CH710866A2 - Balancier-spiral auto-compensé pour mouvement horloger. - Google Patents

Abstract

L’invention se rapporte à un balancier-spiral, pour mouvement horloger, comportant un spiral réalisé en un alliage métallique présentant un faible coefficient de dilatation thermique ainsi qu’une transition de phase intervenant pour une température de transition comprise sensiblement entre –40 et +70 °C et entraînant une variation significative de son module d’élasticité. Le spiral est associé à un balancier comprenant un mécanisme de thermo-compensation, destiné à en modifier le moment d’inertie en réponse à une variation de température, comportant au moins une masselotte (6, 6´) susceptible de changer de position pour modifier le moment d’inertie du balancier, et un dispositif d’actionnement, comprenant au moins un élément dilatable (4, 4´), susceptible d’agir sur la masselotte (6, 6´) pour en changer la position en réponse à une variation de température, l’élément dilatable (4, 4´) étant réalisé dans le même alliage métallique que le spiral, le mécanisme de thermo-compensation étant agencé de telle manière que l’impact de la variation du module d’élasticité du spiral au passage de la température de transition, sur la fréquence d’oscillation du balancier-spiral, soit compensé par la variation du moment d’inertie du balancier.

Description

Domaine technique

[0001] La présente invention se rapporte à un balancier-spiral, pour mouvement horloger, comportant un balancier de type thermo-compensé. L’invention se rapporte plus particulièrement à un balancier-spiral auto-compensé dont les propriétés permettent d’améliorer la précision et la stabilité de la marche d’une pièce d’horlogerie qui en est pourvue, non seulement dans une plage de températures d’utilisation dites usuelles, qui s’étend typiquement entre 0 °C et 40 °C, mais également à des températures plus élevées.

[0002] L’invention concerne également un mouvement horloger comportant un tel balancier-spiral ainsi qu’une pièce d’horlogerie munie d’un tel mouvement horloger.

Etat de la technique

[0003] La précision des montres mécaniques dépend de la stabilité de la fréquence propre de l’organe régulateur comprenant la plupart du temps un oscillateur de type balancier-spiral. Lorsque la température varie, la dilatation thermique du spiral entraîne une variation de son module d’Young, modifiant ainsi la fréquence propre de cet ensemble oscillant et perturbant la précision de la montre.

[0004] Plusieurs systèmes de compensation de la dérive en température de la fréquence ont été proposés pour pallier à ce problème.

[0005] Initialement, des balanciers bimétalliques coupés avaient été développés. La serge des ces balanciers était composée de deux métaux, de préférence du laiton et de l’acier, soudés l’un contre l’autre. En cas de variations de température, les deux métaux se dilataient différemment ce qui entraînait une déformation de la serge. Les deux moitiés de la serge s’écartaient plus au moins de leur position moyenne, faisant varier le moment d’inertie sans modifier l’équilibre du balancier, afin de compenser la variation de couple du spiral.

[0006] Le brevet US 965 505 divulgue un balancier thermo-compensé d’un autre type comportant, selon une exécution, une structure de forme générale triangulaire comprenant trois bras connectés au moyeu du balancier et s’étendent radialement vers l’extérieur en formant des angles de 120°. Ces bras sont réalisés en un matériau à coefficient de dilatation thermique élevé, de préférence en bronze ou en bronze phosphoreux. Trois tiges, réalisées en un matériau à faible coefficient de dilatation thermique, de préférence en verre, sont agencées entre les extrémités libres des bras. Le balancier comporte en outre trois masses agencées chacune sur un support dont l’extrémité est montée pivotante à l’extrémité de l’un des bras. Les dilatations différenciées, d’une part, des bras et, d’autre part, des tiges entraînent un pivotement des supports portant les masses permettant de modifier le moment d’inertie du balancier.

[0007] Le brevet DE 376 451 divulgue un balancier, pour balancier-spiral autocompensé, comprenant au moins un support qui s’étend diamétralement de part et d’autre de son moyeu et qui comporte plusieurs logements agencés pour recevoir des masselottes. Ce support est réalisé de préférence en zinc, en argent ou en aluminium, qui possèdent un coefficient de dilatation thermique élevé. Les masselottes sont de ce fait déplacées le long de l’axe longitudinal du support lors de variations de température, sous l’effet de la dilatation du support afin de modifier le moment d’inertie du balancier.

[0008] En parallèle, des spiraux à faible coefficient de dilatation thermique ont été développés afin de s’affranchir des systèmes décrits ci-dessus qui peuvent être compliqués à fabriquer et difficiles à ajuster. Ces spiraux sont réalisés notamment en Elinvar<®>, un alliage composé de fer, de nickel et de chrome, et qui présente un module d’élasticité quasi-constant dans une plage de températures d’utilisation usuelles, outre ses propriétés amagnétiques recherchées. Ces spiraux sont de ce fait particulièrement adaptés pour des chronomètres de précision. D’autres alliages, tel que le Nivarox<®>composé de fer, nickel, cobalt, chrome, titane, béryllium et traces d’autres métaux, présentent également des propriétés intéressantes. On peut également citer les alliages Isoval<®>, Métélinvar<®>, Durinval<®>, NiSpan C<®>, Parachrom<®>et l’alliage PE3000 qui présentent des propriétés tout aussi avantageuses.

[0009] Le module d’élasticité des ces alliages a toutefois le désavantage de varier significativement au passage d’une certaine température de transition (dénommée température de Curie ou point de Curie, généralement en relation avec les alliages ferromagnétiques) propre à chaque alliage, faisant intervenir une transition de phase, et au-delà de laquelle le matériau est dans un état désordonné. Pour l’Elinvar<®>, dans sa composition typiquement utilisée dans le cadre d’applications horlogères, le point de Curie se situe aux environs de 40 °C. En franchissant cette température de transition, la fréquence d’oscillation du balancier-spiral diminue affectant la précision de la montre. Si un tel problème n’est pas détectable dans les conditions usuelles d’utilisation en température d’une pièce d’horlogerie, il peut plus particulièrement survenir pour des pièces d’horlogerie présentées à des concours de chronométrie lors desquels des mesures de la marche peuvent être effectuées à des températures supérieures au point de Curie.

Divulgation de l’invention

[0010] Un but principal de la présente invention est de proposer un balancier-spiral auto-compensé permettant d’atteindre une précision optimale sur la marche de la montre non seulement aux températures usuelles d’utilisation, mais aussi à des températures qui se trouvent au-delà du point de Curie du matériau à partir duquel est réalisé le spiral. Ainsi, la fréquence d’oscillation du balancier-spiral, et donc la marche de la pièce d’horlogerie correspondante, reste constante dans une plage de températures bien plus importante.

[0011] A cet effet, l’invention concerne plus particulièrement un balancier-spiral, pour mouvement horloger, comportant un spiral réalisé en un alliage métallique présentant un faible coefficient de dilatation thermique aux températures d’utilisation usuelles ainsi qu’une transition de phase intervenant pour une température de transition comprise sensiblement entre –40 et +70 °C et entraînant une variation significative de son module d’élasticité, le spiral étant associé à un balancier de type thermocompensé comprenant un moyeu destiné à coopérer avec un arbre de balancier, une masse suspendue comprenant une serge et au moins un bras agencé pour relier la serge au moyeu, un mécanisme de thermo-compensation, destiné à modifier le moment d’inertie du balancier en réponse à une variation de température, comportant au moins une masselotte assemblée à la masse suspendue de telle manière qu’elle soit susceptible de changer de position en référence au moyeu pour modifier le moment d’inertie du balancier, et un dispositif d’actionnement, comprenant au moins un élément dilatable, susceptible d’agir sur la masselotte pour en changer la position en réponse à une variation de température. Selon l’invention, l’élément dilatable est réalisé sensiblement dans le même alliage métallique que le spiral, le mécanisme de thermo-compensation étant agencé de telle manière que l’impact de la variation du module d’élasticité du spiral au passage de la température de transition, sur la fréquence d’oscillation du balancier-spiral, soit sensiblement compensé par la variation du moment d’inertie du balancier.

[0012] Le balancier-spiral selon l’invention a l’avantage de pouvoir maintenir ainsi une fréquence d’oscillation constante dans une plage de températures bien plus importante que celle des oscillateurs classiques. En effet, aucune compensation supplémentaire particulière n’est nécessaire aux températures usuelles d’utilisation, le système de compensation selon la présente invention n’étant activé qu’à partir du moment où la température de transition propre au matériau utilisé est franchie.

[0013] De manière avantageuse, le mécanisme de thermo-compensation est agencé de telle manière que la masselotte se déplace en direction du moyeu en réponse à une augmentation de température franchissant la température de transition, pour entraîner une diminution du moment d’inertie du balancier.

[0014] De manière préférée, l’alliage métallique utilisé pour réaliser le spiral et l’élément dilatable est choisi dans le groupe comprenant: l’Elinvar<®>, le Nivarox<®>, l’Isoval<®>, le Métélinvar<®>, le Durinval<®>, le NiSpan C<®>et le Parachrom<®>.

[0015] Selon un mode de réalisation préféré de l’invention, le mécanisme de thermo-compensation comporte deux masselottes diamétralement opposées, le dispositif d’actionnement comportant deux éléments dilatables dont chacun est associé à l’une des masselottes. Ainsi, l’obtention de l’équilibrage du balancier est plus aisée.

[0016] Selon une variante de réalisation avantageuse, les deux éléments dilatables présentent la forme de tiges agencées de part et d’autre du moyeu, le dispositif d’actionnement comportant en outre deux leviers, dont chacun est solidaire de l’une des deux masselottes et est monté pivotant sur la serge de manière à pouvoir pivoter sous l’effet de la dilatation de la tige qui lui est associée et déplacer la masselotte correspondante en direction du moyeu.

[0017] Dans ce cas, on peut également prévoir que chacune des tiges s’étend suivant un axe sensiblement parallèle à un diamètre du balancier, depuis une première extrémité solidaire de la serge jusqu’à une seconde extrémité, libre, agencée au travers d’un orifice ménagé dans la serge, la seconde extrémité de chacune des tiges étant agencée en butée contre le levier associé pour pouvoir le faire pivoter sous l’effet de sa dilatation thermique.

[0018] Selon une variante de réalisation supplémentaire, le balancier peut comporter en outre deux organes élastiques agencés sur la serge de manière à maintenir chacun des leviers en contact permanent avec la seconde extrémité de la tige à laquelle il est associé.

[0019] L’invention concerne également un mouvement horloger comportant un balancier-spiral répondant aux caractéristiques qui viennent d’être exposées ainsi qu’une pièce d’horlogerie munie d’un tel mouvement horloger.

[0020] Brève description des dessins

[0021] D’autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation préféré, en référence au dessin annexé donné à titre d’exemple non limitatif, c’est-à-dire <tb>La fig. 1<SEP>représentant une vue une perspective d’un balancier de type thermo-compensé selon un mode de réalisation préféré de l’invention.

Mode(s) de réalisation de l’invention

[0022] Selon le mode de réalisation préféré de l’invention, tel qu’illustré en particulier par la fig. 1 , le balancier-spiral comprend un balancier de type thermo-compensé, lequel comporte, de manière conventionnelle et non limitative, un moyeu 1 agencé pour coopérer avec un arbre de balancier (non représenté) et portant une masse suspendue, soit, une serge 2 annulaire et deux bras 3 reliant la serge 2 au moyeu 1. Ces éléments peuvent être typiquement réalisés en alliage de type Cupro-Beryllium (ou CuBe, alliage comprenant notamment du cuivre et du béryllium) dont le coefficient de dilatation thermique est faible.

[0023] Le balancier comporte en outre un mécanisme de thermo-compensation destiné à compenser les variations de comportement du spiral résultant d’une variation de température franchissant la température de transition, ou point de Curie, propre au matériau utilisé pour réaliser le spiral.

[0024] Plus précisément, le mécanisme de thermo-compensation du balancier comporte, selon ce mode de réalisation préféré non limitatif, deux éléments dilatables 4, 4 ́ présentant ici la forme de tiges agencées de part et d’autre du moyeu 1 selon un axe parallèle à un diamètre du balancier.

[0025] Par ailleurs, deux leviers 5, 5 ́ sont montés pivotant sur la masse suspendue, ici sur la serge 2, selon deux axes de levier 5a diamétralement opposés et perpendiculaires au plan moyen de la serge 2. Chacun des leviers 5, 5 ́ porte une masselotte 6, 6 ́ à l’une de ses extrémités.

[0026] Conformément à la présente invention, les tiges 4, 4 ́ sont réalisées sensiblement dans le même matériau que le spiral, de préférence en Elinvar<®>. En alternative, l’homme du métier pourra utiliser tout autre matériau adapté pour réaliser le spiral et les tiges sans sortir du cadre de la présente invention, en particulier un alliage métallique choisi dans le groupe comprenant: le Nivarox<®>, Plsoval<®>, le Métélinvar<®>, le Durinval<®>, le NiSpan C<®>et le Parachrom<®>.

[0027] Une première extrémité de chaque tige 4, 4 ́ est solidaire de la serge 2, tandis que sa seconde extrémité, libre, est montée au travers d’un orifice réalisé dans la serge, afin d’être agencée en appui contre le levier 5, 5 ́ correspondant.

[0028] Cet agencement particulier permet de manière avantageuse un déplacement axial de la seconde extrémité, libre, des tiges par dilatation thermique lorsque la température franchit la température de transition.

[0029] Les leviers 5, 5 ́ pivotent alors autour de leur axe respectif, sous l’effet de l’allongement des tiges, entraînant un changement de position des masselottes 6, 6 ́ en direction du centre du balancier. Il en résulte une diminution du moment d’inertie du balancier qui se traduit par une augmentation de la fréquence d’oscillation du balancier-spiral, permettant de compenser le retard occasionné simultanément par le changement de valeur du module d’Young du spiral.

[0030] Le balancier comporte en outre deux lames ressorts 8, 8 ́ agencées sur la surface latérale externe de la serge 2 pour maintenir chaque levier 5, 5 ́ en contact permanent avec l’extrémité libre de la tige 4, 4 ́ correspondante, afin de limiter les vibrations du système de thermo-compensation lors de son fonctionnement.

[0031] Par ailleurs, on peut prévoir de manière optionnelle que chaque levier 5, 5 ́ se termine par une languette 10, 10 ́ engagée dans un trou de guidage 12, 12 ́ ménagé dans la serge 2 pour améliorer la stabilité des leviers 5, 5 ́.

[0032] Quatre vis 14 de réglage de la marche, qui peuvent par exemple être en or, sont agencées sur la serge 2, par paires et de manière diamétralement opposées, de manière connue.

[0033] Grâce à la présente invention, le balancier-spiral tel que décrit présente une grande stabilité en température, dans une plage en température plus importante que les balanciers-spiraux connus. En effet, les propriétés avantageuses déjà connues de certains types d’alliages particuliers sont mises à profit pour assurer la stabilité du comportement du balancier-spiral selon l’invention aux températures usuelles, tandis que le mécanisme additionnel de thermo-compensation du balancier permet d’étendre cette stabilité au-delà de la température de transition.

[0034] La description qui précède s’attache à décrire un mode de réalisation particulier à titre d’illustration non limitative et, l’invention n’est pas limitée à la mise en œuvre de certaines caractéristiques particulières qui viennent d’être décrites, comme par exemple les formes spécifiquement illustrées et décrites pour le moyeu, les bras, la serge, les leviers ou encore pour les éléments dilatables.

[0035] L’homme du métier ne rencontrera pas de difficulté particulière pour adapter le contenu de la présente divulgation à ses propres besoins et réaliser un balancier-spiral auto-compensé dans une plage de températures incluant la température de transition de l’alliage métallique utilisé pour la réalisation du spiral, par la mise en œuvre d’un mécanisme de thermo-compensation comprenant des éléments dilatables réalisés sensiblement dans le même matériau que le spiral.

[0036] Bien entendu, si la solution consistant à mettre en œuvre des leviers pivotants permet de compenser des variations de marche importantes (en particulier lorsqu’un grand bras de levier est mis en œuvre, comme c’est le cas avec le mode de réalisation préféré illustré), d’autres constructions pourront être envisagées sans sortir du cadre de la présente invention, notamment un changement de position des masselottes par translation plutôt que par rotation.

Claims (9)

1. Balancier-spiral, pour mouvement horloger, comportant un spiral réalisé en un alliage métallique présentant un faible coefficient de dilatation thermique aux températures d’utilisation usuelles ainsi qu’une transition de phase intervenant pour une température de transition comprise sensiblement entre –40 et +70 °C et entraînant une variation significative de son module d’élasticité, ledit spiral étant associé à un balancier de type thermo-compensé comprenant un moyeu (1) destiné à coopérer avec un arbre de balancier, une masse suspendue comprenant une serge (2) et au moins un bras (3) agencé pour relier ladite serge (2) audit moyeu (1), un mécanisme de thermo-compensation, destiné à modifier le moment d’inertie du balancier en réponse à une variation de température, comportant au moins une masselotte (6, 6 ́) assemblée à ladite masse suspendue de telle manière qu’elle soit susceptible de changer de position en référence audit moyeu (1) pour modifier le moment d’inertie dudit balancier, et un dispositif d’actionnement, comprenant au moins un élément dilatable (4, 4 ́), susceptible d’agir sur ladite masselotte (6, 6 ́) pour en changer la position en réponse à une variation de température, caractérisé en ce que ledit élément dilatable (4, 4 ́) est réalisé sensiblement dans le même alliage métallique que ledit spiral, et en ce que ledit mécanisme de thermo-compensation est agencé de telle manière que l’impact de la variation du module d’élasticité du spiral au passage de ladite température de transition, sur la fréquence d’oscillation du balancier-spiral, soit sensiblement compensé par la variation du moment d’inertie dudit balancier.

2. Balancier-spiral selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mécanisme de thermo-compensation est agencé de telle manière que ladite masselotte se déplace en direction dudit moyeu en réponse à une augmentation de température franchissant ladite température de transition, pour entraîner une diminution du moment d’inertie dudit balancier.

3. Balancier-spiral selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit alliage métallique est choisi dans le groupe comprenant: l’Elinvar<®>, le Nivarox<®>, l’Isoval<®>, le Métélinvar<®>, le Durinval<®>, le NiSpan C<®>et le Parachrom<®>.

4. Balancier-spiral selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit mécanisme de thermo-compensation comporte deux masselottes (6, 6 ́) diamétralement opposées, et en ce que ledit dispositif d’actionnement comporte deux éléments dilatables (4, 4 ́) dont chacun est associé à l’une desdites masselottes.

5. Balancier-spiral selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits deux éléments dilatables (4, 4 ́) présentent la forme de tiges agencées de part et d’autre dudit moyeu (1), et en ce que ledit dispositif d’actionnement comporte en outre deux leviers (5, 5 ́), dont chacun est solidaire de l’une desdites deux masselottes (6, 6 ́) et est monté pivotant sur ladite serge (2) de manière à pouvoir pivoter sous l’effet de la dilatation de la tige qui lui est associée et déplacer ladite masselotte (6, 6 ́) correspondante en direction dudit moyeu.

6. Balancier-spiral selon la revendication 5, caractérisé en ce que chacune desdites tiges s’étend suivant un axe sensiblement parallèle à un diamètre du balancier, depuis une première extrémité solidaire de ladite serge (2) jusqu’à une seconde extrémité, libre, agencée au travers d’un orifice ménagé dans ladite serge (2), la seconde extrémité de chacune desdites tiges étant agencée en butée contre le levier (5, 5 ́) associé pour pouvoir le faire pivoter sous l’effet de sa dilatation thermique.

7. Balancier-spiral selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comporte en outre deux organes élastiques (8, 8 ́) agencés sur ladite serge (2) de manière à maintenir chacun desdits leviers (5, 5 ́) en contact permanent avec la seconde extrémité de la tige à laquelle il est associé.

8. Mouvement horloger comportant un balancier-spiral selon l’une des revendications précédentes.

9. Pièce d’horlogerie comportant un mouvement horloger selon la revendication 8.