CH700496B1 - Palier antichoc pour pièce d'horlogerie. - Google Patents

Abstract

Le palier antichoc pour pièce d’horlogerie comprend un corps (4), un coussinet (16) monté dans le corps (4) et présentant un trou (20) apte à recevoir un pivot (2), des moyens élastiques (19) agissant axialement sur le coussinet (16) et des moyens de guidage pour forcer le coussinet (16) à se déplacer sensiblement uniquement axialement à l’encontre de l’action axiale exercée par les moyens élastiques (19) lors d’un déplacement radial du pivot (2), et est caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage sont constitués par lesdits moyens élastiques (19).

Description

  [0001]    La présente invention concerne un palier antichoc pour un mobile d'une pièce d'horlogerie, notamment pour le balancier d'une pièce d'horlogerie mécanique.

  

[0002]    Dans un mouvement d'horlogerie mécanique, les axes du balancier et des mobiles de l'échappement et du rouage sont terminés par des pivots qui tournent dans des paliers. Ces pivots sont généralement assez fins, et donc fragiles. Les paliers antichoc sont conçus pour protéger les pivots en autorisant, lors d'un choc, un mouvement axial et/ou radial de l'axe du mobile à l'encontre de moyens élastiques jusqu'à ce qu'une partie de l'axe plus résistante que les pivots bute contre un appui fixe du palier, les moyens élastiques ramenant l'axe dans sa position initiale après le choc.

  

[0003]    En pratique, les moyens élastiques agissent, directement ou indirectement, sur le coussinet, c'est-à-dire la pièce creuse du palier qui reçoit le pivot. Pour faire en sorte que le coussinet, et donc l'axe du mobile, se retrouvent dans leur position initiale centrée après le choc, il est bien connu de prévoir dans la cavité du palier qui loge le coussinet une surface tronconique coopérant avec une surface tronconique solidaire du coussinet sous l'effet d'une pression axiale exercée sur le coussinet par les moyens élastiques. Cet agencement, bien que couramment utilisé, peut souffrir d'un manque de fiabilité. Il arrive en effet qu'après le choc, la surface tronconique solidaire du coussinet se bloque dans une position inclinée sur la surface tronconique de la cavité au lieu de se recentrer dans cette dernière.

   Des exemples de tels paliers peuvent être trouvés, notamment, dans les brevets CH 563 610 et CH 546 975.

  

[0004]    Des alternatives évitant l'emploi des deux surfaces tronconiques de recentrage précitées ont été proposées dans les brevets US 3 922 041, CH 4 956/73 et EP 1 696 286. Dans ces paliers, le coussinet est soumis à une action élastique non seulement axiale mais aussi radiale. L'action élastique radiale permet le recentrage du coussinet après le choc. Un inconvénient de ces paliers est que le pivot peut facilement osciller radialement sous l'effet de petits mouvements subis par la pièce d'horlogerie, ce qui nuit à la précision de positionnement de l'axe du mobile. Un risque d'oscillation résonante peut même exister.

  

[0005]    Une autre alternative est proposée dans le brevet CH 372 604. Elle consiste à placer le coussinet dans un logement cylindrique du palier, à le soumettre à une action élastique axiale et à faire coopérer le trou, cylindrique, du coussinet avec un pivot conique de sorte que le coussinet, guidé par la paroi du logement cylindrique, se déplace uniquement axialement lors d'un mouvement du pivot à composante radiale. Ce palier est ainsi conçu, en principe, pour maintenir le coussinet toujours centré, même pendant un choc radial. Toutefois, un jeu radial existe entre le coussinet et la paroi du logement cylindrique pour permettre la mobilité axiale du coussinet. Ce jeu nuit à la précision du positionnement de l'axe du mobile.

   De plus, des frottements peuvent se produire entre le coussinet et la paroi du logement cylindrique pendant les déplacements axiaux du coussinet. Ces frottements entraînent des risques d'usure et donc de dégradation des performances du palier.

  

[0006]    La présente invention vise à remédier aux inconvénients susmentionnés et propose à cet effet un palier antichoc pour pièce d'horlogerie comprenant un corps, un coussinet monté dans le corps et présentant un trou apte à recevoir un pivot, des moyens élastiques agissant axialement sur le coussinet et des moyens de guidage pour forcer le coussinet à se déplacer sensiblement uniquement axialement à l'encontre de l'action axiale exercée par les moyens élastiques lors d'un déplacement radial du pivot, caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage sont constitués par lesdits moyens élastiques.

  

[0007]    Ainsi, à la différence du palier selon le document CH 372 604, le palier selon l'invention comporte des moyens élastiques qui sont agencés non seulement pour agir axialement sur le coussinet mais également pour guider le coussinet dans la direction axiale lors d'un choc radial. Un tel guidage élastique permet au coussinet de se déplacer sans frottement et sans jeu radial. Il évite aussi les risques d'oscillation et de résonance radiales du coussinet. Enfin, comme le coussinet reste en permanence centré, même sous l'effet d'un choc radial, le palier selon l'invention ne pose pas de problème de recentrage.

  

[0008]    De préférence, les moyens élastiques sont précontraints axialement pour maintenir le coussinet contre une butée axiale du corps lorsque le pivot est dans sa position normale. Une telle précontrainte définit un seuil déterminé au-delà duquel un choc entraînera un déplacement du coussinet. Elle permet en outre d'éviter tout risque d'oscillation et de résonance axiales du coussinet.

  

[0009]    Des modes de réalisation particuliers de l'invention sont définis dans les revendications dépendantes annexées 3 à 14.

  

[0010]    D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante d'un mode de réalisation préférentiel faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:
<tb>la fig. 1 <sep>est une demi-vue en perspective d'un palier antichoc pour pièce d'horlogerie selon un premier mode de réalisation de l'invention coopérant avec un pivot, le palier et le pivot étant montrés dans une position de fonctionnement normal;


  <tb>la fig. 2 <sep>est une vue plane de dessus du palier selon le premier mode de réalisation de l'invention;


  <tb>la fig. 3 <sep>est une vue en perspective de dessus d'une pièce monobloc déformable faisant partie du palier selon le premier mode de réalisation de l'invention;


  <tb>la fig. 4 <sep>est une vue en perspective de dessous de la pièce monobloc déformable;


  <tb>la fig. 5 <sep>est une vue en coupe axiale du palier selon le premier mode de réalisation de l'invention prise suivant la ligne V-V de la fig. 2 et montrant le palier lors d'un choc axial;


  <tb>la fig. 6 <sep>est une vue en coupe axiale du palier selon le premier mode de réalisation de l'invention prise suivant la ligne VI-VI de la fig. 2 et montrant le palier lors d'un choc radial;


  <tb>la fig. 7 <sep>comporte des vues en section schématiques (fig. 7(a) à 7(d)) montrant comment est formé un trou pyramidal d'un coussinet du palier selon l'invention;


  <tb>la fig. 8 <sep>est une demi-vue en perspective d'un palier antichoc pour pièce d'horlogerie selon un second mode de réalisation de l'invention;


  <tb>la fig. 9 <sep>est une vue en coupe axiale partielle d'un coussinet selon une variante des premier et second modes de réalisation de l'invention.

  

[0011]    En référence aux fig. 1 à 4, un palier 1 selon un premier mode de réalisation de l'invention, servant à y faire tourner une extrémité ou pivot 2 de l'axe 3 d'un mobile d'horlogerie, tel que l'axe d'un balancier, tout en protégeant ce pivot 2 contre les chocs, comprend un corps ou support de palier 4 et une pièce monobloc déformable 5. Le corps 4 et la pièce monobloc déformable 5 sont symétriques autour d'un axe imaginaire 6 qui, en position normale du pivot 2, est confondu avec l'axe imaginaire de symétrie 7 de l'axe de mobile 3.

  

[0012]    Le corps de palier 4 est fixé dans une pièce fixe du mouvement, typiquement une platine ou un pont tel que le coq, par exemple par chassage, ou fait partie de cette pièce fixe. Il comprend une paroi plane 8 transversale à l'axe 6 du palier et une paroi périphérique circulaire 9 constituée de segments circulaires disjoints faisant saillie sur la face extérieure 10 de la paroi plane 8. Les parois 8 et 9 définissent ensemble une cavité 11 ouverte vers l'extérieur et débouchant sur la face intérieure 12 de la paroi plane 8 par l'intermédiaire d'un alésage central 13 traversant la paroi 8. La partie centrale de la paroi 8, qui définit l'alésage 13, comporte un rebord annulaire 14 sur sa face extérieure 10, dans la cavité 11. La face interne de la paroi périphérique 9 définit une gorge circulaire 15 constituée de segments de gorge disjoints.

  

[0013]    La pièce monobloc 5 est disposée dans la cavité 11. Elle comprend une partie centrale cylindrique rigide 16, une partie périphérique circulaire rigide 17, des ailettes 18, de préférence flexibles radialement, faisant saillie sur la face externe de la partie périphérique 17 et des bras élastiques 19 qui s'étendent radialement depuis la périphérie de la partie centrale 16 jusqu'à la partie périphérique 17. La partie centrale 16 est en appui sur le rebord annulaire 14 tandis que les ailettes 18 sont logées et retenues dans la gorge 15 de manière à précontraindre les bras élastiques 19 axialement, c'est-à-dire suivant l'axe 6 du palier, pour maintenir la partie centrale 16 sur le rebord 14 en position normale du palier (position de la fig. 1).

   Les bras élastiques 19 sont conformés pour que leur raideur dans la direction de l'axe 6 du palier soit plus petite, de préférence beaucoup plus petite, que leur raideur dans le plan radial, perpendiculaire à l'axe 6. Le nombre de bras élastiques 19 peut varier. Il pourrait même être égal à un. Dans une autre variante, les bras élastiques 19 pourraient être remplacés par une membrane.

  

[0014]    La partie rigide centrale 16 constitue le coussinet du palier. Elle présente dans sa face intérieure tournée vers l'axe 3 un trou borgne central de forme évasée 20 centré sur l'axe 6 du palier et en regard de l'alésage 13. Ce trou 20 reçoit le pivot 2 de l'axe 3 du mobile qui traverse l'alésage 13. Le pivot 2 a de préférence une forme conique, moins évasée que le trou 20. Ainsi, quelle que soit la position du pivot 2 dans le trou 20, le rayon de frottement entre le pivot 2 et la paroi du trou 20 est petit du fait que le contact entre le pivot 2 et ladite paroi s'effectue à l'extrémité amincie du pivot 2. Le couple de frottement est donc également petit, ce qui permet à l'axe de mobile 3 de tourner dans le palier avec une dissipation d'énergie réduite.

   Bien que la forme conique soit préférée pour le pivot 2, la présente invention n'exclut pas que celui-ci ait une autre forme, par exemple une forme cylindrique à extrémité arrondie.

  

[0015]    Le palier selon l'invention fonctionne de la manière suivante. Lorsque l'axe de mobile 3 subit un choc axial d'intensité supérieure à un seuil déterminé, qui dépend de la précontrainte des bras élastiques 19, le pivot 2 pousse axialement le coussinet 16 à l'encontre de l'action exercée par les bras élastiques 19 et l'éloigné ainsi de son appui ou butée 14 jusqu'à ce qu'une partie de l'axe 3 plus résistante que le pivot 2, à savoir un épaulement 21, bute contre la face intérieure 12 de la paroi 8 du palier (cf. fig. 5). Les bras élastiques 19 ramènent le coussinet 16 sur son appui 14 après le choc.

   Lorsque l'axe de mobile 3 subit un choc radial d'intensité supérieure à un seuil déterminé, qui dépend de la précontrainte des bras élastiques 19, l'extrémité du pivot 2 coopère avec la paroi évasée du trou 20, ce qui déplace axialement le coussinet 16 à l'encontre de l'action axiale exercée par les bras élastiques 19 (cf. fig. 6). La différence de raideur des bras élastiques 19 dans la direction de l'axe 6 et dans le plan radial fait que ces bras 19 se déforment quasiment uniquement axialement et qu'en conséquence le coussinet 16 se déplace quasiment uniquement axialement pendant ce mouvement radial du pivot 2. La déformation radiale, en compression-traction, des bras 19 est en effet minime, ce qui permet à ces bras 19 de guider axialement le coussinet 16, et ceci sans frottements.

   Le déplacement radial du pivot 2 s'arrête lorsqu'une partie de l'axe de mobile 3 plus résistante que le pivot 2, à savoir un tigeron 22, bute contre la paroi de l'alésage 13.

  

[0016]    L'assemblage/désassemblage de la pièce monobloc déformable 5 dans le corps de palier 4 est aisé. Pour son assemblage, il suffit en effet d'introduire la pièce 5 dans la cavité 11 avec les ailettes 18 dans les espaces vides entre les segments circulaires de la paroi 9, d'appuyer sur la partie périphérique 17 pour précontraindre les bras élastiques 19 et amener les ailettes 18 au niveau de la gorge 15, puis de faire tourner la pièce 5 pour que les ailettes 18 entrent dans les segments de gorge respectifs 15. Pour son désassemblage, il suffit de faire tourner la pièce 5 de sorte que les ailettes 18 sortent de leurs segments de gorge respectifs 15 pour se placer dans les espaces vides entre les segments circulaires de la paroi 9, puis d'extraire la pièce 2 de la cavité 11. Un tel assemblage/désassemblage aisé facilite le nettoyage du palier, en cas de besoin.

  

[0017]    Selon une autre caractéristique de l'invention, la pièce monobloc déformable 5 est faite dans une matière cristalline, de préférence monocristalline, et la paroi du trou évasé 20 est constituée de faces planes situées dans des plans cristallins respectifs de la matière formant la pièce 5. La géométrie et la profondeur du trou 20 sont ainsi déterminées avec une très grande précision, permettant un positionnement axial et radial précis et reproductible du pivot 2 et donc de l'axe de mobile 3. De plus, le fond 23 du trou 20 peut être extrêmement pointu car défini par l'intersection de plans cristallins. On peut ainsi garantir que le fond 23 sera plus pointu que la pointe 24 du pivot 2, lequel est typiquement réalisé en métal et usiné de manière conventionnelle.

   De cette manière, la pointe 24 du pivot 2 ne pourra pas toucher le fond 23 du trou 20, ce qui permet de réduire les risques d'usure de cette pointe 24. La matière cristalline ou monocristalline dans laquelle est faite la pièce 5 est par exemple le silicium, le carbure de silicium (SiC), le nitrure de silicium (Si3N4), le dioxyde de zircone (ZrO2), l'arséniure de gallium (GaAs) ou une matière cristalline à base d'alumine (Al2O3) telle que le rubis (naturel ou synthétique) ou le saphir (naturel ou synthétique).

  

[0018]    Dans l'exemple illustré, le trou 20 a une forme pyramidale régulière. Il pourrait néanmoins avoir une autre forme. Le trou 20 pourrait de plus être traversant, plutôt que borgne, et par exemple avoir la forme d'une pyramide tronquée, pour autant que son ouverture sur la face extérieure 25 du coussinet 16 ait un plus petit diamètre que l'extrémité du pivot 2. Dans une autre variante, le trou 20 pourrait être cylindrique à section polygonale, les faces du trou étant situées dans des plans cristallins, et coopérer avec un pivot conique de la manière décrite dans le brevet CH 372 604.

  

[0019]    Le trou 20 est formé selon l'une des techniques de micro-usinage utilisées dans le domaine des circuits intégrés et des capteurs, telle que la gravure humide anisotropique. La fig. 7 montre schématiquement comment cette gravure peut être effectuée dans le cas d'une pièce 5 en silicium. Un substrat de silicium 30, dont la structure cristalline est convenablement orientée, est recouvert d'une couche d'oxyde de silicium 31, elle-même recouverte d'une couche de résine photosensible 32 (figure 5(a)). La résine photosensible 32 est illuminée à travers un masque (non représenté) pour former un trou 33 correspondant au trou à former dans le silicium (fig. 5(b)).

   La partie exposée de la couche d'oxyde de silicium 31 est ensuite soumise à une attaque chimique, utilisant par exemple l'acide fluorhydrique (HF), pour former dans la couche 31 un trou 34 correspondant au trou à former dans le silicium (fig. 5(c)). La résine photosensible 32 est ensuite enlevée. La couche d'oxyde de silicium 31 peut alors servir de masque pour une attaque chimique de la partie exposée du substrat de silicium 30, par exemple une attaque à l'hydroxyde de potassium (KOH). Cette attaque grave le substrat de silicium 30 en s'arrêtant sur des plans cristallins, formant ainsi le trou 20 (fig. 5(d)). La forme du trou 20 est déterminée par l'orientation de la structure cristalline du substrat de silicium 30 et la forme et les dimensions du masque initial.

   Plus de détails concernant la gravure humide du silicium et des matériaux cristallins en général peuvent être trouvés par exemple dans l'ouvrage intitulé "Fundamentals of Microfabrication, The Science of Miniaturization, Second Edition", de Marc J. Madou, CRC Press, plus particulièrement dans le chapitre 4 "Wet Bulk Micromachining". La forme de la pièce 5, avec sa partie centrale 16, sa partie périphérique 17, ses bras élastiques 19 et ses ailettes 18 peut être obtenue avant ou après la formation du trou 20 par exemple par la technique de gravure sèche DRIE (Deep Reactive Ion Etching).

  

[0020]    La fig. 8 montre un palier antichoc selon un second mode de réalisation de l'invention. Le palier selon ce second mode de réalisation diffère de celui selon le premier mode de réalisation en ce que le corps de palier 4a coopère avec la pièce fixe 38 du mouvement dans laquelle il est fixé, ici le coq, par une liaison filetée. Plus précisément, la face externe de la paroi périphérique circulaire 9a du corps de palier 4a comporte un filetage 36 qui coopère avec un taraudage 37 pratiqué dans la pièce fixe 38. Ce mode d'assemblage du palier et de la pièce fixe 38 permet un réglage de la position axiale du palier, et donc du coussinet 16a, pour faciliter et rendre plus précis le positionnement du pivot.

   Des moyens de blocage (non représentés), constitués par exemple par une ou plusieurs vis, peuvent être prévus pour verrouiller la position axiale du palier dans la pièce fixe 38.

  

[0021]    Il a été constaté par les présents inventeurs que dans le cas de pièces monobloc déformables en silicium telles que décrites ci-dessus, fabriquées selon une technique de micro-fabrication, non seulement une grande précision pouvait être obtenue dans la localisation, la géométrie et les dimensions du trou du coussinet et donc dans le positionnement du pivot, mais également le palier pouvait être utilisé sans lubrification avec des pivots coniques en acier. Pour encore améliorer les propriétés tribologiques du coussinet, il est néanmoins possible, comme représenté à la fig. 9, dans chacun des modes de réalisation décrits ci-dessus, de recouvrir la face du coussinet comportant le trou, ou seulement la paroi du trou, d'une couche 40 de matière choisie pour son faible coefficient de frottement.

   Dans le cas du silicium comme matière cristalline, ce revêtement 40 peut être, par exemple, une couche d'oxyde de silicium, de nitrure ou de carbure de silicium, de diamant ou de carbone amorphe. Ce revêtement 40 améliorera en outre la résistance mécanique du coussinet. Il peut être formé, par exemple, selon une technique de dépôt chimique en phase vapeur CVD (Chemical Vapour Déposition).

Claims (14)

1. Palier antichoc pour pièce d'horlogerie comprenant un corps (4), un coussinet (16) monté dans le corps (4) et présentant un trou (20) apte à recevoir un pivot (2), des moyens élastiques (19) agissant axialement sur le coussinet (16) et des moyens de guidage pour forcer le coussinet (16) à se déplacer sensiblement uniquement axialement à l'encontre de l'action axiale exercée par les moyens élastiques (19) lors d'un déplacement radial du pivot (2), caractérisé en ce que lesdits moyens de guidage sont constitués par lesdits moyens élastiques (19).

2. Palier antichoc selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens élastiques (19) sont précontraints axialement pour maintenir le coussinet (16) contre une butée axiale (14) du corps (4) lorsque le pivot (2) est dans sa position normale.

3. Palier antichoc selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens élastiques (19) s'étendent depuis la périphérie du coussinet (16) vers la périphérie du palier et ont une plus grande raideur dans le plan radial que dans la direction axiale.

4. Palier antichoc selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le coussinet (16) et les moyens élastiques (19) font partie d'une même pièce monobloc (5).

5. Palier antichoc selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le trou (20) est évasé.

6. Palier antichoc selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le coussinet (16) est fait dans une matière cristalline et en ce que les faces du trou (20) sont planes et situées dans des plans cristallins de ladite matière.

7. Palier antichoc selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite matière est monocristalline.

8. Palier antichoc selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que le trou (20) est borgne et son fond (23) est pointu.

9. Palier antichoc selon l'une quelconque des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que le trou (20) a une forme pyramidale.

10. Palier antichoc selon l'une quelconque des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que ladite matière est le silicium.

11. Palier antichoc selon l'une quelconque des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que lesdites faces du trou sont recouvertes d'un revêtement (40).

12. Palier antichoc selon la revendication 11, caractérisé en ce que le revêtement (40) est fait dans l'une des matières suivantes: oxyde de silicium, nitrure ou carbure de silicium, diamant, carbone amorphe.

13. Palier antichoc selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que le corps (4) comprend une paroi (8) transversale à l'axe (6) du palier et une paroi périphérique (9) constituée de segments disjoints, en ce que le coussinet (16) et les moyens élastiques (19) font partie d'une même pièce monobloc (5) qui comprend en outre une partie périphérique rigide (17) reliée au coussinet (16) par les moyens élastiques (19) et des éléments de retenue (18) faisant saillie sur la face externe de la partie périphérique (17), et en ce que les segments disjoints de la paroi périphérique (9) comprennent respectivement des segments de gorge (15) qui reçoivent les éléments de retenue (18), ces éléments de retenue (18) pouvant être positionnés entre deux segments disjoints de la paroi périphérique (9) par une rotation de la pièce monobloc (5)

pour permettre l'extraction de la pièce monobloc (5) du palier.

14. Palier antichoc selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que le corps (4a) comporte un filetage (36) lui permettant d'être assemblé à une pièce fixe (38) du mouvement de la pièce d'horlogerie par une liaison filetée, cette liaison filetée permettant un réglage de la position axiale du palier par rapport à la pièce fixe.