EP4386488A1

EP4386488A1 - Compensation de la variation de marche dans une montre

Info

Publication number: EP4386488A1
Application number: EP22213367.0A
Authority: EP
Inventors: Léonard TESTORI
Original assignee: Omega SA
Current assignee: Omega SA
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2024-06-19
Also published as: WO2024126141A1

Abstract

Un aspect de l'invention concerne un procédé de compensation de la marche en fonction de la température d'une montre (1) dont la boîte (2) étanche contient un mouvement (3) comportant un organe réglant avec un oscillateur (4) et pivoté sur des pivots (9) lubrifiés avec un lubrifiant de viscosité η, où on détermine en usine par mesure et/ou calcul la nature dudit lubrifiant et la règle de variation de ladite viscosité η en fonction de la température η = f (T), telle que ledit coefficient thermique Ct dudit mouvement (3) varie en fonction de la température selon une loi Ct = g (T) prédéterminée, et telle que la marche du mouvement varie en fonction de la température T dudit coefficient thermique Ct de façon à générer des variations de marche dudit mouvement (3) en fonction de la température, en sens inverse des variations de marche générées par ladite pression P dudit gaz.

Description

Domaine technique de l'invention

L'invention concerne un procédé de compensation de la marche en fonction de la température d'une montre étanche, dont la boîte étanche contient un mouvement comportant lui-même un organe réglant comportant un oscillateur et pivoté sur des pivots lubrifiés, ladite boîte contenant, en sortie d'usine après le réglage initial de marche, un volume interne V occupé par n moles d'un gaz de constante R suivant sensiblement la loi des gaz parfaits.
L'invention concerne encore une montre convenant à la mise en oeuvre de ce procédé.
L'invention concerne le domaine de l'ajustement de marche des montres mécaniques ou électro-mécaniques.

Arrière-plan technologique

La marche d'une montre est soumise à de nombreux paramètres, tels que, non limitativement la position de la montre dans l'espace, la lubrification, l'usure, l'armage des ressorts constituant les sources d'énergie, les frottements, et bien sûr les paramètres physiques de l'environnement dans lequel est placée la montre.
La variation de marche en fonction de la température est une préoccupation constante des constructeurs horlogers. Les moyens de rappel élastique de l'oscillateur sont particulièrement sensibles aux variations de température. Dans le cas particulier et non limitatif où ces moyens de rappel élastique comportent un spiral ou plusieurs spiraux, le coefficient thermique Ct de l'organe réglant fait varier la marche du mouvement en fonction de la température. On peut considérer, à titre d'exemple et pour simplifier les calculs, que la marche varie sensiblement linéairement en fonction du coefficient thermique Ct.
Pour avoir une meilleure précision du mouvement, le coefficient thermique est généralement ciblé à 0 seconde par jour par Kelvin. Avec de tels paramètres, les variations de températures ne devraient pas avoir d'influence sur la marche du mouvement. La répartition typique du coefficient thermique pour une production de mouvements identiques est une courbe symétrique, plus proche d'un pic triangulaire que d'une cloche.
Il est connu en horlogerie que la marche d'un mouvement varie selon la pression du milieu dans lequel il se trouve. Plusieurs explications peuvent être avancées comme par exemple la variation de l'inertie de l'oscillateur (inertie du balancier et de l'air embarqué) car la densité d'air embarqué varie et donc son inertie également. Le cas du balancier et celui de l'air sont des cas particuliers, plus généralement on parlera de masse inertielle, et de gaz ou mélange de gaz. Les diverses expériences réalisées montrent que si la pression baisse, la marche augmente.
Il s'agit donc de compenser la marche de la montre en fonction de la variation des paramètres physiques: température du milieu, température corporelle de l'utilisateur, dilatation ou contraction de la boîte de montre en fonction de la température, pression du lieu, altitude, hygrométrie. Or il n'existe pas de mise au point simple pour traiter en particulier les problèmes inhérents aux variations de température et de pression.

Résumé de l'invention

L'invention concerne la compensation de la variation de marche d'une montre, basée sur la température et la pression.
A cet effet, l'invention concerne un procédé de compensation de la marche en fonction de la température d'une montre étanche, selon la revendication 1.
L'invention concerne encore une montre convenant à la mise en oeuvre de ce procédé.

Brève description des figures

Les buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où :

la figure 1 superpose trois graphes illustrant en ordonnée la marche, en seconde par jour, en fonction de la pression en abscisse, en hectopascal, pour trois mouvements mécaniques différents;
la figure 2 superpose, deux graphes illustrant en ordonnée la pression en hectopascal dans une boîte de montre dans un environnement à température variable, en fonction du temps en abscisse, en jours, l'un en trait plein calculée avec la loi des gaz parfaits, l'autre mesurée;
la figure 3 représente, de façon schématisée, une montre dont la boîte étanche contient un mouvement comportant lui-même un oscillateur, équipée de moyens de compensation qui comportent un dispositif volumétrique étanche pour modifier le volume interne de la boîte, un conduit étanche d'injection ou d'extraction de gaz, et un dispositif thermique permettant l'augmentation contrôlée et momentanée de sa température interne.

Description détaillée de l'invention

L'invention concerne la compensation de la variation de marche d'une montre, basée sur la température et la pression.
L'expérience réalisée dans une cuve en sous-pression montre une relativement bonne linéarité des variations de marche pour une pression variant de la pression atmosphérique (970 hPa) jusqu'à une pression de 200hPa, la variation de marche en secondes par jour en ordonnée, en fonction de la pression en hectopascal en abscisse, la mesure étant effectuée dans une cuve en sous-pression. La figure 1 présente les résultats de mesures réalisées sur différents mouvements mécaniques classiques très éprouvés. On constate l'allure générale très linéaire de la marche journalière en fonction de la pression, toutes choses égales par ailleurs, avec des pentes, en secondes par jour par hectopascal, respectives de (-0,0206) pour la courbe supérieure, de (-0,0161) pour la courbe médiane, de (- 0,0145) pour la courbe basse.
Une expérience sur des montres équipées d'un autre calibre et fermée à différentes altitudes que celles de la figure 1 met en évidence une variation de marche de l'ordre de 0.95 seconde par jour, pour une différence d'altitude d'environ 570m. En se basant sur la formule d'altitude suivante :

p(h)=1013.25*(1-(0.0065*h/288.15))^^5.255, on peut trouver que la variation de marche en fonction de l'altitude pour ce calibre est de l'ordre de -0.03 seconde par jour par hPa. Nous appellerons cette valeur le coefficient de pression: Cp.

En ce qui concerne la variation de la pression en fonction de la température, nous ferons l'hypothèse que la loi des gaz parfaits (P*V=n*R*T) est suffisante pour définir la situation.
Dans une montre fermée, le volume d'air à disposition est considéré comme donné et fini (en faisant l'hypothèse que les fuites sont nulles). Nous ferons également l'hypothèse que la différence de pression entre la pression à l'intérieur de la montre et à l'extérieur de la montre n'est pas suffisante pour déformer la montre; le volume à disposition dans la montre ne varie pas et reste donc constant.
L'expérience nous montre que ces approximations sont relativement correctes. Sur la figure 2, la pression mesurée dans une montre est comparée à une pression théorique basée sur la loi des gaz parfaits: P=(n*R/V)*T. On constate que les mesures et l'approximation théorique sont relativement comparables. De plus, l'expérience nous a montré que les fuites sont relativement faibles pour une montre étanche même avec une grande différence de pression entre l'intérieur de la montre et le milieu dans lequel elle se trouve. Nous ferons donc l'hypothèse que la montre est parfaitement étanche.
Les hypothèses initiales ont montré que les fuites de la montre sont considérées comme nulles, la boîte de la montre est indéformable et le gaz enfermé reste le même. Il est donc possible de conclure que les paramètres n, R et V sont des constantes; la pression varie donc linéairement en fonction de la température.
L'invention se propose de traiter principalement la compensation à l'égard des variations de température et de pression. Une combinaison des deux effets a pour but de les opposer afin que leurs effets s'annulent (ou soient minimisés). Le principal avantage pour l'utilisateur est une meilleure précision de la montre au porter.
L'influence de l'humidité est plus faible que celles de la température et de la pression. Dans l'hypothèse de travail, le taux d'humidité change peu en fonction de la température ou de la pression, dans les domaines usuels de porter d'une montre. Un calcul approché consiste à négliger cette variation.
Les hypothèses suivantes sont faites pour simplifier les calculs :

la pression dans la montre varie sensiblement linéairement en fonction de la température : P = [(n*R)/V] * T;
la marche du mouvement varie en fonction de la température, et en fonction du coefficient thermique Ct du mouvement, qui dépend lui aussi de la température,: m(T )= Ct * T;
la marche du mouvement varie linéairement selon la pression des gaz: m(P) = Cp * P.

L'invention concerne ainsi un procédé de compensation de la marche en fonction de la température d'une montre 1 étanche, dont la boîte 2 étanche contient un mouvement 3 comportant un organe réglant comportant lui-même un oscillateur 4 et qui est pivoté sur des pivots 9 lubrifiés avec un lubrifiant de viscosité η. Cette boîte 2 contient, en sortie d'usine après le réglage initial de marche, un volume interne V occupé par n moles d'un gaz de constante R suivant sensiblement la loi des gaz parfaits. La constante R (ou nombre d'Avogadro) est connue. Elle dépend du gaz qui est dans la montre (dans notre cas en général de l'air). Le nombre de moles n va dépendre des conditions de la fermeture de la montre (pression atmosphérique, température ou fermeture et blocage du fond par exemple).
On comprend que les pivots 9 peuvent être aussi bien les pivots d'un balancier, que ceux d'une ancre, ou encore d'une roue d'échappement.
On considère également la variation de viscosité du contact lubrifié ancre-roue d'ancre et ancre-oscillateur.
Le volume à disposition V dépend de la géométrie de la boîte. Il est éventuellement possible de modifier la construction de l'habillage pour influencer ce point.
Selon l'invention, on détermine en usine par mesure et/ou calcul :

une valeur du coefficient de pression Cp du mouvement 3, définissant la variation relativement linéaire de la marche du mouvement 3 en fonction de la pression P du gaz (ou du mélange de gaz le cas échéant) selon l'équation m(P) = Cp * P. Le coefficient de pression du mouvement Cp peut être mesuré expérimentalement ou calculé théoriquement. Il dépend de chaque typologie de mouvement,
une valeur du coefficient d'humidité Ch dudit mouvement 3, définissant la variation relativement linéaire maximale de la marche dudit mouvement 3 en fonction de l'humidité H dans ledit mouvement 3 selon l'équation m(H) = Ch * H. A défaut de variation linéaire on considère la valeur maximale de pente de la plus haute tangente au graphe marche/humidité,
la nature du lubrifiant et la règle de variation de la viscosité η en fonction de la température η = f (T), telle que le coefficient thermique Ct du mouvement 3 varie en fonction de la température selon une loi Ct = g (T) prédéterminée, et telle que la marche du mouvement varie en fonction de la température T et en fonction du coefficient thermique Ct dudit mouvement 3 selon l'équation m(T)= Ct * T = g (T)* T,

Plus particulièrement, on détermine cette règle de variation de la viscosité η en fonction de la température η = f (T), de façon à générer des variations de marche du mouvement 3 en fonction de la température inverses aux variations de marche générées par la pression P du gaz.
Dans le présent exemple, il a été considéré que le coefficient de pression Cp est constant.
Le coefficient de température Ct suit quant à lui une loi non linéaire en fonction de la température.
Étant donné que l'humidité relative va varier en fonction de la température et que la marche de la montre va varier selon les variations d'humidité (via le Ch), ce modèle théorique intègre le paramètre humidité. Toutefois, ce paramètre peut, en régions tempérées, être négligé car l'influence de l'humidité sur la marche est très inférieure à celle de la température. Dans un calcul simplifié, on détermine à la valeur zéro le coefficient d'humidité Ch du mouvement 3.
Plus particulièrement, on ajuste la pression P et/ou le nombre de moles n en modifiant la pression P et/ou en variant la température T de la montre 1 au moment de la fermeture de la boîte 2.
Le coefficient thermique Ct de l'organe réglant est lié au coefficient de pression Cp par l'environnement dans la boîte 2 de la montre 1 (le gaz de constante R en présence, le volume V à l'intérieur de la montre et la quantité de moles n dans la montre).
En particulier, le coefficient thermique de l'oscillateur 4 dépend entre autre des moyens de rappel élastique de l'oscillateur, et de leur rigidité. Dans le cas particulier et non limitatif où cet oscillateur 4 est un balancier-spiral, lors de la réalisation d'un spiral en silicium et/ou oxyde de silicium, le coefficient thermique Ct de l'ensemble balancier-spiral peut être ajusté notamment en fonction de l'épaisseur de la couche d'oxyde qui recouvre ce spiral. De façon similaire, la réalisation des lames d'un oscillateur à guidage flexible peut modifier le coefficient thermique Ct.
Considérons que la variation de marche d'un mouvement en fonction de la pression varie comme suit: Cp = -0.015 seconde par jour par hectopascal. En considérant un habillage de montre avec un emboîtage générique, nous obtenons expérimentalement que la constante (n*R)/V vaut environ 3.3 hPa/K. Elle a été calculée sur la base des mesures de la pression et la température dans la tête de montre en utilisant la loi des gaz parfaits.
Afin que la montre soit le moins sensible aux variations de température, il conviendrait de cibler un coefficient thermique de l'organe réglant à 0.05 seconde par jour par Kelvin. Cette valeur est calculée sur la base de l'équation Ct = - [Cp * (n * R) / V] : (0.015*3.3=0.05).
En ciblant le coefficient thermique du balancier spiral à une valeur différente de 0 seconde par jour par Kelvin, les mesures chronométriques en mouvement seront perturbées. Par exemple, lors d'un passage d'une certification en tant que chronomètre avec des phases à 8°C et 38°C, il y aurait une différence de marche de l'ordre de 1.5 seconde par jour générée par le coefficient thermique du mouvement entre les phases chaudes et froides. Cependant, si on emboîte ce mouvement dans la montre de l'exemple précédent (Cp=-0.015, (n*R)/V=3.3), la marche devient pratiquement insensible à la variation de température.
Il convient donc de s'assurer que la loi de variation de la viscosité η = f (T) du lubrifiant des pivots (dans le cas d'un balancier-spiral) soit bien compatible avec ces limites.
Plus particulièrement, on réalise les moyens de rappel élastique de l'oscillateur 4 en silicium et/ou oxyde de silicium, et, lors de la préparation en usine, on modifie le coefficient thermique de ces moyens de rappel élastique par modification de l'épaisseur de couche d'oxyde de silicium.
Plus particulièrement, on réalise les moyens de rappel élastique de l'oscillateur 4 sous forme de lames minces élastiques par un procédé «LIGA», et, lors de la préparation en usine, on modifie le coefficient thermique de ces moyens de rappel élastique que comporte l'oscillateur 4 par application d'un revêtement et/ou par ablation locale et/ou en jouant sur les ratios de formes.
Plus particulièrement, on réalise les moyens de rappel élastique de l'oscillateur 4 sous forme de lames minces élastiques par un procédé de tréfilage ou de laminage, et, lors de la préparation en usine, on modifie le coefficient thermique de ces moyens de rappel élastique que comporte l'oscillateur 4 par application d'un revêtement et/ou par ablation locale et/ou en jouant sur les ratios de formes.
Une variante de réalisation consiste à travailler sur la géométrie de l'intérieur de la montre, en modifiant le volume intérieur de la boîte par une course imprimée à un organe mobile tel qu'un piston ou similaire.
Ainsi, dans une variante conçue notamment pour une application d'après-vente, les moyens de compensation 10 comportent un dispositif volumétrique 5 étanche permettant à un technicien de modifier le volume interne de la boîte 2, qui comporte au moins un piston mobile dans la boîte 2, sous l'action d'une commande micrométrique externe vissable et verrouillable en position par un outil spécial non fourni à l'utilisateur.
Tel que lisible dans le document EP21216225A1 , il est également possible de combiner plusieurs effets simultanément (variation du Ct, du Cp, des conditions d'emboîtage ou du volume dans la montre) afin d'atteindre l'objectif souhaité.
D'un point de vue général, il ressort que la dispersion du Ct doit être minimisée afin de minimiser l'effet de la température sur une montre.
L'invention concerne encore une montre 1 convenant à la mise en oeuvre de ce procédé. Cette montre 1 étanche comporte une boîte 2 étanche, qui contient un mouvement 3 comportant lui-même un oscillateur 4, lequel est pivoté sur des pivots 9 lubrifiés avec un lubrifiant de viscosité η variable avec la température selon une loi η = f (T) déterminée selon ce procédé.

Claims

Procédé de compensation de la marche en fonction de la température d'une montre (1) étanche, dont la boîte (2) étanche contient un mouvement (3) comportant lui-même un organe réglant comportant un oscillateur (4) et pivoté sur des pivots (9) lubrifiés avec un lubrifiant de viscosité η, ladite boîte (2) contenant, en sortie d'usine après le réglage initial de marche, un volume interne V occupé par n moles d'un gaz de constante R suivant sensiblement la loi des gaz parfaits,
caractérisé en ce qu'on détermine en usine par mesure et/ou calcul :
- une valeur du coefficient de pression Cp dudit mouvement (3), définissant la variation relativement linéaire de la marche dudit mouvement (3) en fonction de la pression P, à température constante, dudit gaz selon l'équation m(P) = Cp * P,

- une valeur du coefficient d'humidité Ch dudit mouvement (3), définissant la variation relativement linéaire maximale de la marche dudit mouvement (3) en fonction de l'humidité H dans ledit mouvement (3) selon l'équation m(H) = Ch * H,

- la nature dudit lubrifiant et la règle de variation de ladite viscosité η en fonction de la température η = f (T), telle que ledit coefficient thermique Ct dudit mouvement (3) varie en fonction de la température selon une loi Ct = g (T) prédéterminée, et telle que la marche du mouvement varie en fonction de la température T et en fonction dudit coefficient thermique Ct dudit mouvement (3) selon l'équation m(T)= Ct * T = g (T)* T,

de façon à générer des variations de marche dudit mouvement (3) en fonction de la température, en sens inverse des variations de marche générées par ladite pression P dudit gaz.
Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on détermine ladite règle de variation de ladite viscosité η en fonction de la température η = f (T), de façon à générer des variations de marche dudit mouvement (3) en fonction de la température inverses aux variations de marche générées par ladite pression P dudit gaz.
Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on ajuste la pression P et/ou le nombre de moles n en modifiant la pression P et/ou en variant la température T de ladite montre (1) avant la fermeture de ladite boîte (2).
Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'on détermine à la valeur zéro le coefficient d'humidité Ch dudit mouvement (3).
Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que, pour une application d'après-vente on équipe ladite boîte (2) d'un dispositif volumétrique (5) étanche permettant à un technicien d'aprèsvente de modifier le volume interne de ladite boîte (2), et/ou au moins un conduit (6) étanche d'injection ou d'extraction de gaz, et/ou un dispositif thermique (7) permettant l'augmentation contrôlée et momentanée de sa température interne.
Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif volumétrique (5) comporte au moins un piston mobile dans ladite boîte (2) et sous l'action d'une commande micrométrique externe vissable et verrouillable en position par un outil spécial non fourni à l'utilisateur.
Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit conduit (6) étanche d'injection ou d'extraction de gaz est verrouillable en position par un outil spécial non fourni à l'utilisateur.
Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit dispositif thermique (7) comporte des moyens de conversion d'énergie lumineuse et/ou des moyens de stockage d'énergie.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on réalise lesdits moyens de rappel élastique dudit oscillateur (4) en silicium et/ou oxyde de silicium, et en ce que, lors de la préparation en usine, on modifie le coefficient thermique desdits moyens de rappel élastique par modification de l'épaisseur de couche d'oxyde de silicium.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on réalise lesdits moyens de rappel élastique dudit oscillateur (4) sous forme de lames minces élastiques par un procédé « LIGA », et en ce que lors de la préparation en usine, on modifie le coefficient thermique desdits moyens de rappel élastique que comporte ledit oscillateur (4) par application d'un revêtement et/ou par ablation locale et/ou en jouant sur les ratios de formes.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'on réalise lesdits moyens de rappel élastique dudit oscillateur (4) sous forme de lames minces élastiques par un procédé de tréfilage ou de laminage, et en ce que lors de la préparation en usine, on modifie le coefficient thermique desdits moyens de rappel élastique que comporte ledit oscillateur (4) par application d'un revêtement et/ou par ablation locale et/ou en jouant sur les ratios de formes.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que lors de la préparation en usine, on modifie le nombre de moles de gaz dans ladite montre, ou bien par fermeture de ladite boîte (2) avec une pression définie par calcul pour rendre la marche de la montre insensible à la température, ou bien par fermeture de ladite boîte (2) avec une température définie par calcul pour rendre la marche de la montre insensible à la température, et par refroidissement lent de ladite boîte (2) après sa fermeture.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que lors de la préparation en usine, on modifie la nature du gaz contenu dans la montre, par échange total ou partiel dudit gaz par un nouveau gaz ou mélange de gaz présentant une autre valeur de ladite constante R, adaptée pour l'ajustement adéquat dudit coefficient thermique Ct pour rendre la marche de la montre insensible à la température.
Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on scelle ladite boîte (2) après ledit échange de gaz, pour empêcher toute action de l'utilisateur en l'absence d'un outil spécial.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que lors de la préparation en usine, on modifie le volume interne de ladite boîte (2) en réglant la course d'au moins un piston, sous l'action d'une commande micrométrique vissable et verrouillable en position par un outil spécial non fourni à l'utilisateur.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que lors de la préparation en usine, on dessèche le gaz ou le mélange de gaz contenu dans ladite boîte (2), pour réduire l'humidité H.
Procédé selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que lors de la préparation en usine, on insère un dessicateur dans ladite boîte, pour y fixer l'humidité H résiduelle.
Montre (1) étanche, dont la boîte (2) étanche contient un mouvement (3) comportant lui-même un oscillateur (4), caractérisée en ce que ledit oscillateur (4) est pivoté sur des pivots (9) lubrifiés avec un lubrifiant de viscosité η variable avec la température selon une loi η = f (T) déterminée selon l'une des revendications 1 à 17.