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EP1593004A2 - Spiral de resonateur balancier-spiral et son procede de fabrication - Google Patents

Spiral de resonateur balancier-spiral et son procede de fabrication

Info

Publication number
EP1593004A2
EP1593004A2 EP04707219A EP04707219A EP1593004A2 EP 1593004 A2 EP1593004 A2 EP 1593004A2 EP 04707219 A EP04707219 A EP 04707219A EP 04707219 A EP04707219 A EP 04707219A EP 1593004 A2 EP1593004 A2 EP 1593004A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
curve
hairspring
outside
turns
spiral
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.)
Granted
Application number
EP04707219A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1593004B1 (fr
Inventor
Thierry Conus
Kaspar Trümpy
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.)
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Original Assignee
ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
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 ETA SA Manufacture Horlogere Suisse filed Critical ETA SA Manufacture Horlogere Suisse
Priority to EP06003086A priority Critical patent/EP1655642B1/fr
Priority to EP10151818.1A priority patent/EP2175328B1/fr
Priority to EP04707219A priority patent/EP1593004B1/fr
Publication of EP1593004A2 publication Critical patent/EP1593004A2/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1593004B1 publication Critical patent/EP1593004B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

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
    • G04B17/32—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton
    • G04B17/34—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton for fastening the hairspring onto the balance
    • 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
    • G04B17/32—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton
    • G04B17/34—Component parts or constructional details, e.g. collet, stud, virole or piton for fastening the hairspring onto the balance
    • G04B17/345—Details of the spiral roll
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0002—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe
    • G04D3/0035—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe for components of the regulating mechanism
    • G04D3/0041—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for mechanical working other than with a lathe for components of the regulating mechanism for coil-springs
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04D—APPARATUS OR TOOLS SPECIALLY DESIGNED FOR MAKING OR MAINTAINING CLOCKS OR WATCHES
    • G04D3/00—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials
    • G04D3/0069—Watchmakers' or watch-repairers' machines or tools for working materials for working with non-mechanical means, e.g. chemical, electrochemical, metallising, vapourising; with electron beams, laser beams

Definitions

  • the subject of the present invention is a flat balance spring of a balance-spring balance obtained by a manufacturing process making it possible to improve the isochronism by acting on the one hand on parameters of construction of the balance spring as such, on the other hand on a method of attachment to the pendulum axis making it possible to reduce the geometric difference inherent in the usual methods of attachment between the point of origin of the Archimedes spiral and the axis of rotation of the pendulum.
  • isochronism is understood to mean the deviations in speed as a function of variations in the amplitude of oscillation of the balance, as well as the deviations in speed between the horizontal position and the vertical positions of the watch.
  • a hairspring having turns of uniform cross section and pitch, allows, by a particular conformation of the curve inside and the curve outside in the plane of the hairspring or more often in different planes , to obtain a concentric development of the hairspring and to have a displacement of the center of mass of the hairspring and a variation of the inertia of the hairspring during the development minimizing the walking disturbances as a function of the amplitude and the positions of the hairspring with respect to the gravity vector.
  • the overall height constitutes a certain drawback for its use in wristwatches having to have, for obvious aesthetic reasons, the smallest possible thickness.
  • a flat hairspring such as that shown in FIG. 1.
  • Such a hairspring is manufactured in a known manner by stranding from a wire or a metal strip of constant section over its entire length, and has at rest a constant step between the turns. As can be seen in FIG. 1, the curve inside is fixed, for example by laser welding, to a ferrule 20, driven out on the axis 9 of a balance 8.
  • patent CH 465,537 filed in 1966, in which is described a process making it possible to manufacture from a strip or of a metallic wire of constant section, wound in the groove of a matrix, then annealed and quenched, hairsprings having any configuration, in particular with a variable pitch.
  • patent GB 1020 456 describes the production of a barrel spring by butt welds of blades having increasing sections from the center to the center. 'on the outskirts.
  • Such a spring is designed, with equal dimensions, to increase the power reserve, but it is quite obvious that by applying this manufacturing process to a hairspring, the presence of welds would not allow to have a concentric development and obtain a reproducible isochronism from one hairspring to another.
  • the subject of the invention is therefore a flat balance spring and methods of manufacture by micro-machining or galvanic growth, making it possible to conveniently choose the most favorable construction parameters in order to improve the isochronism by the shape of the balance spring as well. only by the fixing means.
  • the invention relates to a flat hairspring, formed of a blade composed of a succession of turns having a pitch "p" between them, for a balance-regulating mechanism, said hairspring being obtained by a manufacturing process which allows to get closer to a perfect isochronism.
  • the turns of rectangular section are formed in a single continuous material from the curve inside to the curve outside, but have, on certain portions between the fastener in the center and the fastener outside , a non-uniform section "s" and / or have one or more shaped portions outside the layout of a perfect spiral.
  • non-uniform section means that, for a blade having a constant height "h", the thickness "e" of a chosen portion can be either greater or less than the thickness of the rest of the blade constituting the hairspring.
  • the manufacturing process uses micro-techniques, such as photolithography and electrodeposition of a metal or an alloy, or micro-machining of a wafer.
  • 'thickness "h” made of an amorphous or crystalline material such as silicon in monocrystalline or polycrystalline form.
  • the section “s" of the turns gradually increases from the outside curve to the inside curve.
  • the pitch "p" between the turns decreases regularly from the curve on the outside to the curve on the inside.
  • the invention also offers the advantage of being able, at the same time as the hairspring as such, to manufacture the fixing means on the pendulum axis, this fixing means being formed by a self-locking washer having in the center, by example, a star contour and having recesses in its periphery to give it sufficient elasticity for mounting and avoid a gap between the point of origin of the Archimedes spiral and the axis of rotation of the pendulum.
  • the manufacturing process basically involves applying the LIGA technique to form a mold corresponding to the profile desired by the hairspring. Given the properties of photoresists currently available on the market, it is possible to adjust the thickness of the photoresist layer to obtain the whole range of hairsprings with blade heights up to a few tenths of a millimeter.
  • the method basically consists in etching a wafer of said material through masks.
  • FIG. 2 is an enlarged representation of the hairspring of Figure 1;
  • FIG. 3A corresponds to an isochronism diagram obtained with the hairspring shown in Figure 2;
  • FIG. 4 shows a first embodiment of a hairspring according to the invention
  • FIG. 5 corresponds to an isochronism diagram obtained with the hairspring of Figure 4;
  • FIG. 6 represents a second embodiment of a hairspring according to the invention.
  • FIG. 7 corresponds to an isochronism diagram obtained with the hairspring of Figure 6;
  • - Figure 8 shows a third embodiment of a hairspring according to the invention;
  • - Figure 10 shows a method of fixing a hairspring according to the invention
  • - Figures 10A to 10E show other forms of fixing in the center.
  • FIG. 1 shows a balance spring of the prior art mentioned in the preamble. Its characteristics will serve as a reference to show the significant progress made by the invention in isochronism.
  • the hairspring 10 has the end of its curve at the center 11 conventionally fixed to a ferrule 20 driven out on the axis 9 of the pendulum 8 pivoted between the plate 7 and the cock 6.
  • the regulating device further comprises, in a known manner, a piton holder 5 for fixing the curve outside 14 of the hairspring 10 and possibly a racket 4 provided with pins 3 and a racket tail 2 opposite a graduation 1.
  • a piton holder 5 for fixing the curve outside 14 of the hairspring 10 and possibly a racket 4 provided with pins 3 and a racket tail 2 opposite a graduation 1.
  • said hairspring is formed of 14 turns having a uniform rectangular section, for example 0.05 x 0.30 mm from the curve in the center 11 to the curve outside 14 , and that the turns have between them a constant pitch p_.
  • the attachment point of the curve at the center 11 is located at a distance r from the pivot center of the balance spring, and that of the curve at the outside 14, at a distance R, before the bend 16.
  • r and R are 0.57 mm and 2.46 mm respectively.
  • FIG. 3A the isochronism diagram of a hairspring having the characteristics indicated above has been shown.
  • the walking distance expressed in seconds per day has been reported.
  • This diagram includes five curves corresponding to the usual positions for measurements with the balance spring, horizontal (curve 1), then vertical (curves 2 to 5, by rotation of 90 ° from one curve to another).
  • the dotted line corresponds to the envelope of all the most unfavorable positions.
  • the distance deviation is traditionally assessed by taking into consideration the maximum deviation of the envelope for an amplitude between 200 ° and 300 °. On the diagram of the FIG. 3A, it is observed that this maximum deviation, with this reference hairspring of the prior art, is 4.7 s / d for an amplitude of 236 °.
  • FIG. 3B shows the diagram obtained with a hairspring (not shown) having the characteristics mentioned in US patent 209642 cited in the preamble, namely with a blade thickness varying between 0.046 mm for the curve outside 14 and 0.036 mm for the curve inside 11. Contrary to what can be expected from the teaching of said patent, it will be observed that the maximum difference has increased to 7.7 s / d for an amplitude of 230 °.
  • FIGS. 4 and 5 a first embodiment of a hairspring is described below, the manufacture of which by micromachining
  • the step p_ between one turn and the next decreases as and We get closer to the center of the hairspring.
  • the section increases from the outside curve 14 to the inside curve 11. Since the manufacturing processes give the blade a constant height, the variation in section corresponds in fact to a variant of the thickness which goes from 0.036 mm for the curve outside 14 to 0.046 mm for the curve inside 11.
  • Figures 6 and 7 correspond to a second embodiment of the "Michel" type for the curve outside 14 and for the curve inside 11.
  • the turns have between them a constant pitch and a constant section corresponding to a constant thickness of 0.042 mm, with the exception of two portions of turns for which the thickness is increased to 0.056 mm:
  • FIGS. 8 and 9 correspond to a third embodiment in which the curve inside 11 is of the Grossmann 13 type, that is to say having a geometry such as that described in the book "General theory of horology "by L. Defossez. Such geometry is very difficult to obtain by deformation of a metal strip.
  • the manufacturing method according to the invention makes it very easy to obtain such a configuration without the intervention of highly qualified personnel.
  • the diagram shown in Figure 9 shows that the maximum deviation at 300 ° is only 2.1 s / d.
  • FIGS. 10A to 10E show other possible conformations of the self-locking washer 17 with a locking contour 19 in a triangle, square, hexagonal, circular or ogive shape.
  • the hairspring-self-locking washer assembly is made by photolithography and galvanic growth, it is advantageous, by means of an additional step, to make said self-locking washer 17 with a thickness greater than the height of the blade in order to obtain better resistance of the hairspring. 10 on axis 9 of the pendulum.
  • a hairspring according to the invention in an amorphous or crystalline material such as silicon can be manufactured by adapting the micromachining methods already used for example for the manufacture of integrated circuits or accelerometers from a silicon wafer.
  • the process basically consists of the following steps:
  • a hairspring according to the invention in metal or alloy, use is made of the LIGA technique known since the mid-70s.
  • the process basically consists in spreading on a substrate previously coated with a sacrificial layer a positive or negative photoresist on a thickness corresponding to the desired height "h" of the slide and form, by means of a mask by photolithography and chemical attack, a hollow structure corresponding to the desired contour for the hairspring.
  • said hollow structure is filled with a metal or a metal alloy either by electrodeposition as indicated for example in US Pat. No. 4,661,212, or by compression and sintering of nanoparticles, as indicated for example in US patent application 2001/0038803.
  • the balance spring is released from the substrate by elimination of the sacrificial layer.

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Description

SPI RAL DE RESONATEU R BALANCI ER-SPI RAL ET SON PROCEDE DE FABRICATION
La présente invention a pour objet un spiral plat de résonateur balancier-spiral obtenu par un procédé de fabrication permettant d'améliorer l'isochronisme en agissant d'une part sur des paramètres de construction du spiral en tant que tel, d'autre part sur un mode de fixation sur l'axe de balancier permettant de réduire l'écart géométrique inhérent aux modes de fixation usuels entre le point d'origine de la spirale d'Archimède et l'axe de rotation du balancier. Dans la description qui suit, on entend par isochronisme, les écarts de marche en fonction des variations d'amplitude d'oscillation du balancier, ainsi que les écarts de marche entre la position horizontale et les positions verticales de la montre. De façon connue un spiral, ayant des spires de section et de pas uniformes, permet, par une conformation particulière de la courbe à l'intérieur et de la courbe à l'extérieur dans le plan du spiral ou le plus souvent dans des plans différents, d'obtenir un développement concentrique du spiral et d'avoir un déplacement du centre de masse du spiral et une variation de l'inertie du spiral au cours du développement minimisant les perturbations de marche en fonction de l'amplitude et des positions du spiral par rapport au vecteur gravité. Outre le fait que la réalisation d'un tel spiral exige une grande habilité, l'encombrement en hauteur constitue un inconvénient certain pour son utilisation dans des montres bracelets devant avoir, pour des raisons évidentes d'esthétique, une épaisseur la moins grande possible. Pour cette raison on préfère encore utiliser un spiral plat, tel que celui représenté à la figure 1. Un tel spiral est fabriqué de façon connue par estrapadage à partir d'un fil ou d'une bande métallique de section constante sur toute sa longueur, et possède au repos un pas constant entre les spires. Comme on le voit sur la figure 1 , la courbe à l'intérieur est fixée, par exemple par soudure laser, sur une virole 20, chassée sur l'axe 9 d'un balancier 8.
Par rapport à cet élat de la technique, en ce qui concerne le pas entre les spires, il convient toutefois de mentionner le brevet CH 465 537, déposé en 1966, dans lequel est décrit un procédé permettant de fabriquer à partir d'une bande ou d'un fil métallique de section constante, enroulé dans le sillon d'une matrice, puis recuit et trempé, des spiraux ayant une configuration quelconque, en particulier avec un pas variable. A la meilleure connaissance de la demanderesse, aucun produit de ce type n'a été mis sur le marché, ce qui permet de supposer que le procédé de fabrication n'était, techniquement ou économiquement, pas satisfaisant. En ce qui concerne la variation de l'épaisseur d'une bande métallique enroulée, on peut mentionner le brevet GB 1020 456 qui décrit la fabrication d'un ressort de barillet par soudures bout à bout de lames ayant des sections croissantes depuis le centre jusqu'à la périphérie. Un tel ressort est conçu, à encombrement égal, pour augmenter la réserve de marche, mais il est bien évident qu'en appliquant ce procédé de fabrication à un spiral, la présence de soudures ne permettrait pas d'avoir un développement concentrique et d'obtenir un isochronisme reproductible d'un spiral à l'autre.
Ce même principe avait d'ailleurs déjà été proposé dans un brevet US 209 642 de 1878 pour améliorer l'isochronisme d'un spiral construit avec une spire à l'intérieur de plus faible section. Comme on le verra dans la description détaillée, l'expérience contredit cette affirmation.
L'invention a donc pour objet un spiral plat et des procédés de fabrication par micro-usinage ou croissance galvanique, permettant de choisir de façon commode les paramètres de construction les plus favorables en vue d'améliorer l'isochronisme par la forme du spiral ainsi que par les moyens de fixation.
A cet effet l'invention concerne un spiral plat, formé d'une lame composée d'une succession de spires ayant entre elles un pas "p", pour un mécanisme réglant à balancier, ledit spiral étant obtenu par un procédé de fabrication qui permet de se rapprocher d'un isochronisme parfait. Les spires de section rectangulaire sont formées en un seul matériau continu depuis la courbe à l'intérieur jusqu'à la courbe à l'extérieur, mais présentent, sur certaines portions comprises entre l'attache au centre et l'attache à l'extérieur, une section "s" non uniforme et/ou possèdent une ou plusieurs portions conformées en dehors du tracé d'une spirale parfaite. L'expression "section non uniforme" signifie que, pour une lame ayant une hauteur "h" constante, l'épaisseur "e" d'une portion choisie peut être soit supérieure, soit inférieure à l'épaisseur du reste de la lame constituant le spiral.
Comme cela sera expliqué plus loin dans la description détaillée, le procédé de fabrication fait appel aux micro-techniques, tel que la photolithographie et l'électrodéposition d'un métal ou d'un alliage, ou le micro-usinage d'une plaquette d'épaisseur "h" réalisé en un matériau amorphe ou cristallin tel que du silicium sous forme monocristalline ou polycristalline.
Selon un premier mode de réalisation, la section "s" des spires augmente progressivement depuis la courbe à l'extérieur jusqu'à la courbe à l'intérieur. Selon un deuxième mode de réalisation, qui peut être combiné avec le premier mode de réalisation, le pas "p" entre les spires diminue régulièrement depuis la courbe à l'extérieur jusqu'à la courbe à l'intérieur. Selon encore un autre mode de réalisation, il est possible de sélectionner une portion de spire déterminée et de faire localement varier la largeur de lame pour agir sur d'autres paramètres favorables à l'isochronisme. Cette augmentation peut être réalisée par exemple sur la courbe à l'intérieur, sur la courbe à l'extérieur ou en même temps sur les deux courbes, ou en de multiples autres endroits sur d'autres portions du spiral.
Il est également possible d'obtenir un spiral ayant une portion de spire s'écartant de la courbe d'une spirale parfaite, en ayant par exemple une courbe à l'intérieur de type Grossmann. L'invention offre en outre l'avantage de pouvoir, en même temps que le spiral en tant que tel, fabriquer le moyen de fixation sur l'axe de balancier, ce moyen de fixation étant formé par une rondelle autoblocante ayant au centre, par exemple, un contour en étoile et comportant des évidements dans son pourtour pour lui conférer une élasticité suffisante au montage et éviter un écart entre le point d'origine de la spirale d'Archimède et l'axe de rotation du balancier.
Pour un spiral en métal ou alliage, le procédé de fabrication consiste fondamentalement à appliquer la technique LIGA pour former un moule correspondant au profil souhaité par le spiral. Compte-tenu des propriétés des photorésists actuellement disponibles sur le marché, il est possible d'ajuster l'épaisseur de la couche de photoresist pour obtenir toute la gamme des spiraux avec des hauteurs de lame allant jusqu'à quelques dixièmes de millimètre.
Pour un spiral en un matériau amorphe ou cristallin, le procédé consiste fondamentalement à effectuer une gravure d'une plaquette dudit matériau à travers des masques. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront dans la description de différents exemples de réalisation donnés à titre illustratif et non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels:
- la figure 1 représente un balancier-spiral de l'art antérieur;
- la figure 2 est une représentation agrandie du spiral de la figure 1 ; - la figure 3A correspond à un diagramme d'isochronisme obtenu avec le spiral représenté à la figure 2;
- la figure 3B correspond à un diagramme d'isochronisme obtenu avec un autre spiral de l'art antérieur;
- la figure 4 représente un premier mode de réalisation d'un spiral selon l'invention;
- la figure 5 correspond à un diagramme d'isochronisme obtenu avec le spiral de la figure 4; la figure 6 représente un deuxième mode de réalisation d'un spiral selon l'invention;
- la figure 7 correspond à un diagramme d'isochronisme obtenu avec le spiral de la figure 6; - la figure 8 représente un troisième mode de réalisation d'un spiral selon l'invention;
- la figure 9 correspond à un diagramme d'isochronisme obtenu avec le spiral de la figure 8;
- la figure 10 représente un mode de fixation d'un spiral selon l'invention, et - les figures 10A à 10E représentent d'autres formes de fixation au centre.
La figure 1, partiellement arrachée, représente un balancier-spiral de l'art antérieur évoqué en préambule. Ses caractéristiques serviront de référence pour montrer les progrès significatifs apportés par l'invention au niveau de l'isochronisme. Le spiral 10 a l'extrémité de sa courbe au centre 11 fixée de façon classique sur une virole 20 chassée sur l'axe 9 du balancier 8 pivoté entre la platine 7 et le coq 6. Le dispositif réglant comporte en outre de façon connue un porte-piton 5 permettant de fixer la courbe à l'extérieur 14 du spiral 10 et éventuellement une raquette 4 pourvue de goupilles 3 et d'une queue de raquette 2 en regard d'une graduation 1. Sur la figure 2, qui est une représentation agrandie du spiral 10 seul, on voit que ledit spiral est formé de 14 spires ayant une section rectangulaire uniforme, par exemple de 0,05 x 0,30 mm depuis la courbe au centre 11 jusqu'à la courbe à l'extérieur 14, et que les spires présentent entre elles un pas constant p_. Le point de fixation de la courbe au centre 11 est situé à une distance r du centre de pivotement du spiral, et celui de la courbe à l'extérieur 14, à une distance R, avant le coude 16. Dans cet exemple, r et R ont respectivement pour valeurs 0,57 mm et 2,46 mm. Ces valeurs de r et R, ainsi que nombre de spires, seront les mêmes dans la suite de la description, sauf indications contraires.
En se référant maintenant à la figure 3A on a représenté le diagramme d'isochronisme d'un spiral ayant les caractéristiques sus-indiquées. On a porté en abscisses l'amplitude d'oscillation du balancier exprimée en degrés par rapport à sa position d'équilibre. En ordonnées on a reporté l'écart de marche exprimé en seconde par jour. Ce diagramme comporte cinq courbes correspondant aux positions usuelles de mesures avec le balancier-spiral, horizontal (courbe 1), puis vertical (courbes 2 à 5, par rotation de 90° d'une courbe à l'autre). Le tracé en pointillés correspond à l'enveloppe de toutes les positions les plus défavorables. L'appréciation de l'écart de marche s'effectue traditionnellement en prenant en considération l'écart maximum de l'enveloppe pour une amplitude comprise entre 200° et 300°. Sur le diagramme de la figure 3A, on observe que cet écart maximum, avec ce spiral de référence de l'art antérieur, est de 4,7 s/j pour une amplitude de 236°.
A la figure 3B on a représenté le diagramme obtenu avec un spiral (non représenté) ayant les caractéristiques mentionnées dans le brevet US 209642 cité en préambule, à savoir avec une épaisseur de lame variant entre 0,046 mm pour la courbe à l'extérieur 14 et 0,036 mm pour la courbe à l'intérieur 11. Contrairement à ce qu'on peut attendre d'après l'enseignement dudit brevet on observera que l'écart maximum a augmenté jusqu'à 7,7 s/j pour une amplitude de 230°.
En se référant maintenant aux figures 4 et 5 on décrit ci-après un premier mode de réalisation d'un spiral dont la fabrication par micro-usinage
(photolithographie et croissance galvanique, ou gravure d'un matériau amorphe ou cristallin permet d'obtenir une géométrie favorable à l'isochronisme. Comme on peut le voir, le pas p_ entre une spire et la suivante diminue au fur et à mesure qu'on se rapproche du centre du spiral. Inversement, la section augmente depuis la courbe à l'extérieur 14 jusqu'à la courbe à l'intérieur 11. Etant donné que les procédés de fabrication confèrent à la lame une hauteur constante, la variation de section correspond en fait à une variante de l'épaisseur qui passe de 0,036 mm pour la courbe à l'extérieur 14 à 0,046 mm pour la courbe à l'intérieur 11.
Sur le diagramme représenté à la figure 5, on voit que l'écart maximum est abaissé à 2,8 s/j pour une amplitude de 242°. On obtiendrait encore un résultat favorable sur cet écart maximum en agissant uniquement, soit sur le pas p., soit sur l'épaisseur e de la lame.
Les figures 6 et 7 correspondent à une deuxième mode de réalisation de type "Michel" pour la courbe à l'extérieur 14 et pour la courbe à l'intérieur 11. Les spires ont entre elles un pas constant et une section constante correspondant à une épaisseur constante de 0,042 mm, à l'exception de deux portions de spires pour lesquelles l'épaisseur est portée à 0,056 mm :
- une portion 12 de la courbe à l'intérieur 11 sur un secteur angulaire d'environ 80° dont la partie médiane se trouve sensiblement à - 110° d'un axe de référence Ox, et
- une portion 15 de la courbe à l'extérieur 14 sur un secteur angulaire d'environ 20° dont la partie médiane se trouve sensiblement à + 115° de l'axe de référence Ox.
Sur le diagramme représenté à la figure 7 on voit que l'écart maximum n'est plus que de 1 ,8 s/j. La valeur de la surépaisseur et les positionnements sur les spires ne sont donnés ci-dessus qu'à titre illustratif, et il est bien évident que l'homme de métier peut choisir d'avoir un plus grand nombre de zones de surépaisseur en différents endroits. Les figures 8 et 9 correspondent à un troisième mode de réalisation dans lequel la courbe à l'intérieur 11 est de type Grossmann 13, c'est-à-dire en ayant une géométrie telle que celle décrite dans l'ouvrage "Théorie générale de l'horlogerie" de L. Defossez. Une telle géométrie est très délicate à obtenir par déformation d'une lame métallique. Le procédé de fabrication selon l'invention permet par contre d'obtenir très facilement une telle configuration sans l'intervention d'un personnel hautement qualifié. Le diagramme représenté à la figure 9 montre que l'écart maximum à 300° n'est que de 2,1 s/j.
Bien évidemment, compte tenu de la liberté de configuration que donnent les procédés de fabrication selon l'invention, il est possible de combiner les modes de réalisations précédemment décrits pour obtenir un spiral selon l'invention ayant un isochronisme amélioré.
A la figure 10 on a représenté un spiral correspondant au premier mode de réalisation (figure 4) dans lequel la virole 20 est remplacée par une rondelle autobloquante 17 formée en même temps que le spiral 10. Cette rondelle 17 présente en son centre un contour 19 tel qu'il permet de bloquer sans jeu l'axe 9 du balancier 8 en ayant une certaine élasticité procurée par des lumières 18 réparties autour du contour de blocage 19 représenté en étoile à la figure 10. Les figures 10A à 10E montrent d'autres conformations possibles de la rondelle autobloquante 17 avec un contour de blocage 19 en triangle, en carré, hexagonal, circulaire ou en ogive.
Lorsqu'on réalise l'ensemble spiral-rondelle autobloquante par photolithographie et croissance galvanique on peut avantageusement, au moyen d'une étape supplémentaire, réaliser ladite rondelle autobloquante 17 avec une épaisseur supérieure à la hauteur de la lame pour obtenir une meilleure tenue du spiral 10 sur l'axe 9 du balancier.
Un spiral selon l'invention en un matériau amorphe ou cristallin tel que du silicium peut être fabriqué en adaptant les procédés de micro-usinage déjà utilisés par exemple pour la fabrication de circuits intégrés ou d'accéléromèlres à partir d'une plaquette de silicium. On peut notamment se référer aux procédés décrits dans les brevets US 4 571 661 et US 5 576 250 concernant des accéléromètres. Le procédé consiste fondamentalement en les étapes suivantes :
- appliquer une plaquette de silicium sur un substrat en créant une interface en SiO2 isolante;
- amincir la plaquette jusqu'à la hauteur "h" de lame désirée selon la méthode décrite par C. Harendt et al. ("Wafer bonding and its application to silicon-on-insulator fabrication" Technical Digest MNE'90, 2nd Workshop, Berlin, November 90, p. 81-86); - former par photolithographie un masquage correspondant au contour de spiral désiré;
- effectuer la gravure de la plaquette de silicium jusqu'au substrat, selon des procédés connus, telle qu'une attaque chimique par voie humide, un usinage à sec par plasma, ou une combinaison des deux; et
- séparer le spiral du substrat.
Compte-tenu des très petites dimensions d'un spiral, il est évidemment possible et avantageux de les fabriquer par lot à partir d'une unique plaquette de silicium. Pour fabriquer un spiral selon l'invention en métal ou en alliage, on fait appel à la technique LIGA connue depuis le milieu des années 70. Dans une première étape le procédé consiste fondamentalement à étaler sur un substrat préalablement revêtu d'une couche sacrificielle un photoresist positif ou négatif sur une épaisseur correspondant à la hauteur "h" de lame désirée et former au moyen d'un masque par photolithographie et attaque chimique une structure en creux correspondant au contour désiré pour le spiral. Dans une deuxième étape , on remplit ladite structure en creux d'un métal ou d'un alliage métallique soit par électrodéposition comme indiqué par exemple dans le brevet US 4 661 212, soit par compression et frittage de nanoparticules, comme indiqué par exemple dans la demande de brevet US 2001/0038803.
Dans une dernière étape on libère le spiral du substrat par élimination de la couche sacrificielle.

Claims

REVENDICATIONS
1. Spiral de résonateur balancier-spiral ayant son axe (9) pivoté entre une platine (7) et le coq (6), ledit spiral (10) étant formé d'une lame composée d'une succession de spires ayant entre elles un pas "p", l'extrémité de la courbe à l'intérieur
(11) étant rendue solidaire de l'axe (9) de balancier (8) et l'extrémité de la courbe à l'extérieur (14) étant fixée au coq (6) ou à une pièce solidaire de celui-ci, caractérisé en ce que les spires sont formées d'une seule bande depuis la courbe à l'intérieur (11) jusqu'à la courbe à l'extérieur (14) et présentent sur certaines portions comprises entre l'attache au centre et l'attache à l'extérieur une section "s" rectangulaire, de hauteur h et d'épaisseur e non uniforme, et/ou comportent une ou plusieurs portions conformées en dehors du tracé d'une spirale parfaite.
2. Spiral selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la section "s" des spires augmente régulièrement depuis la courbe à l'extérieur (14) jusqu'à la courbe à l'intérieur (11).
3. Spiral selon la revendication 1, caractérisé en ce que le pas "p" entre les spires diminue régulièrement depuis la courbe à l'extérieur (14) jusqu'à la courbe à l'intérieur (11).
4. Spiral selon les revendications 2 et 3, caractérisé en ce que la section "s" des spires augmente et le pas "p" entre chaque spire diminue depuis la courbe à l'extérieur (14) jusqu'à la courbe à l'intérieur (11).
5. Spiral selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'une portion de la courbe à l'intérieur (11) présente une section plus grande que celle de la lame formant toutes les autres spires.
6. Spiral selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'une portion de la courbe à l'extérieur (14) présente une section plus grande que celle de la lame formant toutes les autres spires.
7. Spiral selon les revendications 5 et 6, caractérisé en ce qu'une portion
(12) de la courbe à l'intérieur (11) et une portion (15) de la courbe à l'extérieur (14) présentent une section plus grande que celle de la lame formant toutes les autres spires.
8. Spiral selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la courbe à l'intérieur a une conformation de type Grossmann.
9. Spiral selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la courbe à l'intérieur (11) est prolongée par une rondelle autobloquante (17) formée en même temps que la lame et agissant comme une virole pour positionner ledit spiral sur l'axe (9) du balancier (8), permettant ainsi de maîtriser la distance et l'orientation du point d'origine de la spirale d'Archimède par rapport à l'axe de rotation du balancier (8)
10. Spiral selon la revendication 9, caractérisé en ce que la rondelle autobloquante (17) a une épaisseur supérieure à la hauteur "h" de la lame.
11. Procédé de fabrication d'un spiral à partir d'une plaquette en un matériau amorphe ou cristallin, ledit spiral étant formé d'une seule lame de section rectangulaire ayant une épaisseur e non uniforme et/ou comportant une ou plusieurs portions de spires conformées en dehors du tracé d'une spirale parfaite caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer au moyen d'un masque la gravure de ladite plaquette selon le contour désiré pour le spiral.
12. Procédé de fabrication d'un spiral en métal ou en alliage formé d'une seule lame de section rectangulaire ayant une épaisseur e non uniforme et/ou comportant une ou plusieurs portions de spires conformées en dehors du tracé d'une spirale parfaite, caractérisé en ce qu'on forme par le procédé LIGA un moule correspondant au contour désiré pour le spiral, et qu'on apporte dans ledit moule le métal ou l'alliage.
13. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé en ce que le métal ou l'alliage est apporté par électrodéposition.
14. Procédé de fabrication selon la revendication 12, caractérisé en ce que le métal ou l'alliage est apporté sous forme de poudre nanoparticulaire comprimée puis frittée.
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