EP4650882A1 - Procede de fabrication de spiraux d'horlogerie - Google Patents

Procede de fabrication de spiraux d'horlogerie

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Publication number
EP4650882A1
EP4650882A1 EP24176704.5A EP24176704A EP4650882A1 EP 4650882 A1 EP4650882 A1 EP 4650882A1 EP 24176704 A EP24176704 A EP 24176704A EP 4650882 A1 EP4650882 A1 EP 4650882A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
spiral
thickness
une
inner portion
oscillator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24176704.5A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Garance COLLET
Kevin SOOBBARAYEN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Richemont International SA
Original Assignee
Richemont International SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Richemont International SA filed Critical Richemont International SA
Priority to EP24176704.5A priority Critical patent/EP4650882A1/fr
Priority to EP25174440.5A priority patent/EP4650883A1/fr
Publication of EP4650882A1 publication Critical patent/EP4650882A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • G04B17/066—Manufacture of the spiral spring
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance

Definitions

  • the present invention relates generally to the manufacture of balance springs for use in oscillators of watch parts.
  • the present invention relates to the manufacture of balance springs made from specific materials and/or using specific processes that allow for designs including complex or at least variable shapes along at least a portion of the spiral's coils.
  • the document EP1422436B1 shows for example spiral springs or silicon spirals having a bar that has a variable thickness along the turns.
  • balance springs are typically part of a timepiece's movement, which notably includes the oscillator (comprising the balance spring coupled to a balance wheel), an escapement, a gear train, and a mainspring, also known as the barrel spring.
  • the oscillator comprising the balance spring coupled to a balance wheel
  • an escapement comprising the balance spring coupled to a balance wheel
  • a mainspring also known as the barrel spring.
  • a certain variability in the oscillator's operation is known, which can be illustrated by a variability in its oscillations.
  • the amplitude of oscillation can vary depending on the power reserve or the degree of winding of the timepiece's mainspring.
  • Variability in the oscillations of the same oscillator can also be observed when it is integrated into a primary or secondary movement: the other components of the movement cause a certain variability in the oscillations. even if the power reserve or the degree of winding of the mainspring of the timepiece is identical.
  • the target performance typically refers to the accuracy of the timepiece's accuracy, which incorporates the components in question, such as the daily rate of the timepiece.
  • One aim of the present invention is to address the drawbacks of the prior art mentioned above and in particular, first of all, to propose a method for manufacturing watch balance springs which makes it possible to manufacture watch parts which will be less sensitive to normal or expected variations or even to defects in other parts of the movement and/or which will be less sensitive to variations in the power reserve or the degree of winding of the mainspring, at least in terms of operating performance.
  • one aim of the present invention is to provide a method for manufacturing watch balance springs that allows the production of watch parts including these springs which, even with normal or expected variation or even a defect in other parts of the movement, or due to a variation in the power reserve or the degree of winding of the mainspring, will have a less degraded performance than other parts watchmaking made with balance springs produced using known processes, without any subsequent correction.
  • Another object of the present invention may be to provide a watch spiral that makes it possible to manufacture a timepiece whose performance (for example, daily rate) will be less affected by a possible normal or expected variation or even a defect in the other parts of the movement and/or whose performance will be less affected by a variation in the power reserve or the degree of winding of the mainspring than a timepiece comprising a known spiral with the same normal or expected variation or the same defect in the other parts of the movement or with the same variation in the power reserve or the degree of winding of the mainspring, always without making a correction or adjustment a posteriori.
  • the process includes a step of defining a digital model of the balance spring to be manufactured, and a step of identifying a configuration, design, or geometry that limits the performance variations typically observed due to the variability of the oscillator's oscillations, if a normal or expected variation, or even a manufacturing or assembly defect, affects other parts of the timepiece's movement, and/or if the power reserve and/or the mainspring winding varies. Consequently, the identified configuration, design, or geometry can be used to manufacture balance springs that enable the production of a timepiece with less variable performance in the face of normal or expected variations, or even defects in other parts of the timepiece's movement, and/or if the power reserve and/or the mainspring winding varies.
  • the performance indicator can be chosen to translate or represent a target time performance, and/or a target performance level and/or a robustness or insensitivity of this performance to the presence of a defect.
  • the oscillator of a timepiece receives energy or impulses as input and provides, as output or feedback, a timekeeping function.
  • the above process can be considered as aiming to provide a balance spring which, once mounted in the timepiece's oscillator, will provide an oscillator that, in turn, provides a timekeeping function with less sensitivity or operating deviation to energy and/or impulses received as input that have intrinsic variability caused by movement components other than those of the oscillator, and/or caused by variations in the power reserve and/or the winding of the mainspring.
  • the intrinsic variability caused by movement components other than those of The oscillator, and/or the variation in power reserve and/or the winding of the mainspring can be variations in parts considered “nominal” or “compliant” with respect to manufacturing tolerances; that is, parts that all meet predefined specifications (but whose production and mass assembly exhibit a variability considered acceptable or expected).
  • the optimal value is determined to provide minimal sensitivity of the performance indicator to the variability of said oscillator oscillations, and/or to the variability of the energy received at the oscillator's input, and/or to the variability of the pulses received at the oscillator's input, and/or to the variability of the motor torque transmitted to the oscillator to maintain its oscillations.
  • the first phase may consist of digitally testing different geometries of the balance spring to find a configuration that reduces the operational variations of a timepiece incorporating such a balance spring.
  • several parameters of the balance spring geometry are modified to find a configuration (the optimal value) that eliminates or reduces the impact on the timepiece's accuracy of a normal or expected variation, or even a defect in other parts of the movement, and/or if the power reserve and/or the mainspring winding varies, based on a performance criterion of the timepiece (the performance indicator).
  • the variations in operation of the timepiece with a normal or expected variation or even a manufacturing and/or assembly defect of the other parts of the movement of the timepiece than the oscillator, and/or if the power reserve and/or the winding of the mainspring varies are lower than the variations in operation of a timepiece incorporating a known timepiece spiral.
  • the first phase may include a plurality of calculation iterations to test several configurations, to identify which configuration (and the optimal value(s) of the adjustment variable(s)) guarantees the lowest possible variations (the lowest possible sensitivity) on the overall operation of the oscillator and/or on the operation of the timepiece (the performance indicator) with a normal or expected variation or even a manufacturing and/or assembly defect of the other parts of the movement of the timepiece than the oscillator, and/or if the power reserve and/or the winding of the mainspring varies.
  • the first phase may include a concrete verification phase with manufacturing steps for nominal parts, and/or according to a known configuration, and/or according to an optimized configuration.
  • the robustness phase involves designing or adjusting the geometry, at the design stage, of a balance spring to provide not nominal operation, but to provide, in the event of a defect or normal or expected variation in the manufacture and/or assembly of the other parts of the movement of the timepiece, and/or if the power reserve and/or the winding of the mainspring varies, an operation as close as possible to the nominal operation.
  • the method can be used to address movement-to-movement variability (statistical manufacturing variability), and/or the decrease in amplitude when the motor torque decreases during the normal operation of the timepiece.
  • the invention provides a balance spring which, once incorporated into an oscillator, reduces the degree of variability relative to nominal performance.
  • the oscillation amplitude of oscillators equipped with known spirals and coupled with known movements exhibits a first variability that represents, for example, a first percentage of the average amplitude
  • the oscillation amplitude of these oscillators equipped with spirals according to the invention and coupled with known movements exhibit a second variability which represents for example a second percentage of the average amplitude, the second percentage being less than the first percentage.
  • an oscillation amplitude of an oscillator equipped with a known spiral and coupled with a known movement exhibits a first variation (during operation and reduction of motor torque)
  • an oscillation amplitude of an oscillator equipped with a spiral according to the invention and coupled with the known movement exhibits a second variation (during operation and reduction of motor torque), the second variation being less than the first variation.
  • the second phase allows for the direct manufacture of the watch balance spring with or according to the identified configuration, which offers the best robustness for the timepiece against normal or expected variations, or even against manufacturing and/or assembly defects in other movement components, and/or if the power reserve and/or the mainspring winding varies.
  • the balance spring according to the invention provides the smallest possible variations in the operation (performance indicator) of the timepiece, which incorporates a movement with normal or expected variations in operation, or even with manufacturing and/or assembly defects in other movement components, and/or if the power reserve and/or the mainspring winding varies.
  • the balance spring remains robust. of watchmaking, and/or if the power reserve and/or the winding of the mainspring varies, the geometry identified with the optimal value makes it possible to guarantee compliant operation, or at least acceptable according to the acceptance criteria considered.
  • a step can be planned involving iterative calculations to progressively arrive at the definition and/or identification of an optimal value (and/or a range of optimal values) that will give the variations of the performance indicator the lowest possible variability of the oscillations considered.
  • Each iteration can be planned to calculate or evaluate gradients or rates of change of the performance indicator to define the configuration that will be the subject of the following calculation.
  • the separation angle can define a terminal portion of the spiral that is separated from the rest of the spiral by a change in the pitch value.
  • the pitch in the terminal portion covered by the separation angle is constant and therefore different from the pitch between the preceding turns (which can be constant or variable).
  • the separation angle can be within a range of values from 400° to 600°, and preferably within a range of values from 490° to 540°.
  • the method includes a step of identifying an average delay or an average advance of a type of escapement and/or a type of gear train and/or a type of mainspring of the timepiece movement, the average delay or average advance being caused by a variation in power reserve during the operation of the timepiece and leading the same oscillator to exhibit varying oscillations over time.
  • the balance spring is designed to compensate for a variation in oscillations (typically a variation in amplitude) when the power reserve or the winding of the mainspring varies.
  • the balance spring specially designed according to the invention will compensate for or reduce the variability in the oscillator's operation, the oscillations of which vary over time due to a reduction in the driving torque applied by the mainspring.
  • the balance spring is designed to compensate for a variation in oscillations (typically a variation in amplitude) when the power reserve or the winding of the mainspring varies, with movements and/or timepieces conforming to the expected specifications (i.e., free from manufacturing and/or assembly defects).
  • the process includes a step of identifying a portion of external variability in the oscillations, induced by variations in the escapement and/or the gear train of the timepiece and/or the mainspring, which leads the same oscillator to exhibit variable oscillations.
  • the balance spring is designed to compensate for a variation in the oscillations (typically a variation in amplitude) caused by the rest of the movement, which can be measured or estimated by comparing several movements of the same type having the same power reserve or degree of winding.
  • the oscillation amplitude of several movements can be measured to determine an external variability (quantified by a standard deviation) and to define at least one optimal value for at least one adjustment variable, the optimal value providing minimal sensitivity of the performance indicator to the measured external variability.
  • identifying at least one optimal value for at least one adjustment variable can lead to identifying an optimal value providing minimal sensitivity of the performance indicator to the variability of said oscillator oscillations caused by the rest of the motion, which can be measured or estimated by comparing several movements of the same type having the same power reserve or degree of winding.
  • the optimal value can provide minimal sensitivity of the performance indicator to the variability of said oscillator oscillations caused by the rest of the movement comprising "compliant or normal" and correctly assembled parts.
  • the optimal value can provide minimal sensitivity of the performance indicator to the variability of said oscillator oscillations caused by movements and/or watch parts conforming to expected specifications (i.e., free from manufacturing and/or assembly defects).
  • the performance indicator can be the isochronism of the timepiece incorporating the balance spring in question (although it should be called anisochronism since the aim is to represent or quantify a defect in the isochronism of the timepiece).
  • the isochronism of the timepiece incorporating the balance spring in question as a function of the oscillation amplitude of the balance wheel coupled to the balance spring in question, can be considered as a performance indicator (isochronism is typically considered within a range of oscillation amplitude values from, for example, 100° to, for example, 300°, but a range of oscillation amplitude values from 200° to 300° or other amplitude values can also be considered).
  • the performance indicator can be a difference between the isochronism of the timepiece in a particular position (by For example, “flat, dial up (or down)” and the isochronism of the timepiece in one (or more) particular position(s) (for example, one of the four "hanging" positions).
  • the performance indicator could be the maximum isochronism deviation observed over the entire amplitude range considered.
  • the performance indicator could be the maximum of all maximum isochronism deviations between a position ("flat,” for example) and in each of the vertical positions ("hanging,” for example).
  • the performance indicator could be the average deviation of all deviations between the isochronism in a position ("flat") and the isochronism in each of the vertical positions ("hanging"). Alternatively, or in addition, the performance indicator could be whether the isochronism in one or more positions remains below or within a compliance template. Alternatively or in addition, the performance indicator can be a slope of the isochronism, or a standard deviation of the slopes of the isochronism as a function of the amplitude of oscillation.
  • the performance indicator can be the result of one or more tests of the chronometer certification issued by the Official Swiss Chronometer Testing Institute (COSC).
  • COSC Official Swiss Chronometer Testing Institute
  • the performance indicator can be the regularity of the timekeeping (or the deviation from a reference timekeeping rate) over a day of a timepiece in a given position and at a given temperature.
  • the thickness of the inner portion can vary along its length in a strictly decreasing manner (from the center), for at least 50% of the length of the central portion.
  • the thickness of at least a portion of the inner portion can be defined by the sum of a linear function and a periodic function, such as a sinusoidal function.
  • a function defining the thickness of the inner portion along its length can exhibit variations in slope, these variations can be periodic, and these variations can have a variable amplitude and/or periodicity.
  • the turns of the intermediate portion can all have the same thickness.
  • the thickness of the outer portion can vary along its length according to a non-monotonic function (i.e., with at least one change in the direction of variation: increasing then decreasing, or vice versa) and/or according to a sinusoidal function.
  • a non-monotonic function i.e., with at least one change in the direction of variation: increasing then decreasing, or vice versa
  • a sinusoidal function i.e., with at least one change in the direction of variation: increasing then decreasing, or vice versa
  • the thickness of at least part of the outer portion is defined by the sum of a linear function and a periodic function, such as a sinusoidal function. It can be predicted that the thickness of at least part of the outer portion is defined exclusively by a linear function or exclusively by a periodic function, such as a sinusoidal function.
  • Such a function defining the thickness of the outer portion along the outer portion may exhibit variations in slope; these variations may be periodic; and these variations may have a variable amplitude and/or periodicity.
  • balance spring can provide a low sensitivity of a timepiece's daily rate to the variability of the oscillator's oscillations (caused by the normal or expected variation in the operation of the rest of the movement, or even by a particular defect in the other movement components, and/or if the power reserve and/or the mainspring winding varies).
  • a timepiece with such a balance spring will exhibit less degraded daily rate in the face of variability in the oscillator's oscillations (caused by the normal or expected variation in the operation of the rest of the movement, or even by a particular defect in the other movement components, and/or if the power reserve and/or the mainspring winding varies) than the daily rate of a timepiece equipped with a balance spring known in the prior art with the same variability in the oscillator's oscillations.
  • the spiral may include a central ferrule, and the first end of the inner portion is integral with the central ferrule.
  • the spiral may include a screw plate or a screw index arranged at the second end of the outer portion.
  • the spiral can be formed in a single piece, and in, or based on, at least one material chosen from silicon, carbon, glass, or ceramic.
  • the spiral can be made of silicon, for example, crystalline silicon.
  • a silicon core coated with a layer of silicon oxide can be provided.
  • Another objective of the present invention may be to provide a method for manufacturing watch balance springs that allows for the production of timepieces comprising a movement and that are less sensitive to the variability of the oscillator's oscillations (caused by the normal or expected variation in the operation of the rest of the movement, or even by a particular defect in the other movement components of the timepiece, and/or if the power reserve and/or the winding of the mainspring varies), at least in terms of operating performance.
  • a movement can be understood as a device that produces, maintains, and processes a periodic phenomenon capable of measuring time. It may include sub-assemblies such as an assortment (for example an anchor assortment), a regulating organ (for example a balance spring), a gear train...
  • the watchmaking balance spring manufacturing process in question aims to design and manufacture watchmaking balance springs that can minimize the impact of a manufacturing and/or assembly defect affecting the movement or one of its sub-assemblies, the manufacturing and/or assembly defect not directly affecting the balance spring being part of this movement.
  • the process aims to manufacture a balance spring with a geometry specifically designed to reduce the impact of varying impulses received from the escapement in interaction with the rest of the movement (particularly the gear train and mainspring).
  • the impulses received by the oscillator typically vary due to at least one of the following parameters: manufacturing variations in components other than the oscillator itself, assembly variations (clearances, lubrication, etc.), and the intrinsic variability of the torque supplied by the mainspring barrel, which decreases over time.
  • FIG 2 represents a section of spiral 10 along the section line II-II of the figure 1 to show a section of the bar forming the spiral's turns.
  • the bar has a total height H and a total thickness e.
  • a layer of silicon oxide may be formed.
  • a silicon core of height H1 and of thickness e1 lies beneath the outer layer of silicon oxide to form the bar with total height H and total thickness e.
  • Such a silicon spiral 10 can be fabricated by photolithography and deep ion etching from a silicon wafer, and the thickness e can be easily adjusted or specified on one or more particular portions of the spiral 10, while the total height H is fixed in advance by the wafer thickness.
  • the spiral 10 is considered to be planar (due to its fabrication from a wafer).
  • figure 3 represents a summary diagram of the variability typically observed in the amplitude of oscillations of a mechanical timepiece oscillator with a power reserve of approximately 50 hours. The values mentioned in relation to the figure 3 are indicative.
  • Such variability in the oscillations of the oscillator or in the impulses given to the oscillator can typically cause drift or degradation or variability in the timekeeping of the timepiece.
  • Such a degradation in the timekeeping of a timepiece can be measured and quantified using standardized tests or trials, such as those implemented by the Official Swiss Chronometer Testing Institute (COSC). For example, tests can be performed with the timepiece lying flat, dial facing up or down, or vertically (hanging, with a specific orientation, at 3, 6, 9, or 12 o'clock) at a given temperature. The results of these tests can be a deviation from a reference step, noted in seconds per test day, and can be considered as a performance indicator.
  • COSC Official Swiss Chronometer Testing Institute
  • Such performance indicators are typically derived from curves showing, as a function of the oscillation amplitude, a deviation in rate from a reference rate. With reference to COSC tests, a curve can be provided for each test position. One can then use as a performance indicator a deviation on a curve or between two curves, a maximum or average deviation between curves compared two at a time, conformity to a template, a maximum or average slope on a single curve, a standard deviation of the slopes of one or more curves, etc.
  • the external variability of oscillations caused by variability in other movement parts can be considered “expected or normal” variability, meaning variability caused by parts that are properly fitted and assembled. Such variability is typically measured during production monitoring or dedicated testing by examining "good or compliant" parts.
  • a step can be implemented involving assembling and disassembling the same oscillator in several movements and taking measurements for each assembly.
  • the numerical model defined in step 100 is typically a finite element model built from the known geometry of a spiral, with design parameters whose dimensions can be varied, and which are called here adjustment variables.
  • Step 100 of defining a numerical model may include a step 110 of choosing the adjustment variables, and trials may be planned. Physical or numerical tests can be used to identify adjustment variables that can be modified and that influence variations in the performance indicator in response to variability in oscillator oscillations or pulses applied to the oscillator.
  • the adjustment variables defined in the table below are particularly relevant. [Table 1] symbol Description N Number of whole turns of the spiral ⁇ Piton/ferrule angle (the angle between the first end of the inner portion 12 and the second end of the outer portion 14) ⁇ The separation angle defines an outer terminal portion of the spiral and separates it from an intermediate portion of the spiral by a change in pitch between turns.
  • a greater thickness compared to the turns of the intermediate portion 13 can be expected, and/or the thickness e(s) along these portions can be varied according to an affine and/or sinusoidal function.
  • the intermediate portion 13 its pitch p can be varied.
  • Step 110 may also include defining the tolerance ranges (or variation intervals) of the chosen adjustment variables. Physical and/or numerical tests may be performed to determine these variation intervals. These intervals must allow for the selection of values that will reduce the sensitivity of the performance indicator to the variability of the oscillations of the identified motion oscillators. In other words, the variation intervals must be wide enough to find at least one optimal value for at least one adjustment variable. being the one that will guarantee a minimal variation in the performance indicator between a first nominal timepiece and a second timepiece with the same movement and/or with a different degree of winding.
  • Step 100 of defining the numerical model may include a step 120 of modifying the adjustment variables to define an affine and/or sinusoidal variation of the thickness of the inner portion 12 of the spiral 10, and/or an affine and/or sinusoidal variation of the thickness of the outer portion 14 of the spiral 10.
  • step 100 of defining the numerical model can lead to defining a spiral 10 with the inner portion 12 and/or the outer portion 14 which have a thickness varying periodically and/or affinely (it is possible to foresee parts of the spiral 10 along which the thickness varies only periodically or only affinely, or both at the same time).
  • Step 100 may include a step 130 of physical testing to calibrate the digital model. Specifically, it may involve manufacturing and testing watch parts with particular geometries and/or typical assemblies, as well as defect-free watch parts.
  • Step 200 defining the performance indicator, can, as mentioned above, simply involve selecting a functional test for the timepiece and choosing a target value.
  • step 210 could involve selecting a specific test from those conducted by the Official Swiss Chronometer Testing Institute (COSC) and the target value to be achieved.
  • COSC Official Swiss Chronometer Testing Institute
  • a performance indicator the rate of the watch based on the oscillation amplitude of the balance wheel and hairspring assembly.
  • Such indicators are typically derived from isochronism curves showing, as a function of the oscillation amplitude, an isochronism defect (a rate deviation from a reference rate).
  • an isochronism defect a rate deviation from a reference rate.
  • a curve can be provided for each test position.
  • step 220 We can also plan for step 220 to choose several specific test cases or several performance indicators, and build a composite target value (for example, by taking an average, weighted or unweighted) to define a composite performance indicator.
  • This step allows for prioritizing, or not prioritizing, certain performance and robustness criteria, or even a specific operating range.
  • Step 300 which defines at least one optimal value for at least one adjustment variable and provides a minimum sensitivity of the performance indicator to said variable oscillations, is typically a step which consists of optimizing the geometry of the spiral 10 to reduce the consequences of a variation in oscillations on the operation of the timepiece which incorporates the spiral in question.
  • a typical step 310 involves identifying or determining the sensitivity (variations) of the performance indicator by varying each adjustment variable within its defined range. Following this step, an optimal value can then be chosen for at least one adjustment variable, for which the operation of the timepiece equipped with the thus-designed balance spring 10 will exhibit the fewest possible variations, taking into account the variability of the oscillator's oscillations and/or the variability of the pulses received by the oscillator.
  • an optimal value can be chosen for at least one adjustment variable for which the operation of the timepiece equipped with the spiral 10 thus designed will have the fewest possible variations in response to the variation of the power reserve, that is to say between oscillations having a first amplitude (for example 160° to take a movement that has run for approximately 45 hours in reference to the figure 3 ) and oscillations having a second amplitude (for example, 280° to take a movement that has operated for less than 5 hours in reference to the figure 3 ).
  • a first amplitude for example 160° to take a movement that has run for approximately 45 hours in reference to the figure 3
  • oscillations having a second amplitude for example, 280° to take a movement that has operated for less than 5 hours in reference to the figure 3 .
  • an optimal value can be chosen for at least one adjustment variable for which the operation of the timepiece equipped with the spiral 10 thus designed will have the least possible variations for the same degree of winding, that is to say between oscillations having a first amplitude (for example 270° to take the low value of the gauge for a movement that has run for 10 hours in reference to the figure 3 ) and oscillations having a second amplitude (for example, 315° to take the upper value of the template for a movement that has run for 10 hours in reference to the figure 3 ).
  • a first amplitude for example 270° to take the low value of the gauge for a movement that has run for 10 hours in reference to the figure 3
  • oscillations having a second amplitude for example, 315° to take the upper value of the template for a movement that has run for 10 hours in reference to the figure 3 ).
  • step 400 we can plan a loop back to step 100 of defining the numerical model once step 300 of defining at least one optimal value has been carried out, to update the numerical model of the spiral, in order to freeze the design, or to repeat an iteration with another adjustment variable.
  • step 310 which involves identifying or determining the sensitivity (the variations) of the performance indicator over the range of variation of at least one adjustment variable, allows for a subsequent step of finding a value for the adjustment variable that ideally results in no variation in the performance indicator, or minimal variation.
  • Cross-effects can, of course, be studied by simultaneously varying two or more adjustment variables, in order to also find/adjust optimal values while minimizing the impact of these cross-effects, during the subsequent robustness improvement step.
  • iterative and discrete calculations can be planned which can predict for each configuration to calculate gradients, slopes or rates of variation of the performance indicator in order to define the next configuration to be tested, until a point of convergence is reached for which the geometric parameters are optimal, i.e. they maximize robustness and bring the time-based performance indicator closer to the target defined a priori.
  • Step 300 may also include a step 320 of physical tests or trials to validate the choice of an optimal value.
  • a spiral 10 can be manufactured with one or more adjustment variables defined with particular values (their optimal value or a different value) to manufacture watch parts to validate/confirm the sensitivity of the performance indicator in the case considered.
  • watch balance springs can be manufactured from silicon using deep ion etching, which allows for the production of a balance spring with different and/or variable thicknesses along its coils, while still enabling mass production.
  • figures 6a to 6c show a curve representing the thickness, denoted e, of certain variants of the spiral 10 of the figure 1 along the inner portion 12, between the points with abscissa s i1 and s i2 .
  • the thickness, denoted e, of a first execution variant decreases towards the point with abscissa s ⁇ sub> i2 ⁇ /sub> . More specifically, we can note that the thickness e decreases monotonically, that is, without reversing the direction of variation, and even more specifically, the thickness e decreases affinely.
  • the periodic part (and in particular the coefficient of the periodic part B ⁇ sub> is ⁇ /sub> ) of the inner portion 12 is zero or negligible compared to the value of the affine part (denoted e ⁇ sub>0i ⁇ /sub> - A ⁇ sub> is ⁇ /sub>).
  • the thickness, denoted e, of a second execution variant decreases towards the point with abscissa s ⁇ sub> i2 ⁇ /sub> .
  • Two modes of decrease for the thickness e can be observed: initially, a linear decrease, and subsequently, a linear and periodic decrease. More specifically, the thickness e decreases monotonically, that is, without reversing its direction of variation, and even more specifically, the thickness e decreases linearly between the points with abscissas s ⁇ sub> i1 ⁇ /sub> and s ⁇ sub> ii ⁇ /sub> .
  • the periodic part (and in particular the coefficient of the periodic part B ⁇ sub>is ⁇ /sub> ) of the inner portion 12 is zero or negligible compared to the value of the affine part (denoted e ⁇ sub>0i ⁇ /sub> - A ⁇ sub>is ⁇ /sub>s).
  • the periodic part (and in particular the coefficient of the periodic part B ⁇ sub>is ⁇ /sub> ) of the inner portion 12 is neither zero nor negligible compared to the value of the affine part (denoted e ⁇ sub> 0i ⁇ /sub> - A ⁇ sub>is ⁇ /sub> s), and periodic variations in thickness can be observed, in addition to the linear decrease. It should be noted that the position of the point with abscissa s ⁇ sub> ii ⁇ /sub> is likely to be different from what is shown in Figure 6b.
  • the modes of variation thicknesses may be reversed (first the affine and periodic variation, and then the affine variation) or exhibit more changes than the single change shown at the point with abscissa s ii (for example, one or two parts with affine and periodic variation may alternate with one or two parts with affine variation, or any other configuration).
  • Figure 7a shows a curve representing the thickness e of the spiral 10 of the figure 1 along the outer portion 14 according to a first variant of execution, between the points with abscissa s e1 and s e2 .
  • the thickness e is increasing monotonically and more particularly according to an affine function.
  • FIG 7b shows a curve representing the thickness e of the spiral 10 of the figure 1 along the outer portion 14 according to a second variant of execution, between the points with abscissa s e1 and s e2 .
  • the thickness e varies according to a sinusoidal function, over a little more than one period, with an increasing end of the curve.
  • All the timepieces (those with the balance spring 10 according to the invention and those with the reference balance spring) have variable oscillations.
  • two families of timepieces were able to be digitally constructed. The first family has a known balance spring, and the second family has a balance spring designed to be less sensitive to variations in oscillations.
  • the variability of the oscillations is caused by movement components other than the oscillator and/or by the reduction in power reserve and therefore in driving torque over time.
  • the figure 8 It clearly shows two separate families: an “original version” family, corresponding to timepieces with the reference balance spring, and an “optimized version” family, having the balance spring 10 according to the invention.
  • the oscillation amplitude varies between 100° and 300° in this particular example.
  • the "optimized version” family of parts with the balance spring 10 according to the invention exhibits a lower dispersion D1 than the "original version” family, which has a dispersion D2.
  • the analysis of the curve of the figure 8 This shows that this conclusion holds true across all amplitudes, and that the dispersion at a given amplitude for the "optimized version” family of parts with the balance spring 10 according to the invention can be less than or equal to half the dispersion of the "original version” family.
  • the parts with the balance spring 10 according to the invention exhibit operation with lower sensitivity to manufacturing and/or assembly defects of the balance spring: the performance of these parts equipped with the balance spring 10 according to the invention is less altered than the reference parts in case of manufacturing and/or assembly defects.
  • a manufacturing process, and/or a spiral according to the present invention are capable of industrial application.
  • the spiral 10 of the figure 1 It is a silicon spiral, but composite parts are possible, for example with a ferrule or an attached attachment plate. Other materials can be considered. Oxidized parts are possible, as well as doped parts.
  • Performance indicators are defined at the individual watch component level, and it is possible to use performance indicators based on optical and acoustic measurements. Measurements can be taken on isolated components to determine their impact on the overall performance indicator of the complete assembly.

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Abstract

L'invention se rapporte à un procédé de fabrication de spiraux (10) d'horlogerie pour un oscillateur d'un mouvement d'une pièce d'horlogerie, l'oscillateur étant caractérisé par des oscillations présentant une variabilité sous l'effet d'un échappement et/ou d'un rouage et/ou d'un ressort moteur du mouvement de la pièce d'horlogerie, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
- (100) définir un modèle numérique représentatif d'un spiral (10) que l'on souhaite obtenir, ledit modèle comportant une pluralité de variables d'ajustement,
- (200) définir au moins un indicateur de performance, représentatif d'un comportement souhaité pour le spiral (10),
- (300) identifier au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur,
- (400) fabriquer au moins un spiral (10) avec une géométrie définie en fonction de ladite au moins une valeur optimale.
L'invention se rapporte aussi à un spiral (10) dont la géométrie particulière procure une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur.

Description

    Domaine technique de l'invention
  • La présente invention concerne de manière générale la fabrication de ressorts spiraux destinés à équiper des oscillateurs de pièces d'horlogerie. En particulier, la présente invention se rapporte à la fabrication de spiraux réalisés dans des matières et/ou avec des procédés particuliers qui autorisent des conceptions qui incluent des formes complexes ou à tout le moins variables le long d'au moins une portion des spires du spiral.
    • État de la technique
  • On connaît dans l'art antérieur relatif aux spiraux, de pouvoir fabriquer ces pièces dans des matières et/ou avec des procédés particuliers qui autorisent des conceptions qui incluent des formes complexes avec en particulier des épaisseurs variables le long d'au moins une portion des spires du spiral.
  • Le document EP1422436B1 montre par exemple des ressorts spiraux ou spiraux en silicium ayant un barreau qui présente une épaisseur variable le long des spires.
  • Par ailleurs, les spiraux font typiquement partie d'un mouvement d'une pièce d'horlogerie, qui comprend notamment l'oscillateur (comprenant le spiral accouplé à un balancier), un échappement, un rouage, et un ressort moteur dit ressort de barillet. Il est connu de constater une certaine variabilité dans le fonctionnement de l'oscillateur, qui peut notamment être illustrée par une variabilité des oscillations. Par exemple on peut constater une amplitude d'oscillation qui varie en fonction d'une réserve de marche ou d'un degré d'armage du ressort moteur de la pièce d'horlogerie. On peut aussi constater une variabilité des oscillations d'un même oscillateur lorsqu'il est intégré dans un premier mouvement ou dans un deuxième mouvement : les autres composants du mouvement causent une certaine variabilité des oscillations, même si la réserve de marche ou le degré d'armage du ressort moteur de la pièce d'horlogerie est identique.
  • On peut donc constater des écarts de fonctionnement par rapport à une performance cible, sans pouvoir aisément y remédier à moins de changer la ou les pièces en cause. La performance cible peut typiquement être une précision de la marche de la pièce d'horlogerie qui intègre les composants en cause, comme par exemple la marche diurne de la pièce d'horlogerie.
  • Cette sensibilité aux variations normales ou attendues ou même aux défauts des autres pièces du mouvement ou à la réserve de marche ou au degré d'armage du ressort moteur (et en particulier les variabilités sur les performances chronométriques engendrées par ces phénomènes) et/ou la difficulté de retouche ou de réglage peut être un frein à l'utilisation de ces pièces qui pourtant présentent d'autres avantages comme une aptitude à la fabrication en série, une absence de sensibilité aux champs magnétiques...
    • Exposé de l'invention
  • Un but de la présente invention est de répondre aux inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus et en particulier, tout d'abord, de proposer un procédé de fabrication de spiraux d'horlogerie qui permette de fabriquer des pièces d'horlogerie qui seront moins sensibles à des variations normales ou attendues ou même à des défauts des autres pièces du mouvement et/ou qui seront moins sensibles à des variations de la réserve de marche ou au degré d'armage du ressort moteur, au moins en termes de performance de fonctionnement.
  • Autrement dit, un but de la présente invention est de proposer un procédé de fabrication de spiraux d'horlogerie qui permette de fabriquer des pièces d'horlogerie incluant ces spiraux qui, même avec une variation normale ou attendue ou même un défaut des autres pièces du mouvement ou en raison d'une variation de la réserve de marche ou du degré d'armage du ressort moteur, auront une performance moins dégradée que des pièces d'horlogerie fabriquées avec des spiraux issus des procédés connus, sans procéder à une correction a posteriori.
  • Un autre but de la présente invention, toujours pour répondre aux inconvénients de l'art antérieur mentionnés ci-dessus, peut être de proposer un spiral d'horlogerie permettant de fabriquer une pièce d'horlogerie dont la performance (par exemple la marche diurne) sera moins affectée par une éventuelle variation normale ou attendue ou même un défaut des autres pièces du mouvement et/ou dont la performance sera moins affectée par une variation de la réserve de marche ou du degré d'armage du ressort moteur qu'une pièce d'horlogerie comprenant un spiral connu avec la même variation normale ou attendue ou le même défaut des autres pièces du mouvement ou avec une même variation de la réserve de marche ou du degré d'armage du ressort moteur, toujours sans procéder à une correction ou à un ajustement a posteriori.
  • Pour cela un premier aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication de spiraux d'horlogerie pour un oscillateur d'un mouvement d'une pièce d'horlogerie, l'oscillateur étant caractérisé par des oscillations présentant une variabilité sous l'effet d'un échappement et/ou d'un rouage et/ou d'un ressort moteur du mouvement de la pièce d'horlogerie, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
    • définir un modèle numérique représentatif d'un spiral que l'on souhaite obtenir, ledit modèle comportant une pluralité de variables d'ajustement,
    • définir au moins un indicateur de performance, représentatif d'un comportement souhaité pour le spiral,
    • identifier au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur,
    • fabriquer au moins un spiral avec une géométrie définie en fonction de ladite au moins une valeur optimale.
  • Selon la mise en oeuvre ci-dessus, le procédé comprend une étape consistant à définir un modèle numérique du spiral à fabriquer, et une étape consistant à identifier une configuration, une conception, une géométrie qui permet de limiter les variations de performance habituellement constatées face à la variabilité des oscillations de l'oscillateur, si une variation normale ou attendue ou même un défaut de fabrication ou d'assemblage affecte les autres pièce du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie. En conséquence, la configuration, conception, ou géométrie identifiée peut servir à fabriquer des spiraux qui permettent de fabriquer une pièce d'horlogerie dont la performance sera moins variable face à une variation normale ou attendue ou même un défaut des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie. On peut noter que l'indicateur de performance peut être choisi pour traduire ou représenter une performance chronométrique cible, et/ou un niveau de performances cible et/ou une robustesse ou insensibilité de cette performance à la présence d'un défaut.
  • D'une manière générale, l'oscillateur d'une pièce d'horlogerie reçoit une énergie ou des impulsions en entrée et procure en sortie ou en retour un cadencement du temps. On peut considérer que le procédé ci-dessus a pour but de proposer un spiral, qui une fois monté dans l'oscillateur de la pièce d'horlogerie, procurera un oscillateur qui donne en retour un cadencement du temps ayant une sensibilité ou une déviation de fonctionnement moins importante face à une énergie et/ou des impulsions reçues en entrée ayant une variabilité intrinsèque causée par les composants du mouvement autres que ceux de l'oscillateur, et/ou causée par une variation de la réserve de marche et/ou de l'armage du ressort moteur. En particulier, la variabilité intrinsèque causée par les composants du mouvement autres que ceux de l'oscillateur, et/ou la variation de la réserve de marche et/ou de l'armage du ressort moteur peuvent être des variabilités de pièces dites « nominales » ou « conformes » par rapport à des tolérances de fabrication, c'est à dire des pièces satisfaisant toutes un cahier des charges prédéfini (mais dont la production et l'assemblage en série présente une variabilité dite acceptable ou attendue). Autrement dit, la valeur optimale est déterminée pour procurer une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur, et/ou à la variabilité de l'énergie reçue en entrée de l'oscillateur, et/ou à la variabilité des impulsions reçues en entrée de l'oscillateur, et/ou à la variabilité du couple moteur transmis à l'oscillateur pour entretenir ses oscillations.
  • En d'autres termes, l'invention peut tout d'abord comprendre une première phase, dite phase d'amélioration de la robustesse d'un spiral d'horlogerie à une variation des oscillations de l'oscillateur (par exemple une variation de l'amplitude des oscillations), causée par des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou causée si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie (lesdites autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou la variation de la réserve de marche et/ou de l'armage du ressort moteur conduisant à une variabilité des oscillations de l'oscillateur) avec les étapes consistant à :
    • définir un modèle numérique représentatif d'un spiral que l'on souhaite obtenir, ledit modèle comportant une pluralité de variables d'ajustement,
    • définir au moins un indicateur de performance, représentatif d'un comportement souhaité pour le spiral,
    • identifier au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance aux variations des oscillations (causées par lesdites autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie).
  • La première phase peut consister à tester numériquement différentes géométries du spiral d'horlogerie pour trouver une configuration qui permette de réduire les écarts de fonctionnement d'une pièce d'horlogerie qui intègre un tel spiral d'horlogerie. Autrement dit, plusieurs paramètres de la géométrie du spiral (des variables d'ajustement) sont modifiés pour trouver une configuration (la valeur optimale) qui permette de gommer ou réduire les conséquences sur la marche de la pièce d'horlogerie d'une variation normale ou attendue ou même d'un défaut des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie, sur un critère de fonctionnement de la pièce d'horlogerie (l'indicateur de performance). Avec la valeur optimale identifiée utilisée pour fabriquer un spiral selon l'invention, les variations de fonctionnement de la pièce d'horlogerie avec une variation normale ou attendue ou même un défaut de fabrication et/d'assemblage des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie que l'oscillateur, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie sont plus faibles que les variations de fonctionnement d'une pièce d'horlogerie intégrant un spiral d'horlogerie connu. La première phase peut comprendre une pluralité d'itérations de calculs pour tester plusieurs configurations, pour identifier quelle configuration (et la ou les valeur(s) optimale(s) des variables d'ajustement) permet de garantir les plus faibles variations possibles (la sensibilité la plus faible possible) sur le fonctionnement global de l'oscillateur et/ou sur le fonctionnement de la pièce d'horlogerie (l'indicateur de performance) avec une variation normale ou attendue ou même un défaut de fabrication et/ou d'assemblage des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie que l'oscillateur, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie.
  • A cet effet, et pour s'assurer que les prédictions de robustesse sont fiables, la première phase peut comprendre une phase de vérification concrète avec des étapes de fabrication de pièces nominales, et/ou selon une configuration connue, et/ou selon une configuration optimisée. On peut prévoir des étapes de test et/ou de mesure pour mesurer la variabilité des oscillations de l'oscillateur et/ou les valeurs de variations normales ou attendues ou même des défauts des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie (c'est-à-dire mesurer les intervalles de tolérance des mouvements étudiés). On peut aussi prévoir de tester ces pièces avec des variations normales ou attendues ou même des défauts de fabrication et/ou d'assemblage et/ou différentes configurations de pièces conformes mais présentant une variabilité de pièce à pièce inévitable en fonctionnement pour mesurer / constater l'écart de fonctionnement réel (typiquement une variabilité des oscillations, en particulier une variabilité de l'amplitude des oscillations) afin de caler le modèle numérique ou la réponse sur l'indicateur de performance. On peut noter que la phase de robustesse revient à concevoir ou ajuster la géométrie, au stade de sa conception, d'un spiral pour procurer non pas un fonctionnement nominal, mais pour procurer, en cas de défaut ou de variation normale ou attendue de fabrication et/ou d'assemblage des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie, un fonctionnement le plus proche possible du fonctionnement nominal.
  • Autrement dit, le procédé peut avoir pour but d'adresser la variabilité de mouvement à mouvement (les variabilités statistiques de fabrication), et/ou la diminution de l'amplitude lorsque le couple moteur décroit au cours du fonctionnement normal de la pièce d'horlogerie. Selon un aspect, l'invention permet de proposer un spiral qui une fois incorporé dans un oscillateur permet de réduire la part de variabilité par rapport à une performance nominale.
  • Selon un premier exemple, si avec un même couple moteur, une amplitude d'oscillation d'oscillateurs munis de spiraux connus et accouplés avec des mouvements connus présente une première variabilité qui représente par exemple un premier pourcentage de l'amplitude moyenne, alors avec le même couple moteur, une amplitude d'oscillation de ces oscillateurs munis de spiraux selon l'invention et accouplés avec les mouvement connus présente une deuxième variabilité qui représente par exemple un deuxième pourcentage de l'amplitude moyenne, le deuxième pourcentage étant inférieur au premier pourcentage.
  • Selon un deuxième exemple, si avec un même barillet, une amplitude d'oscillation d'un oscillateur muni d'un spiral connu et accouplé avec un mouvement connu présente une première variation (au cours du fonctionnement et de la diminution du couple moteur), alors avec le même barillet, une amplitude d'oscillation d'un oscillateur muni d'un spiral selon l'invention et accouplé avec le mouvement connu présente une deuxième variation (au cours du fonctionnement et de la diminution du couple moteur), la deuxième variation étant inférieure à la première variation.
  • Ensuite, l'invention peut alors comprendre une deuxième phase, dite phase de production avec au moins une étape consistant à :
    • fabriquer au moins un spiral avec une géométrie définie en fonction de ladite au moins une valeur optimale.
  • La deuxième phase, dite de production, permet de fabriquer directement le spiral d'horlogerie avec ou selon la configuration identifiée, qui offre la meilleure robustesse de la pièce d'horlogerie à la variation normale ou attendue ou même au défaut de fabrication et/ou d'assemblage des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie. C'est-à-dire que le spiral selon l'invention apporte les plus faibles variations possibles de fonctionnement (de l'indicateur de performance) de la pièce d'horlogerie qui intègre un mouvement avec une variation de fonctionnement normale ou attendue ou même un défaut de fabrication et/ou d'assemblage des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie. Ainsi, moins de pièces sont mises au rebut, car même en présence de la variation de fonctionnement normale ou attendue du reste du mouvement ou même en présence d'un défaut de fabrication et/ou d'assemblage des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie, la géométrie identifiée avec la valeur optimale permet de garantir un fonctionnement conforme, ou à tout le moins acceptable selon les critères d'acceptation considérés.
  • Selon un mode de réalisation, l'étape de définition du modèle numérique représentatif du spiral comprend une étape consistant à :
    • définir un intervalle de variation de ladite variable d'ajustement, et l'étape d'indentification de ladite au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement comprend une étape consistant à :
    • identifier une sensibilité de l'indicateur de performance au dit au moins un défaut de fabrication et/ou d'assemblage sur l'intervalle de variation de ladite au moins une variable d'ajustement. Autrement dit, l'étape de définition du modèle numérique représentatif du spiral comprend une étape destinée à définir une fonction ou une loi de variation liant l'indicateur de performance à la variabilité des oscillations de l'oscillateur (causée par la variation de fonctionnement normale ou attendue du reste du mouvement ou même par un défaut considéré des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie), avec la variable d'ajustement comme donnée d'entrée. Une fois la fonction ou la loi de variation liant l'indicateur de performance à la variabilité des oscillations considérée identifiée, on peut étudier cette fonction ou loi de variation pour trouver une valeur optimale qui donnera les variations de l'indicateur de performance à la variabilité des oscillations considérée les plus faibles possibles.
  • Alternativement, on peut prévoir une étape consistant à faire des calculs itératifs pour progressivement aboutir à la définition et/ou à l'identification d'une valeur optimale (et/ou d'une plage de valeurs optimales) qui donnera les variations de l'indicateur de performance à la variabilité des oscillations considérée les plus faibles possibles. On peut prévoir à chaque itération de calculer ou évaluer des gradients ou des taux de variation de l'indicateur de performance pour définir la configuration qui fera l'objet du calcul suivant.
  • Selon un mode de réalisation, l'étape de définition du modèle numérique représentatif du spiral comprend une étape consistant à choisir au moins une variable d'ajustement choisie parmi, et de préférence au moins deux variables d'ajustement choisies parmi :
    • l'épaisseur d'une portion intérieure du spiral,
    • l'épaisseur d'une portion extérieure du spiral,
    • l'épaisseur d'une portion intermédiaire du spiral, agencée entre la portion intérieure et la portion extérieure,
    • un nombre de spires du spiral,
    • un angle de décollement, définissant une portion terminale extérieure du spiral et séparée d'une portion intermédiaire du spiral par un changement de pas entre spires pour passer par exemple à un pas constant et distinct d'un pas entre des spires de la portion intermédiaire du spiral,
    • un angle entre le point d'attache à la virole et le point d'attache au piton,
    • une longueur de la portion intérieure, définie par l'angle qu'elle embrasse, compris dans une plage de valeurs allant de 50° à 200°, de préférence de 90° à 135°,
    • une longueur de la portion extérieure, définie par l'angle qu'elle embrasse, compris dans une plage de valeurs allant de 10° à 100°, de préférence de 40° à 70°.
  • L'angle de décollement peut définir une portion terminale du spiral qui est séparée du reste du spiral par un changement de la valeur du pas, le pas dans la portion terminale couverte par l'angle de décollement étant un pas constant et donc différent du pas entre les spires précédentes (qui peut être un pas constant ou un pas variable). L'angle de décollement peut être compris dans une plage de valeurs allant de 400° à 600° et de préférence dans une plage de valeurs allant de 490° à 540°.
  • Selon un mode de réalisation, l'étape de définition du modèle numérique représentatif du spiral comprend une étape consistant à ajuster des coefficients pour :
    • définir une variation affine et/ou sinusoïdale de l'épaisseur de la portion intérieure du spiral,
    • définir une variation affine et/ou sinusoïdale de l'épaisseur de la portion extérieure du spiral.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape consistant à identifier un retard moyen ou une avance moyenne d'un type d'échappement et/ou d'un type de rouage et/ou d'un type de ressort moteur du mouvement de la pièce d'horlogerie, le retard moyen ou l'avance moyenne étant causé(e) par une variation de réserve de marche au cours du fonctionnement de la pièce d'horlogerie et conduisant un même oscillateur à présenter des oscillations variables au cours du temps. Selon cette mise en oeuvre, le spiral est conçu pour compenser une variation des oscillations (typiquement une variation d'amplitude) lorsque la réserve de marche ou l'armage du ressort moteur varie. Ainsi, même si la pièce d'horlogerie n'est pas régulièrement remontée (comme par exemple pour une pièce d'horlogerie automatique non portée par un utilisateur ou pour une pièce d'horlogerie mécanique que l'on laisse fonctionner sans remontage), le spiral spécialement conçu selon l'invention va compenser ou réduire la variabilité du fonctionnement de l'oscillateur dont les oscillations présentent une variation au cours du temps causée par la réduction du couple moteur appliqué par le ressort moteur. Selon une mise en oeuvre particulière, le spiral est conçu pour compenser une variation des oscillations (typiquement une variation d'amplitude) lorsque la réserve de marche ou l'armage du ressort moteur varie, avec des mouvements et/ou des pièces d'horlogerie conformes aux spécifications attendues (c'est-à-dire exempt(e)s de défauts de fabrication et/ou d'assemblage).
  • On peut choisir de réduire la variabilité dans des intervalles particuliers de réserve de marche ou d'armage. Par exemple on peut choisir de compenser ou limiter la variabilité quand la réserve de marche est faible, par exemple entre 0% et 50% de réserve de marche, de préférence entre 0% et 25% de réserve de marche (0% indiquant un ressort moteur totalement détendu conduisant à un arrêt de l'entretien des oscillations). Selon ce mode de réalisation, l'identification de ladite au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, peut conduire à identifier une valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur lorsque la réserve de marche ou l'armage du ressort moteur varie.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape consistant à identifier une part de variabilité externe des oscillations, induite par des variabilités de l'échappement et/ou du rouage de la pièce d'horlogerie et/ou du ressort moteur et conduisant un même oscillateur à présenter des oscillations variables. Selon cette mise en oeuvre, le spiral est conçu pour compenser une variation des oscillations (typiquement une variation d'amplitude) causée par le reste du mouvement, que l'on peut mesurer ou estimer en comparant plusieurs mouvements du même type ayant la même réserve de marche ou degré d'armage. On peut, pour une amplitude d'oscillation nominale donnée (définie par exemple à un degré d'armage particulier), mesurer l'amplitude d'oscillation de plusieurs mouvements pour connaître une variabilité externe (quantifiée par un écart type) et définir au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité externe mesurée. Selon ce mode de réalisation, l'identification de ladite au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, peut conduire à identifier une valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur causée par le reste du mouvement, que l'on peut mesurer ou estimer en comparant plusieurs mouvements du même type ayant la même réserve de marche ou degré d'armage. En particulier, la valeur optimale peut procurer une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur causée par le reste du mouvement comprenant des pièces « conformes ou normales » et correctement assemblées. En d'autres termes, la valeur optimale peut procurer une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur causée par des mouvements et/ou des pièces d'horlogerie conformes aux spécifications attendues (c'est-à-dire exempt(e)s de défaut de fabrication et/ou d'assemblage).
  • Selon un mode de réalisation, l'étape de définition dudit au moins un indicateur de performance comprend une étape consistant à :
    • définir une valeur cible de l'indicateur de performance,
    et la valeur optimale procure une sensibilité minimale de l'indicateur de performance au dit au moins un défaut de fabrication et/ou d'assemblage autour de sa valeur cible, et de préférence dans une gamme de tolérance autour de sa valeur cible.
  • Selon un mode de réalisation, l'indicateur de performance peut être l'isochronisme de la pièce d'horlogerie qui intègre le spiral en cause (bien que l'on devrait parler d'anisochronisme puisque l'on va chercher à représenter ou quantifier un défaut d'isochronisme de la pièce d'horlogerie). En particulier, on peut considérer comme indicateur de performance l'isochronisme de la pièce d'horlogerie qui intègre le spiral en cause, en fonction de l'amplitude d'oscillation du balancier accouplé au spiral considéré (on considère typiquement l'isochronisme dans une plage de valeurs d'amplitude d'oscillation allant de par exemple 100° à par exemple 300°, mais on peut considérer une plage de valeurs d'amplitude d'oscillation allant de 200° à 300° ou d'autres valeurs d'amplitude). Alternativement ou en complément, l'indicateur de performance peut être une différence entre l'isochronisme de la pièce d'horlogerie dans une position particulière (par exemple « à plat, cadran vers le haut (ou vers le bas) ») et l'isochronisme de la pièce d'horlogerie dans une (ou plusieurs autres) position(s) particulière(s) (par exemple une des quatre positions « pendu »). Alternativement ou en complément, l'indicateur de performance peut être l'écart maximal d'isochronisme constaté sur toute la plage d'amplitude considérée. Alternativement ou en complément, l'indicateur de performance peut être le maximum de tous les écarts maximums d'isochronisme entre une position (« à plat » par exemple) et dans chacune des positions verticales (« pendu » par exemple). Alternativement ou en complément, l'indicateur de performance peut être l'écart moyen de tous les écarts entre l'isochronisme dans une position (« à plat ») et l'isochronisme dans chacune des positions verticales (« pendu »). Alternativement ou en complément, l'indicateur de performance peut être de savoir si l'isochronisme dans une ou plusieurs position(s) reste en dessous ou à l'intérieur d'un gabarit de conformité. Alternativement ou en complément, l'indicateur de performance peut être une pente de l'isochronisme, ou un écart type des pentes de l'isochronisme en fonction de l'amplitude d'oscillation.
  • Selon un mode de réalisation, on peut adopter comme indicateur de performance le résultat à une ou plusieurs épreuves de la certification de chronomètre délivrée par le Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres (COSC). Dans ce cas, l'indicateur de performance peut être la régularité de la marche (ou l'écart par rapport à une marche de référence) sur une journée d'une pièce d'horlogerie dans une position et à une température données.
  • Selon un mode de réalisation, l'étape de définition dudit au moins un indicateur de performance comprend une étape consistant à :
    • définir une pluralité d'indicateurs de performance,
    • affecter un poids à chaque indicateur de performance de la pluralité d'indicateurs de performance,
    • définir une valeur cible pour chaque indicateur de performance de la pluralité d'indicateurs de performance
    • définir un indicateur de performance composite avec une valeur composite cible sur la base de la valeur cible et du poids de chaque indicateur de performance,
    et la valeur optimale procure une sensibilité minimale de l'indicateur de performance composite audites oscillations variables autour de sa valeur composite cible, et de préférence dans une gamme de tolérance autour de sa valeur composite cible.
  • Un deuxième aspect de l'invention se rapporte à un spiral d'horlogerie, comprenant :
    • un barreau enroulé en spirale et présentant une hauteur et une épaisseur, le barreau comprenant :
      • une portion intérieure, ayant une première extrémité agencée pour être solidaire d'un axe oscillant d'un oscillateur horloger, et une deuxième extrémité,
      • une portion intermédiaire, ayant une première extrémité reliée à la deuxième extrémité de la portion intérieure, et une deuxième extrémité,
      • une portion extérieure, ayant une première extrémité reliée à la deuxième extrémité de la portion intermédiaire, et une deuxième extrémité agencée pour être pitonnée sur un bâti de référence d'une pièce d'horlogerie comprenant l'oscillateur horloger,
    caractérisé en ce qu'au moins deux des conditions suivantes sont vérifiées :
    • une épaisseur de la portion intérieure varie le long de la portion intérieure, et en partant de la première extrémité de la portion intérieure, selon une fonction décroissante non affine et/ou selon une fonction sinusoïdale,
    • la portion intermédiaire comprend au moins une spire avec une épaisseur constante,
    • une épaisseur de la portion extérieure varie le long de la portion extérieure selon une fonction non monotone et/ou selon une fonction sinusoïdale.
  • Le demandeur s'est aperçu que le spiral selon la mise en oeuvre ci-dessus permet de minimiser les écarts de marche d'une pièce d'horlogerie face à la variabilité des oscillations de l'oscillateur causée par la variation de fonctionnement normale ou attendue du reste du mouvement ou même par un défaut particulier des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie. En particulier, le spiral selon la mise en oeuvre ci-dessus doit vérifier deux des conditions ci-dessous :
    • une épaisseur de la portion intérieure varie le long de la portion intérieure, et en partant de la première extrémité de la portion intérieure, selon une fonction décroissante non affine et/ou selon une fonction sinusoïdale,
    • la portion intermédiaire comprend au moins une spire avec une épaisseur constante,
    • une épaisseur de la portion extérieure varie le long de la portion extérieure selon une fonction non monotone et/ou selon une fonction sinusoïdale.
  • De préférence, l'épaisseur de la portion intérieure peut varier le long de la portion intérieure de manière strictement décroissante (en partant de la partie centrale), au moins sur 50% de la longueur de la portion centrale. On peut prévoir que l'épaisseur d'au moins une partie de la portion intérieure soit définie par la somme d'une fonction affine et d'une fonction périodique, comme une fonction sinusoïdale. Une telle fonction définissant l'épaisseur de la portion intérieure le long de la portion intérieure peut présenter des variations de pente, ces variations peuvent être périodiques, ces variations peuvent présenter une amplitude et/ou une périodicité variable.
  • De préférence, les spires de la portion intermédiaire peuvent toutes présenter la même épaisseur.
  • De préférence, l'épaisseur de la portion extérieure peut varier le long de la portion extérieure selon une fonction non monotone (c'est-à-dire avec au moins un changement du sens de variation : croissante puis décroissante ou inversement) et/ou selon une fonction sinusoïdale. On peut prévoir que l'épaisseur d'au moins une partie de la portion extérieure soit définie par la somme d'une fonction affine et d'une fonction périodique, comme une fonction sinusoïdale. On peut prévoir que l'épaisseur d'au moins une partie de la portion extérieure soit définie exclusivement par une fonction affine ou exclusivement par une fonction périodique, comme une fonction sinusoïdale. Une telle fonction définissant l'épaisseur de la portion extérieure le long de la portion extérieure peut présenter des variations de pente, ces variations peuvent être périodiques, ces variations peuvent présenter une amplitude et/ou une périodicité variable.
  • Le demandeur s'est aperçu qu'un tel spiral peut procurer une faible sensibilité de la marche diurne d'une pièce d'horlogerie à la variabilité des oscillations de l'oscillateur (causée par la variation de fonctionnement normale ou attendue du reste du mouvement ou même par un défaut particulier des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie). Autrement dit, une pièce d'horlogerie avec un tel spiral présentera une marche diurne moins dégradée face à la variabilité des oscillations de l'oscillateur (causée par la variation de fonctionnement normale ou attendue du reste du mouvement ou même par un défaut particulier des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie) que la marche diurne d'une pièce d'horlogerie équipée d'un spiral connu dans l'art antérieur avec la même variabilité des oscillations de l'oscillateur.
  • Selon un mode de réalisation, une épaisseur (ei) de la portion intérieure est définie selon la fonction : e i s = e 0 i − A is s + B is cos ω is s avec :
    • s : abscisse curviligne le long de la portion intérieure,
    • Ais : coefficient directeur de la portion intérieure,
    • Bis : coefficient de la partie périodique de la portion intérieure, ou amplitude de la partie sinusoïdale, différent de zéro sur au moins 25 % de la portion intérieure, et de préférence différent de zéro sur au moins 50% de la portion intérieure,
    • ωis : pulsation de la partie sinusoïdale le long de la portion intérieure,
    • e0i : coefficient constant de la partie affine de la portion intérieure. On peut noter que la pulsation ωis, et/ou le coefficient périodique Bis, et/ou le coefficient directeur Ais peut ne pas présenter une valeur constante le long de la portion intérieure.
  • Selon un mode de réalisation, une épaisseur (ee) de la portion extérieure est définie selon la fonction : e e s = e 0e + A es s + B es cos ω es s avec :
    • s : abscisse curviligne le long de la portion extérieure,
    • Aes : coefficient directeur de la portion extérieure,
    • Bes : coefficient de la partie périodique de la portion extérieure, ou amplitude de la partie sinusoïdale, différent de zéro sur au moins 25 % de la portion extérieure, et de préférence différent de zéro sur au moins 50% de la portion extérieure,
    • ωes : pulsation de la partie sinusoïdale le long de la portion extérieure,
    • e0e : coefficient constant de la partie affine de la portion extérieure. On peut noter que la pulsation ωes, et/ou le coefficient périodique Bes, et/ou le coefficient directeur Aes peut ne pas présenter une valeur constante le long de la portion intérieure.
  • Selon un mode de réalisation :
    • la portion intérieure s'étend sur un angle compris dans une plage de valeurs allant de 50° à 200°, de préférence de 90° à 135°, et/ou
    • la portion intermédiaire est formée par une pluralité de spires intermédiaires et au moins la moitié des spires intermédiaires présente une épaisseur e0 constante, et de préférence toutes les spires intermédiaires présentent une épaisseur e0 constante, et/ou
    • la portion extérieure s'étend sur un angle compris dans une plage de valeurs allant de 10° à 100°, de préférence de 40° à 70°.
  • Selon un mode de réalisation :
    • la pulsation ωis peut être comprise dans une plage de valeurs allant de 0,1 rad/m à 0,6 rad/m, et/ou
    • le coefficient périodique Bis peut être compris dans une plage de valeurs allant de 5.10-6 m à 13.10-6 m, et/ou
    • le coefficient directeur Ais peut être compris dans une plage de valeurs allant de 3.10-8 à 1,4.10-7, et/ou
    • la pulsation ωes peut être comprise dans une plage de valeurs allant de 0,01 rad/m à 0,09 rad/m, et/ou
    • le coefficient périodique Bes peut être compris dans une plage de valeurs allant de 0,60.10-6 m à 2,5.10-6 m, et/ou
    • le coefficient directeur Aes peut être compris dans une plage de valeurs allant de 1.10-7 à 5.10-7, et/ou
    • l'épaisseur totale ei (s) de la portion intérieure peut être comprise dans une plage de valeurs allant de 2,00.10-5 m à 6,00.10-5 m, de préférence de 2,50.10-5 m à 5,50.10-5 m
    • le coefficient constant de la partie affine e0i de la portion intérieure peut être compris dans une plage de valeurs allant de 2,50.10-5 m à 4,00.10-5 m, de préférence de 3,00.10-5 m à 3,50.10-5 m, et/ou
    • le coefficient constant de la partie affine e0e de la portion extérieure peut être compris dans une plage de valeurs allant de 2,50.10-5 m à 4,00.10-5 m, de préférence de 3,00.10-5 m à 3,50.10-5 m, et/ou
    • l'épaisseur nominale e0 peut être comprise dans une plage de valeurs allant de 2,50.10-5 m à 4,00.10-5 m, de préférence de 3,00.10-5 m à 3,50.10-5 m.
  • Selon un mode de réalisation, le spiral peut comprendre une virole centrale, et la première extrémité de la portion intérieure est solidaire de la virole centrale.
  • Selon un mode de réalisation, le spiral peut comprendre une plaquette de pitonnage ou un index de pitonnage agencé à la deuxième extrémité de la portion extérieure.
  • Selon un mode de réalisation, le spiral peut être formé d'un seul tenant, et dans, ou à base d'au moins une matière choisie parmi du silicium, du carbone, du verre, de la céramique. De manière préférée, le spiral peut être en silicium, par exemple cristallin. On peut prévoir un coeur en silicium revêtu par une couche d'oxyde de silicium.
  • Un autre but de la présente invention peut être de proposer un procédé de fabrication de spiraux d'horlogerie qui permette de fabriquer des pièces d'horlogerie comprenant un mouvement et qui seront moins sensibles à la variabilité des oscillations de l'oscillateur (causée par la variation de fonctionnement normale ou attendue du reste du mouvement ou même par un défaut particulier des autres pièces du mouvement de la pièce d'horlogerie, et/ou si la réserve de marche et/ou l'armage du ressort moteur varie), au moins en termes de performance de fonctionnement. On peut entendre par mouvement un dispositif qui produit, entretient et traite un phénomène périodique et susceptible de compter le temps. Il peut comporter des sous-ensembles comme un assortiment (par exemple un assortiment à ancre), un organe régulateur (par exemple un balancier spiral), un rouage... Le procédé de fabrication de spiraux d'horlogerie en question a pour but de concevoir et fabriquer des spiraux d'horlogerie qui peuvent minimiser l'impact d'un défaut de fabrication et/ou d'assemblage affectant le mouvement ou un des ses sous ensembles, le défaut de fabrication et/ou d'assemblage n'affectant pas directement le spiral faisant partie de ce mouvement.
  • Un autre aspect de l'invention peut concerner un procédé de fabrication de spiraux d'horlogerie pour un oscillateur d'une pièce d'horlogerie agencé pour recevoir des impulsions variables de la part d'un échappement de la pièce d'horlogerie, comprenant les étapes suivantes :
    • définir un modèle numérique représentatif d'un spiral que l'on souhaite obtenir, ledit modèle comportant une pluralité de variables d'ajustement,
    • définir au moins un indicateur de performance, représentatif d'un comportement souhaité pour le mouvement d'horlogerie,
    • identifier au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance aux dites impulsions variables,
    • fabriquer au moins un spiral avec une géométrie définie en fonction de ladite au moins une valeur optimale,
    • de préférence, monter le spiral fabriqué dans le mouvement d'horlogerie.
  • Selon la mise en oeuvre ci-dessus, le procédé se propose de fabriquer un spiral avec une géométrie spécialement conçue pour réduire l'impact des impulsions variables reçues de la part de l'échappement en prise avec le reste du mouvement (le rouage et le ressort moteur notamment). Les impulsions reçues par l'oscillateur varient typiquement à cause d'au moins un des paramètres suivants : les variabilités de fabrication des composants autres que ceux de l'oscillateur, les variabilités d'assemblage (les jeux, la lubrification...), la variabilité intrinsèque du couple moteur fourni par le barillet et qui décroît au cours du temps...
  • Un autre aspect de l'invention peut concerner un procédé de fabrication de spiraux d'horlogerie pour un oscillateur d'une pièce d'horlogerie pouvant présenter des oscillations variables, comprenant les étapes suivantes :
    • définir un modèle numérique représentatif d'un spiral que l'on souhaite obtenir, ledit modèle comportant une pluralité de variables d'ajustement,
    • définir au moins un indicateur de performance, représentatif d'un comportement souhaité pour le mouvement d'horlogerie,
    • identifier au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance aux dites oscillations variables,
    • fabriquer au moins un spiral avec une géométrie définie en fonction de ladite au moins une valeur optimale,
    • de préférence, monter le spiral fabriqué dans le mouvement d'horlogerie.
  • En d'autres termes, l'oscillateur est caractérisé par des oscillations présentant une variabilité comprenant :
    • une part de variabilité interne causée par des composants appartenant à l'oscillateur,
    • une part de variabilité externe causée par des composants du mouvement de la pièce d'horlogerie autres que ceux appartenant à l'oscillateur, et
    la valeur optimale procure une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité externe. Description des figures
  • D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation de l'invention donné à titre d'exemple nullement limitatif et illustré par les dessins annexés, dans lesquels :
    • [fig. 1] représente un spiral qui peut être fabriqué selon le procédé de la présente invention ;
    • [fig. 2] représente une coupe d'une spire du spiral de la figure 1 ;
    • [fig. 3] représente un schéma récapitulatif de la variabilité que l'on peut typiquement constater sur l'amplitude des oscillations d'un oscillateur de pièce d'horlogerie mécanique;
    • [fig. 4] représente différentes étapes d'un procédé de fabrication selon l'invention, pour fabriquer des spiraux qui permettent de minimiser des écarts de fonctionnement, ou à tout le moins de réduire ou compenser une variabilité constatée sur les amplitudes des oscillations causée par d'autres pièces du mouvement ;
    • [fig. 5] représente une courbe représentant de manière générale l'épaisseur du spiral de la figure 1 le long de ses spires ;
    • [fig. 6a] représente une partie agrandie de la courbe de la figure 5 au niveau d'une portion intérieure du spiral de la figure 1, selon une première variante où l'épaisseur d'une partie de la portion intérieure varie selon une fonction affine ;
    • [fig. 6b] représente une partie agrandie de la courbe de la figure 5 au niveau d'une portion intérieure du spiral de la figure 1, selon une deuxième variante où l'épaisseur d'une partie de la portion intérieure varie selon une fonction affine, et une autre partie de la portion intérieure varie selon une fonction affine et périodique ;
    • [fig. 6c] représente une partie agrandie de la courbe de la figure 5 au niveau d'une portion intérieure du spiral de la figure 1, selon une troisième variante où l'épaisseur d'une partie de la portion intérieure varie selon une fonction affine et périodique ;
    • [fig. 7a] représente une partie agrandie de la courbe de la figure 5 au niveau d'une portion extérieure du spiral de la figure 1, selon une première variante où l'épaisseur d'une partie de la portion extérieure varie selon une fonction affine ;
    • [fig. 7b] représente une partie agrandie de la courbe de la figure 5 au niveau d'une portion extérieure du spiral de la figure 1, selon une deuxième variante où l'épaisseur d'une partie de la portion extérieure varie selon une fonction périodique ;
    • [fig. 8] représente des résultats comparatifs de dispersions de marche sur une première famille de pièces d'horlogerie équipées de spiraux de référence (version originale), et sur une deuxième famille de pièces d'horlogerie équipées de spiraux selon l'invention (version optimisée).
    • Dans la présente demande, il est fait référence à un spiral, qui est un ressort spiral ou un spiral d'horlogerie ou encore un spiral horloger et qui est destiné à faire partie d'un oscillateur d'une pièce d'horlogerie.
    Description détaillée de mode(s) de réalisation
  • La figure 1 représente une vue d'un spiral 10 comprenant :
    • une virole 11, agencée pour être solidaire d'un axe oscillant d'un oscillateur horloger,
    • un barreau enroulé en spirale et présentant une hauteur H et une épaisseur e (voir figure 2), le barreau comprenant :
      • une portion intérieure 12, ayant une première extrémité solidaire de la virole 11, et une deuxième extrémité,
      • une portion intermédiaire 13, ayant une première extrémité reliée à la deuxième extrémité de la portion intérieure 12, et une deuxième extrémité,
      • une portion extérieure 14, ayant une première extrémité reliée à la deuxième extrémité de la portion intermédiaire 13, et une deuxième extrémité,
    • une plaquette d'attache 15, solidaire de la deuxième extrémité de la portion extérieure 14 et agencée pour être pitonnée sur un bâti de référence d'une pièce d'horlogerie comprenant l'oscillateur horloger. On peut prévoir que la plaquette d'attache 15 se caractérise par une épaisseur de préférence constante et nettement supérieure à l'épaisseur de la portion extérieure 14, avec par exemple une épaisseur au moins doublée.
  • Le spiral 10 de la figure 1 peut être défini par plusieurs paramètres représentés sur la figure 1 :
    • la portion intérieure 12 peut présenter une épaisseur ei particulière et peut s'étendre sur un angle θi,
    • la portion intermédiaire 13 peut comprendre plusieurs spires, peut présenter la même épaisseur le long de ses spires, et peut présenter un pas p entre ses spires (typiquement le pas p est la distance entre les deux mêmes côtés de deux spires adjacentes : distance entre les deux bords internes ou entre les deux bords externes de deux spires adjacentes, alternativement, on peut définir une ligne moyenne qui chemine le long du spiral (la ligne « neutre » à équidistance des bords du barreau formant le spiral) et le pas p est la distance entre la ligne moyenne de deux sires adjacentes),
    • la portion extérieure 14 peut présenter une épaisseur ee particulière et peut s'étendre sur un angle θe.
  • Le spiral 10 peut bien entendu être défini par d'autres paramètres comme par exemple :
    • l'angle entre la première extrémité de la portion intérieure 12 et la deuxième extrémité de la portion extérieure 14 (autrement appelé angle entre la virole et le piton),
    • le nombre de spires ou de tours entiers,
    • l'angle de décollement, définissant une portion terminale extérieure du spiral et séparée d'une portion intermédiaire du spiral par un changement de pas entre spires pour passer par exemple à un pas constant et distinct d'un pas entre des spires de la portion intermédiaire du spiral, typiquement, l'angle de décollement est supérieur à l'angle θe de la portion extérieure 14. On peut bien entendu prévoir de prendre en compte d'autres paramètres géométriques, comme la forme de la virole 11, la forme de la plaquette d'attache 15...
  • La figure 2 représente une coupe du spiral 10 selon la ligne de coupe II-II de la figure 1, pour montrer une section du barreau formant les spires du spiral. Le barreau présente une hauteur totale H et une épaisseur totale e. Dans le cas où le spiral est formé en silicium, il peut être prévu de former une couche d'oxyde de silicium. Dans ce cas, un coeur en silicium de hauteur H1 et d'épaisseur e1 se trouve sous la couche externe d'oxyde de silicium pour former le barreau de hauteur totale H et d'épaisseur totale e. Un tel spiral 10 en silicium peut être fabriqué par photolithographie et gravure ionique profonde à partir d'une plaquette de silicium, et l'épaisseur e peut facilement être ajustée ou spécifique sur une ou plusieurs portions particulières du spiral 10, tandis que la hauteur totale H est fixée à l'avance par l'épaisseur de la plaquette. Le spiral 10 est considéré comme étant plan (en raison de sa fabrication à partir d'une plaquette).
  • Le spiral de la figure 1 est typiquement accouplé à un balancier pour former un oscillateur de la pièce d'horlogerie. La figure 3 représente un schéma récapitulatif de la variabilité que l'on peut typiquement constater sur l'amplitude des oscillations d'un oscillateur de pièces d'horlogerie mécanique qui présentent une réserve de marche d'environ 50 heures. Les valeurs mentionnées en relation à la figure 3 sont indicatives.
  • On peut noter que la figure 3 représente une courbe de mesure des amplitudes d'oscillation en fonction du temps d'un mouvement monté dans une pièce d'horlogerie (ou mesuré seul), et sans remontage en cours de mesure. La figure 3 montre :
    • la courbe de mesure des amplitudes d'oscillation pour ledit mouvement, en traits fins,
    • la courbe moyenne des amplitudes d'oscillation construite en calculant une moyenne des amplitudes mesurées pour plusieurs pièces, représentée en trait continu gras,
    • les courbes correspondant à par exemple des limites haute et basse de gabarits d'acceptation, représentées en traits pointillés gras.
  • La figure 3 montre donc :
    1. i- d'une part que l'amplitude d'oscillation varie en fonction du temps et de la réserve de marche qui s'épuise (dans le cas présent, on constate une réduction de l'amplitude d'oscillation à mesure que la réserve de marche ou l'armage décroit),
    2. ii- d'autre part que l'amplitude d'oscillation, à tout moment, présente une variabilité d'oscillation comme le montrent les courbes de gabarit qui englobent toutes les courbes de mesure des pièces fabriquées.
  • En ce qui concerne le point ii- et la variabilité des oscillations à un temps de mesure donné (ou à un degré d'armage donné, ou à une réserve de marche donnée, ou encore à une amplitude moyenne donnée), on peut distinguer :
    • une part de variabilité interne, qui est causée par la variabilité de fabrication et d'assemblage de l'oscillateur et de ses composants,
    • une part de variabilité externe, qui est causée par la variabilité de fabrication, d'assemblage et de fonctionnement des autres composants du mouvement ou de la pièce d'horlogerie (l'échappement, le rouage, le ressort moteur...).
    On peut noter qu'en ce qui concerne le point i- et la variabilité des oscillations au cours du temps, cette variabilité est typiquement externe à l'oscillateur car causée par la réduction du couple moteur transmis à l'oscillateur.
  • Une telle variabilité des oscillations de l'oscillateur ou des impulsions données à l'oscillateur (au cours du temps et de l'épuisement de la réserve de marche, ou bien à un temps donné, c'est-à-dire à un degré d'armage donné, ou à une réserve de marche donnée, ou encore à une amplitude moyenne donnée) peut typiquement causer une dérive ou une dégradation ou une variabilité de la marche de la pièce d'horlogerie.
  • Une telle dégradation de la marche de la pièce d'horlogerie peut être mesurée et quantifiée avec des tests ou épreuves normalisés, comme les épreuves mises en oeuvre par le Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres (COSC). On peut prévoir par exemple des épreuves dans les positions de la pièce d'horlogerie à plat cadran vers le haut ou vers le bas ou pièce d'horlogerie verticale (pendue, avec une orientation particulière, à 3h, 6h, 9h ou 12h) à une température donnée. Le résultat de ces épreuves peut être une dérive par rapport à une marche de référence, notée en secondes par journée de test, et peut être considéré comme un indicateur de performance.
  • On peut aussi choisir comme indicateur de performance des résultats de marche en fonction de l'amplitude d'oscillation du couple balancier-spiral. De tel indicateurs de performance sont typiquement déduits à partir de courbes montrant, en fonction de l'amplitude d'oscillation, un défaut d'isochronisme (un écart de marche par rapport à une marche de référence). En référence aux tests du COSC, on peut prévoir une courbe pour chaque position d'épreuve. On peut alors prendre comme indicateur de performance un écart sur une courbe ou entre deux courbes, un écart maximal ou moyen entre des courbes comparées deux à deux, une conformité à un gabarit, une pente maximale ou moyenne sur une seule courbe, un écart type des pentes d'une seule ou de plusieurs courbes...
  • On peut prendre en compte le résultat à une seule épreuve (ou un seul indicateur de performance), ou faire une moyenne de différentes épreuves ou indicateurs de performance pour définir indicateur de performance composite.
  • On comprend alors qu'une variabilité des oscillations de l'oscillateur ou des impulsions données à l'oscillateur peut affecter les indicateurs de performance mentionnés, et pour des spiraux non métalliques difficiles ou impossibles à retoucher, on peut vouloir trouver des configurations ou conceptions de spiraux qui améliorent la robustesse de la pièce d'horlogerie vis-à-vis de cette variabilité des oscillations de l'oscillateur, en particulier la variabilité externe mentionnée ci-dessus. Autrement dit, le procédé de fabrication de l'invention permet de concevoir et de fabriquer des spiraux d'horlogerie qui minimiseront les variations de l'indicateur de performance à la variabilité des oscillations de l'oscillateur et en particulier à la variabilité externe causée par le reste du mouvement de la pièce d'horlogerie.
  • A cet effet, le procédé de fabrication de spiraux d'horlogerie comprend typiquement quatre étapes principales, comme le montre la figure 4 :
    • une étape 100 de définition d'un modèle numérique représentatif d'un spiral que l'on souhaite obtenir, ledit modèle comportant une pluralité de variables d'ajustement,
    • une étape 200 de définition d'au moins un indicateur de performance, représentatif d'un comportement souhaité pour le spiral,
    • une étape 300 d'identification d'au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité des oscillations de l'oscillateur, par exemple la variabilité externe des oscillations causée par une variabilité des autres pièces du mouvements (autres que l'oscillateur et ses composants),
    • une étape 400 de fabrication d'au moins un spiral avec une géométrie définie en fonction de ladite au moins une valeur optimale.
  • On peut noter que la variabilité externe des oscillations causée par une variabilité des autres pièces du mouvements (autres que l'oscillateur et ses composants) peut être une variabilité des autres pièces du mouvements « attendue ou normale », c'est-à-dire une variabilité causée par des pièces conformes et normalement assemblées entre elles. Une telle variabilité se mesure typiquement lors d'un suivi de production ou lors de test dédiés en testant des pièces « bonnes ou conformes ». Pour déterminer la part exacte de la variabilité externe (causée par les pièces autres que l'oscillateur et ses composants), on peut prévoir une étape consistant à monter/démonter un même oscillateur dans plusieurs mouvements et à faire des mesures pour chaque montage.
  • Le modèle numérique défini à l'étape 100 est typiquement un modèle par éléments finis construit à partir de la géométrie connue d'un spiral, avec des paramètres de conception dont on peut faire varier les dimensions, et qui sont appelés ici des variables d'ajustement.
  • L'étape 100 de définition d'un modèle numérique peut comprendre une étape 110 de choix des variables d'ajustement, et on peut prévoir des essais physiques ou des essais numériques pour trouver les variables d'ajustement sur lesquelles il est possible de faire des modifications, et qui ont une influence sur les variations de l'indicateur de performance en réponse à la variabilité des oscillations de l'oscillateur ou la variabilité des impulsions données à l'oscillateur. On peut en particulier considérer les variables d'ajustement définies dans le tableau ci-dessous. [tableau 1]
    symbole Description
    N Nombre de tours entiers du spiral
    φ Angle piton/virole (l'angle entre la première extrémité de la portion intérieure 12 et la deuxième extrémité de la portion extérieure 14)
    Ψ Angle de décollement définissant une portion terminale extérieure du spiral et séparée d'une portion intermédiaire du spiral par un changement de pas entre spires
    e(s) Épaisseur du spiral à un point d'abscisse curviligne s
    θe Angle caractérisant la portion extérieure 14 où s'appliquent des surépaisseurs et/ou variations d'épaisseur
    θ i Angle caractérisant la portion intérieure 12 où s'appliquent des surépaisseurs et/ou variations d'épaisseur
  • En ce qui concerne la portion intérieure 12 et/ou la portion extérieure 14, on peut prévoir une surépaisseur par rapport aux spires de la portion intermédiaire 13, et/ou de faire varier l'épaisseur e(s) le long de ces portions selon une fonction affine et/ou sinusoïdale. En ce qui concerne la portion intermédiaire 13, on peut prévoir de faire varier son pas p. En conséquence, on peut ajouter les variables d'ajustement dans le tableau 2 ci-dessous : [tableau 2]
    symbole Description
    D0 Partie constante du pas des spires de la portion intermédiaire 13
    C Partie affine du pas des spires de la portion intermédiaire 13
    A es Partie affine de l'épaisseur de la portion extérieure 14
    A is Partie affine de l'épaisseur de la portion intérieure 12
    B es Coefficient de la partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion extérieure 14
    Bis Coefficient de la partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion intérieure 12
    ωes Pulsation de la partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion extérieure 14
    ωis Pulsation de la partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion intérieure 12
    e0i Coefficient constant de la partie affine de la portion intérieure
    e0e Coefficient constant de la partie affine de la portion extérieure
    Bien entendu, on peut considérer d'autres variables d'ajustement si besoin.
  • L'étape 110 peut aussi comprendre la définition des plages de tolérance (ou intervalles de variation) des variables d'ajustement choisies. On peut prévoir des essais physiques et/ou des essais numériques pour trouver les intervalles de variation des variables d'ajustement. Les intervalles de variation doivent permettre de choisir des valeurs qui permettront de réduire la sensibilité de l'indicateur de performance au(x) variabilités des oscillations des oscillateurs des mouvements identifiés. Autrement dit, les intervalles de variation doivent être suffisamment larges pour pouvoir trouver au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale étant celle qui permettra de garantir une variation minimale de l'indicateur de performance entre une première pièce d'horlogerie nominale et une deuxième pièce d'horlogerie avec le même mouvement et/ou avec un degré d'armage différent.
  • A titre d'exemple, on peut considérer que les variables d'ajustement mentionnées ci-dessus peuvent être ajustées dans les plages de valeurs récapitulées dans le tableau 3 ci-dessous. [tableau 3]
    symbole Description Plage de valeurs Plage de valeurs préférées
    N Nombre de tours entiers du spiral [10 ; 14] [11 ; 13]
    φ Angle piton/virole [40° ; 90°] [50° ; 80°]
    Ψ Angle de décollement [400° ; 600°] [490° ; 540°]
    e(s) Épaisseur du spiral à un point de la portion intermédiaire 13 / épaisseur nominale [20µm ; 60µm] [27µm ; 37µm]
    θe Angle caractérisant la portion extérieure 14 où s'appliquent des surépaisseurs et/ou variations d'épaisseur [10° ; 100°] [40° ; 70°]
    θ i Angle caractérisant la portion intérieure 12 où s'appliquent des surépaisseurs et/ou variations d'épaisseur [50° ; 200°] [90° ; 135°]
    D0 Partie constante du pas [12 ; 24µm] [15 ; 20µm]
    C Partie affine du pas [-5.10-9 ; 0 ] [-4,2.10-9 ; - 2,5.10-9]
    Aes Partie affine de l'épaisseur de la portion extérieure 14 [1.10-7 ; 5.10-7] [2,5.10-7; 4.10-7]
    Ais Partie affine de l'épaisseur de la portion intérieure 12 [3.10-8 ; 1,4.10-7] [5.10-8 ; 1,1.10-7]
    Bes Partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion extérieure 14 [0,6 µm ; 2,5 µm] [0,9 µm ; 1,5 µm]
    Bis Partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion intérieure 12 [5 µm ; 13 µm] [7,5 µm ; 10,5 µm]
    ωes Pulsation de la partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion extérieure 14 [0,01 rad/m ; 0,09 rad/m] [0,02 rad/m ; 0,06 rad/m]
    ωis Pulsation de la partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion intérieure 12 [0,1 rad/m ; 0,6 rad/m] [0,2 rad/m ; 0,5 rad/m]
    Bien entendu, les valeurs ci-dessus peuvent être ajustées en fonction des caractéristiques dimensionnelles ou fonctionnelles à remplir pour une pièce d'horlogerie particulière.
  • L'étape 100 de définition du modèle numérique peut comprendre une étape 120 de modification des variables d'ajustement pour définir une variation affine et/ou sinusoïdale de l'épaisseur de la portion intérieure 12 du spiral 10, et/ou une variation affine et/ou sinusoïdale de l'épaisseur de la portion extérieure 14 du spiral 10. En particulier, l'étape 100 de définition du modèle numérique peut conduire à définir un spiral 10 avec la portion intérieure 12 et/ou la portion extérieure 14 qui ont une épaisseur variant de manière périodique et/ou affine (on peut prévoir des parties du spiral 10 le long desquelles l'épaisseur varie uniquement de manière périodique ou uniquement de manière affine, ou des deux manières en même temps).
  • L'étape 100 de définition du modèle numérique peut comprendre une étape 130 de tests physiques pour calibrer le modèle numérique. En particulier, on peut prévoir de fabriquer et tester des pièces d'horlogerie avec des géométries particulières et/ou des assemblage types, et des pièces d'horlogerie sans défauts.
  • L'étape 200 de définition de l'indicateur de performance peut comme mentionné ci-dessus simplement être le choix d'un test de fonctionnement de la pièce d'horlogerie et le choix d'une valeur cible. On peut par exemple avoir une étape 210 pour choisir une épreuve particulière de test parmi celles menées par le Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres et la valeur cible à atteindre.
  • De manière plus précise, on peut aussi choisir comme indicateur de performance des résultats de marche en fonction de l'amplitude d'oscillation du couple balancier-spiral. De tels indicateurs sont typiquement déduits à partir de courbes d'isochronisme montrant, en fonction de l'amplitude d'oscillation, un défaut d'isochronisme (un écart de marche par rapport à une marche de référence). En référence aux tests du COSC, on peut prévoir une courbe pour chaque position d'épreuve. On peut alors prendre comme indicateur de performance un écart entre deux courbes, un écart maximal ou moyen entre des courbes comparées deux à deux, une conformité à un gabarit, une pente maximale ou moyenne sur une seule courbe, un écart type des pentes d'une seule ou de plusieurs courbes...
  • On peut aussi prévoir une étape 220 pour choisir plusieurs épreuves particulières de test ou plusieurs indicateurs de performance, et construire une valeur cible composite (en faisant par exemple une moyenne, pondérée ou non) pour définir ainsi un indicateur de performance composite. Une telle étape permet de privilégier, ou non, certains critères de performances et de robustesse, ou encore une plage de fonctionnement.
  • L'étape 300 de définition d'au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement et qui procure une sensibilité minimale de l'indicateur de performance aux dites oscillations variables est typiquement une étape qui consiste à optimiser la géométrie du spiral 10 pour réduire les conséquences d'une variation des oscillations sur le fonctionnement de la pièce d'horlogerie qui intègre le spiral en cause.
  • On peut typiquement prévoir une étape 310 qui consiste à identifier ou déterminer la sensibilité (les variations) de l'indicateur de performance en faisant varier chaque variable d'ajustement dans son intervalle de variation défini. A l'issue de cette étape, on peut alors choisir une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement pour laquelle le fonctionnement de la pièce d'horlogerie équipée du spiral 10 ainsi conçu aura le moins de variations possibles, en tenant compte de la variabilité des oscillations de l'oscillateur et/ou de la variabilité des impulsions reçues par l'oscillateur.
  • Selon un premier exemple, on peut choisir une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement pour laquelle le fonctionnement de la pièce d'horlogerie équipée du spiral 10 ainsi conçu aura le moins de variations possibles face à la variation de la réserve de marche, c'est-à-dire entre des oscillations ayant une première amplitude (par exemple 160° pour prendre un mouvement ayant fonctionné environ 45 heures en référence à la figure 3) et des oscillations ayant une deuxième amplitude (par exemple 280° pour prendre un mouvement ayant fonctionné moins de 5 heures en référence à la figure 3).
  • Selon un deuxième exemple, on peut choisir une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement pour laquelle le fonctionnement de la pièce d'horlogerie équipée du spiral 10 ainsi conçu aura le moins de variations possibles pour un même degré d'armage, c'est-à-dire entre des oscillations ayant une première amplitude (par exemple 270° pour prendre la valeur basse du gabarit pour un mouvement ayant fonctionné 10 heures en référence à la figure 3) et des oscillations ayant une deuxième amplitude (par exemple 315° pour prendre la valeur haute du gabarit pour un mouvement ayant fonctionné 10 heures en référence à la figure 3).
  • Comme le montre la figure 4, on peut prévoir un rebouclage vers l'étape 100 de définition du modèle numérique une fois que l'étape 300 de définition d'au moins une valeur optimale a été menée, pour mettre à jour le modèle numérique du spiral, afin de geler la conception, ou bien de refaire une itération avec une autre variable d'ajustement.
  • Autrement dit, l'étape 310 qui consiste à identifier ou déterminer la sensibilité (les variations) de l'indicateur de performance sur l'intervalle de variation d'au moins une variable d'ajustement permet une étape ultérieure qui consiste à chercher une valeur pour la variable d'ajustement qui procure idéalement une absence de variation de l'indicateur de performance, ou une variation minimale. On peut bien entendu étudier les effets croisés en faisant varier simultanément deux variables d'ajustement ou plus, pour aussi trouver / ajuster les valeurs optimales en minimisant l'impact de ces effets croisés, lors de l'étape ultérieure d'amélioration de la robustesse.
  • Alternativement à l'étape de balayage de l'intervalle de variation de chaque variable d'ajustement, on peut prévoir des calculs itératifs et discrets qui peuvent prévoir pour chaque configuration de calculer des gradients, des pentes ou des taux de variation de l'indicateur de performance afin de définir la configuration suivante à tester, jusqu'à atteindre un point de convergence pour lequel les paramètres géométriques sont optimaux, c'est-à-dire qu'ils maximisent la robustesse et rapproche l'indicateur de performance chronométrique de la cible définie a priori.
  • L'étape 300 de définition d'au moins une valeur optimale peut aussi comprendre une étape 320 de tests ou d'essais physiques pour valider le choix d'une valeur optimale. On peut par exemple fabriquer un spiral 10 avec une ou plusieurs variables d'ajustement définies avec de valeurs particulières (leur valeur optimale ou une valeur différente) pour fabriquer des pièces d'horlogerie pour valider/confirmer la sensibilité de l'indicateur de performance au cas considéré.
  • L'étape 400 de fabrication intervient une fois toutes les variables d'ajustement étudiées et leurs valeurs optimales trouvées. On peut prévoir une fabrication de spiraux d'horlogerie en silicium par gravure ionique profonde par exemple, qui laisse la liberté de fabriquer un spiral 10 avec des épaisseurs différentes et/ou variables le long de ses spires, tout en permettant une fabrication en série.
  • La figure 5 montre une courbe représentant l'épaisseur notée e (en mètres) du spiral 10 de la figure 1 le long de ses spires, en fonction de l'abscisse curviligne s (en mètres). Typiquement, l'épaisseur e(s) est comprise entre 20 µm et 70 µm, et la longueur totale du spiral peut être comprise entre 3 mm et 15 mm. On peut noter de manière générale sur la figure 5 que l'épaisseur e(s) est :
    • décroissante sur la portion intérieure 12 du spiral 10 de la figure 1, entre les points d'abscisse si1 et si2 (cadre VI de la figure 5, entre la première et la deuxième extrémité de la portion intérieure 12) ;
    • constante sur la portion intermédiaire 13 du spiral 10 de la figure 1, entre les points d'abscisse si2 et se1 (entre la deuxième extrémité de la portion intérieure 12 et la première extrémité de la portion extérieure 14) ;
    • variable de manière périodique sur la portion extérieure 14 du spiral 10 de la figure 1, entre les points d'abscisse se1 et se2 (cadre VII de la figure 5, entre la première et la deuxième extrémité de la portion extérieure 14).
    On pourra noter que la figure 5 représente de manière générale les variations d'épaisseur du spiral 10 selon l'invention, et que plusieurs alternatives peuvent être considérées. Certaines de ces alternatives sont plus spécifiquement décrites aux figures 6a-6c et figures 7a, 7b.
  • Dans le détail, les figures 6a à 6c montrent une courbe représentant l'épaisseur notée e de certaines variantes d'exécution du spiral 10 de la figure 1 le long de la portion intérieure 12, entre les points d'abscisse si1 et si2.
  • En ce qui concerne la figure 6a, on peut noter que l'épaisseur notée e d'une première variante d'exécution varie de manière décroissante en allant vers le point d'abscisse si2. Plus particulièrement, on peut noter que l'épaisseur e décroit de manière monotone, c'est-à-dire sans inversion du sens de variation, et encore plus particulièrement, l'épaisseur e décroit de manière affine. En référence à l'équation 1 ci-dessus, la partie périodique (et en particulier le coefficient de la partie périodique Bis) de la portion intérieure 12 est nulle ou négligeable devant la valeur de la partie affine (notée e0i - Ais s).
  • En ce qui concerne la figure 6b, on peut noter que l'épaisseur notée e d'une deuxième variante d'exécution varie de manière décroissante en allant vers le point d'abscisse si2. On peut noter deux modes de décroissance de l'épaisseur e, de manière affine dans un premier temps, puis de manière affine et périodique dans un deuxième temps. Plus particulièrement, on peut noter que l'épaisseur e décroit de manière monotone, c'est-à-dire sans inversion du sens de variation, et encore plus particulièrement, l'épaisseur e décroit de manière affine entre les points d'abscisse si1 et sii. En référence à l'équation 1 ci-dessus et entre les points d'abscisse si1 et sii, la partie périodique (et en particulier le coefficient de la partie périodique Bis) de la portion intérieure 12 est nulle ou négligeable devant la valeur de la partie affine (notée e0i - Ais s). Entre les points d'abscisse sii et si2, la partie périodique (et en particulier le coefficient de la partie périodique Bis) de la portion intérieure 12 n'est pas nulle ni négligeable devant la valeur de la partie affine (notée e0i - Ais s), et on peut visualiser des variations périodiques d'épaisseur, en plus de la décroissante linéaire. Il est à noter que la position du point d'abscisse sii est susceptible d'être modifiée par rapport à ce que montre la figure 6b. On peut aussi noter que les modes de variation d'épaisseur peuvent être inversés (d'abord la variation affine et périodique, et ensuite la variation affine) ou présenter plus de changements que le seul changement montré au point d'abscisse sii (par exemple une ou deux parties avec variation affine et périodique peuvent alterner avec une ou deux parties avec variation affine, ou toute autre configuration).
  • En ce qui concerne la figure 6c, on peut noter sur cette courbe plus détaillée que l'épaisseur e(s) d'une troisième variante d'exécution varie de manière décroissante en allant vers le point d'abscisse si2, avec des variations périodiques.
  • Plus précisément, il a été trouvé qu'il est avantageux de prévoir la fonction suivante pour définir l'épaisseur le long de la portion intérieure 12 : e i s = e 0i − A is s + B is cos ω is s avec :
    • s : abscisse curviligne le long de la portion intérieure 12,
    • Ais : coefficient directeur de la portion intérieure 12,
    • Bis : coefficient de la partie périodique de la portion intérieure 12,
    • ωis : pulsation de la partie sinusoïdale le long de la portion intérieure 12,
    • e0i : coefficient constant de la partie affine de la portion intérieure 12.
    On constate que l'on peut cumuler une fonction affine avec une fonction périodique, sur tout ou partie de la portion intérieure 12, et on peut prévoir les plages de valeurs ci-dessous pour les différents coefficients : [tableau 4]
    θ i Angle caractérisant la portion intérieure 12 où s'appliquent des surépaisseurs et/ou variations d'épaisseur [105° ; 120°]
    Ais Partie affine de l'épaisseur de la portion intérieure 12 [6.10-8 ; 1.10-7]
    Bis Partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion intérieure 12 [8 µm ; 10 µm]
    ωis Pulsation de la partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion intérieure 12 [0,33 rad/m ; 0.38 rad/m]
    ei (si1) Épaisseur à l'origine de la portion intérieure 12, de coordonnée si1 [30 µm ; 35 µm]
    e0i coefficient constant de la partie affine de la portion intérieure 12 [30 µm ; 36 µm]
  • La figure 7a montre quant à elle une courbe représentant l'épaisseur e du spiral 10 de la figure 1 le long de la portion extérieure 14 selon une première variante d'exécution, entre les points d'abscisse se1 et se2. On peut noter sur cette courbe plus détaillée que l'épaisseur e est croissante de manière monotone et plus particulièrement selon une fonction affine.
  • La figure 7b montre quant à elle une courbe représentant l'épaisseur e du spiral 10 de la figure 1 le long de la portion extérieure 14 selon une deuxième variante d'exécution, entre les points d'abscisse se1 et se2. On peut noter sur cette courbe plus détaillée que l'épaisseur e varie selon une fonction sinusoïdale, sur un peu plus d'une période, avec une fin de courbe croissante.
  • Plus précisément, il a été trouvé qu'il est avantageux de prévoir la fonction suivante pour définir l'épaisseur le long de la portion extérieure 14: e e s = e 0e + A es s + B es cos ω es s avec :
    • s : abscisse curviligne le long de la portion extérieure,
    • Aes : coefficient directeur de la portion extérieure,
    • Bes : coefficient de la partie périodique de la portion extérieure, différent de zéro sur au moins 25 % de la portion extérieure, et de préférence différent de zéro sur au moins 50% de la portion extérieure,
    • ωes : pulsation de la partie sinusoïdale le long de la portion extérieure,
    • e0e : coefficient constant de la partie affine de la portion extérieure 14.
    On constate que l'on peut cumuler une fonction affine avec une fonction périodique, sur tout ou partie de la portion extérieure 14, et on peut prévoir les plages de valeurs ci-dessous pour les différents coefficients : [Tableau 5]
    θe Angle caractérisant la portion extérieure 14 [50° ; 60°]
    Aes Partie affine de l'épaisseur de la portion extérieure 14 [3,0.10-7 ; 3,3.10-7]
    Bes Partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion extérieure 14 [1,1 µm ; 1,4 µm]
    ωes Pulsation de la partie sinusoïdale de l'épaisseur de la portion extérieure 14 [0,03 rad/m ; 0.05 rad/m]
    e (se1) Épaisseur à l'origine de la portion extérieure 14, de coordonnée se1 [30 µm ; 40 µm]
    e0e coefficient constant de la partie affine de la portion extérieure 14 [30 µm ; 36 µm]
    On notera que les variantes représentées figures 6a, 6b, 6c sont des exemples non limitatifs de l'invention, de même que les variantes représentées figures 7a et 7b. On peut prévoir d'associer n'importe laquelle des variantes des figures 6a, 6b, 6c avec n'importe laquelle des variantes des figures 7a et 7b.
  • Le demandeur a conçu et fabriqué un spiral 10 selon le procédé de fabrication de la figure 4. D'autre part, le demandeur a constaté qu'un spiral 10 construit avec des valeurs des variables d'ajustement prises dans les plages de valeurs ci-dessus procure une sensibilité réduite d'un indicateur de performance à des variations des oscillations de l'oscillateur.
  • En particulier, et en référence à la figure 3, le demandeur a constaté que les variabilités des oscillations suivent des lois de variations normales, à la fois pour des pièces d'horlogerie du même type ayant un même degré d'armage que pour des pièces d'horlogerie du même type épuisant progressivement leur réserve de marche. Des tests numériques comparatifs ont été menés entre des pièces d'horlogerie comprenant un spiral 10 conçu et fabriqué avec des valeurs des variables d'ajustement prises dans les plages de valeurs ci-dessus et des pièces d'horlogerie comprenant un spiral de référence, connu dans l'art antérieur.
  • Dans le détail, le spiral de référence présente :
    • une première épaisseur constante dans une portion intérieure et choisie dans une plage de valeurs allant de 30 µm à 40 µm,
    • une deuxième épaisseur, inférieure à la première épaisseur, constante dans une portion intermédiaire et choisie dans une plage de valeurs allant de 30 µm à 35 µm,
    • une troisième épaisseur, supérieure à la première épaisseur et à la deuxième épaisseur, constante dans une portion extérieure et choisie dans une plage de valeurs allant de 35 µm à 45 µm.
  • Toutes les pièces d'horlogerie (celles avec le spiral 10 selon l'invention et celles avec le spiral de référence) ont des oscillations variables. Pour un même type de pièce d'horlogerie, on a pu construire numériquement deux familles de pièces d'horlogerie. Une première famille avec un spiral connu et une deuxième famille avec un spiral prévu pour être moins sensible aux variations des oscillations, la variabilité des oscillations étant causée par les composants du mouvement autres que ceux de l'oscillateur et/ou par la réduction de la réserve de marche et donc du couple moteur au cours du temps.
  • Des simulations numériques ont alors été effectuées pour construire des courbes d'isochronisme en fonction de l'amplitude d'oscillation, et ce pour chaque pièce d'horlogerie de chaque famille, avec un spiral 10 selon l'invention ou avec un spiral de référence, dans le cadre d'une épreuve de marche typiquement effectuée par le Contrôle Officiel Suisse des Chronomètres (COSC). La figure 8 montre les résultats de cette simulation numérique, c'est-à-dire la marche en fonction de l'amplitude d'oscillation.
  • On peut noter que la figure 8 montre distinctement deux familles séparées : une famille « version originale » qui correspond aux pièces d'horlogerie ayant le spiral de référence, et une famille « version optimisée » ayant le spiral 10 selon l'invention. L'amplitude d'oscillation varie entre 100° et 300° dans cet exemple particulier.
  • On peut noter que la figure 8 montre les points ci-dessous. Les écarts de marche pour la famille « version originale » présentent une variation totale V2 et la famille « version optimisée » des pièces avec le spiral 10 selon l'invention présente une variation totale V1 qui est moins importante (environ 50% de réduction de dispersion). En d'autres termes, sur l'ensemble des amplitudes d'oscillation, les pièces avec le spiral 10 selon l'invention (pour compenser les variabilités des impulsions reçues par l'oscillateur) présentent des variations de marche quotidienne moins importantes, et de pratiquement la moitié que les pièces avec le spiral de référence (ayant le même défaut de fabrication et/ou d'assemblage). On peut aussi noter que pour une amplitude donnée (par exemple l'amplitude d'environ 125°) la famille « version optimisée » des pièces avec le spiral 10 selon l'invention présente une dispersion D1 plus faible que la famille « version originale » ayant la dispersion D2 . L'analyse de la courbe de la figure 8 montre que cette conclusion est valable sur l'ensemble des amplitudes, et que la dispersion à une amplitude donnée pour la famille « version optimisée » des pièces avec le spiral 10 selon l'invention peut être inférieure ou égale à la moitié de la dispersion de la famille « version originale » . Autrement dit, les pièces avec le spiral 10 selon l'invention présentent un fonctionnement avec une plus faible sensibilité aux défauts de fabrication et/ou d'assemblage du spiral : la marche de ces pièces équipées du spiral 10 selon l'invention est moins altérée que les pièces de référence en cas de défauts de fabrication et/ou d'assemblage.
    • Application industrielle
  • Un procédé de fabrication, et/ou un spiral selon la présente invention, sont susceptibles d'application industrielle.
  • On comprendra que diverses modifications et/ou améliorations évidentes pour l'homme du métier peuvent être apportées aux différents modes de réalisation de l'invention décrits dans la présente description sans sortir du cadre de l'invention. En particulier, on peut prévoir dans le procédé de conception et de fabrication des étapes intermédiaires de tests et de rebouclage pour faire des itérations pour optimiser les variables d'ajustement. On peut prévoir aussi des étapes de contrôle, des étapes de finition ou encore des étapes complémentaires de fabrication.
  • Le spiral 10 de la figure 1 est un spiral en silicium, mais on peut prévoir des pièces composites avec par exemple une virole ou une plaquette d'attache rapportée. On peut envisager d'autres matières. On peut envisager des pièces oxydées, mais aussi des pièces dopées.
  • Les indicateurs de performance sont des indicateurs de performance au niveau de la pièce d'horlogerie, et on peut prévoir de prendre des indicateurs de performance basés sur des mesures optiques, acoustiques. On peut prévoir de faire une mesure sur des composants isolés pour déduire une conséquence sur un indicateur de performance de l'assemblage complet.

Claims (15)

  1. Procédé de fabrication de spiraux (10) d'horlogerie pour un oscillateur d'un mouvement d'une pièce d'horlogerie, l'oscillateur étant caractérisé par des oscillations présentant une variabilité sous l'effet d'un échappement et/ou d'un rouage et/ou d'un ressort moteur du mouvement de la pièce d'horlogerie, le procédé de fabrication comprenant les étapes suivantes :
    - (100) définir un modèle numérique représentatif d'un spiral (10) que l'on souhaite obtenir, ledit modèle comportant une pluralité de variables d'ajustement,
    - (200) définir au moins un indicateur de performance, représentatif d'un comportement souhaité pour le spiral (10),
    - (300) identifier au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement, la valeur optimale procurant une sensibilité minimale de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur,
    - (400) fabriquer au moins un spiral (10) avec une géométrie définie en fonction de ladite au moins une valeur optimale.
  2. Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l'étape de définition du modèle numérique représentatif du spiral (10) comprend une étape consistant à :
    - définir un intervalle de variation de ladite variable d'ajustement,
    et dans lequel l'étape d'indentification de ladite au moins une valeur optimale pour au moins une variable d'ajustement comprend une étape consistant à :
    - identifier une sensibilité de l'indicateur de performance à la variabilité desdites oscillations de l'oscillateur, sur l'intervalle de variation de ladite au moins une variable d'ajustement.
  3. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 2, dans lequel l'étape de définition du modèle numérique représentatif du spiral (10) comprend une étape consistant à choisir au moins une variable d'ajustement choisie parmi, et de préférence au moins deux variables d'ajustement choisies parmi :
    - l'épaisseur d'une portion intérieure (12) du spiral (10),
    - l'épaisseur d'une portion extérieure (14) du spiral (10),
    - l'épaisseur d'une portion intermédiaire (13) du spiral (10), agencée entre la portion intérieure (12) et la portion extérieure (14),
    - un nombre de spires du spiral (10),
    - un angle de décollement, définissant une portion terminale extérieure du spiral (10) et séparée d'une portion intermédiaire (13) du spiral (10) par un changement de pas entre spires pour passer par exemple à un pas constant et distinct d'un pas entre des spires de la portion intermédiaire (13) du spiral (10),
    - un angle entre le point d'attache à la virole et le point d'attache au piton,
    - une longueur de la portion intérieure (12), définie par l'angle (θi) qu'elle embrasse, compris dans une plage de valeurs allant de 50° à 200°, de préférence de 90° à 135°,
    - une longueur de la portion extérieure (14), définie par l'angle (θe) qu'elle embrasse, compris dans une plage de valeurs allant de 10° à 100°, de préférence de 40° à 70°.
  4. Procédé de fabrication selon la revendication 3, dans lequel l'étape de définition du modèle numérique représentatif du spiral (10) comprend une étape consistant à ajuster des coefficients pour :
    - définir une variation affine et/ou sinusoïdale de l'épaisseur ei (s) de la portion intérieure (12) du spiral (10),
    - définir une variation affine et/ou sinusoïdale de l'épaisseur ee (s) de la portion extérieure (14) du spiral (10).
  5. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 4, comprenant une étape consistant à identifier un retard moyen ou une avance moyenne d'un type d'échappement et/ou d'un type de rouage et/ou d'un type de ressort moteur du mouvement de la pièce d'horlogerie, causé(e) par une variation de réserve de marche au cours du fonctionnement de la pièce d'horlogerie et conduisant un même oscillateur à présenter des oscillations variables.
  6. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 5, comprenant une étape consistant à identifier une part de variabilité externe des oscillations, induite par des variabilités de l'échappement et/ou du rouage de la pièce d'horlogerie et/ou du ressort moteur et conduisant un même oscillateur à présenter des oscillations variables.
  7. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'étape de définition dudit au moins un indicateur de performance comprend une étape consistant à :
    - définir une valeur cible de l'indicateur de performance,
    et dans lequel la valeur optimale procure une sensibilité minimale de l'indicateur de performance au dit au moins un défaut de fabrication et/ou d'assemblage autour de sa valeur cible, et de préférence dans une gamme de tolérance autour de sa valeur cible.
  8. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel l'étape de définition dudit au moins un indicateur de performance comprend une étape consistant à :
    - définir une pluralité d'indicateurs de performance,
    - affecter un poids à chaque indicateur de performance de la pluralité d'indicateurs de performance,
    - définir une valeur cible pour chaque indicateur de performance de la pluralité d'indicateurs de performance
    - définir un indicateur de performance composite avec une valeur composite cible, sur la base de la valeur cible et du poids de chaque indicateur de performance,
    et la valeur optimale procure une sensibilité minimale de l'indicateur de performance composite au dit au moins un défaut de fabrication et/ou d'assemblage autour de sa valeur composite cible, et de préférence dans une gamme de tolérance autour de sa valeur composite cible.
  9. Spiral (10) d'horlogerie, comprenant :
    - un barreau enroulé en spirale et présentant une hauteur et une épaisseur, le barreau comprenant :
    - une portion intérieure (12), ayant une première extrémité agencée pour être solidaire d'un axe oscillant d'un oscillateur horloger, et une deuxième extrémité,
    - une portion intermédiaire (13), ayant une première extrémité reliée à la deuxième extrémité de la portion intérieure (12), et une deuxième extrémité,
    - une portion extérieure (14), ayant une première extrémité reliée à la deuxième extrémité de la portion intermédiaire (13), et une deuxième extrémité agencée pour être pitonnée sur un bâti de référence d'une pièce d'horlogerie comprenant l'oscillateur horloger,
    caractérisé en ce qu'au moins deux des conditions suivantes sont vérifiées :
    - une épaisseur ei (s) de la portion intérieure (12) varie le long de la portion intérieure (12), et en partant de la première extrémité de la portion intérieure (12), selon une fonction décroissante non affine et/ou selon une fonction sinusoïdale,
    - la portion intermédiaire (13) comprend au moins une spire avec une épaisseur constante,
    - une épaisseur ee (s) de la portion extérieure (14) varie le long de la portion extérieure (14) selon une fonction non monotone et/ou selon une fonction sinusoïdale.
  10. Spiral (10) selon la revendication 9, dans lequel :
    - une épaisseur (ei) de la portion intérieure (12) est définie selon la fonction : e i s = e 0i − A is s + B is cos ω is s
    avec :
    s : abscisse curviligne le long de la portion intérieure (12),
    Ais : coefficient directeur de la portion intérieure (12),
    Bis : coefficient de la partie périodique de la portion intérieure (12), différent de zéro sur au moins 25 % de la portion intérieure (12), et de préférence différent de zéro sur au moins 50% de la portion intérieure (12),
    ωis : pulsation de la partie sinusoïdale le long de la portion intérieure (12),
    e0i : coefficient constant de la partie affine de la portion intérieure (12).
  11. Spiral (10) selon la revendication 9 ou 10, dans lequel :
    - une épaisseur (ee) de la portion extérieure (14) est définie selon la fonction : e e s = e 0e + A es s + B es cos ω es s
    avec :
    s : abscisse curviligne le long de la portion extérieure (14),
    Aes : coefficient directeur de la portion extérieure (14),
    Bes : coefficient de la partie périodique de la portion extérieure (14), différent de zéro sur au moins 25 % de la portion extérieure (14), et de préférence différent de zéro sur au moins 50% de la portion extérieure (14),
    ωes : pulsation de la partie sinusoïdale le long de la portion extérieure (14),
    e0e : coefficient constant de la partie affine de la portion extérieure (14).
  12. Spiral (10) selon l'une des revendications 9 à 11, dans lequel :
    - la portion intérieure (12) s'étend sur un angle compris dans une plage de valeurs allant de 50° à 200°, de préférence de 90° à 135°, et/ou
    - la portion intermédiaire (13) est formée par une pluralité de spires intermédiaires et au moins la moitié des spires intermédiaires présente une épaisseur constante, et de préférence toutes les spires intermédiaires présentent une épaisseur constante, et/ou
    - la portion extérieure (14) s'étend sur un angle compris dans une plage de valeurs allant de 10° à 100°, de préférence de 40° à 70° .
  13. Spiral (10) selon l'une des revendications 9 à 12, comprenant une virole centrale (11), dans lequel la première extrémité de la portion intérieure (12) est solidaire de la virole centrale (11).
  14. Spiral (10) selon l'une des revendications 9 à 13, comprenant une plaquette de pitonnage (15) ou un index de pitonnage agencé à la deuxième extrémité de la portion extérieure (14).
  15. Spiral (10) selon l'une des revendications 9 à 14, formé d'un seul tenant, et dans ou à base d'au moins une matière choisie parmi du silicium, du carbone, du verre, de la céramique.
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