Brevet FR2124622A1 — publié le 19720922

La présente invention concerne les instruments d'horlogerie et plus particulièrement un balancier circulaire perfectionné et un procédé pour l'équilibrer. Parmi les techniques antérieures, les brevets des Etats-Unis 5 d'Amérique n° 2.745.287 et 2.554.033 décrivent des procédés pour l'équilibrage des balanciers circulaires. Ces brevets sont seulement d'un intérêt général et ne concernent pas particulièrement les balanciers circulaires de formes dissymétriques portant une bobine d'induction électrique. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.491.530 décrit un balancier circulaire typique 10 utilisé dans des montres électriques ou électroniques! et les brevets des Etats-Unis d'Amérique n° 3.474.676 et 3.020.682 décrivent des machines utilisées pour l'équilibrage des balanciers circulaires. Ces brevets sont cités comme représentatifs de la technique antérieure et ne doivent pas être considérés comme englobant toute la technique, car d'autres techniques antérieures peuvent 15 aussi exister. L'invention concerne un balancier circulaire portant un organe. Cet organe est monté dans une position dissymétrique par rapport à l'axe de rotation du balancier circulaire, c'est-à-dire que le centre de cet organe est décalé d'une distance prédéterminée par rapport à un plan de rérérence 20 contenant l'axe du balancier circulaire. Un écart du poids de' cet organe ou de la forme de la roue de balancier provoque par suite une rotation autour de l'axe du balancier circulaire. La rotation du balancier circulaire à partir d'une position d'équilibre positionne un segment particulier d'une partie formant un contrepoids du cercle ou couronne extérieure du balancier 25 devant un outil monté en position fixe. Le fonctionnement de l'outil assure l'enlèvement d'une quantité suffisante de matière pour que le balancier circulaire passe à une position d'équilibre. Un balancier circulaire selon l'invention peut ainsi être facilement équilibré sans utiliser de machine compliquée et coûteuse. 30 L'invention a par suite pour objet un nouveau balancier circu laire perfectionné. L'invention a aussi pour objet un nouveau procédé pour équilibrer les balanciers circulaires. L'invention a aussi pour objet un nouveau balancier circulaire 35 ayant une forme dissymétrique facilitant son équilibrage. L'invention a aussi pour objet un procédé pour l'équilibrage facile et économique d'un balancier circulaire ayant une forme dissymétrique. 72 04545 2124622 Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels •, - la figure 1 est une vue en plan d'un balancier circulaire 5 selon un mode de mise en oeuvre de 1'invention ; - les figures 2 et 3 montrent les positions de balanciers circulaires portant respectivement une bobine légère et une bobine lourde, selon l'invention; - la figure 4 représente schématiquement une partie du balancier 10 illustrant les conditions de torsion; - la figure 5 est un diagramme montrant les différentes forces de torsion agissant sur le balancier. - la figure 6 est un diagramme représentant le triangle de torsion ; 15 - les figures 7 et 8 montrent les conditions d'enlèvement maximal et minimal de matière ; - la figure 9 montre la quantité de matière enlevée, h étant calculé; et - la figure 10 représente schématiquement un balancier circu-20 laire portant les aimants, Le balancier circulaire 10 selon l'invention représenté sur la figure 1 comporte une partie périphérique ou couronne sensiblement annulaire 11 comportant une ouverture ou intervalle 12 et une bobine 13 montée dans cet intervalle entre les extrémités en sifflet 14 et 16 de la couronne 11, 25 la bobine étant fixée à la couronne par un adhésif 17. Le cOté opposé de la bobine 13 est logé entre les branches 18 et 19 d'un élément en fourche 21 auquel elle est fixée par un adhésif 22. La fourche 21 forme une extrémité d'un rayon 23 qui dépasse vers l'intérieur à partir de la couronne 11 du balancier circulaire 10. La couronne 11 comporte aussi une partie légèrement 30 élargie 24 s'étendant des deux cStés du rayon 23, et une partie formant un contrepoids plus large 26 ayant une surface intérieure courbe 27 d'une forme prédéterminée. Bien que 11 invention soit décrite en considérant le balancier représenté sur la figure 1, il doit Être compris que le balancier circulaire 10 35 peut comporter un anneau fermé, avoir un pourtour en forme de segment ou avoir une autre forme. De plus, le balancier circulaire 10 peut porter des aimants de la façon représentée sur la figure 10 au lieu de la bobine 13 représentée 72 04545 2124622 sur la figure 1. Dans les balanciers circulaires classiques, le rayon 23 est en général uni à la base 25 de la fourche 21, l'axe du rayon 23 se trouvant dans le plan Y-Y contenant l'axe de rotation 28 et le centre 35 de la bobine 13. 5 Le balancier circulaire 10 est formé de façon telle qu'un balancier 10 non équilibré supporté axialement tourne d'un angle prédéterminé par rapport à un outil 29 situé dans une position fixe par exemple un poinçon ou un foret, d'après l'écart du poids de la bobine et de la forme de la roue. Le mouvement du balancier circulaire présente une partie du 10 contrepoids 26 à l'outil 29. Comme la forme et le poids du contrepoids 26 décroissent d'une valeur maximale à une extrémité jusqu'à une valeur minimale à l'autre extrémité, la quantité enlevée par l'outil 29 est fonction de l'importance de la rotation autour de l'axe 28. Il est par suite possible d'utiliser le même outil 29 et la même profondeur de coupe pour différents 15 balanciers circulaires 10. Le contrepoids 26 et en particulier sa surface en forme de croissant 27 doivent par suite être prévus spécialement pour obtenir cet effet. Les caractéristiques de base de l'invention sont illustrées schématiquement par les figures 2 et 3 qui montrent deux conditions extrêmes. 20 Dans des conditions normales de fabrication, le poids d'iine bobine typique peut varier de + 5%, ces conditions étant représentées par les figures 2 et 3. La figure 2 représente le cas d'une bobine 13 légère ayant le poids minimal faisant tourner le balancier 10 d'un angle t*. . autour de l'axe 28, de sorte ° mm qu'une quantité maximale de matière 31 du contrepoids est enlevée par l'outil 25 29. Par contre, la bobine 13 lourde (+5% au-dessus du poids nominal) fait tourner le balancier 10 d'un angle maximal o( par rapport à l'outil fixe 29, HlcLX de sorte qu'une quantité minimale de matière 32 est enlevée. La quantité de matière enlevée dépend de la position de la bobine ou de l'angle résultant du poids de la bobine et dépend aussi de la forme en croissant du contrepoids26. 30 Pour déterminer la forme du balancier circulaire 10 de la figure 1, des équations doivent être établies pour déterminer l'angle de déséquilibre et la valeur du déséquilibre M . La figure 4 représente schématiquement une partie du balancier circulaire 10, la figure 5 montre les différentes forces de torsion agissant sur le balancier 10 et la figure 6 35 représente le triangle des forces ou triangle de torsion. La tolérance 35 résultant principalement de la variation des écarts de poids de la bobine est aussi indiquée sur la figure 5. 72 04545 2124622 Les forces de torsion autour de l'axe 28 du balancier 10 sont les suivantes : Coté bobine M (torsion) = G a s s Côté contrepoids (torsion) = Gcb 5 relations dans lesquelles Gg = poids de la bobine a = distance du centre de la bobine au centre de la roue Gc = poids du contrepoids b = distance du contrepoids au centre de la roue. 10 La tangente de l'angle du balourd et la valeur du balourd peuvent Être déterminées en utilisant la règle des sinus pour les triangles de torsion de la figure 6 pour obtenir les relations suivaites : tg (angle du balourd) = ——S^"n ^— (1) 15 XJT ~ cos & M c M (valeur du balourd) = M Sjn ^ (2) x s sinc^ L'angle /S est choisi aussi petit que possible, par exemple 20 de 1° à 10° en raison des tolérances de fabrication, et des distances a et b sont connues pour un balancier donné. Le poids maximal et le poids minimal de la bobine sont substitués dans les équations de torsion pour obtenir la force maximale et la force minimale de torsion. L'angle maximal et l'angle minimal du balourd et la valeur du balourd sont ensuite obtenus par calcul 25 en utilisant la valeur maximale et la valeur minimale de torsion. La figure 7 représente schématiquement la quantité maximale de matière à enlever d'un balancier 10 typique pour l'équilibrage avec un angle d'environ 25°, et la figure 8 représente la condition de balourd minimal avec un angle c QlâX 30 égal à 3°. Pour déterminer le balancier circulaire 10, les valeurs de et de entre les deux extrêmes doivent Stre calculées. Comme le diamètre de l'outil et la profondeur de coupe sont connus, l'aire de la matière à enlever peut être déterminée. La surface en forme de croissant 27 de la roue 10 est déter- 35 minée en calculant la profondeur de coupe h pour différentes valeurs de M . x Comme il est possible d'utiliser un outil donné d'un diamètre d'environ 2 mm, la quantité de matière à enlever est déterminée par la courbe de la roue du balancier. 72 04545 2124622 En considérant la figure 9, la profondeur de coupe h peut Être calculée pour différentes valeurs de M dè la façon suivante M = (a + Yn) F : d Y x 0 4 et 5 Y = ££ o 12F équations dans lesquelles F = aire du secteur d = profondeur de coupe du secteur 10 "ï" = poids spécifique de la matière (densité) 2 — 3V — M = àX r j_ a( ? - sin ) , 2r sin ~T~ _/ (3) X 2 3 La résolution pour obtenir se traduit par l'équation ci-dessus dans laquelle l'angle f est inconnu. La valeur du balourd est calculée, 15 de préférence en utilisant une calculatrice, pour des pas de 1° pour déterminer l'angle f du croissant en fonction de la profondeur h d'après des tables de mathématiques courantes. La corde du secteur est utilisée de préférence à l'arc réel du croissant, et par suite la méthode d'équilibrage est utilisée parfois seulement pour l'équilibrage approché. Si une opération d'équilibrage 20 fin doit être faite, il est nécessaire que la quantité de matière enlevée soit un peu inférieure à celle nécessaire pour qu'il subsiste un balourd pour l'équilibrage fin de ce côté et non du côté de la bobine. Le balancier circulaire 10 lui-même est étudié en divisant la roue en petites zones pouvant être calculées dans lesquelles s^, S2, etc sont 25 les centres de gravité (figure 1). La somme de toutes les torsions autour de l'axe 28, M côté droit, M côté gauche, M au-dessus et M en dessous doit xx y y s'annuler. Le balancier 10 sera équilibré quand la matière est enlevée autour de s parce que suivant l'exemple la bobine est une bobine de poids minimal. Pour les besoins du calcul, les valeurs inconnues sont l'aire sg (rayon) ët 30 l'angle c'est-à-dire l'angle entre l'axe du rayon 23 et l'axe des x. Les inconnues s et é sont calculées en faisant la somme des forces de la 6 'façon suivante. M (au-dessous) = M (au-dessus) y y H (gauche) = M (droite) x x 35 My (au-dessus, au-dessous) (,s tg à = -L—r — ^ M (doite, gauche) x 72 04545 2124622 Quand les somnes des forces pour l'angle & et l'aire s^ du rayon ont été trouvées, la largeur du rayon 23 peut être calculée parce que la matière, la longueur et l'épaisseur du rayon sont connues. le balancier circulaire 10 et le procédé de fabrication 5 décrits ci-dessus simplifient l'opération d'équilibrage qui nécessite fréquemment jusqu'ici deux ou trois perçages séparés pour un équilibrage seulement approché. L'invention supprime la nécessité de machines coûteuses et les réglages fréquents nécessaires jusqu'ici dans l'industrie pour l'équi-10 librage des balanciers circulaires de formes classiques. En utilisant des techniques connues, il est possible aussi de faire avancer automatiquement ces nouveaux balanciers 10 à grande vitesse vers un poste d'équilibrage pour facilier la production en grande série. Il doit être compris bien entendu que les combinaisons 15 discutées ci-dessus sont seulement des exemples. De nombreuses autres combinaisons peuvent être facilement étudiées dans le cadre de l'invention, par exemple des formes d'après les conditions des équations (1), (2) et (4) et aussi de l'équation (3) quand un outil rond est utilisé. Suivant un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, la bobine 13 décrite ci-dessus peut 20 être remplacée par un ou plusieurs aimants 40 sur n'importe quel autre élément monté sur un balancier circulaire 41 caractérisé par des écarts de poids. Ce mode de réalisation est représenté sur la figure 10. Bien que la partie en croissant 27 soit représentée à l'intérieur de la couronne 26 du balancier circulaire 10, elle peut aussi 25 être située à l'extérieur de la couronne, par exemple de la façon représentée pour le balancier circulaire à aimants 41. Les évidements 43 et 44 sont formés pour compenser la balourd. La quantité maximale et la quantité minimale de matière à enlever sont aussi représentées en tirets sur le pourtour extérieur du croissant 42. 30 Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 72 04545 2124622 REVENDICATIONS 1 - Balancier circulaire caractérisé par une couronne extérieure et un rayon s'étendant vers l'intérieur à partir de la couronne et ayant une partie en fourche à son extrémité, le rayon étant situé suivant 5 un angle par rapport à l'axe des Y quand le balancier est supporté par son axe. 2 - Balancier selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couronne comporte une partie formant un contrepoids dépassant vers l'intérieur à partir de la couronne et ayant un contour périphérique prédé- 10 terminé. 3 - Balancier selon la revendication 2, caractérisé en ce que la couronne est sensiblement annulaire avec un intervalle entre les extrémités opposées et le rayon comporte une partie formant le corps principal avec une base et deux branches espacées dépassant du rayon, le rayon 15 étant uni'à la fourche dans une position située à une distance prédéterminée de la base. 4 - Procédé pour équilibrer les balanciers circulaires caractérisé par la formation d'un balancier circulaire ayant une couronne et un dispositif de montage pour supporter les parties associées de la montre, 20 le montage du balancier circulaire sur son axe pour qu'une partie de la roue du balancier se trouve à côté d'un outil d'après la valeur du balourd, et l'utilisation de l'outil pour enlever une partie de la couronne afin d'équilibrer le balancier. 5 - Procédé pour équilibrer les balanciers circulaires 25 caractérisé par l'utilisation d'un outil pour enlever une partie du contrepoids de la couronne d'un balancier circulaire comportant une partie formant le contrepoids dépassant vers l'intérieur et ayant un contour périphérique prédéterminé, le dispositif de montage du balancier comportant un rayon s'étendant vers l'intérieur à partir de la couronne et se terminant par une 30 partie en fourche pour le montage d'une bobine, le mouvement du balancier par rapport à l'outil étant déterminé par le poids de la bobine. 6 - Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de montage comporte un dispositif pour la fixation d'au moins un aimant sur la roue du balancier et la roue du balancier comporte une 35 partie courbe extérieure formant le contrepoids. 7 - Procédé pour équilibrer des balanciers circulaires, caractérisé par la formation d'un balancier circulaire ayant une couronne et 72 04545 2124622 un rayon s'étendant vers l'intérieur à partir de la couronne et se terminant par une partie en fourche entre les branches de laquelle est montée une bobine, la bobine étant normalement décalée par rapport à l'axe du balancier circulaire, le montage du balancier circulaire sur son axe afin qu'un 5 écart du poids de la bobine provoque la rotation de la roue du balancier par rapport à un outil monté à côté et l'utilisation de l'outil pour enlever une partie de la roue du balancier circulaire pour l'équilibrage. 8 - Procédé pour former un balancier circulaire comportant une roue de balancier ayant une couronne annulaire et un rayon dépassant vers l'inté- 10 rieur et se terminant par une partie en fourche, et une bobine montée entre les branches de la fourche, caractérisé par la formation d'une partie intérieure profilée sur la couronne de la roue du balancier pour former un contrepoids, le profil du contrepoids étant terminé par le développement d'une courbe entre une condition de balourd maximal et une condition de balourd 15 minimal, le calcul de la somme des forces autour de l'axe du balancier circulaire pour déterminer 1'emplacement et l'air du rayon, la mise en équilibre de l'ensemble autour de son axe et l'enlèvement d'une partie du contrepoids pour équilibrer le balancier circulaire. 9 - Balancier circulaire caractérisé par une couronne extérieure 20 ayant une partie formant un contrepoids dépassant à l'intérieur de la couronne et ayant un contour périphérique prédéterminé, le contour de cette partie formant le contrepoids variant pour réfléchir les conditions de balourd entre une valeur maximale et une valeur minimale et la position de la partie formant le contrepoids étant déterminée pour correspondre aux écarts de 25 l'angle du balourd, et un rayon dépassant vers l'intérieur à partir de la couronne dans un emplacement déterminé pour équilibrer les forces autour de l'axe du balancier circulaire et ayant une aire calculée pour équilibrer ces forces, le rayon se terminant par un emplacement de montage. 10 - Balancier circulaire caractérisé par une roue de balancier 30 comportant une couronne sensiblement annulaire ayant une partie élargie formant un contrepoids, un rayon s'étendant vers l'intérieur à partir de cette couronne et comportant à l'extrémité un dispositif de montage, et une bobine montée sur ce dispositif de montage, de façon qu'un écart du poids de la bobine provoque la rotation de l'ensemble autour de son axe. 35 11 -Ensemble à balancier circulaire selon la revendication 10, caracté risé en ce que le rayon est normalement positionné suivant un angle par rapport au plan contenant l'axe de l'ensemble, le dispositif de montage 72 04545 2124622 comporte une partie en fourche ayant deux branches pour le montage de la bobine entre les branches et la couronne comporte une ouverture dans laquelle une partie de la bobine est logée. 12 - Ensemble à balancier circulaire selon la revendication 10, caractérisé en ce que la partie élargie formant le contrepoids a une forme en croissant déterminée en calculant les conditions comprises entre un balourd maximal et un balourd minimal, les dimensions de cette partie étant déterminées par la quantité de matière du contrepoids devant être enlevée pour équilibrer l'ensemble pour différentes conditions de balourd. 13 - Ensemble à balancier circulaire selon la revendication 11, caractérisé en ce que le balancier circulaire est normalement équilibré en torsion en divisant la roue du balancier en plusieurs petites surfaces pouvant être calculées de façon que la somme des forces autour de l'axe soit en équilibre, cet ensemble étant maintenu en équilibre quand la bobine est montée sur la roue du balancier par enlèvement d'une partie correspondante du contrepoids. 14 - Ensemble à balancier circulaire caractérisé par une roue de balancier sensiblement annulaire ayant une partie formant un contrepoids en forme de croissant sur le pourtour extérieur pour faciliter l'équilibrage de cet ensemble par enlèveaent d'une partie de la matière du contrepoids, au moins un évide-ment dans la roue pour l'équilibrage, et au moins un aimant monté dans une position prédéterminée sur l'ensemble à balancier.