EP3982205A1

EP3982205A1 - Procede de fabrication d'un ressort horloger de raideur precise

Info

Publication number: EP3982205A1
Application number: EP20200299.4A
Authority: EP
Inventors: Sylvain Jeanneret; David Chabloz; Anthony Krüttli
Original assignee: Patek Philippe SA Geneve
Current assignee: Patek Philippe SA Geneve
Priority date: 2020-10-06
Filing date: 2020-10-06
Publication date: 2022-04-13
Anticipated expiration: 2040-10-06
Also published as: EP3982205B1

Abstract

L'invention porte sur un procédé de fabrication d'un ressort horloger comprenant les étapes suivantes : a) graver dans une même plaquette (20) un ressort horloger (4, 5) et un ressort de référence (21), la section du ressort horloger (4, 5) ayant une taille différente de la taille nécessaire pour que le ressort horloger (4, 5) ait une première raideur prédéterminée, le ressort de référence (21) ayant une forme différente du ressort horloger (4, 5) ; b) déterminer une raideur représentative du ressort de référence (21) gravé à l'étape a) ; c) à partir de la raideur déterminée à l'étape b), calculer une épaisseur de matériau à retirer, à ajouter ou à modifier sur le ressort de référence (21), sur une première longueur prédéterminée, pour que le ressort de référence (21) ait une deuxième raideur prédéterminée, la deuxième raideur prédéterminée étant telle que si on modifie le ressort horloger (4, 5) de la même manière sur une deuxième longueur prédéterminée, le ressort horloger (4, 5) a la première raideur prédéterminée ; d) modifier le ressort horloger (4, 5) sur la deuxième longueur prédéterminée selon le calcul effectué à l'étape c) afin que le ressort horloger (4, 5) ait la première raideur prédéterminée.

Description

La présente invention concerne la fabrication d'un ressort horloger. Par le terme « ressort » on entend tout élément déformable élastiquement pour accueillir de l'énergie et/ou produire une force ou un mouvement. Des exemples de ressort horloger sont les spiraux destinés à équiper des balanciers, les ressorts de rappel de bascule, de levier ou de marteau, les sautoirs ou les guidages flexibles, en particulier les guidages flexibles d'oscillateur.
La présente invention concerne plus particulièrement la fabrication de ressorts horlogers par gravure d'une plaquette de matériau. Il est en effet maintenant bien connu dans l'horlogerie d'utiliser des techniques de gravure telles que gravure au laser, gravure au plasma, gravure ionique réactive profonde dite DRIE ou gravure humide pour fabriquer en grand nombre et de manière précise des composants horlogers. Le matériau de gravure le plus courant est le silicium.
Actuellement, sur une plaquette de matériau de gravure on grave généralement plusieurs centaines de composants. Les caractéristiques de gravure ne sont pas toujours stables dans le temps ni homogènes dans l'espace, de sorte qu'on peut constater une dispersion géométrique entre les composants de plaquettes différentes voire d'une même plaquette. Dans le cas des ressorts, cela se traduit par une dispersion de raideur. Or il est important pour un ressort horloger d'avoir une raideur précise pour permettre une bonne maîtrise des forces en jeu dans un mouvement horloger. Ceci est d'autant plus vrai lorsque le ressort, par exemple un spiral ou un guidage flexible, exerce une fonction de rappel d'un élément inertiel (balancier) dans un oscillateur servant de base de temps. La raideur du ressort, avec le moment d'inertie de l'élément inertiel, détermine en effet la fréquence de l'oscillateur et a donc une grande influence sur la précision de la mesure du temps.
On connaît par les brevets EP 3181938 et EP 3181939 des procédés de fabrication de spiraux de raideur précise. Selon le procédé décrit dans le brevet EP 3181938 , a) on forme un spiral dans des dimensions supérieures aux dimensions nécessaires pour obtenir un spiral d'une raideur prédéterminée, b) on détermine la raideur du spiral formé lors de l'étape a) par mesure de la fréquence du spiral couplé avec un balancier doté d'une inertie prédéterminée, c) on calcule l'épaisseur de matériau à retirer pour obtenir le spiral d'une raideur prédéterminée et d) on retire du spiral formé lors de l'étape a) l'épaisseur de matériau calculée, les étapes b), c) et d) pouvant être répétées pour améliorer encore la qualité dimensionnelle. Selon le procédé décrit dans le brevet EP 3181939 , a) on forme un spiral dans des dimensions inférieures aux dimensions nécessaires pour obtenir un spiral d'une raideur prédéterminée, b) on détermine la raideur du spiral formé lors de l'étape a) par mesure de la fréquence du spiral couplé avec un balancier doté d'une inertie prédéterminée, c) on calcule l'épaisseur de matériau manquante pour obtenir le spiral d'une raideur prédéterminée et d) on modifie le spiral formé lors de l'étape a) pour compenser l'épaisseur de matériau manquante, les étapes b), c) et d) pouvant être répétées pour améliorer encore la qualité dimensionnelle.
Ces procédés donnent des résultats excellents mais ils ne s'appliquent qu'à des spiraux.
Un autre procédé, décrit dans la demande de brevet EP 3416001 , permet l'obtention d'un oscillateur à guidage flexible de fréquence précise. Ce procédé consiste à : a) former un oscillateur à pivot flexible ayant des dimensions différentes des dimensions nécessaires pour obtenir un oscillateur à pivot flexible d'une fréquence prédéterminée, b) mesurer la fréquence de l'oscillateur formé lors de l'étape a), c) à partir de la mesure de fréquence, calculer une épaisseur de matériau à ajouter, à retirer ou à modifier sur l'oscillateur formé lors de l'étape a) pour obtenir l'oscillateur à pivot flexible d'une fréquence prédéterminée, d) à partir du calcul effectué à l'étape c), modifier l'oscillateur formé lors de l'étape a) afin d'obtenir l'oscillateur à pivot flexible d'une fréquence prédéterminée.
Ce procédé aussi donne d'excellents résultats mais il se limite à des oscillateurs à guidage flexible. De plus, il ne dissocie pas le guidage flexible et l'élément inertiel, ce qui complique sa mise en œuvre lorsque l'on souhaite par exemple modifier à l'étape d) uniquement le guidage flexible.
La présente invention vise à remédier aux inconvénients susmentionnés et propose à cette fin un procédé de fabrication d'un ressort horloger selon la revendication 1 annexée, à savoir un procédé comprenant les étapes suivantes :

a) graver dans une même plaquette un ressort horloger et un ressort de référence, la section du ressort horloger ayant une taille différente de la taille nécessaire pour que le ressort horloger ait une première raideur prédéterminée, le ressort de référence ayant une forme différente de celle du ressort horloger,
b) déterminer une raideur représentative du ressort de référence gravé à l'étape a),
c) à partir de la raideur déterminée à l'étape b), calculer une épaisseur de matériau à retirer, à ajouter ou à modifier sur le ressort de référence, sur une première longueur prédéterminée, pour que le ressort de référence ait une deuxième raideur prédéterminée, la deuxième raideur prédéterminée étant telle que si on modifie le ressort horloger de la même manière sur une deuxième longueur prédéterminée, le ressort horloger a la première raideur prédéterminée,
d) modifier le ressort horloger sur la deuxième longueur prédéterminée selon le calcul effectué à l'étape c) afin que le ressort horloger ait la première raideur prédéterminée.

Des modes de réalisation particuliers sont définis dans les revendications dépendantes annexées.
Le ressort horloger peut être une pièce à part entière ou une partie d'une pièce monolithique que l'on grave dans la plaquette.
Par le terme « section » on entend la section de la ou chaque lame du ressort considéré (ressort horloger ou ressort de référence). De même, la notion de « longueur » s'entend, dans le contexte de l'invention, de la longueur de la ou chaque lame du ressort considéré. Ainsi, dans le cas d'un ressort comprenant plusieurs lames, une première/deuxième longueur prédéterminée est associée à chacune des lames, cette première/deuxième longueur prédéterminée pouvant être identique ou différente de celle des autres lames du ressort.
La première longueur prédéterminée et la deuxième longueur prédéterminée peuvent être identiques ou différentes.
D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée suivante faite en référence aux dessins annexés dans lesquels :

la figure 1 est une vue en perspective d'un oscillateur horloger à guidage flexible dont le guidage flexible peut être fabriqué par le procédé selon l'invention ;
la figure 2 est un schéma bloc du procédé selon l'invention ;
la figure 3 montre schématiquement une plaquette dans laquelle sont gravés des pièces de l'oscillateur horloger à guidage flexible et des spiraux de référence ;
la figure 4 est une vue en section transversale d'une lame élastique desdites pièces de l'oscillateur horloger à guidage flexible ou du ressort de référence.

La figure 1 montre un oscillateur à guidage flexible 100 pour une pièce d'horlogerie, par exemple une montre, en particulier une montre-bracelet ou une montre de poche. L'oscillateur 100 comprend un support 1, un balancier 2 et un guidage flexible 3 reliant le support 1 au balancier 2. Le support 1 est destiné à être monté sur un bâti fixe ou mobile de la pièce d'horlogerie. Le guidage flexible 3 est fabriqué par le procédé selon l'invention, qui sera décrit plus loin. Le guidage flexible 3 comprend des première et deuxième lames élastiques 4, 5 identiques mais s'étendant dans des plans parallèles et dans des directions différentes pour se croiser sans contact. En vue plane de dessus, le point de croisement des lames 4, 5 est confondu avec le centre géométrique du balancier 2. Le croisement des lames 4, 5 définit un axe de rotation virtuel A du balancier 2 par rapport au support 1, axe de rotation qui est perpendiculaire au plan de l'oscillateur et du balancier 2. Le guidage flexible 3 sert ainsi à suspendre le balancier 2 au support 1, à guider le balancier 2 en rotation par rapport au support 1 autour de l'axe de rotation virtuel A et à exercer sur le balancier 2 un couple de rappel élastique tendant à le ramener dans une position d'équilibre par rapport au support 1.
A la différence de nombreux oscillateurs à guidage flexible, l'oscillateur 100 n'est pas monolithique mais formé d'un empilement de pièces dont l'une comprend la première lame élastique 4, une autre comprend la deuxième lame élastique 5 et encore une autre est formée par le balancier 2, qui est donc une pièce rapportée par rapport au guidage flexible 3. Dans l'exemple illustré, le balancier 2 est entre une pièce supérieure 6 et une pièce inférieure 7. La pièce supérieure 6 comprend un étage supérieur 8 du support 1, la première lame élastique 4 et un bras supérieur 9 relié à l'étage supérieur 8 du support 1 par la première lame élastique 4. La pièce inférieure 7 comprend un étage inférieur 10 du support 1, la deuxième lame élastique 5 et un bras inférieur 11 relié à l'étage inférieur 10 du support 1 par la deuxième lame élastique 5. Les étages supérieur et inférieur 8, 10 du support 1 sont assemblés entre eux, par exemple par des goupilles 15. Les bras supérieur et inférieur 9, 11 sont assemblés à un bras diamétral 13 du balancier 2, par exemple par des goupilles 17. Le balancier 2 peut être de forme classique, typiquement annulaire.
L'assemblage des pièces supérieure et inférieure 6, 7 et du balancier 2 permet d'avoir une véritable séparation physique des lames élastiques 4, 5, obtenue de manière plus aisée qu'avec une fabrication monolithique.
Le matériau des pièces supérieure et inférieure 6, 7 est choisi pour ses bonnes propriétés élastiques et pour son aptitude à être micro-usiné. Selon un exemple typique, chacune de ces pièces 6, 7 est réalisée en silicium par gravure ionique réactive profonde (DRIE) à un seul niveau. Les pièces 6, 7 en silicium peuvent être revêtues d'une couche de renfort, par exemple d'une couche de dioxyde de silicium, permettant d'améliorer leur résistance mécanique. Une telle couche de dioxyde de silicium peut en outre avoir une épaisseur choisie pour rendre la fréquence de l'oscillateur 100 insensible à une variation de température (typiquement de 30°C).
Le balancier 2 est en un matériau différent de celui des pièces supérieure et inférieure 6, 7 et donc du guidage flexible 3. Le matériau du balancier 2 peut être un matériau dense tel que le cuivre au béryllium, l'or, le platine, le maillechort ou autre métal ou alliage dense. Il peut ainsi présenter un petit diamètre pour un moment d'inertie donné. De la sorte, les frottements avec l'air sont réduits, ce qui augmente le facteur de qualité.
Avec son balancier 2 rapporté, l'oscillateur 100 permet d'appairer le balancier 2 et le guidage flexible 3, en d'autres termes d'associer un balancier ayant un moment d'inertie choisi avec un guidage flexible produisant un couple choisi afin d'obtenir une fréquence souhaitée, comme pour un balancier-spiral.
Les symétries de l'oscillateur 100 rendent ce dernier peu sensible aux chocs et à son orientation par rapport à la gravité.
Plus de détails sur l'oscillateur 100 peuvent être trouvés dans la demande de brevet EP 20185171.4 .
La fréquence f de l'oscillateur 100 est donnée par la formule suivante : $f = \frac{1}{2 π} \sqrt{\frac{K}{I}}$
où K est la raideur du guidage flexible 3 et I est le moment d'inertie du balancier 2 avec tous les éléments qui lui sont solidaires. On comprend que la précision de la raideur du guidage flexible 3 influence celle de la fréquence de l'oscillateur 100 et donc la précision de la mesure du temps par la pièce d'horlogerie.
La raideur K dépend du module d'élasticité et des dimensions des lames 4, 5 formant le guidage flexible 3. Pour un guidage flexible de type à lames croisées séparées tel que représenté à la figure 1, elle répond à la formule : $K = \frac{1}{6} . E . \frac{h e^{3}}{L}$
où E est le module d'élasticité du matériau utilisé, h est la hauteur de chaque lame (dimension dans la direction de l'axe de rotation A), e est l'épaisseur de chaque lame et L est la longueur de chaque lame.
Le procédé de fabrication du guidage flexible 3 va maintenant être décrit en relation avec les figures 2 à 4.
A une première étape E1, on grave les pièces 6 et 7 dans une plaquette 20 de matériau de gravure. Les pièces 6 et 7 peuvent être identiques, l'une d'elles étant ensuite retournée lors de l'assemblage, ou peuvent avoir déjà des formes symétriques l'une par rapport à l'autre. Chaque pièce 6, 7 est toutefois gravée de telle sorte que la section, constante ou variable, de sa lame 4, 5 ait une taille qui est supérieure à la taille nécessaire pour obtenir une première raideur prédéterminée, ceci sur au moins une partie de la longueur de la lame 4, 5 et de préférence sur toute la longueur de la lame 4, 5. A l'étape E1, soit toutes les dimensions (hauteur h et épaisseur e pour une section rectangulaire ; cf. figure 4) de la section de la lame 4, 5 sont supérieures aux dimensions permettant d'obtenir la première raideur prédéterminée, soit une partie seulement de ces dimensions est/sont supérieures aux dimensions permettant d'obtenir la première raideur prédéterminée.
La gravure à l'étape E1 peut être une gravure ionique réactive profonde (DRIE), une gravure chimique, une gravure par faisceaux d'ions focalisés (FIB) ou une gravure par laser, par exemple. Le matériau de gravure peut être homogène ou composite. Il est par exemple à base de silicium, de quartz, de verre, de céramique, de métal ou d'alliage. Le matériau à base de silicium peut être du silicium monocristallin, polycristallin ou amorphe. Il peut être dopé ou non.
Parmi les techniques mentionnées ci-dessus, la plus précise est la gravure ionique réactive profonde. Des phénomènes qui interviennent pendant la gravure ou entre deux gravures successives peuvent néanmoins induire des variations géométriques.
Typiquement, plusieurs pièces 6 et plusieurs pièces 7, et même un grand nombre de ces pièces, sont réalisées simultanément dans une même plaquette 20.
Selon l'invention, en plus des pièces 6 et 7 on grave dans la plaquette 20 un ou plusieurs ressorts de référence 21, de préférence plusieurs, de forme différente de celle des lames 4, 5 (en vue de dessus). Ces ressorts de référence 21 sont typiquement des ressorts dont on peut mesurer la raideur de manière aisée et fiable avec des instruments standard, par exemple des spiraux, comme représenté, ou des éprouvettes de flexion, en particulier des lames de flexion trois points.
Dans le cas d'un spiral, on peut mesurer sa raideur en le couplant à un balancier d'inertie connue - à cet effet, le spiral peut être en une pièce avec sa virole 21a pour son montage sur l'axe du balancier - et en mesurant la fréquence du balancier-spiral ainsi formé, cette fréquence étant liée mathématiquement à la raideur. Le balancier peut être intégré à une machine à compter sur l'axe de travail duquel on monte le spiral. La raideur du spiral peut être mesurée après que le spiral a été détaché de la plaquette 20 ou alors que le spiral est encore attaché à la plaquette 20.
De préférence, afin de simplifier la gravure des lames 4, 5 et des ressorts de référence 21 et plus généralement le procédé selon l'invention, les ressorts de référence 21 ont la même section (même géométrie et même taille de section) que les lames 4, 5 et cette section des lames 4, 5 et des ressorts de référence 21 est constante.
Lorsque plusieurs ressorts de référence 21 sont gravés, ils sont de préférence répartis sur toute la plaquette 20, comme les pièces 6 et 7. Les pièces 6, 7 et les ressorts de référence 21 sont attachés à la plaquette 20 par des ponts de matière 22 laissés pendant la gravure. Des ponts de matière 23 peuvent en outre être laissés entre les parties rigides de chaque pièce 6, 7 pour protéger les lames 4, 5.
A une deuxième étape E2 du procédé, on mesure la raideur du ou des ressorts de référence 21. On peut mesurer la raideur de tous les ressorts de référence 21 et en calculer la moyenne ou mesurer la raideur d'un échantillon des ressorts de référence 21 et en calculer la moyenne. La raideur moyenne déterminée à l'étape E2 est considérée comme représentative de chacun des ressorts de référence 21.
A une troisième étape E3, à partir de la raideur déterminée à l'étape E2, on calcule une épaisseur ξ de matériau à retirer des ressorts de référence 21 sur une première longueur prédéterminée, typiquement sur toute leur longueur, pour que les ressorts de référence 21 aient une deuxième raideur prédéterminée. Le retrait de matériau peut être prévu pour faire varier uniquement la hauteur h de la lame des ressorts de référence 21, uniquement l'épaisseur e de cette lame ou à la fois la hauteur h et l'épaisseur e. La deuxième raideur prédéterminée est liée à la première raideur prédéterminée. Plus précisément, la deuxième raideur prédéterminée est telle que si on enlève la même épaisseur ξ de matériau à chacune des lames 4, 5 sur une deuxième longueur prédéterminée, typiquement sur toute sa longueur, chacune des lames 4, 5 a la première raideur prédéterminée.
A une quatrième étape E4, l'épaisseur ξ de matériau calculée à l'étape E3 est retirée des lames 4, 5 sur la deuxième longueur prédéterminée, autrement dit la taille de leur section est réduite sur la deuxième longueur prédéterminée, afin que chacune de ces lames 4, 5 ait la première raideur prédéterminée.
Dans le cas de lames 4, 5 à base de silicium, l'étape E4 peut comprendre une première phase consistant à oxyder les lames 4, 5 afin de transformer l'épaisseur de matériau à retirer en dioxyde de silicium, et une deuxième phase consistant à retirer la couche de dioxyde de silicium ainsi formée. Le dioxyde de silicium se forme en consommant du silicium sur une profondeur correspondant à environ 44% de son épaisseur. Après élimination de la couche de dioxyde de silicium, on obtient donc des lames 4, 5 de section réduite.
L'oxydation peut être réalisée thermiquement, par exemple entre 800 et 1200°C sous atmosphère oxydante à l'aide de vapeur d'eau ou de gaz de dioxygène. L'oxyde formé sur le matériau à base de silicium peut être retiré en bain ou en phase vapeur au moyen d'un agent chimique contenant par exemple de l'acide fluorhydrique.
Avantageusement, ces opérations d'oxydation et de désoxydation sont mises en œuvre sur toute la plaquette 20 portant les pièces 6, 7 et les ressorts de référence 21, plaquette qui est donc placée dans un four pour l'oxydation puis traitée par un bain ou de la vapeur chimique pour la désoxydation.
Cette méthode d'oxydation-désoxydation est particulièrement précise. Toutefois, d'autres méthodes peuvent être employées pour retirer du matériau à l'étape E4, par exemple la gravure chimique, la gravure laser ou, pour des pièces 6, 7 fabriquées en verre, le procédé FEMTOPRINT^® qui consiste à changer les propriétés du verre au moyen d'un laser femtoseconde et à ensuite soumettre le verre à une opération de gravure chimique humide.
Les étapes E2, E3 et E4 peuvent être répétées avec des ressorts de référence 21 restant sur la plaquette 20 et ayant subi les mêmes traitements que les lames 4, 5, afin d'affiner la qualité dimensionnelle des lames 4, 5.
Après l'étape E4 ou la dernière étape E4, une étape supplémentaire E5 peut consister à traiter les lames 4, 5 ou plus généralement les pièces 6, 7 pour améliorer certaines de leurs caractéristiques. Dans le cas de pièces 6, 7 à base de silicium, on peut les revêtir d'une couche de dioxyde de silicium afin d'améliorer leur résistance mécanique. Une telle couche de dioxyde de silicium peut en outre avoir une épaisseur choisie pour rendre la fréquence de l'oscillateur 100 insensible à une variation de température, les variations de raideur du guidage flexible 3 en fonction de la température compensant les variations d'inertie du balancier 2 en fonction de la température. La couche de dioxyde de silicium peut être formée par oxydation thermique, par exemple entre 800 et 1200°C sous atmosphère oxydante à l'aide de vapeur d'eau ou de gaz de dioxygène, ou par une technique de dépôt telle que le dépôt chimique ou physique en phase vapeur (CVD, PVD). Cette étape E5 change la raideur du guidage flexible 3 mais d'une manière qui est déterminable et qui peut donc être anticipée lorsqu'on choisit la première raideur prédéterminée avant l'étape E1.
Le procédé se termine par le détachement des pièces 6, 7 de la plaquette 20 par rupture ou élimination des ponts de matière 22 qui les retenaient.
On notera que le procédé selon l'invention évite de devoir mesurer la raideur des lames 4, 5 pendant la fabrication industrielle. Grâce à une corrélation préalablement établie entre la raideur des lames 4, 5 et celle des ressorts de référence 21, à savoir la correspondance entre la première raideur prédéterminée et la deuxième raideur prédéterminée, seule la raideur des ressorts de référence 21, plus facile à mesurer, a besoin d'être déterminée.
La corrélation entre la raideur des lames 4, 5 et celle des ressorts de référence 21 peut être obtenue par calcul. Pour ce faire, avant l'étape E1, on peut dimensionner théoriquement une lame 4, 5, par exemple de section parfaitement rectangulaire, ayant la première raideur prédéterminée. La première raideur prédéterminée est une raideur choisie pour que le guidage flexible 3 assemblé à un balancier 2 d'inertie prédéterminée oscille à une fréquence prédéterminée. On peut en outre dimensionner théoriquement un ressort de référence 21, de section par exemple parfaitement rectangulaire et de préférence identique à celle de la lame 4, 5 théorique, ayant une longueur choisie pour que sa raideur soit dans une plage mesurable par un instrument standard ou un instrument de type connu. La raideur de ce ressort de référence 21 théorique peut être calculée. Elle est la deuxième raideur prédéterminée.
Ainsi, à l'étape E1, on grave dans la plaquette 20 des lames 4, 5 et des ressorts de référence 21 sur la base de la géométrie et des dimensions de la lame 4, 5 théorique et du ressort de référence 21 théorique, à l'exception de la section des lames 4, 5 qui est choisie volontairement plus grande que celle de la lame 4, 5 théorique et de la section du ressort de référence 21 qui est choisie volontairement plus grande que celle du ressort de référence 21 théorique, l'épaisseur de matériau des lames 4, 5 supplémentaire par rapport à la lame 4, 5 théorique étant identique à l'épaisseur de matériau des ressorts de référence 21 supplémentaire par rapport au ressort de référence 21 théorique. La gravure ne permet généralement pas de reproduire une section rectangulaire parfaite. Les aléas qui accompagnent la gravure et la difficulté de réaliser des flancs verticaux font que la section des éléments gravés présente des différences par rapport à la section théorique, par exemple une géométrie plus trapézoïdale que rectangulaire et des flancs non plans. Les lames 4, 5 obtenues à l'étape E4 ont donc une section différente de la section théorique initiale mais elles ont sensiblement la raideur souhaitée, à savoir la première raideur prédéterminée. Le calcul à l'étape E3 peut être approximé en considérant que les lames 4, 5 gravées et les ressorts de référence 21 gravés ont une section parfaitement rectangulaire.
En variante, au lieu de calculer la deuxième raideur prédéterminée à partir du dimensionnement théorique des lames 4, 5 et des ressorts de référence 21, on peut la déterminer empiriquement, par exemple de la manière suivante :

(i) on grave dans une même plaquette des pièces 6, des pièces 7 et des ressorts de référence 21 sur la base de la géométrie et des dimensions de la lame 4, 5 théorique et du ressort de référence 21 théorique, à l'exception de la section des lames 4, 5 qui est choisie plus grande que la section de la lame 4, 5 théorique et de la section des ressorts de référence 21 qui est choisie plus grande que la section du ressort de référence 21 théorique, l'épaisseur de matériau des lames 4, 5 supplémentaire par rapport à la lame 4, 5 théorique étant identique à l'épaisseur de matériau des ressorts de référence 21 supplémentaire par rapport au ressort de référence 21 théorique ;
(ii) on détache des paires de pièces 6, 7 de la plaquette et on les assemble successivement à un balancier 2 d'inertie connue pour déterminer la raideur de chaque lame 4, 5 par mesure de la fréquence de l'oscillateur 2, 6, 7 ;
(iii) on calcule la moyenne des raideurs ainsi mesurées ;
(iv) à partir de la raideur moyenne ainsi déterminée, on calcule l'épaisseur de matériau à retirer des lames 4, 5 sur la deuxième longueur prédéterminée pour qu'elles aient la première raideur prédéterminée ;
(v) on retire cette épaisseur de matériau sur la deuxième longueur prédéterminée des lames 4, 5 restant sur la plaquette et sur la première longueur prédéterminée des ressorts de référence 21, par exemple par oxydation-désoxydation de toute la plaquette ;
(vi) éventuellement, on répète une ou plusieurs fois les étapes (ii) à (v) ;
(vii) on mesure la raideur des ressorts de référence 21, alors qu'ils sont encore attachés à la plaquette ou non, et on en calcule la moyenne ; cette moyenne constitue la deuxième raideur prédéterminée, correspondant, pour chaque lame 4, 5, à la première raideur prédéterminée.

Cette méthode empirique est plus compliquée à mettre en œuvre que la méthode analytique mais elle peut être plus précise. Elle n'est mise en œuvre qu'une fois, pour déterminer la deuxième raideur prédéterminée. Ensuite, pendant la production industrielle (étapes E1 à E5), réalisée à partir d'une nouvelle plaquette, 20, les lames 4, 5 n'ont plus besoin d'être détachées de la plaquette et assemblées à un balancier puisque c'est la raideur du ressort de référence 21 que l'on mesure.
Dans une variante de la méthode empirique, à l'étape (i) on grave dans la plaquette des pièces 6 et des pièces 7 sur la base de la géométrie et des dimensions de la lame 4, 5 théorique à l'exception de la section des lames 4, 5 qui est choisie plus grande que la section de la lame 4, 5 théorique, et on grave dans la même plaquette des ressorts de référence 21 de géométrie et dimensions choisies pour que leur raideur soit dans une plage mesurable par un instrument standard ou un instrument de type connu. Une fois la correspondance établie entre les première et deuxième raideurs prédéterminées (étape vii)), on met en œuvre l'étape E1 sur la base des mêmes géométries et dimensions que dans cette variante de l'étape (i).
Dans toute la description détaillée ci-dessus, l'ajustement de la raideur des lames 4, 5 s'effectue en retirant de la matière, en d'autres termes en réduisant la taille de la section des lames 4, 5. L'invention peut en variante être mise en œuvre de façon inversée par ajout de matière (accroissement de la taille de la section des lames 4, 5). Ainsi, à l'étape E1 chaque pièce 6, 7 peut être gravée de telle sorte que la section de sa lame 4, 5 ait une taille qui est inférieure à la taille nécessaire pour obtenir une première raideur prédéterminée. A l'étape E3, on calcule alors une épaisseur de matériau à ajouter plutôt qu'à retirer et à l'étape E4 on ajoute cette épaisseur de matériau sur les lames 4, 5 voire sur toute la plaquette 20. Le matériau ajouté peut être le même que le matériau des lames 4, 5 gravées à l'étape E1 ou peut être différent. La méthode de détermination de la deuxième raideur prédéterminée est adaptée en conséquence.
Diverses méthodes peuvent être appliquées pour ajouter du matériau, telles que l'oxydation thermique, la croissance galvanique, le dépôt physique en phase vapeur, le dépôt chimique en phase vapeur, le dépôt en couche atomique ou toute autre méthode additive. On peut par exemple réaliser un dépôt chimique en phase vapeur permettant de former du silicium polycristallin sur des lames 4, 5 en silicium monocristallin.
En alternative à l'ajout ou au retrait de matériau, on peut à l'étape E4 modifier une épaisseur de matériau calculée à l'étape E3 sans que cela modifie nécessairement les dimensions de la section des lames 4, 5. On peut notamment modifier la structure selon une profondeur prédéterminée de la surface externe des lames 4, 5. A titre d'exemple, si du silicium amorphe est utilisé pour former les lames 4, 5, il peut être prévu de le cristalliser selon une profondeur prédéterminée pour former une âme en silicium amorphe recouverte d'une couche de silicium polycristallin afin d'obtenir la première raideur prédéterminée.
Dans une autre variante, on peut à l'étape E4 modifier la composition selon une profondeur prédéterminée de tout ou partie de la surface externe des lames 4, 5. A titre d'exemple, si un silicium monocristallin ou polycristallin est utilisé pour former les lames 4, 5, il peut être prévu de le doper ou d'y diffuser des atomes interstitiels ou de substitution selon une profondeur prédéterminée pour former une âme en silicium monocristallin ou polycristallin recouverte d'une couche dopée ou diffusée à l'aide d'atomes différents du silicium afin d'obtenir la première raideur prédéterminée.
La présente invention permet d'obtenir des lames 4, 5 de raideur précise malgré les aléas de la gravure sans devoir mesurer la raideur de ces lames pendant la production industrielle, ce qui nécessiterait soit d'assembler les pièces 6, 7 l'une à l'autre et à un balancier soit de recourir à un instrument de mesure de raideur non standard et/ou moins fiable qu'une mesure de fréquence de balancier-spiral. Il va de soi néanmoins que l'invention n'est pas limitée à la fabrication de lames de guidage flexible d'oscillateur ni à l'utilisation de spiraux comme ressorts de référence. Elle peut s'appliquer à tout ressort horloger tel que guidage flexible, partie de guidage flexible, ressort de rappel de bascule, de levier ou de marteau, sautoir, en particulier à des ressorts horlogers pour lesquels l'horloger ne dispose pas d'instrument de mesure de raideur fiable, ou peut en disposer (pour établir empiriquement la correspondance entre la première raideur prédéterminée et la deuxième raideur prédéterminée) mais pas de manière répétée (pour la production industrielle).

Claims

Procédé de fabrication d'un ressort horloger comprenant les étapes suivantes :
a) graver (E1) dans une même plaquette (20) un ressort horloger (4, 5) et un ressort de référence (21), la section du ressort horloger (4, 5) ayant une taille différente de la taille nécessaire pour que le ressort horloger (4, 5) ait une première raideur prédéterminée, le ressort de référence (21) ayant une forme différente de celle du ressort horloger (4, 5),

b) déterminer (E2) une raideur représentative du ressort de référence (21) gravé à l'étape a),

c) à partir de la raideur déterminée à l'étape b), calculer (E3) une épaisseur (ξ) de matériau à retirer, à ajouter ou à modifier sur le ressort de référence (21), sur une première longueur prédéterminée, pour que le ressort de référence (21) ait une deuxième raideur prédéterminée, la deuxième raideur prédéterminée étant telle que si on modifie le ressort horloger (4, 5) de la même manière sur une deuxième longueur prédéterminée, le ressort horloger (4, 5) a la première raideur prédéterminée,

d) modifier (E4) le ressort horloger (4, 5) sur la deuxième longueur prédéterminée selon le calcul effectué à l'étape c) afin que le ressort horloger (4, 5) ait la première raideur prédéterminée.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le ressort horloger (4, 5) est un guidage flexible, une partie de guidage flexible, un ressort de rappel de bascule, de levier ou de marteau, ou un sautoir.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le ressort horloger (4, 5) est un guidage flexible d'oscillateur ou une partie de guidage flexible d'oscillateur.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le ressort horloger (4, 5) est une lame de guidage flexible pour un oscillateur (100) comprenant un balancier (2) assemblé à au moins deux lames de guidage flexible.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le ressort de référence (21) est un spiral.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'étape a) comprend une gravure ionique réactive profonde.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le ressort horloger (4, 5) gravé à l'étape a) est à base de silicium et en ce qu'à l'étape d) ladite épaisseur (ξ) de matériau est retirée du ressort horloger (4, 5) par des opérations d'oxydation et de désoxydation.
Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les opérations d'oxydation et de désoxydation sont mises en œuvre sur toute la plaquette (20).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'à l'étape a) plusieurs dits ressorts horlogers (4, 5) sont gravés dans la plaquette (20) et en ce qu'à l'étape d) lesdits ressorts horlogers (4, 5) sont modifiés sur la deuxième longueur prédéterminée selon le calcul effectué à l'étape c).
Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'à l'étape a) plusieurs dits ressorts de référence (21) sont gravés dans la plaquette (20) et en ce que la raideur déterminée à l'étape b) est la raideur d'un desdits ressorts de référence (21), la raideur moyenne de tous les ressorts de référence (21) ou la raideur moyenne d'un échantillon des ressorts de référence (21).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend, avant l'étape a), une étape consistant à définir un ressort horloger théorique ayant la première raideur prédéterminée et un ressort de référence théorique, et en ce qu'à l'étape a) le ressort horloger (4, 5) et le ressort de référence (21) sont gravés sur la base de la géométrie et des dimensions du ressort horloger théorique et du ressort de référence théorique, à l'exception de la section du ressort horloger (4, 5) dont la taille est différente de celle du ressort horloger théorique et de la section du ressort de référence (21) dont la taille est différente de celle du ressort de référence théorique, l'épaisseur de matériau du ressort horloger (4, 5) en plus ou en moins par rapport au ressort horloger théorique étant la même que l'épaisseur de matériau du ressort de référence (21) en plus ou en moins par rapport au ressort de référence théorique.
Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la deuxième raideur prédéterminée est obtenue avant l'étape a) par calcul de la raideur du ressort de référence théorique.
Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que la deuxième raideur prédéterminée est obtenue avant l'étape a) en gravant dans une même plaquette des ressorts horlogers et des ressorts de référence sur la base de la géométrie et des dimensions du ressort horloger théorique et du ressort de référence théorique, à l'exception de la section du ressort horloger dont la taille est différente de celle du ressort horloger théorique et de la section du ressort de référence dont la taille est différente de celle du ressort de référence théorique, l'épaisseur de matériau du ressort horloger en plus ou en moins par rapport au ressort horloger théorique étant la même que l'épaisseur de matériau du ressort de référence en plus ou en moins par rapport au ressort de référence théorique, en modifiant les ressorts horlogers et les ressorts de référence de la même manière, sur la deuxième longueur prédéterminée pour les ressorts horlogers et sur la première longueur prédéterminée pour les ressorts de référence, jusqu'à obtenir pour les ressorts horlogers la première raideur prédéterminée, et en mesurant la raideur des ressorts de référence ainsi obtenus.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que la deuxième raideur prédéterminée est obtenue avant l'étape a) en gravant dans une même plaquette des ressorts horlogers et des ressorts de référence, la section des ressorts horlogers ayant une taille différente de la taille nécessaire pour que les ressorts horlogers aient la première raideur prédéterminée, en modifiant les ressorts horlogers et les ressorts de référence de la même manière, sur la deuxième longueur prédéterminée pour les ressorts horlogers et sur la première longueur prédéterminée pour les ressorts de référence, jusqu'à obtenir pour les ressorts horlogers la première raideur prédéterminée, et en mesurant la raideur des ressorts de référence ainsi obtenus ; et en ce qu'à l'étape a) le ressort horloger (4, 5) et le ressort de référence (21) sont gravés sur la base des mêmes géométries et dimensions que lesdits ressorts horlogers et lesdits ressorts de référence initialement gravés.
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que la première longueur prédéterminée est toute la longueur du ressort de référence (21) et la deuxième longueur prédéterminée est toute la longueur du ressort horloger (4, 5).
Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que le ressort horloger (4, 5) et le ressort de référence (21) gravés à l'étape a) ont une même section constante.