CH701155B1

CH701155B1 - Balance spiral type mechanical oscillator for e.g. wrist watch, has balance and spiral, which are made of non-magnetic material such as diamond, where material possesses very low thermal expansion coefficient

Info

Publication number: CH701155B1
Application number: CH02119/06A
Authority: CH
Inventors: Franck Orny; Johnny Girardin; Stephen Edward Methuen Forsey
Original assignee: Complitime Sa
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2010-12-15

Abstract

The oscillator has a balance (10) and a spiral (12), which are made of non-magnetic material such as diamond, quartz, and ceramics, where the material possesses a very low thermal expansion coefficient. The balance includes a shaft (14) carrying a board (16) and counterweights (18, 19) mounted on the board, where the shaft is made of hardened steel and counterweights are made of hard material. The shaft ensures a pivotment of the balance around a pivotment axle. An independent claim is also included for a method for balancing a material of balance for mechanical oscillator.

Description

[0001] La présente invention a pour objet un oscillateur pour pièce d’horlogerie du type comportant un balancier et un spiral, dont la fréquence est particulièrement stable. Plusieurs paramètres peuvent affecter la stabilité d’un tel oscillateur, et plus particulièrement les variations de température, d’amplitude et le magnétisme. The present invention relates to an oscillator for a timepiece of the type comprising a balance and a hairspring, the frequency is particularly stable. Several parameters can affect the stability of such an oscillator, and more particularly the variations in temperature, amplitude and magnetism.

[0002] Il est bien connu de l’homme du métier que la fréquence d’un balancier varie sensiblement en fonction de la température. Deux facteurs interviennent essentiellement, soit la variation du moment d’inertie du balancier et la variation du couple de rappel du spiral. Dans les oscillateurs les plus fréquemment utilisés, les matériaux sont choisis de manière à ce que ces deux variations se compensent. Cette compensation ne peut malheureusement pas être parfaite. Parmi les solutions envisageables, on relèvera notamment l’usage d’un balancier en alliage de cupro-béryllium associé à un spiral en alliage fer-nickel commercialisé sous la marque Nivarox (Suisse). Ce type de spiral est sensible aux champs magnétiques. Pour pallier ce défaut, il a été proposé de réaliser le spiral en quartz, également associé à un balancier en cupro-béryllium. Le problème de la compensation thermique subsiste. It is well known to those skilled in the art that the frequency of a pendulum varies substantially depending on the temperature. Two factors intervene essentially, namely the variation of the moment of inertia of the balance and the variation of the pair of return of the spiral. In the most frequently used oscillators, the materials are chosen in such a way that these two variations compensate each other. This compensation can unfortunately not be perfect. Among the possible solutions, we note in particular the use of a cupro-beryllium alloy balance associated with an iron-nickel alloy spiral marketed under the trademark Nivarox (Switzerland). This type of hairspring is sensitive to magnetic fields. To overcome this defect, it has been proposed to make the quartz spiral, also associated with a cupro-beryllium balance. The problem of thermal compensation remains.

[0003] On appel défaut d’isochronisme les variations de la marche engendrées par les variations d’amplitude des oscillations du balancier. Plusieurs mesures sont prises pour réduire ce défaut, et notamment le choix d’un balancier aussi léger que possible, avec une inertie aussi grande que possible. A cet effet, le balancier est muni de bras et d’une serge solidaire des bras, de bien plus grande épaisseur. De la sorte, la plus grande masse du balancier se trouve à la périphérie. Isochronism defect is called variations of the gait generated by the amplitude variations of the pendulum oscillations. Several measures are taken to reduce this defect, including the choice of a balance as light as possible, with as much inertia as possible. For this purpose, the balance is provided with arms and a serge solidaire arms, much thicker. In this way, the largest mass of the pendulum is on the periphery.

[0004] Comme évoqué plus haut, les difficultés engendrées par l’influence du champ magnétique sur le spiral sont résolues en choisissant un matériau amagnétique, comme le quartz par exemple. Cela ne résout pas pour autant les autres problèmes. As mentioned above, the difficulties caused by the influence of the magnetic field on the spiral are solved by choosing a non-magnetic material, such as quartz for example. This does not solve the other problems.

[0005] Un but de la présente invention est de réaliser un oscillateur de type à balancier-spiral présentant une stabilité améliorée tant en ce qui concerne sa sensibilité aux variations de température que d’amplitude, ainsi qu’aux champs magnétiques. An object of the present invention is to provide a spiral balance type oscillator having improved stability both in terms of its sensitivity to temperature and amplitude variations, as well as magnetic fields.

[0006] A cet effet, l’oscillateur pour pièce d’horlogerie selon l’invention comprend un balancier et un spiral, dans lequel le balancier comporte: – une planche réalisée en un premier matériau, – un arbre portant ladite planche et destiné à assurer le pivotement du balancier autour d’un axe AA, – des masselottes montées sur ladite planche et réparties symétriquement par rapport audit axe AA, et dans lequel le spiral est réalisé en un deuxième matériau et les masselottes en un troisième matériau. For this purpose, the oscillator for a timepiece according to the invention comprises a balance and a balance spring, in which the balance comprises: A board made of a first material, A shaft carrying said board and intended to pivot the balance about an axis AA, Weights mounted on said board and distributed symmetrically with respect to said axis AA, and wherein the hairspring is made of a second material and the weights of a third material.

[0007] Selon l’invention, les premier et deuxième matériaux peuvent, ou non, être les mêmes et sont choisis parmi le diamant, le quartz, le corindon et le silicium. According to the invention, the first and second materials may or may not be the same and are selected from diamond, quartz, corundum and silicon.

[0008] De la sorte, il est possible d’obtenir des oscillateurs particulièrement stables en température. In this way, it is possible to obtain oscillators that are particularly stable in temperature.

[0009] Afin de réduire de manière optimale la sensibilité du balancier à la température, une partie au moins desdites masselottes ont une forme cylindrique d’axe BB dans leur portion engagée dans ladite planche, lesdites masselottes présentant une structure symétrique en référence à l’axe BB. In order to optimally reduce the sensitivity of the balance to temperature, at least part of said flyweights have a cylindrical shape of axis BB in their portion engaged in said board, said weights having a symmetrical structure with reference to the BB axis.

[0010] De manière avantageuse, le troisième matériau présente une masse spécifique supérieure à 10 g/cm<3>; il peut s’agir notamment de l’or, tandis que les premier et deuxième matériaux sont du diamant. De la sorte, le rapport entre le moment d’inertie et la masse spécifique est particulièrement favorable. Advantageously, the third material has a density greater than 10 g / cm <3>; it may include gold, while the first and second materials are diamond. In this way, the ratio between the moment of inertia and the specific mass is particularly favorable.

[0011] La présente invention concerne également un procédé d’équilibrage par enlèvement de matière d’un balancier pour oscillateur selon l’invention. Il est caractérisé en ce que de la matière est enlevée d’au moins une desdites masselottes symétriques de manière symétrique en référence à l’axe du cylindre. The present invention also relates to a method of balancing by removal of a pendulum oscillator according to the invention. It is characterized in that material is removed from at least one of said symmetrical flyweights symmetrically with reference to the axis of the cylinder.

[0012] L’équilibrage peut également être réalisé par adjonction de matière. Dans ce cas, la matière est ajoutée à au moins l’une des masselottes symétriques de manière symétrique en référence à l’axe de son cylindre. Balancing can also be achieved by adding material. In this case, the material is added to at least one symmetrical flyweight symmetrically with reference to the axis of its cylinder.

[0013] L’invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d’exemple et faite en référence au dessin dans lequel les fig. 1et 2représentent un oscillateur selon l’invention, respectivement vu en plan et en coupe. The invention will be better understood on reading the description which follows, given by way of example and with reference to the drawing in which FIGS. 1and 2representent an oscillator according to the invention, respectively seen in plan and in section.

[0014] L’ensemble représenté au dessin comporte un balancier 10 et un spiral 12. Le balancier 10 comprend plus précisément un arbre 14, une planche 16 montée rigidement sur l’arbre 14 et des masselottes 18, d’un premier type, et 19 d’un deuxième type, une virole 20 et un plateau 22. The assembly shown in the drawing comprises a rocker 10 and a hairspring 12. The rocker 10 more specifically comprises a shaft 14, a board 16 mounted rigidly on the shaft 14 and flyweights 18, of a first type, and 19 of a second type, a shell 20 and a plate 22.

[0015] L’arbre 14 est classiquement réalisé en acier trempé. Il présente un axe de symétrie AA, qui est également son axe de pivotement. Il comporte une assiette 14a, des portions cylindriques 14b, 14c et 14d disposées de part et d’autre de l’assiette 14a et destinées à recevoir respectivement la virole 20, la planche 16 et le plateau 22. Ses extrémités forment des pivots 14e et 14f destinés à être engagés dans des paliers constitués dans le bâti de la pièce d’horlogerie, non représentés au dessin. The shaft 14 is conventionally made of hardened steel. It has an axis of symmetry AA, which is also its pivot axis. It comprises a plate 14a, cylindrical portions 14b, 14c and 14d disposed on either side of the plate 14a and intended to receive respectively the ring 20, the board 16 and the plate 22. Its ends form 14th pivots and 14f intended to be engaged in bearings formed in the frame of the timepiece, not shown in the drawing.

[0016] La planche 16 est formée d’une plaque d’un matériau à faible densité et à faible coefficient de dilation thermique, et plus particulièrement du diamant, du corindon, du quartz ou du silicium, dont l’épaisseur est de l’ordre de quelques dixièmes de millimètres, typiquement de 0,2 mm. Elle comporte un trou central 16a et huit ouvertures orientées radiale-ment et définissant huit bras 16b. Les extrémités extérieures des bras 16b sont reliées entre elles pour former une serge 16c. Cette dernière est percée, dans le prolongement des bras 16b, de trous 16d orientés parallèlement à l’axe AA et dans lesquels les masselottes 18 et 19 sont fixées. The board 16 is formed of a plate of a low density material with a low coefficient of thermal expansion, and more particularly diamond, corundum, quartz or silicon, the thickness of which is order of a few tenths of a millimeter, typically 0.2 mm. It comprises a central hole 16a and eight radially-oriented openings and defining eight arms 16b. The outer ends of the arms 16b are interconnected to form a serge 16c. The latter is pierced, in the extension of the arms 16b, holes 16d oriented parallel to the axis AA and in which the weights 18 and 19 are fixed.

[0017] Comme on peut le voir plus particulièrement sur la fig. 2, la planche 16 est en appui contre l’assiette 14a et positionnée par la portion cylindrique 14c. Elle est fixée à l’arbre 14 par des points de colle 24 disposés dans des logements pratiqués dans la périphérie du trou 16a. La virole 20 est chassée sur l’arbre 14 dans sa portion cylindrique 14d, en appui contre la planche 16. Elle porte, monté par collage, le spiral 12. As can be seen more particularly in FIG. 2, the board 16 is in abutment against the plate 14a and positioned by the cylindrical portion 14c. It is fixed to the shaft 14 by glue points 24 arranged in housings formed in the periphery of the hole 16a. The shell 20 is driven onto the shaft 14 in its cylindrical portion 14d, bearing against the board 16. It carries, mounted by gluing, the spring 12.

[0018] Les masselottes 18 sont formées chacune d’un clou 18a de forme cylindrique d’axe BB, en matériau lourd, par exemple de l’or, muni d’une tête 18b et d’un corps 18c, et d’une bague 18d réalisée dans le même matériau. Le corps 18c de chacune des masselottes 18 est engagé dans un trou 16d, la tête 18b étant en appui contre la planche 16. La bague 18d qui lui est associé est fixée de l’autre côté de la planche 16, par chassage, collage ou soudage. The weights 18 are each formed of a nail 18a of cylindrical shape BB axis, heavy material, for example gold, provided with a head 18b and a body 18c, and a ring 18d made of the same material. The body 18c of each of the weights 18 is engaged in a hole 16d, the head 18b bearing against the board 16. The ring 18d associated with it is fixed on the other side of the board 16, by driving, gluing or welding.

[0019] Les masselottes 18 présentent une structure symétrique par rapport à l’axe BB de chacun des clous 18a. De la sorte, lors de changements de température, les clous se dilatent ou se contractent radialement par rapport à l’axe BB, sans que leur centre de gravité ne bouge. En conséquence, en première approximation, cette dilatation ne modifie pas l’inertie du balancier. The weights 18 have a symmetrical structure with respect to the axis BB of each of the nails 18a. In this way, during changes in temperature, the nails expand or contract radially relative to the axis BB, without their center of gravity moves. Consequently, as a first approximation, this expansion does not modify the inertia of the pendulum.

[0020] Les masselottes 19 présentent un centre de gravité décalé par rapport à l’axe du trou 16d dans lequel elles sont engagées. De la sorte, en les tournant, il est possible de modifier le moment d’inertie et ainsi corriger la fréquence de l’oscillateur. Afin de permettre cette rotation, les masselottes 19 comportent une portion cylindrique 19a munie de fentes à orientation axiale 19b, permettant une fixation à friction. The weights 19 have a center of gravity offset from the axis of the hole 16d in which they are engaged. In this way, by turning them, it is possible to modify the moment of inertia and thus correct the frequency of the oscillator. To allow this rotation, the weights 19 comprise a cylindrical portion 19a provided with axially oriented slots 19b, allowing a frictional attachment.

[0021] Le spiral 12 est réalisé en diamant, en quartz, en silicium ou en corindon. L’élasticité et la longueur de ces matériaux varient très peu en fonction de la température. The spiral 12 is made of diamond, quartz, silicon or corundum. The elasticity and length of these materials vary very little with temperature.

[0022] Grâce à cette configuration particulière, dans laquelle la planche du balancier et le spiral sont réalisés en des matériaux très stables en fonction de la température, il est possible d’avoir un oscillateur dont la fréquence varie très peu en fonction de la température. Cette stabilité est renforcée grâce au fait qu’une partie des masselottes ont un centre de gravité fixe par rapport à l’axe de balancier. With this particular configuration, in which the balance board and the spiral are made of very stable materials depending on the temperature, it is possible to have an oscillator whose frequency varies very little depending on the temperature . This stability is enhanced by the fact that some of the weights have a fixed center of gravity with respect to the balance shaft.

[0023] Les matériaux constitutifs du balancier (à l’exception de l’arbre 14) et du spiral étant amagnétiques, un champ magnétique n’interagira qu’avec l’arbre 14, l’influence étant pratiquement nulle. The constituent materials of the balance (with the exception of the shaft 14) and the spiral being non-magnetic, a magnetic field will interact with the shaft 14, the influence being virtually zero.

[0024] Enfin, dès lors que la masse spécifique du matériau constitutif de la planche est faible, alors que celle du matériau constitutif des masselottes est élevée, la masse totale du balancier est faible pour un moment d’inertie donné. Il en résulte que le défaut d’isochronisme peut être réduit. Finally, since the specific mass of the material constituting the board is low, while that of the constituent material of the flyweights is high, the total weight of the balance is low for a given moment of inertia. As a result, the isochronism defect can be reduced.

[0025] Des masselottes en or ou en platine permettent de réaliser un balancier avec un rapport moment d’inertie/masse particulièrement favorable. Il est aussi possible d’utiliser des matériaux moins coûteux, par exemple du laiton ou de l’invar. Dans ce dernier cas, la dilatation des masselottes pourrait encore être réduite. Gold weights or platinum allow to achieve a balance with a ratio moment of inertia / mass particularly favorable. It is also possible to use less expensive materials, for example brass or invar. In the latter case, the expansion of the weights could be further reduced.

[0026] Les balanciers pour pièces d’horlogerie doivent être équilibrés. Cela peut se faire en enlevant ou en ajoutant de la matière. Cette opération s’effectue de manière particulièrement avantageuse en travaillant sur les masselottes 18, qui présentent une structure symétrique par rapport à leur axe BB. Pendulums for timepieces must be balanced. This can be done by removing or adding material. This operation is particularly advantageous by working on the weights 18, which have a symmetrical structure with respect to their axis BB.

[0027] Afin d’éviter que la symétrie de celles-ci ne soit affectée, il est possible d’enlever de la matière soit mécaniquement, soit par un tir au laser, en veillant à ce que cela se fasse de manière régulière sur toute la surface ou symétriquement par rapport à l’axe BB. Il est également possible d’ajouter de la matière par projection sur l’une ou l’autre des masselottes, toujours en veillant à garder la symétrie en référence à l’axe BB. In order to avoid that the symmetry thereof is affected, it is possible to remove the material either mechanically or by laser firing, ensuring that this is done regularly on any the surface or symmetrically with respect to the axis BB. It is also possible to add material by projection on one or other of the weights, always taking care to keep the symmetry with reference to the axis BB.

[0028] On relèvera que, selon le matériau constitutif de la planche 16, il est également possible d’y ajouter ou de d’y supprimer de la matière et plus particulièrement sur sa serge. It will be noted that, depending on the material of the board 16, it is also possible to add or remove the material and more particularly on his serge.

Claims

1. Timepiece oscillator comprising a balance (10) and a balance spring (12), in which the balance (10) comprises: A board (16) made of a first material, - a shaft (14) carrying said board (16) and intended to pivot the balance about an axis AA, - weights (18, 19) mounted on said board (16), distributed symmetrically with respect to said axis AA, and wherein the hairspring (12) is made of a second material, and the weights (18) of a third material, characterized in that the first and second materials are selected from diamond, quartz, corundum and silicon.

2. Oscillator according to claim 1, characterized in that at least a portion of said flyweights (18) has a cylindrical shape of axis BB in the portion engaged in said board (16), said flyweights (18) having a symmetrical structure. reference to the BB axis.

3. Oscillator according to one of claims 1 and 2, characterized in that the third material has a specific gravity greater than 10 g / cm <3>.

4. Oscillator according to claim 3, characterized in that the third material is gold.

5. Oscillator according to one of claims 1 to 4, characterized in that the first material is diamond.

6. oscillator pendulum balancing method according to claim 2, characterized in that material is removed from at least one of said symmetrical flyweights (18) symmetrically with reference to its axis BB .

7. balancing method by adding material of an oscillator beam according to claim 2, characterized in that material is added to at least one of said symmetrical flyweights (18) symmetrically with reference to its axis BB.