-bracelet du type sus-indiqueé, qui est caractérisée en ce que ledit circuit imprimé est formé d'un circuit imprimé souple dont au moins la partie sur laquelle est monté ledit circuit intégré est renforcée par une semelle de rigidité et dont au moins la partie à laquelle est raccordé ledit moteur est laissée exempte de semelle de rigidité et porte des éléments de raccordement électriques pour ledit moteur pas à pas, de manière telle que le branchement et le débranchement dudit moteur audit circuit imprimé soient possibles par simple flexion de la partie du circuit imprimé ainsi laissée souple, lesdits éléments de raccordement se déplaçant alors avec la flexion de cette partie souple du circuit imprimé pour venir en engagement ou hors d'engagement avec des éléments de connexion correspondants solidaires du moteur.
Dans une forme d'exécution particulièrement avantageuse par laquelle on vise à obtenir un gain de place notable en situant les éléments de connexion solidaires du moteur en dehors du plan superficiel de la partie renforcée du circuit imprimé sur laquelle est monté le circuit intégré, la montre-bracelet en question est encore caractérisée en ce que ladite partie du circuit imprimé laissée souple se situe partiellement dans un plan différent de celui de la partie renforcée de ce circuit imprimé. ladite partie souple présentant au moins un pli permanent qui lui est imparti en un endroit où la section du cuivre restant plaqué sur le support isolant souple du circuit imprimé est, par rapport à la section de ce support isolant, d'importance telle que la malléabilité du cuivre assure la permanence du pli.
Avantageusement également, ledit élément étalon de fréquence comprend un cristal de quartz et est tenu dans la montre à proximité de la partie renforcée, par des conducteurs doués d'une certaine souplesse. Ainsi, la nécessaire liaison galvanique entre le circuit imprimé et l'élément étalon de fréquence n'introduit qu'un couplage mécanique limité du fait de la souplesse des fils et, de plus, du fait que les extrémités de ces fils sont soudées sur la partie renforcée du circuit imprimé, lettrés faible couplage mécanique résiduel qui ne peut jamais être totalement éliminé est par contre bien déterminé et stable, ne risquant pas de se modifier par une quelconque nexion ou torsion de la partie de circuit imprimé à laquelle les conducteurs souples venant de l'élément étalon de fréquence sont raccordés.
Avantageusement, l'élément étalon de fréquence à cristal de quartz est tenu dans la montre par une bride élastique l'appuyant dans un logement contre un coussin amortisseur; on obtient ainsi une amélioration de la tenue mécanique et électrique de cet élément étalon de fréquence dans le cas où la montre subit des chocs.
Avantageusement encore, pour faciliter le montage et le démontage des ensembles électrique et électronique tout en réalisant un gain de place, la montre-bracelet en question est en outre caractérisée en ce que ledit moteur est situé au moins partiellement sous la partie du circuit imprimé laissée souple, la position en plan du moteur par rapport aux parties laissées souples et renforcées du circuit imprimé étant, en relation avec la courbure élastique maximum susceptible d'être subie sans dommage par le circuit imprimé souple, telle qu'une nexion élastique de ladite partie laissée souple permette de libérer le passage nécessaire à l'enlèvement du moteur.
Le dessin annexé illustre, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention; dans ce dessin:
La fig. I est une vue d'ensemble d'une montre-bracelet électro
nique depuis le côté du fond de la boîte de montre, ce fond étant
enlevé.
La fig. 2 est une vue en perspective du circuit imprimé dont est munie la montre représentée à la fig. 1, avec une semelle de rigidité disposée sous une partie de ce circuit imprimé, et
la fig. 3 est une vue en coupe, selon la ligne 111-111 de la fig. 1, montrant la manière dont est maintenu et raccordé l'élément étalon de fréquence à quartz de la montre-bracelel.
La fig. I représente une montre-bracelet désignée par le signe de référence général 1. Cette figure montre, d'une manière simplifiée, la disposition des divers composants électroniques et mécaniques dans la montre-bracelet; cette vue simplifiée représente les divers composants tels qu'on les verrait depuis le côté du fond de la boite de montre une fois que ce fond serait enlevé.
On voit tout d'abord sur la fig. I un élément étalon de fréquence 2 constitué par un cristal de quartz. On reviendra plus loin, en liaison avec la fig. 3, sur la manière particulière dont cet élément étalon à quartz est monté dans la montre. On voit également un circuit imprimé 3 qui comporte deux parties, 3a et 3b, ce circuit imprimé étant du type circuit imprimé souple d'une épaisseur totale (support en matière isolante et cuivre) de l'ordre de l/lOmm. La partie 3a du circuit imprimé est renforcée par une semelle de rigidité 4 collée sous le circuit imprimé. La fig. 2 montre d'une manière plus précise comment le circuit imprimé et la semelle de rigidité sont disposés l'un par rapport à l'autre; on comprendra mieux la disposition montrée en plan sur la fig. I en considérant simultanément la vue en perspective de la fig. 2.
Le circuit imprimé souple est formé de mylar cuivré ou éventuellement d'une matière polyimide cuivrée vendue par exemple sous le nom de kapton . Ce circuit imprimé, d'une épaisseur d'approximativement l/lOmm, est très souple et ne se prêterait pas comme tel à la fixation sur lui de composants électroniques.
La semelle de rigidité 4, comme on le voit sur la fig. I et mieux encore sur la fig. 2, confère à la partie 3a du circuit imprimé souple, une rigidité comparable à celle des circuits imprimés classiques.
Cette semelle de rigidité 4 est avantageusement collée sous la partie 3a du circuit imprimé souple; elle est faite de préférence de verre époxy ou éventuellement d'aluminium eloxé ou d'une autre métal; il est préférable pour cette semelle d'utiliser un matériau isolant ou un matériau non isolent mais isolé, cette condition n'est cependant pas obligatoire.
On voit que, sur la partie 3a, renforcée, du circuit imprimé 3, se trouve monté un circuit intégré 5. Ce circuit intégré comporte, à échelle miniature, tous les éléments électroniques nécessaires tout d'abord pour établir une oscillation à fréquence élevée en coopération avec l'étalon de fréquence à quartz 2, ensuite pour diviser cette fréquence, de préférence à l'aide d'éléments flip-flop comportant des transistors à effet de champ MOS complémentaires, jusqu'à une fréquence de l'ordre de I Hz, et enfin pour fournir, à la fréquence de l'ordre de 1 Hz, les impulsions nécessaires à l'avance d'un moteur pas à pas 6.
Dans la montre-bracelet électronique décrite, on utilise avantageusement comme moteur pas à pas un moteur qui avance d'un pas sous l'effet de chacune d'une suite d'impulsions alternées, c'est-à-dire un moteur qui nécessite une impulsion électrique une fois dans un sens et une fois dans l'autre, ce qui signifie qu'en fait la fréquence jusqu'à laquelle on doit diviser la fréquence étalon pour entrainer le moteur pas à pas est une fréquence de 0,5 Hz, donc une fréquence qui présente à un instant donné une alternance dans un sens et une seconde après, une alternance dans l'autre sens.
On peut considérer l'étage du circuit intégré 5 qui fournit cette fréquence d'un demi-Hertz soit comme étant le dernier étage du diviseur de fréquence, soit comme faisant partie des moyens de mise en forme de l'impulsion de sortie; cela ne tire aucunement à conséquence puisque tous les moyens électroniques nécessaires à l'obtention des impulsions convenablement mises en forme pour l'entraînement du moteur sont incorporés dans le circuit intégré 5. Le moteur pas à pas 6 est du type décrit dans le brevet suisse N 514181 et dans le mémoire exposé suisse N" 5353/70.
Dans la montre-bracelet électronique ci-décrite, les connexions électriques entre le circuit imprimé 3 et le moteur pas à pas 6 sont réalisées d'une manière exempte de fils conducteurs souples au moyen de deux éléments de raccordement 7 qui ont la forme de petites pinces et qui sont fixés sur la partie 3b du circuit imprimé 3. Les parties de pincement des pinces 7 débordent du circuit imprimé de manière telle que deux tétons électriquement conducteurs 8 qui forment les deux prises de connexion du moteur pas à pas 6 viennent s'y engager pour établir les connexions électriques entre ce moteur et le circuit imprimé. Une partie du moteur 6 est recouverte par la partie 3b du circuit imprimé, laquelle, n'ayant pas sous elle de semelle de rigidité, conserve la souplesse qui distingue les circuits imprimés de type souple.
Les tétons de raccordement 8 sortent du moteur pas à pas en des endroits de celuici qui ne sont pas situés sous la partie 3b du circuit imprimé et qui correspondent assez exactement, en plan, aux endroits ou se trouvent les parties de pincement des pincettes 7. Une des conditions pour établir une connexion électrique convenable est que l'un au moins des éléments qui viennent en contact ait une certaine souplesse de positionnement. Ceci est réalisé dans le cas présent par le fait que la partie 3b du circuit imprimé est souple. Pour décon
necter le moteur pas à pas 6 du circuit imprimé, il suffit donc de faire subir à cette partie 3b une flexion dirigée perpendiculairement au plan de la fig. I de telle manière que les parties de pincement des pinces 7 sortent d'engagement avec les tétons 8.
Le montage et le démontage séparés des composants électroniques (montés sur le circuit imprimé ou raccordés à celuici) et des composants mécaniques (dont fait partie le moteur pas à pas) peut donc s'effectuer d'une manière très simple, sans qu'il y ait besoin de procéder à des soudures une fois que les éléments sont montés dans la montre. Pour retirer le moteur pas à pas 6, dont une partie se trouve cachée derrière la partie souple 3b du circuit imprimé, on peut, après avoir fait subir à cette partie 3b une légère flexion pour déconnecter les pincettes 7 des tétons 8, faire fléchir encore davantage cette partie 3b, de manière à libérer le passage du moteur pas à pas dans le sens perpendiculaire au plan de la figure.
La disposition du moteur pas à pas par rapport au circuit imprimé doit cependant être telle que cette flexion de libération de passage pour le moteur puisse se faire sans aller au-delà de la limite de sollicitation que le circuit imprimé souple peut supporter sans dommages.
Dans la montre représentée à la fig. 1, on a, pour gagner de la place en vue de loger des rouages actionnés par le moteur pas à pas, surélevé le niveau auquel se trouve la partie souple 3b du circuit imprimé par rapport au niveau où se trouve la partie renforcée 3a de ce circuit imprimé. On a, pour cette raison, fait subir au circuit imprimé souple, avant le montage, un double pliage en 3c.
Ceci est visible d'une manière plus compréhensible sur la fig. 2.
Pour pouvoir effectuer ce pliage d'une manière permanente, on joue sur la malléabilité du cuivre recouvrant le circuit imprimé souple, et c'est la raison pour laquelle, à l'endroit de ce pli 3c, les conducteurs cuivrés subsistant sur le circuit imprimé ont une largeur maximum afin de maintenir une section de cuivre au moins
égale au quart de la section du support isolant en mylar ou en kapton du circuit imprimé souple (si la section de cuivre était trop faible par rapport à la section de support isolant, il serait très difficile, sinon impossible, de former le pli 3c pour qu'il subsiste de manière permanente).
Sur la fig. 1, on voit encore, à part les éléments déjà mentionnés, un élément de contact 11 qui amène, par l'intermédiaire d'un téton 10 et d'une pincette 9 semblables aux tétons 8 et aux pincettes 7, la tension d'alimentation sur le circuit imprimé. Cette tension est fournie par une pile 12 maintenue par une bride de serrage 13; un des pôles de la pile est la masse par l'intermédiaire de la bride de serrage 13 et l'autre s'appuie contre un contact de pile 14 qui vient lui-même en contact avec un endroit du circuit imprimé 3 dans la partie renforcée 3a de celui-ci.
Le contact de pile 14 est isolé de la masse et amène donc sur le circuit imprimé un potentiel différent de la masse, de sorte que, pour fournir les deux pôles d'alimentation au circuit imprimé, il suffit de relier un conducteur de ce circuit imprimé à la masse; c'est ce qui est réalisé avec l'élément de contact Il qui est relié à la masse et donc à l'autre pôle de la pile par l'intermédiaire de la bride de serrage 13.
On voit encore sur la fig. I un élément d'ajustage de la fréquence de l'oscillateur étalon, cet élément étant un condensateur variable miniature 16 monté sur la partie renforcée 3a du circuit imprimé.
Le circuit imprimé est fixé dans la montre à l'aide de deux vis de fixation 17 qui traversent la partie renforcée de ce circuit imprimé, de même que la semelle de rigidité située sous cette partie renforcée, et pour enlever le circuit imprimé, il faut donc dévisser ces deux vis 17 et il faut également dévisser un vis 18 qui, par l'intermédiaire d'une d'une bride de serrage 15, maintient en place l'élément étalon de fréquence 2 raccordé par conducteurs souples au circuit imprimé. On peut alors, aprés avoir préalablement enlevé la pile, enlever l'ensemble constitué par le circuit imprimé, les éléments portés par celuici (circuit intégré 5 et condensateur variable 16) et l'élément étalon de fréquence 2 raccordé à ce circuit im- primé.
Pour enlever la pile électrique 12, il y a lieu, de même, de dévisser une vis de fixation 19 qui maintient la bride 13 de serrage de la pile.
II faut noter encore, relativement à la fig. I, la présence de rouages 20, entraînés par le moteur pas à pas et agencés pour faire avancer les aiguilles indicatrices de l'heure (heures, minutes et secondes) de même que, le cas échéant, des éléments d'indication de la date. Avec le moteur pas à pas entraîné par les deux alternances d'une fréquence de 0,5 Hz, I'aiguille des secondes avancera d'une manière sautante à chaque seconde. On remarquera que, sur la fig. 1, les rouages 20 sont représentés d'une manière tout à fait schématique et qu'en fait leur encombrement pourra être différent de ce qui est montré sur cette figure.
La fig. 3 montre, par une vue en coupe selon la ligne 111-111 de la fig. 1, la manière dont est monté l'élément étalon de fréquence à quartz. Sur cette fig. 3, on voit la partie renforcée 3a du circuit imprimé et la semelle de rigidité 4 montée sur une platine ou une piéce similaire de la montre 23. Pour la clarté de l'illustration, on a encore représenté à l'arrière-plan le circuit intégré 5 et on a de même représenté le fond 21 de la boîte de montre qui était supposé enlevé dans l'illustration selon la fig. 1.
On voit que l'élément étalon de fréquence à quartz 2 est positionné juste à côté de la partie 3a renforcée du circuit imprimé, dans un logement longitudinal 24 ménagé dans la platine 23. Cet étalon de fréquence à quartz, qui comporte un cristal de quartz encapsulé dans un boîtier étanche, repose sur le fond du logement 24 par l'intermédiaire d'un coussinet d'amortissement 22.
On voit d'autre part que la bride 15 est doublement coudée de manière à définir trois parties: une partie 1 Sa par laquelle la bride est fixée sur la platine au moyen de la vis 18, une partie 15b perpendiculaire à la platine et s'élevant verticalement à côté du boitier d'encapsulement du quartz, et une partie 15c faisant un coude par rapport à la partie 15b et venant maintenir le boîtier d'encan sulement du quartz par le dessus de celuici.
Cette partie 1 5c n'est pas tout à fait horizontale mais légèrement oblique, de manière qu'elle n'appuie pas sur le haut du boîtier d'encapsulement du quartz à l'endroit où se trouve le coude reliant la partie 15c à la partie 15b. Ainsi donc, par une légère flexion de la bride à l'endroit de ce coude, la partie 15c qui appuie sur le dessus du boîtier
d'encapsulement du quartz peut effectuer un léger mouvement élastique vertical. La double élasticité du maintien de l'élément étalon de fréquence à quartz 2, d'une part, par le coussinet d'amortissement 22 et, d'autre part, par la partie flexible 15c de la bride 15, permet une suspension élastique de l'élément contenant
le quartz, ce qui protège efficacement ce dernier des chocs trop rudes que pourrait subir la montre-bracelet.
Deux fils conducteurs sortent du boîtier d'encapsulement du quartz et sont reliés par soudure sur la partie renforcée 3a du circuit imprimé 3. Ces fils conducteurs sont des fils souples de ma- nitre à éliminer dans toute la mesure du possible un couplage me- canique entre le boitier d'encapsulement du quartz et les autres éléments de la montre. Il est clair qu'on ne peut jamais supprimer totalement un léger couplage mécanique et il est de ce fait bon que les extrémités des conducteurs semi-souples qui connectent l'élément à quartz 2 soient soudées sur des parties du circuit imprimé relativement rigides; de cette manière, le couplage mécanique résiduel, s'il ne peut pas être éliminé, est au moins exactement défini et ne risque pas de subir des variations du fait d'une éventuelle flexion ou torsion du circuit imprimé.
C'est la raison pour laquelle, dans la montre-bracelet décrite, les extrémités des fils de connexion de l'élément à quartz sont soudées sur la partie renforcée du circuit imprimé.
La montre-bracelet électronique qui vient d'être décrite présente donc des avantages notables concernant son montage et sa simplicité de construction; elle permet un montage indépendant des composants mécaniques d'une part et des composants électro- niques d'autre part, et elle permet d'assurer une mise en place de l'élément étalon de fréquence à quartz d'une manière qui préserve celui des chocs dans toute la mesure du possible.
II est important de noter encore que les traces de conducteurs cuivre de circuit imprimé qui sont dessinés sur le circuit imprimé représenté à la fig. 1 ont eté portées sur cette figure uniquement pour en améliorer la compréhension en faisant bien voir que l'élé- ment 3 est un circuit imprimé. Ces traces ne sont par contre pas à considérer comme correspondant effectivement aux lignes de connexion appelées à relier les différents composants éloetroniques et/ou les différents éléments de raccordement.
Le tracé des connexions en plaquage cuivre du circuit imprimé de la montre électronique pourrait tout aussi bien être (et sera vraisemblablement dans la pratique) différent de ce qui est montré à la fig. 1, ceci aussi bien en ce qui concerne le dessin constitué par ce tracé qu'en ce qui concerne les différents points de connexion des composants qui se trouvent reliés par ce tracé.