Brevet FR2134611A1 — publié le 19721208

La présente invention se rapporte à un moteur à mouvement alternatif destiné à être utilisé dans la technique chronométrique. Dans les moteurs à mouvement alternatif des montres électriques dans lesquels un organe oscillant fait partie d'un oscillateur électromécanique, qui 5 constitue le régulateur de marche de la montre et dont les oscillations de résonance sont entretenues par voie électrique, cet organe oscillant exécute généralement des mouvements périodiques récurrents, essentiellement des mouvements de translation. Comme l'on sait, un résonateur qui oscille à une fréquence de résonance 10 déterminée est caractérisé par une énergie interne relativement grande et par un faible transfert d'énergie vers l'extérieur. La présente invention s'étend aussi à des moteurs à mouvement alternatif dont l'organe oscillant n'opère pas à une fréquence de résonance. Dans la plupart des moteurs à mouvement alternatif du type ci-dessus, un cli-15 quet d'entraînement est fixé à l'organe oscillant et est orienté dans la direction du mouvement d'oscillation de celui-ci. Ce cliquet s'engage dans la denture d'une roue à rochet dont l'axe de rotation occupe une position invariable par rapport audit organe oscillant. D'autre part, un contre-cliquet s'engage également dans la denture de la roue à rochet. 20 La fréquence de fonctionnement des moteurs à mouvement alternatif du type ci-dessus se situe généralement entre environ 200 et 700 oscillations par seconde. Le diamètre des roues à rochet connues est de l'ordre de 1 à 3 mm. On comprend aisément, par le simple énoncé de ces chiffres, que les pièces des moteurs à mouvement alternatif qui convertissent les mouvements périodiques de 25 translation en mouvements de rotation unidirectionnels posent aux constructeurs de difficiles problèmes techniques. C'est ainsi, par exemple, que le degré d'efficacité de la conversion des mouvements doit être élevé et ce pour deux raisons, à savoir: en premier lieu, la consommation d'énergie d'un moteur à mouvement alternatif destiné par exemple à de petites montres, ne doit pas dé-30 passer une certaine valeur qui est fonction de la puissance d'une pile de taille donnée et des exigences du marché et, en second lieu, les pertes mécaniques peuvent aboutir à la destruction du moteur lorsqu'elles dépassent une certaine limite. L'obtention d'un degré d'efficacité élevé exige un ajustage extrêmement précis des cliquets par rapport à la roue à rochet et l'utilisation de matériaux 35 particulièrement résistants. Malheureusement, le réglage des cliquets et les paliers de montage de la roue à rochet subissent, dans les moteurs à mouvement oscillant connus, des modifications au cours du temps du fait que les points de fixation de l'organe oscillant de la roue à rochet et du contre-cliquet sont relativement éloignés les uns des autres sur la platine de montage, à quoi s'a-40 joute que toutes ces pièces sont exposées à des influences tant thermiques que 72 15086 2134611 mécaniques. Lorsque les moteurs à mouvement alternatif considérés ici sont utilisés comme moteurs synchrones ou même comme régulateurs de marche pour des montres, le but visé est de transformer des mouvements périodiques d'une certaine fré-5 quence ou des pulsions électriques périodiques en un mouvement de rotation à une vitesse déterminée. Pour que ce but puisse être atteint, il faut que les amplitudes des mouvements de l'organe oscillant soient maintenues constantes entre certaines limites et que les positions relatives des cliquets et de la roue à rochet restent invariables dans d'étroites limites. Or, dans les moteurs 10 à mouvement oscillant connus, ces exigences ne peuvent que difficilement être satisfaites. Un autre problème qui se pose dans les moteurs à mouvement alternatif du type considéré découle du fait que, par exemple, dans les mouvements pour montres-bracelets, la consommation totale d'énergie doit être de l'ordre de 15 quelques microwatts. Il est bien évident que les forces utiles développées par un moteur à mouvement alternatif aussi faible sont en rapport. Il en découle que les moindres résistances parasites peuvent déranger le fonctionnement de la montre. Pour résoudre ce problème, la Demanderesse a eu l'idée de placer les roues à rochet des moteurs à mouvement alternatif et les autres pièces corresr 20 pondantes dans un liquide à faible viscosité, par exemple de 1 CSt, par exemple dans une huile, ce qui élimine la plupart des difficultés mentionnée ci-dessus . Il est bien évident que les paliers sur lesquels la roue à rochet d'un tel moteur repose a une grande importance, car en raison de la petitesse des pièces 25 qui se déplacent l'une par rapport à l'autre, le moindre grain de poussière risque de freiner considérablement leur mouvement. La présente invention, s'est fixé pour but de résoudre ce problème et de créer un moteur à mouvement alternatif offrant de grandes tolérances de fabrication et une grande fiabilité et dont les éléments les plus fragiles peuvent, 30 en cas d'incident,être remplacés avec des moyens relativement simples et avec des connaissances et une expérience relativement réduites. Selon l'invention, un moteur à mouvement alternatif destiné à la technique chronométrique est caractérisé en ce qu'il comprend un organe oscillant comportant, au moins, un cliquet s'étendant approximativement en parallèle à la di-35 rection d'oscillation, ainsi qu'un élément de redressement, ces derniers coopérant avec une roue à rochet et en ce que, en outre, cette roue à rochet coopère avec ce même organe oscillant et est accouplée magnétiquement à une roue de couplage dont l'axe de rotation effectue uniquement un mouvement de rotation dans l'espace, et en ce que la roue à rochet, le cliquet et l'élément de re-40 dressement peuvent effectuer, au moins dans la direction d'oscillation, sous 72 15086 3 2134611 l'influence de leur inertie d'une part, et de l'accélération par l'organe oscillant, d'autre part, des mouvements relatifs qui produisent des mouvements de rotation unidirectionnels de la roue à rochet et qui est caractérisé,en outre,en ce que cette roue à rochet repose sur au moins trois appuis d'une ma-5 nière approximativement ponctuelle. Il est avantageux que les points de contact successifs de la roue à rochet avec lesdits appuis décrivent une ou plusieurs trajectoires au moins approximativement circulaires. Par ce moyen, on réduit à un minimum la surface de contact instantanée et 10 dans le temps entre la roue à rochet et ses appuis, ce qui diminue considérablement la probabilité qu'un corps étranger puisse freiner sensiblement son mouvement et dans le cas d'une telle éventualité, il est très probable que celui-ci serait refoulé ou expulsé. A cette fin, il est possible de donner aux appuis, qui sont par exemple en rubis ou en un métal dur, la forme d'un bossage, 15 d'une calotte sphérique, d'un cylindre, d'une pyramide ou d'un cône à pointe arrondie ou tronquée. D'autre part, il est préférable, aux mêmes fins, que les appuis, montés sur la roue à rochet ou sur son support, soient uniformément répartis le long de la circonférence d'un cercle, cette mesure assurant en outre une distribu-20 tion symétrique des forces. En principe, il est également possible de réaliser les appuis sous la forme d'un roulement à billes interposé entre la roue à rochet et son support et de remplacer ainsi la friction de glissement par une friction de roulement. Dans ce cas, une couronne de billes devra être prévue entre la roue à rochet 25 et son support. D'autre part, il est également possible que la roue à rochet comprenne une couronne dentée ou un disque denté fait d'une matière à aimantation permanente ayant une grande force coercitive, notamment en PtCo. Il est également possible d'adopter une structure dans laquelle la roue 30 à rochet constituée par du bronze au béryllium est reliée, notamment collée à une roue faite d'une matière magnétique ayant une grande force coercitive et ou à une plaquette faite d'une pierre fine, par exemple en rubis, ou une plaquette en un métal dur. Ce mode de réalisation représente une autre possibilité de matérialisation de la transmission magnétique, qui résout en même temps 35 le problème du montage de la plaquette de rubis ou analogue. Pour éviter que la montre et notamment son moteur à mouvement alternatif puisse être endommagé par des chocs ou des mouvements brusques, la face de la roue à rochet qui est à l'opposé de celle reposant normalement sur les appuis, peut comporter un palier anti-chocs, par exemple sour la forme d'une plaquette 40 de rubis. 72 15086 4 2134611 Un moyen extrêmement simple pour maintenir les mouvements de la roue à rochet entre des limites prédéterminées consiste à emprisonner celle-ci, avec un certain jeu, dans une cage comportant deux butées, de préférence en rubis. L'élément de redressement mentionné qui agit sur la roue à rochet peut 5 avantageusement être constitué par un second cliquet, approximativement parallèle au premier, ou bien par un patin s'appliquant contre cette roue et qui l'empêche de tourner en sens contraire. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence au dessin annexé, dans lequel : 10 - la figure 1 est une coupe axiale à travers une roue à rochet conforme à l'invention et à travers les parties correspondantes de son enveloppe; - la figure 2 est une vue en plan sur une roue à rochet conforme à l'invention logée dans son enveloppe; - la figure 3 est une vue partielle d'une variante de réalisation analogue 15 à celle de la figure 1; - la figure 4 est une vue en plan, analogue à la figure 2, de la variante de réalisation de la figure 3; - les figures 5-7 montrent diverses formes d'appuis fixés soit à la roue à rochet, soit à son support; et, 20 - la figure 8 est une vue en coupe d'un mode de réalisation analogue à celui de la figure 1 dans lequel le roue à rochet repose sur des billes. La structure fondamentale d'un tel moteur à mouvement alternatif est décrite en détail dans la d.e manad ede brevet suisse n° 16 873/65 . En se référant aux figures 1 et 2, on voit une partie 1 d'un moteur à mouvement al-25 ternatif d'une montre électrique, partie qui comporte une roue à rochet ou dentée 3. Deux cliquets 5 et 8 sont disposés en des points diamétralement opposés de la roue à rochet 3 et comportent respectivement à leurs extrémités libres une plaquette de rubis 6 ou 9 qui, à l'instant voulu, s'engage dans l'une des dents de la roue 3, comme décrit en détail dans le brevet suisse précité. Pour 30 limiter latéralement les' mouvements de translation de la roue à rochet 3, on a prévu, dans des ouvertures ou des évidements 13, des rubis de butée 11 et 12 cylindriques ou parallélépipédiques qui, du point de vue fonctionnel, font partie de la paroi d'une cage dans laquelle la roue 3 est emprisonnée. La partie représentée comprend en outre, une plaquette de base 14 et un couvercle 16 qui 35 ferme l'enveloppe. Le couvercle 16 qui, normalement n'est pas au contact de la roue à rochet 3, dont les mouvements sont libres, comporte une plaquette de butée 18 qui, de préférence, est constituée, tout comme la plaquette de base 14 et le couvercle 16, par une pierre fine, telle que le rubis, cette plaquette du fait de sa faible épaisseur étant transparente. 40 La roue à rochet 3 comporte trois appuis 20 fixés par collage ou de toute f 72 15086 5 2134611 autre manière appropriée. Ces appuis 20, qui se présentent sous la forme de calottes sphériques ou d'hémisphères, ou bien, comme représenté sur les figures 5-7, de pyramides tronquées ou de cylindres ayant par rapport à la surface de la roue à rochet une surface de contact oblique, sont de préférence aussi cons-5 titués par une pierre fine, en particulier par un rubis, ou bien le cas échéant, par un métal dur tel que le carbure de tungstène ou analogue. On a prévu trois appuis 20 afin d'assurer une assise stable de la roue 3 sur la plaquette de base 14. Sur la figure 1, on a en outre tracé deux flèches 22 et 23 qui indiquent la direction dans laquelle le générateur d'oscillation déplace alternati-10 vement cette partie, c'est-à-dire l'enveloppe 2 du moteur à mouvement alternatif. Deux autres flèches 25 et 26 indiquent respectivement la direction du mouvement de la roue 3 par rapport à l'enveloppe 2, mouvement qui est déterminé par l'inertie de la roue 3 et est commandé par les cliquets 5 et 8 portant les rubis 6 et 9 de manière à imprimer à la roue 3 un mouvement de rotation unidirection-15 nel. Comme il est décrit en détail dans le brevet précité, la partie 1, qui est reliée à un diapason par exemple, exécute un mouvement de translation dans la direction des flèches 22 et 23; par suite de son inertie, la roue à rochet 3 reste en arrière pendant le mouvement en direction de la flèche 22, ce qui fait 20 que, par rapport à l'enveloppe 2, cette roue se déplace dans la direction de la flèche 26, jusqu'à ce qu'une ou plusieurs de ses dents viennent s'appliquer contre l'extrémité intérieure de la butée 12. Ainsi, une fraction plus ou moins grande de l'énergie cinétique dont la roue à rochet 3 était animée est dissipée et un nouvel apport d'énergie cinétique lui est fourni de l'extérieur, du fait 25 que dans l'intervalle l'enveloppe 2 a commencé à se mouvoir dans la direction de la flèche 23 de sorte que, par suite de son inertie par rapport à cette enveloppe, la roue 3 se met en marche dans la direction de la flèche 25 et ce jusqu'à l'instant où son mouvement est freiné par la butée 11. Ce mouvement de va-et-vient de la roue à rochet 3 dans l'enveloppe 2 se poursuit à une cadence 30 correspondant à la fréquence du moteur à mouvement alternatif ou du diapason. Pendant les mouvements de va-et-vient de la roue 3, les rubis 6 et 9 des cliquets 5 et 8 s'engagent dans les dents correspondantes de cette roue 3 ce qui, pendant l'un des mouvements, a pour effet de lui imprimer un mouvement angulaire autour d'un axe parallèle à l'arête de l'un des rubis, et pendant le mou-35 vement opposé; un mouvement angulaire correspondant autour de l'arête de l'autre cliquet, le résultat étant d'imprimer à la roue à rochet 3 un mouvement de rotation, c'est-à-dire de convertir en fin de compte le mouvement alternatif du moteur en un mouvement circulaire. Il est bien évident que les résistances s'opposant à ce mouvement de rotation doivent être réduites à un minimum. C'est 40 la raison pour laquelle la surface de contact entre la roue à rochet et la 72 15086 6 2134611 plaque de base de son logement a été diminuée au maximum, c'est-à-dire a été rendue presque ponctuelle ce qui, compte tenu des poids dont il s'agit ici, est facilement réalisable car les pressions de surface résultantes restent extrêmement faibles malgré ce contact quasi ponctuel. Pour réduire à un minimum 5 la probabilité qu'un corps étranger quelconque, par exemple un grain de poussière, vienne augmenter la résistance de friction entre les surfaces en mouvement ou les portées, on a non seulement réduit à un minimum le nombre et l'aire de ces surfaces, mais on s'est encore arrangé de manière que lors du mouvement de la roue à rochet sur son support, elle passe toujours sur les mêmes surfaces 10 d'appui, aussi étroites que possible, assurant ainsi un auto-nettoyage de ces surfaces,et ce à la cadence des applications individuelles contre ces surfaces. La roue à rochet 3, dans la mesure où elle présente la structure représentée sur les figures 1-3, doit être faite d'une matière à aimantation permanente ayant une grande force coercitive, par exemple en PtCo, afin de pouvoir 15 transmettre par voie magnétique le mouvement de rotation de la roue 3 à un engrenage situé à l'extérieur de l'enveloppe qui, par exemple, dans le cas d'une montre, est monté à rotation, mais dans une position fixe à l'intérieur du boîtier du mouvement. Les figures 3 et 4 montrent un autre mode de réalisation de la partie 30 20 d'un moteur à mouvement alternatif comportant une roue à rochet 32 qui peut par exemple être en bronze au béryllium. A la roue 32 est fixée, par exemple par collage, une roue magnétique 33, de préférence en PtCo qui, de son coté, porte une plaquette de rubis 34. Il est bien évident qu'au lieu d'un rubis, on pourrait également utiliser une autre pierre fine ou un métal dur, tel que 25 le carbure de t i t a n e , on voit également une plaquette de base 36 sur laquelle trois appuis 38 sous la forme de bossages, de cônes, de pyramides tronquées ou de cylindres en rubis, comme le montrent les figures 5-7,par exemple par collage ou cimentage. Dans cet exemple, la roue à rochet 32 se déplace, au moyen des plaquettes de rubis 34, sur les appuis 38, la surface de contact 39 30 qu'elle parcourt étant annulaire et correspondant, par suite de son contact presque ponctuel, à une piste très étroite. Dans ce mode de réalisation, on n'a prévu qu'un seul cliquet 42 avec un rubis 43 qui contribue à convertir les mouvements de va-et-vient de la roue à rochet 32 en un mouvement circulaire. Un élément 45 empêche la roue 32 de 35 tourner en arrière pendant la période de temps où le rubis 43 n'est pas au contact du flanc d'une dent de la roue 32. Pour le reste, la structure est la même que celle des figures 1 et 2. Dans l'exemple de réalisation de la figure 8, on a également prévu une plaquette de base 48 et des butées latérales sous la forme de rubis 50, tandis 40 qu'une roue à rochet 53, à laquelle sont reliées une roue magnétique 54 et une 72 15086 7 2134611 plaquette de rubis 55, repose sur des billes 56, de préférence en rubis, placées sur la plaquette 48. Pour retenir les billes 56 qui forment une couronne, on a prévu intérieurement une plaquette de butée 51, également en rubis. Bien qu'il soit en principe possible de disposer les appuis de manière 5 que chacun d'eux détermine sa propre trajectoire différente des autres, ceci ne semble pas judicieux car, ainsi, la probabilité que le mouvement soit freiné par une saleté, comme il a été indiqué ci-dessus, augmente. Etant donné que les pressions de surface sont extrêmement faibles, comme indiqué, aucune usure des points de contact n'est à craindre. 10 La plaquette de butée prévue sur le couvercle a pour but de protéger la roue à rochet lorsque la montre est soumise à des chocs ou à des mouvements brusques du fait que celle-ci vient heurter une plaquette de butée correspondante, de préférence également en rubis, par exemple la plaquette 18 dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, ce qui évite qu'elle soit endommagée. 15 La transmission par voie magnétique a le grand avantage que la roue à ro chet est attirée contre son palier et^. de ce fait, ne peut pas se déplacer librement dans le sens axial, ce qui la rend moins sensible aux chocs. L'invention permet d'utiliser un liquide dans lequel la roue à rochet et les cliquets sont immergés, liquide dont la viscosité n'est pas très critique, 20 des liquides jusqu'à 5 CSt pouvant être utilisés. Le montage de la structure décrite est extrêmement simple. L'encrassement et les irrégularités de marche qui en découlent, ainsi que l'usure et la consommation d'énergie sont très faibles en raison de la petitesse des surfaces d'appui. 25 II est à noter que la roue à rochet peut être réalisée soit sous la forme d'un disque denté séparé, soit sous celle d'un tel disque relié à une roue magnétique spéciale et à une plaquette d'appui, soit sous la forme d'un disque ou d'une couronne, c'est-à-dire avec une ouverture centrale, soit encore sous la forme d'une pièce composite, c'est-à-dire par exemple, sous la forme d'une 30 couronne dentée, les deux autres pièces pouvant être constituées par des plaquettes pleines. 72 15086 8 2134611 REVENDICATIONS 1.- Moteur à mouvement alternatif destiné à la technique chronométrique, caractérisé en ce qu'il comprend un organe oscillant comportant au moins un cliquet s'étendant, au moins approximativement, en parallèle à la direction 5 d'oscillation, ainsi qu'un élément de redressement, qui coopèrent avec une roue à rochet, et en ce que, en outre, cette roue à rochet coopère avec ce même organe oscillant et est accouplée magnétiquement à une roue de couplage dont l'axe de rotation effectue uniquement un mouvement de rotation dans l'espace, et en ce que la roue à rochet, le cliquet et l'élément de redressement peuvent ef-10 fectuer, au moins dans la direction d'oscillation, des mouvements relatifs sous l'influence de l'inertie, d'une part, et de l'accélération par l'organe oscillant, d'autre part, qui ont pour conséquence des mouvements de rotation unidirectionnels de la roue à rochet et qui est caractérisé, en outre, en ce que cette roue à rochet repose sur au moins trois appuis, d'une manière approxima-15 tivement ponctuelle. 2.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les points de contact successifs avec lesdits appuis décrivent une ou plusieurs trajectoires au moins approximativement circulaires. 3.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en 20 ce que les appuis qui sont en rubis ou en métal dur et qui ont la forme de bossages, de calottes sphériques, de cylindres, de pyramides ou de cônes ont une pointe arrondieou brisée. 4.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les appuis sont espacés le long d'une circonférence sur la roue à ro-25 chet ou sur la contre-surface associée à celle-ci. 5.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les appuis ont des surfaces d'extrémité obliques par rapport à la surface qui s'applique contre eux afin de réaliser un contact approximativement ponctuel. 30 6.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les appuis sont constitués par un roulement à billes formant un anneau entre la roue à rochet et le support associé à celle-ci. 7.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue à rochet comprend une couronne dentée ou un disque denté fait 35 d'une matière à aimantation permanente ayant une grande force coercitive, en particulier de PtCo. 8.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à la roue à rochet, qui est en bronze au béryllium, est reliée une roue en une matière magnétique ayant une grande force coercitive et/ou à une plaquet-40 te en une pierre fine, par exemple en rubis ou en un métal dur, notamment par 72 15086 9 2134611 collage, 9.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que sur la face de la roue à rochet qui est à l'opposé de celle sur laquelle elle repose normalement est fixé un palier anti-chocs, par exemple sors 5 la forme d'une plaquette de rubis. 10.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la roue à rochet est emprisonnée, avec un certain jeu, dans une cage comportant un certain nombre,et notamment deux butées, de préférence en rubis. 11.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé 10 en ce que l'élément de redressement est coc.c.titué par un second cliquet qui est approximativement parallèle au premier.