Brevet FR2135202A1 — publié le 19721215

La présente invention se rapporte à un moteur à mouvement alternatif destiné à être utilisé dans la technique chronométrique comportant une roue à rochet entraînée par des cliquets. Dans les moteurs à mouvement alternatif des montres électriques, dans les-5 quels un organe oscillant fait partie d'un oscillateur électromécanique, qui 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. 10 Comme l'on sait, un résonateur qui oscille à une fréquence de résonance 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. 15 Dans la plupart des moteurs à mouvement alternatif du type ci-dessus, un cliquet d'entraînement est fixé à l'organe oscillant et est orienté dans la direction dû 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 20 également dans la denture de la roue à rochet, l'extrémité par laquelle ce contre-cliquet est monté étant également fixe par rapport à l'organe oscillant. 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 25 comprend aisément, par le simple énoncé de ces chiffres, que les pièces des moteurs à mouvement alternatif qui convertissent les mouvements périodiques de translation en mouvement 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 30 savoir: en premier lieu, la consommation d'énergie d'un moteur à mouvement alternatif destiné par exemple à de petites montres, ne doit pas dépasser 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. 35 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 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 40 fixation de l'organe oscillant, de la roue à rochet et du contre-cliquet soiit 72 15398 2 2135202 relativement éloignés les uns des autres sur la platine de montage, à quoi s'ajoute que toutes ces pièces sont exposées à des influences tant thermiques que mécaniques. Lorsque les moteurs à mouvement alternatif considérés ici sont utilisés 5 comme moteurs synchrones ou même comme régulateurs de marche pour des montres, le but visé est de transformer des mouvements périodiques d'une certaine fréquence 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 aaplitudes des mouvements de l'organe oscillant soient maintenues constantes entre certai-10 nés limites et que les positions relatives des cliquets et de la roue à rochet restent invariables dans d'étroites limites. Or, dans les moteurs 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 mon-15 tres-bracelets, la consommation totale d'énergie doit être de l'ordre de quelques microwatts. Il est bien évident que les forces utiles développées par un moteur à mouvement alternatif aussi faible sont en rapport. Il en (Écoule 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 20 roues à rochet des moteurs à mouvement alternatif et les autres pièces correspondantes dans un liquide à faible viscosité, par exemple de 1 CSt, par exemple dans une huile, ce qui élimine la plupart des difficultés mentionnées ci-dessus. Dans la demande de brevet suisse n° 16873/69 est décrite en détail la structure de base d'un moteur à mouvement oscillant de ce genre. 25 II ressort de nombreux essais que l'un des points délicats d'un tel moteur à mouvement oscillant réside dans la compensation de l'influence que la température exerce sur celui-ci. A cet égard, la masse de liquide dans laquelle, comme mentionné, la roue à rochet et les pièces qui s'y rapportent sont noyées joue également un rôle es-30 sentiel; en effet, plus cette masse ou son volume est important, plus les variations de volume résultant des fluctuations de la température sont importantes. Or, étant donné que le coefficient de dilatation thermique de l'enveloppe entourant ce liquide est beaucoup plus petit que celui des liquides considérés, on se heurte aux difficultés correspondantes. 35 Ces difficultés sont résolues, conformément à la présente invention, à l'aide d'une chambre pour loger la roue à rochet et ses cliquets qui est remplie de liquide, cette chambre comportant des moyens s Accommodant des variations de volume du liquide en vue de modifier le volume de cette chambre en fonction des variations du volume du liquide sous l'action de la température. 40 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la 72 15398 3 2135202 description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel: - la figure 1 est une vue en coupe d'une partie d'une montre sur laquelle on voit un élément oscillant, une roue à rochet, ainsi que différents éléments 5 associés à celle-ci; - la figure 2 est une vue en plan de la figure 1, le couvercle étant enlevé; et, - la figure 3 illustre une variante de réalisation de l'invention dans laquelle on utilise un soufflet. 10 En se référant aux figures 1 et 2, on voit une partie 1 d'un moteur à mouvement alternatif 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 15 dans l'une des dents de la roue 3, comme décrit en détail dans le brevet suisse précité. Pour 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 empri-20 sonnée. La partie représentée comprend en outre une plaquette de base 14 et un couvercle 16 qui ferme l'enveloppe. L'enveloppe 2 forme avec la plaquette de fond 14 et le couvercle 16 une chambre fermée 17 dont la forme, comme on le voit sur la figure 2, correspond au contour de la roue à rochet 3. Dans la partie cylindrique 19 de la chambre 17 débouchent tangentiellement des canaux 13 dans 25 lesquels sont logés les cliquets 5 et 8. Normalement, le couvercle 16 n'est pas au contact de la roue à rochet 3 dont les mouvements sont libres, mais ce couvercle 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 trans-30 parente. La roue à rochet 3 comporte trois appuis 20 fixés par collage ou de toute autre manière appropriée. Ces appuis 20, qui se présentent sous la forme de calottes sphériques ou d'hémisphères, ou bien de cônes à pointe arrondie, de pyramides tronquées ou de cylindres ayant, par rapport à la surface de la roue à 35 rochet une surface de contact oblique, sont de préférence aussi constitués 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 di-40 rection dans laquelle le générateur d'oscillation déplace alternativement cette 72 15398 4 2135202 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, 5 de manière à imprimer à la roue 3 un mouvement de rotation unidirectionnel. L'examen des figures 1 et 2 montre que la chambre 17 présente des dimensions minimales tenant compte de la grandeur de la roue 3 et des cliquets 5 et 8. Pour réduire à un minimum les résistances de friction et assurer la constance de celles-ci, la chambre 17 qui est hermétique, est remplie complètement 10 avec un liquide. Pour réduire à un minimum l'action de la dilatation du liquide sous l'action des variations de température, et qui est supérieure d'une puissance de dix au coefficient de dilatation des pièces solides, on maintient la chambre 17 aussi petite que possible. 15 Toutefois, pour éviter, d'une part que des tensions excessives puissent se développer dans l'enveloppe de la roue à rochet 3 sous l'action des élévations de température et par suite du dégagement de bulles de gaz, et, d'autre part, dans le cas d'un abaissement de la température, on a prévu, comme le montre la figure 1, sur le couvercle 16, une membrane 30 fixée le long de son 20 pourtour. L'espace de dilatation 31 limité par le couvercle 16 et par cette membrane 30 communique par des ouvertures 32 avec la chambre 17. On a représenté en traits continus la position moyenne de la membrane 30 après l'introduction du liquide et en traits mixtes la position de cette membrane lors de l'élévation de la température, par exemple entre 50 et 60°C. Lorsque la tem-25 pérature baisse, par exemple à -10°C, le volume de l'espace de dilatation diminue et la membrane 30 vient occuper la position esquissée en tirets. Au lieu d'une membrane plane on pourrait également utiliser un soufflet 34 ayant un fond renforcé 36. Dans ce cas, les variations de température impriment un mouvement alternatif vertical au soufflet, comme il a été indiqué 30 en traits continus et en traits mixtes sur la figure 3. 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 35 fait que, par rapport à 1'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. 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, 40 du fait que dans l'intervalle, l'enveloppe 2 a commencé à se mouvoir dans la 72 15398 5 2135202 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 5 cadence 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 10 mouvement 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 15 la raison pour laquelle la surface de contact entre la roue à rochet et la 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. 20 La roue à rochet 3, dans la mesure où elle présente la structure représen tée 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 transmettre par voie magnétique le mouvement de rotation de la roue 3 à un engrenage situé à l'extérieur de l'enveloppe qui, dans le cas d'une montre par 25 exemple, est monté à rotation, mais dans une position fixe à l'intérieur du boîtier du mouvement. Dans le mode de construction décrit ci-dessus, la dilatation du liquide de la chambre 17 qui résulte des variations de température n'a qu'une très faible influence; toutefois, selon la température à laquelle la chambre 17 a été com-30 plètement remplie avec le liquide, il se produit, lorsque la température s'élève, une augmentation de la pression interne qui, lorsqu'elle devient suffisamment grande pourrait provoquer un éclatement de l'enveloppe 2; ou bien, lors d'une baisse de température, le liquide pourrait se contracter au point de former une bulle qui, lorsqu'elle atteint une certaine grandeur, peut être la cause d'une 35 rotation, au moins partielle, de la masse de liquide contenue dans la chambre 17 avec la roue à rochet ce qui se traduit au moins par une augmentation de la résistance de friction, c'est-à-dire par une plus grande consommation d'énergie du moteur à mouvement alternatif qui peut même rendre aléatoire le fonctionnement correct de celui-ci. C'est la raison pour laquelle la prévision 40 d'un espace de dilatation associé à l'enveloppe ou à la chambre a une grande 72 15398 6 2135202 importance. Il est également possible de prévoir, comme espace de dilatation, un certain nombre d'ouvertures, analogues aux ouvertures 32, dans le couvercle 16 et de pourvoir celles-ci d'une composition d'étanchéité analogue à une graisse qui, sous l'action de la pression interne du liquide ou de la pression atmosphérique extérieure suit constamment le niveau du liquide dans les ouvertures et, de ce fait, évite qu'une dépression appréciable puisse se développer dans l'enveloppe et qu'une bulle puisse se former dans la chambre 17. 72 15398 7 2135202 REVENDICATIONS 1.- Moteur à mouvement alternatif destiné à être utilisé dans la technique chronométrique avec une roue à rochet entraînée par des cliquets, caractérisé en ce qu'il comprend une chambre destinée à recevoir la roue à rochet et ses 5 cliquets, qui est remplie avec un liquide et des moyens s'accommodant des variations de volume de ce liquide dues à l'influence de la chaleur, en modifiant le volume de ladite chambre. 2.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens sont constitués par une partie élastique ou par une par- 10 tie à structure élastique de ladite chambre permettant une variation élastique de son volume. 3.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces moyens se présentent sous la forme d'une membrane plane ou en forme de soufflet. 15 4.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'espace limité par la membrane communique par une ou plusieurs ouvertures avec ladite chambre. 5.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens élastiques sont constitués par un gel à volume invariable 20 capable d'absorber un liquide, qui est directement au contact avec le liquide contenu dans ladite chambre. 6.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens isolent une section de dilatation débouchant vers l'extérieur et qui, en raison de sa viscosité, suit les variations du niveau du 25 liquide contenu dans cette section de dilatation de telle sorte que, indépendamment de la hauteur de ce niveau, celle-ci est pratiquement toujours isolée hermétiquement de l'extérieur. 7.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la chambre destinée à recevoir la roue à rochet et ses cliquets présente 30 une forme correspondant au contour de cette roue, de préférence une forme cylindrique. 8.- Moteur à mouvement alternatif selon la revendication 7, caractérisé en ce que la chambre présente au moins un canal approximativement tangentiel pour recevoir le cliquet, par exemple un canal ayant la forme d'une ouverture.