Brevet FR2412878A1 — publié le 19790720

La présente invention concerne une unité comportant un ressort en spirale et un cylindre pour horloges et appareils de mesure, selon laquelle on solidarise par soudure au laser sur un cylindre par son chant et coaxialement, un ressort en spirale constitué par un matériau plat présentant une section droite rectangulaire étroite. L'invention concerne aussi le procédé de fabrication d'une telle unité comportant un ressort en spirale et un cylindre. Dans les unités comportant un ressort en spirale et un cylindre connues de l'art antérieur, l'extrémité intérieure du ressort en spirale se déroulant selon le sens dlArchimède est oblique et réunie par soudure au laser par sa surface latérale adjacente à une surface de solidarisation se trouvant sur le cylindre (voir les demandes de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DOS NO 1 523 801 et 2 358 299). Ces unités présentent l'inconvénient de devoir courber l'extrémité intérieure du ressort selon un mode de travail particulier e.t de devoir ajuster très exactement les parties à réunir avant de les souder, le ressort étant détendu et déformé en raison des tolérances présentes, ce qui peut également nuire à la course circulaire et plane de l'unité.Dans une autre unité connue comportant un ressort en spirale et un cylindre (voir la demande de brevet de la République Fédérale d'Allemagne DOS NO 1 942 467), il n'est pas nécessaire de courber l'extrémité intérieure du ressort en spirale et on effectue la solidarisation au cylindre lorsque le ressort est détendu. Cette réunion s'effectue en soudant au laser la surface latérale du ressort à une surface de solidarisation sur le cylindre. Lors de l'achat, il faut également prendre en compte l'inconvénient produit par l'altération de la section droite proprement dite du ressort en spirale qui se modifie en formant un creux. En plus, on court le risque que la partie plane du ressort en spirale se détériore en raison d'un refroidissement du matériau fondu pendant le soudage.Dans cette unité également, il faut positionner très exactement l'un par rapport à l'autre le ressort en spirale et le cylindre avant le soudage de telle sorte que le cylindre et le ressort ne soient en contact que le long d'une seule ligne. On dirige ensuite un. rayon laser sur la partie du cylindre entourant cette ligne de contact ainsi que sur le bord du ressort adjacent à cette ligne. C'est enfin un fait commun à toutes les unités connues comportant un ressort en spirale et un cylindre qu'il est difficile, en raison du manque de place, de diriger le rayon laser en oblique par le haut sur la zone se trouvant entre la surface latérale du ressort et la surface adjacente de solidarisation du cylindre. La présente invention a pour but de proposer une unit? comportant un ressort en spirale et un cylindre, selon laquelle la solidarisation effectuée par soudage au laser d'un ressort en spirale archimédique sur le cylindre ne nuise pas aux courses circulaire et plane de l'unité, invention permettant de maitriser les écarts de tolérance dans la position de I'extrémi- té du ressort à souder sans qu'il soit nécessaire de prendre des précautions de positionnement particulières. L'invention résoud ce problème en suggérant de souder le côté étroit du ressort place sur chant avec une pièce support chevauchant ces chants et distants du cylindre. Les procédés de fabrication selon l'invention d'une telle unité comportant un ressort en spirale et un cylindre se caracté-risent en ce -que l'on place le ressort en spirale sans tension préalable et sans déformation de chant sous la pièce support, on dirige ensuite un rayon laser sur la pièce support chevauchant le ressort et on prévoit les dimensions de ia zone soudée par le rayon laser de telle sorte que la forme archimédique puisse supporter les écarts classiques de tolérance du ressort lors de l'opération de soudage. On comprendra mieux l'invention à l'aide -de la description suivante des modes de réalisation préférés de l'invention, ainsi que du dessin annexé dans lequel - la figure 1 représente un premier mode de réalisation d'une unité comportant un ressort en spirale et un cylindre selon l'invention - la figure 2 est une vue en coupe-selon la ligne 2-2 de la figure 1 - la figure 3 est une vue en coupe analogue à celle de la figure 2 d'un autre mode de réalisation - la figure 4 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation - les figures 5 et 6 représentent d'autres modes de réalisation - la figure 7 est une vue en plan d'une unité comportant un cylindre avec une extrémité intérieure repliée - la figure.8 est une vue en coupe selon la ligne 8-8 de la figure 7 - la figure 9 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation - la figure 10 est une vue en coupe selon la ligne 10-10 de la figure 9 - la figure 11 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation d'une unité comportant un cylindre - la figure 12 est une vue en coupe selon la ligne 12-12 de la figure 11 ; - la figure 13 est une vue en plan d'un autre mode de réalisation ; - la figure 14 est une vue en coupe selon la ligne 14-14 de la figure 13 - la figure 15 est une vue en plan d'un mode de réalisation modifié par rapport à celui de la figure 13 - la figure 16 est une vue en coupe selon la ligne 16-16 de la figure 15 - la figure 17 représente schématiquement une disposition pour la solidarisation de pièces aux extrémités intérieure et extérieure d'un ressort en spirale archimédique. Les figures 1 et 2 illustrent le principe d'une unité selon l'invention comportant un ressort en spirale et un cylindre, ainsi que le procédé de fabrication d'une telle unité. Lors de leur fabrication, les ressorts en spirale subissent un traitement thermique final, à la suite duquel les spires s'ouvrent plus ou moins, de telle sorte que -la plupart du temps pour les spires intérieures-, on observe l'apparition de rayons intérieurs différents. De plus, les spires intérieures suivent moins exactement la progression archimédique que les spires moyennes. C'est pour cette raison que, lorsqu'on fixe les ressorts en spirale à un cylindre, on centre ceux-ci, de préférence d'après leurs spires moyennes, sur l'axe central du cylindre, ceci présentant l'inconvénient d'une variation de la position des spires intérieures dans un certain domaine de tolérance. Ceci est représenté sur la figure 1. Un ressort en spirale 1 interrompu, représenté sur la figure 1, dont la spire la plus intérieure est désignée par la référence 2, présente une extrémité 3 légèrement courbée, cette courbure étant nécessaire à la fabrication. La zone de tolérance ou d'écartement mentionnée ci-dessus de la spire la plus intérieure du ressort 2 est représentée sur la figure 1 par les courbes en tirets 4 et 5. On aligne de maniera concentrique un cylindre 6 avec les spires moyennes du ressort 1. Le cylindre 6r dont l'orifice intérieur est désigné par la référence 7, présente une fente 8, dite de régulation, destinée à faciliter la pose du cylindre sur un axe. Comme on peut en particulier le voir sur la figure 2, on solidarise par un point de soudure au laser 11, une pièce support 9 en forme de plaquette aplatie en saillie à la face inférieure du cylindre 6. La pièce support 9 chevauche la spire la plus intérieure 2 du ressort en spirale 1, au voisinage de l'extrémité intérieure libre 3. La section droite du ressort en spirale 1, affecte la forme d'un rectangle étroit. Le ressort en spirale 1 placé sur chant repose par son chant sur la pièce support 9, à l'endroit où celle-ci chevauche le ressort, ce chant étant soli darisé à la pièce support 9 par un point de soudure au laser 2. Comme on peut le voir sur les figures 1 et 2, on prévoit la taille de l'emplacement de la soudure formé par le point de soudure 12 de telle sorte que cet emplacement recouvre la zone de tolérance délimitée par les courbes 4 et 5. Si on se réfère naint=ant à la figure 2, - on effectue la soudure par dessous de telle sorte que le matériau de la pièce support 9 fonde le premier et se fixe au chant du ressort 1, la masse fondue pouvant également partiellement recouvrir les surfaces latérales du ressort.En raison de l'importance de la taille du point de soudure 12, on fixe également à la pi-ece support 9 les spires 2 du ressort qui se trouvent dans le domaine des courbes 4 et 5. I1 n'est par conséquent pas nécessaire d'observer un positionnement particulier pour les extremites de ressort se trouvant dans cette zone de to lérance, lors de la fabrication d'une unité selon l'invention, comportant un ressort en spirale et un cylindre. On associe le ressort complètement détendu avec la pièce support 9 fixée au cylindre 6, sans tenir compte de la position effective de l'extrémité intérieure du ressort. Lorsque l'on effectue la soudure décrite, dite "soudure par chevauchement", on n'observe pratiquement aucune limitation de place, qui gêne l'orientation du rayon laser pendant l'opération de soudage. Lorsque l'on effectue la soudure par chevauchement décrite, selon laquelle on soude par l'intermédiaire de la pièce support 9, on obtient sans problème l'avantage suivant, à savoir que l'on place le ressort en spirale sur chant contre la pièce support 9 avant le soudage, de telle sorte que le ressort soit détendu et plan. Avant le soudage, on peut presser par exemple la spire la plus intérieure 2 du ressort ainsi que la pièce support 9 en forme de plaquette contre une surface de base plane, sans que cela ait une influence sur la stabilité de la position sur chant des spires du ressort. Le ressort reste dans sa position après le soudage, ce qui assure le parallélisme des plans définis par les spires et de la surface de la pièce support 9 ou de la surface de base plane.On peut fixer la pièce support 9 au cylindre 6 avant ou après avoir associé la pièce support 9 au ressort en spirale, l'une ou l'autre manière étant la plus avantageuse selon les circonstances. Comme déjà mentionné ci-dessus, on soude les arêtes du ressort voisines de la pièce support délimitant le chant correspondant du ressort, en empiétant des deux côtés et on les fond elles-mêmes légèrement. Ainsi, contrairement aux unités comportant un ressort en spirale et un cylindre connues jusqu'ici, on ne-modifie pas la section droite du ressort en spirale à l'endroit de la soudure et on fixe ce ressort à la pièce support 9 et par conséquent au cylindre 6 beaucoup plus solidement que dans les procédés connus. Le mode de réalisation représenté sur la figure 3 ne se distingue essentiellement de ceux représentés sur les figures 1 et 2 que par le fait que l'on fixe une pièce support 13 au côté supérieur d'un cylindre 14 au moyen de deux points de soudure au laser 11, et que cette pièce support déborde du cylindre sur les deux côtés. On fixe la pièce support 13 à l'un des côtés étroits du ressort en spirale 1 posé sur chant au moyen d'un point de soudure 12 relativement grand à partir de la face supérieure de la pièce support 13, en effectuant une soudure dite "par chevauchement", ce qui permet d'obtenir les avantages men tionnés pour les figures 1 et 2. De la même manière, le mode de réalisation selon la figure 4 se distingue des modes de réalisation précédents essentiellement par le fait que l'on fixe une pièce support 15 sur un cylindre 17 présentant une saillie en forme de collet 16. I1 faut signaler à ce sujet qu'il n'est pas nécessaire d'écarter l'extrémité recourbée du ressort 3, indispensable à la fabrication avant de solidariser le ressort en spirale à la pièce support. Dans les modes de réalisation représentés sur les figures 5 et 6 de l'unité selon l'invention, la pièce support solidarisée à la spire la plus intérieure 2 du ressort en spirale 1 est construite d'une seule pièce, une saillie en forme de collet 19 solidarisée au cylindre 18 recouvrant la spire la plus intérieure 2. On prévoit à nouveau la taille du point de soudure au laser 12 de telle sorte que celui-ci recouvre le domaine d'écart relativement grand de la position de la spire la plus intérieure 2 comme représenté sur la figure 1 par les courbes 4 et 5. Sur la figure 5, on place la spire la plus intérieure 2 contre le cylindre 18, tandis que sur la figure 6 la spire la plus intérieure 2 et la surface du cylindre 18 ne sont pas en contact. Les figures 7 et 8 montrent à nouveau un cylindre 18 dont la section droite est étagée présentant un bord saillant 19. Contrairement au mode de réalisation selon la figure 1, dans lequel le point de soudure 12 entoure la zone du ressort en spirale dans laquelle la progression des spires est encore essentiellement archimédique, le point de soudure correspondant 22 dans les figures 7 et 8 est placé de telle sorte qu'il ne comprend que l'extrémité 3 recourbée du ressort, aussi désignée par l'ex- pression "patte de bobine". On prévoit à nouveau ce point de soudure 22 en dimension de telle sorte qu'il puisse également supporter un déplacement de l'extrémité 23 du ressort dû à l'apparition de tolérances, ce qui est reprsenté en pointillés sur la figure 7. Avec ce mode de réalisation, on atteint également les avantages men tionnés ci-dessus. Les autres modes de réalisation de l'invention représentés sur les figures de 9 à 16 présentent à chaque fois un point de soudure au laser relativement important 33, à l'aide duquel les extrémites des ressorts en spirale peuvent être comprises dans un large domaine de variations, sans qu'il soit nécessaire de modifier la forme archimédique du ressort en spirale ou de positionner préalablement ltextrémité du ressort. Dans les figures de 9 à 11, la pièce support fixée au ressort en spirale est à chaque fois constituée d'une seule pièce par le collet saillant du cylindre. Dans les figures de 13 à 16, on solidarise la pièce support en tant que pièce distincte au cylindre par un point de soudure au laser 11. Les figures 9 et lo représentent un mode de réalisation selon lequel le cylindre étagé 34 est tronqué en 34a, ce cylindre présentant de plus un point de sortie défini pour le ressort en spirale 1, en raison de la supression de matière en 34a. Le cylindre d'une seule pièce représenté sur les figures 11 et 12 est également tron qué. On soude la spire la plus intérieure du ressort en spirale 1 à une saillie de solidarisation particulière 35 du cylindre, par "soudure par chevauchement", au moyen du point de soudure 33. On peut solidariser le ressort en spirale avec ou sans "patte de bobine" 36. Le point de soudure 33 setrouve dans une zone déjà ar chimédique de la spirale, ce qui améliore la caractéristique de l'unité. Par contre, selon les figures 13 et 14, on fixe une pièce support 39 à un cylindre 37 non tronqué à fente, au moyen de deux points de soudure au laser 11 par exemple. On soude, par soudure par chevauchement, la spire archimédique la plus intérieure 2 du ressort en spirale à la pièce support 39 au moyen d'un point de soudure au laser 33 de taille importante, ce qui permet de choisir la forme de la plaquette servant de pièce support 39 de telle sorte que tout le système soit tronqué. On définit également dans ce cas le point de sortie du ressort en spirale archimédique 1 sur la pièce support 39 avec plus d'exactitude.On peut solidariser la pièce support au cylindre 37 avant ou après l'avoir solidarisé au ressort en spirale. Dans certains cas, on peut également souder directement une pièce support 39 du type plaquette à l'axe d'un système à balancier ou autre. Les figures 15 et 16 illustrent enfin l'utilisation d'un cylindre tronqué 41 et d'une pièce support 42 également tronquée, obtenue par exemple par estampage, que lton fixe au cylindre 41 par des points de soudure 11. On fixe le ressort en spirale 1 par son extrémité archimédique intérieure à une saillie de solidarisation 43 de la pièce support 42, en effectuant une soudure par chevauchement (point de soudure 33). Les solutions en deux parties décrites ci-dessus, selon lesquelles la pièce support est une pièce distincte par rapport au cylindre, sont préférables car on peut alors choisir des combinaisons de matériaux favorables à la qualité de la sou dure entre la pièce support et le ressort en spirale. La plupart des ressorts en spirale, par exemple ceux utilisés en horlogerie, sont en effet constitués par des alliages fer-nickel que l'on peut difficilement souder au cylindre car on fabrique générale- ment celui-ci à partir d'un matériau facile à usiner, mais difficile à souder. Pour des raisons de dimensions, la soudure de la pièce support et du ressort en spirale est beaucoup plus critique que la solidarisation des deux pièces les plus volumineuses en général, à savoir le cylindre et la pièce support ; on fabrique alors la pièce support, par estampage par exemple, de préférence dans un alliage que l'on puisse facilement souder au matériau du ressort en spirale. On peut associer la pièce support au cylindre à l'aide de plusieurs points de soudure, de telle sorte que l'on assure une solidarisation plus sûre en raison d'une surface de contact plus importante. Dans la variante à deux parties, il n'est plus nécessaire que le cylindre soit constitué d'un matériau facile à souder, on peut donc utiliser pour le fabriquer des matériaux possédant de bonnes propriétés d'usinage. La figure 17 représente enfin un mode de réalisation selon l'invention offrant la possibilité d'associer simultanément les extrémités intérieure et extérieure -d'un ressort en spirale à des pièces de fixation. Pour cela on-solidarise à plat sur une platine 52 un cylindre 53 ou analogue pour-l'immobilisa- tion de l'extremité intérieure du ressort et d'une pièce de solidarisation 54 de l'extrémité extérieure dudit ressort et on les pose sur le ressort en spirale 51 de telle sorte que les pièces support prévues sur les pièces 53, 54 chevauchent les extrémités du ressort en spirale.On centre pour cela le ressort en spirale 51 de manière connue au niveau de ses spires moyennes par l'in termédiaire de cames, de chevilles ou analogues, sur l'alésage du cylindre 53. On effectue alors dans cette position une pre mière soudure par chevauchement selon l'invention, entre-la spire la plus intérieure ou l'une des spires intérieures et le cylindre 53 et une deuxième soudure entre l'extrémité extérieure et la, pièce de solidarisation 54. On peut ensuite faire sortir l'unité de la platine 52 et la monter par exemple dans un appareil de mesure. En ce qui.concerne les pièces 53 et 54 de la figure 17, il peut à chaque fois s'agir des pièces à associer aux chants du ressort 51 placé sur chant, ces pièces pouvant être ultérieurement associées à un cylindre ou à une pièce de solidarisation après avoir effectué la soudure par chevauchement.* REVENDICATIONS 1. Unité comportant un ressort en spirale et un cylindre pour horloges et appareils de mesure, selon laquelle on solidarise par- soudure au laser, par son chant et coaxialement sur le cylindre, un ressort en spirale en un matériau plat présentant une section droite essentiellement rectangulaire et étroite, caractérisée en ce que l'on soude le ressort en spirale par son chant 1 sur une pièce support 9, 19 saillant du cylindre 6, 18 et chevauchant les spires. 2. Unité selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'on associe au cylindre 18 la pièce support 19 réalisée d'une seule pièce, de préférence sous la forme d'un collet. 3. Unité selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le cylindre 41 et/ou. la pièce support 42 sont tronqués par rapport à l'axe du ressort en spirale. 4. Unité selon l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3 caractérisée en ce que la soudure 12 présente le long des chants du ressort 1 recouvre également partiellement sa surface latérale. 5. Procédé de fabrication d'une unité comportant un ressort en spirale et un cylindre selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'on place le ressort en spirale sur chant sous la pièce support, pratiquement sans le tendre préalablement ou le déformer, on dirige un rayon laser sur la pièce support chevauchant le ressort et on prévoit la taille de l'emplacement de la soudure formé par-le rayon laser de telle sorte que la forme en spirale puisse supporter les variations habituelles de tolérance du ressort qui apparaissent lors de l'opération de soudage. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on fixe également la pièce support au cylindre par soudure au rayon laser, avant ou après l'avoir associée au ressort en spirale. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise un cylindre présentant une pièce support construite d'un seul tenant sur celui-ci. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5, 6 ou 7, caractérisé en ce que l'on fixe également par soudure au laser par chevauchement une autre pièce de solidarisa tion sur l'extrémité libre et éloignée du cylindre du ressort. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 à 8, caractérisé en ce que l'on tronque le cylindre et/ou la pièce support avant d'effectuer la soudure au laser. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'on fabrique le cylindre et la pièce support à partir de matériaux différents pour des raisons de facilités d'usinage et de soudagel