ECHAPPEMENT AVEC ROUE D'ECHAPPEMENT AVEC RAMPES DE CHAMP ET DISPOSITIF ANTI-RETOUR |
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申请号 | EP15179709.9 | 申请日 | 2015-08-04 | 公开(公告)号 | EP3128379B1 | 公开(公告)日 | 2019-10-02 |
申请人 | The Swatch Group Research and Development Ltd.; | 发明人 | Di Domenico, Gianni; Favre, Jérôme; | ||||
摘要 | |||||||
权利要求 | |||||||
说明书全文 | L'invention concerne un mécanisme d'échappement d'horlogerie comportant au moins un résonateur et au moins une roue d'échappement agencée pour coopérer avec un dit mécanisme résonateur, ou bien directement, ou bien indirectement au travers d'un arrêtoir que comporte ledit mécanisme d'échappement, ladite roue d'échappement comportant une succession de pistes porteuses de rampes de potentiel de champ magnétique ou électrostatique, lesdites rampes étant agencées pour coopérer avec ledit résonateur ou respectivement avec ledit arrêtoir. L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme d'échappement. L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel mécanisme d'échappement. L'invention concerne le domaine des mécanismes d'échappement pour horlogerie mécanique, et plus particulièrement le domaine des échappements à champ contrôlé, dit échappements magnétiques, ou échappements électrostatiques, ou similaires. Le document Un tel dispositif améliore de façon très conséquente le rendement de l'échappement, du fait des contacts réduits ou inexistants. Toutefois, sa mise au point est surtout efficace quand le fonctionnement n'est pas trop brusque. Il s'agit en effet d'atténuer les rebonds de la roue d'échappement, qui peuvent, s'ils ne sont pas maîtrisés, conduire à une situation instable. Dans un échappement à ancre suisse traditionnel, entièrement mécanique, la roue d'échappement fournit au balancier-spiral une certaine quantité d'énergie, en provenance d'un barillet ou autre accumulateur similaire. L'excès d'énergie cinétique de la roue d'échappement est dissipé lorsqu'une de ses dents tombe sur le plan de repos de la palette de l'ancre, lors de la chute. Ce choc, très intense, empêche efficacement la roue d'échappement de rebondir. Dans un échappement à barrières de champ magnétique ou électrostatique tel qu'il est décrit dans les demandes Les rebonds sont nécessaires pour un fonctionnement à force constante puisqu'ils permettent de dissiper l'excédent d'énergie. Néanmoins, il est important de contrôler leur durée qui doit être inférieure à la demi-période pour que le système fonctionne de façon stable. D'autre part, il est intéressant d'empêcher totalement les rebonds afin de stocker l'excédent d'énergie dans le potentiel magnétique, ou électrostatique selon le cas, de sorte à pouvoir recycler cette énergie, ce qui a alors pour effet d'augmenter le rendement de l'échappement de façon significative. Le document Le document L'objectif d'un dispositif anti-retour, tel qu'un cliquet ou similaire dans un dispositif d'échappement avec un arrêtoir coopérant avec un plateau de balancier, et avec des barrières de champ magnétique ou électrostatique, notamment sous la forme d'une ancre magnétique, est d'empêcher la roue d'échappement de rebondir sur les barrières magnétiques, ou électrostatiques selon le cas. L'invention se propose de bloquer les rebonds d'un tel dispositif d'échappement magnétique ou électrostatique, par ajout d'un dispositif anti-retour, lequel permet de stocker temporairement l'énergie de la roue d'échappement dans le potentiel magnétique ou électrostatique, afin de pouvoir la restituer au balancier ou similaire lors de la fonction d'échappement, ce qui a pour effet d'augmenter notablement le rendement de ce type d'échappement, en particulier lorsque le couple fourni par le barillet ou l'accumulateur est élevé. Et, plus particulièrement, l'invention s'attache à augmenter le rendement énergétique du mécanisme d'échappement et du mouvement. A cet effet, l'invention concerne un mécanisme d'échappement d'horlogerie selon la revendication 1. L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme d'échappement. L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel mécanisme d'échappement. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :
L'invention propose une solution simple et fiable pour maîtriser les rebonds d'un dispositif d'échappement magnétique ou électrostatique, par ajout d'un dispositif anti-retour, lequel permet d'augmenter le rendement de ce type d'échappement, en particulier lorsque le couple fourni par le barillet ou l'accumulateur est élevé. Ce mécanisme anti-retour permet d'accumuler l'énergie du barillet ou similaire, pour la restituer dans le résonateur. L'invention concerne un mécanisme d'échappement 200 d'horlogerie comportant au moins un résonateur 100. Le mécanisme d'échappement 200 comporte au moins un mobile d'échappement. Ce mobile est décrit et illustré ici dans le cas particulier et non limitatif d'une roue d'échappement 1, mais il peut prendre d'autres formes, telle qu'un cylindre, ou autre. Dans cette variante non limitative, le mécanisme d'échappement 200 comporte au moins une roue d'échappement 1, laquelle est agencée pour coopérer avec un tel mécanisme résonateur 100, ou bien directement, ou bien indirectement au travers d'un arrêtoir 2 que comporte ce mécanisme d'échappement 200. L'invention est illustrée, de façon non limitative, avec un échappement à arrêtoir, cet arrêtoir 2 étant constitué dans un exemple particulier, là encore non limitatif, par une ancre pivotante comportant, selon le cas une masse polaire 3 unique agencée pour coopérer alternativement avec des pistes de la roue d'échappement comportant des champs magnétiques ou électrostatiques d'intensité variable, ou bien deux masses polaires 3 agencées pour coopérer alternativement avec au moins une piste 4 de la roue d'échappement 1 comportant des champs magnétiques ou électrostatiques d'intensité variable. L'invention s'applique aussi pour d'autres types de mécanismes d'échappement, à cylindre, naturel, ou autre, dans le cas de la coopération directe sans arrêtoir. La roue d'échappement 1 comportant une succession de pistes 4, ou encore, selon les variantes décrites ci-dessous 40, 41, 42. Ces pistes 4 sont porteuses de rampes 6 de potentiel croissant de champ magnétique ou électrostatique. Ces rampes 6 sont agencées pour coopérer avec le résonateur 100, ou respectivement avec l'arrêtoir 2. Selon l'invention, ce mécanisme d'échappement 200 comporte au moins un dispositif anti-retour 5, qui est agencé pour s'opposer au retour de la roue d'échappement 1, c'est-à-dire pour l'empêcher de reculer par rapport à son sens normal de pivotement. Plus particulièrement, le mécanisme d'échappement 200 comporte un arrêtoir 2 coopérant, d'une part avec un plateau que comporte le mécanisme résonateur 100, notamment un plateau de balancier dans le cas d'un résonateur à balancier-spiral, et coopérant d'autre part avec des rampes 6 de potentiel de champ magnétique ou électrostatique, par au moins une masse polaire 3, ou encore, selon les variantes décrites ci-dessous 30, 31, 32, que comporte cet arrêtoir 2. Cette masse polaire 3 est agencée pour évoluer dans le champ correspondant à ces rampes 6 de potentiel de champ magnétique ou électrostatique. La Cette L'invention est décrite et illustrée ici dans l'alternative magnétique, avec dispositif anti-retour sur la roue d'échappement ; l'homme du métier saura réaliser les alternatives électrostatique et mixte en référence aux demandes de brevet cités plus haut, du même déposant. La dissipation d'énergie lors des rebonds se fait classiquement par frottements, au moins partiellement visqueux, en particulier au niveau des pivots, et par pertes aérodynamiques, tel que visible sur la Un avantage important des mécanismes d'échappement à champ magnétique ou électrostatique est que le point de basculement est fixe, parfaitement reproductible, et l'énergie transmise est constante. Dans une telle configuration, l'ancre bascule toujours à la même position, au pied de la barrière magnétique quand elle existe (ce qui n'est pas toujours le cas, on peut aussi avoir la combinaison d'une simple rampe et d'une butée mécanique pour jouer le rôle de la barrière de potentiel). L'arrêtoir ou ancre transmet donc toujours la même quantité d'énergie au balancier, ce qui en fait un système à force constante, l'excédent étant dissipé par des rebonds. Le barillet ne fournissant pas toujours le même couple, cet excédent d'énergie dissipé par rebonds n'est pas constant, comme on peut le voir sur la
La zone triangulaire représente la quantité absolue d'énergie perdue par les rebonds de la roue magnétique. La L'invention s'astreint à minimiser le plus possible ces rebonds en ajoutant un dispositif anti-retour, tel qu'un cliquet ou similaire, agissant sur la roue d'échappement. Il s'agit, à la fois, de limiter les rebonds au minimum, et surtout d'augmenter le rendement du mécanisme d'échappement, et par conséquent, la réserve de marche du mouvement d'horlogerie. Le principe est illustré sur la L'échappement peut donc transférer davantage d'énergie au balancier-spiral. Le rendement est amélioré. Le système perd sa caractéristique de force constante et devient un échappement à force variable avec le couple, comme un échappement à ancre suisse traditionnel. Diverses configurations de répartition des champs sur la ou les pistes 4 de la roue d'échappement 1 sont utilisables. Dans un premier mode de réalisation illustré par la Dans un deuxième mode de réalisation, l'arrêtoir 2 comporte deux masses polaires 3, qui sont une première masse polaire 31 et une deuxième masse polaire 32, agencées pour coopérer successivement et alternativement avec une piste 4 qui est une piste unique 40. Et la roue d'échappement 1 comporte, agencées de façon périodique selon un pas P, une pluralité de zones utiles ZU, chacune située entre, d'une part une zone de minimum de potentiel d'une telle piste 4, 40, 41, 42, donnée, et d'autre part une zone de maximum de potentiel d'une telle piste 4, 40, 41, 42, laquelle zone de maximum de potentiel suit immédiatement la zone de minimum de potentiel considérée de cette piste donnée. Et chaque franchissement d'une telle zone de maximum de potentiel d'une piste 4, 40, 41, 42, par une masse polaire 3, 30, 31, 32, correspond à un basculement de l'arrêtoir 2 Dans la configuration particulière comportant à la fois des rampes 6 et des barrières 7 de potentiel, les rampes 6 de potentiel de champ magnétique ou électrostatique disposées sur ces pistes 4, 40, 41, 42, comportent chacune une barrière 7 de potentiel à leur extrémité de potentiel de champ maximal, tendant à s'opposer à son franchissement par une masse polaire 3 de l'arrêtoir 2. Plus particulièrement, sur une telle piste 4 , 40, 41, 42, chaque rampe 6 est prolongée par une barrière 7 de champ magnétique ou électrostatique, cette barrière 7 comportant immédiatement à la suite de la rampe 6, au niveau du point particulier PP, une première zone 71 de croissance rapide de potentiel dont le gradient est supérieur au gradient maximal de la rampe 6 concernée. Cette première zone 71 est suivie par une deuxième zone 72 de maximum de potentiel où la concavité de la courbe de potentiel est inversée par rapport à la première zone 71. La deuxième zone 72 est immédiatement suivie d'une troisième zone 73 de décroissance de potentiel où la concavité de la courbe de potentiel est inversée par rapport à la deuxième zone 72, et cette troisième zone 73 s'achève par une quatrième zone 74 de minimum de potentiel. Dans la configuration particulière de la Dans une configuration enchaînée comme sur la Plus particulièrement, sur la roue d'échappement 1 dans son entier, chaque première zone 71 fait immédiatement suite à la quatrième zone 74 précédente. Dans une configuration morcelée comme sur la Plus particulièrement, sur la roue d'échappement 1 dans son entier, chaque première zone 71 est séparée de la quatrième zone 74 précédente par une cinquième zone 75 de potentiel constant ou nul. Dans des variantes particulières, comme notamment sur la Dans les variantes avec arrêtoir 2, le dispositif anti-retour 5 peut comporter, non limitativement : un cliquet de compression 51, un cliquet de traction 52, un cliquet de compression intérieur 53, ou encore un cliquet de traction intérieur, ou des combinaisons de ces différents cliquets, ou tout autre mécanisme tendant à s'opposer au recul de la roue d'échappement 1. La De préférence, cette au moins une denture 10 est une denture à dents de loup, autorisant l'avance de la roue d'échappement 1 par glissement sur le cliquet de compression 51 et s'opposant au recul de la roue d'échappement 1 en soumettant cet au moins un cliquet de compression 51 à un effort de flambage quand la roue d'échappement 1 tend à reculer. Sur la Dans une autre variante, on embarque le cliquet sur la roue d'échappement et on agençant la denture sur une roue fixe. Le dispositif anti-retour 5 comporte alors au moins un cliquet de compression intérieur 53 comportant une troisième liaison élastique avec la roue d'échappement 1 et coopérant avec au moins une denture 10 que comporte un anneau denté intérieurement fixé sur une partie fixe du mécanisme d'échappement 200 extérieure à l'arrêtoir 2 et à la roue d'échappement 1. Concernant la denture 10, divers aménagements sont imaginables. La variante de la Pour assurer le fonctionnement minimal, il faut que la au moins une denture 10 comporte au moins une dent 13 sur chaque zone utile ZU. Ceci permet de réduire le coût de découpe ou de taillage des dents. Par exemple, la Dans une version plus classique, cette au moins une denture 10 comporte, sur les zones munies de dents qu'elle comporte, au moins vingt fois plus de dents que la roue d'échappement 1 ne comporte de pas P (dits aussi équivalents-dents), chaque pas P correspondant à la course entre deux basculements successifs de l'arrêtoir 2. Bien sûr, des pertes par frottement existent, elles sont néanmoins constantes, et n'altèrent pas les performances chronométriques. La L'armage des dents du cliquet consomme un peu d'énergie et altère le rendement de l'échappement. Il est possible de minimiser ce problème en ne plaçant des dents que dans les régions fonctionnelles, tel qu'illustré sur la La Les Une deuxième variante, en De nombreux autres dispositifs anti-retour peuvent être envisagés, comme par exemple le système utilisé dans les inverseurs automatiques dans les mouvements automatiques à remontage par masse oscillante, tel que décrit sur : http://www.horlogerie-suisse.com/technique/les-complications/les-inverseurs-automatiques On peut encore utiliser, en combinaison, une lame dure sur une roue molle, en caoutchouc ou similaire. Dans une autre variante, ce dispositif anti-retour 5 comporte au moins un dispositif de roue libre, ou un mécanisme à faible hystérèse de roulement de type « OneWay » de la société « MPS » : http://www.mps-watch.com/fr/bearing-technologies/produits.html#c581. La présence d'un dispositif anti-retour offre un autre avantage qui se cumule aux avantages liés au fonctionnement : le potentiel magnétique peut être moins élevé, ce qui simplifie la fabrication des aimants, et abaisse les coûts. Une autre combinaison consiste à utiliser le potentiel original, mais avec un barillet dimensionné au plus juste, donc beaucoup moins encombrant, ce qui est toujours recherché en horlogerie, en particulier dans les cas de montres dames ou de montres à complications. Bien sûr, on peut choisir, toutes autres choses égales par ailleurs, de tout simplement augmenter la réserve de marche du mouvement. La On comprend que l'utilisation d'un dispositif anti-retour ne permet pas de s'affranchir des butées mécaniques anti-choc mentionnées dans le document La réalisation de mécanismes d'échappement selon l'invention est possible aussi bien avec des technologies traditionnelles, notamment fraisage ou étampage, ou encore l'usinage laser permettant d'obtenir une résolution plus élevée, appréciable pour l'usinage de la denture 10. On peut, encore, minimiser la puissance nécessaire pour faire fonctionner le dispositif d'anti-retour, en utilisant les technologies de fabrication modernes, telles que la gravure profonde du silicium ou le LIGA. En particulier, on cherche à minimiser l'inertie, la constante du ressort, ou encore le coefficient de frottement. L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme d'échappement. L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel mécanisme d'échappement En somme, le dispositif anti-retour selon l'invention permet, au prix d'un aménagement de faible coût et d'encombrement limité, d'obtenir une forte augmentation du rendement du mécanisme d'échappement, et, en conséquence, de la réserve de marche du mouvement. |