Résumé de l’invention [0007] L’invention se propose de fabriquer une base de temps la plus précise possible.
[0008] A cet effet, l’invention concerne un procédé d’entretien et de régulation de fréquence, autour de sa fréquence propre, d’un mécanisme résonateur d’horlogerie comportant au moins un premier ensemble balancier-spiral, dont le spiral est maintenu entre un piton à une première extrémité externe et une virole d’un balancier à une deuxième extrémité interne, selon lequel procédé on met en oeuvre au moins un dispositif régulateur agissant sur ledit mécanisme résonateur avec un mouvement périodique, où ledit mouvement périodique impose une modulation périodique au moins de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur, avec une fréquence de régulation dudit dispositif régulateur qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier de ladite fréquence propre, ledit multiple entier étant supérieur ou égal à 2, où ledit mouvement périodique impose ladite modulation périodique de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur par modulation de la position d’au moins un des points de fixation dudit mécanisme résonateur, caractérisé en ce qu’on fait agir ledit dispositif régulateur pour modifier périodiquement, ou bien un degré de liberté du point de pitonnage dudit spiral au niveau dudit piton, ou bien la position du point d’attache dudit spiral à ladite virole, ou bien à la fois un degré de liberté du point de pitonnage dudit spiral au niveau dudit piton et la position du point d’attache dudit spiral à ladite virole. [0009] L’invention concerne encore un mouvement d’horlogerie comportant au moins un mécanisme résonateur comportant au moins un premier ensemble balancier-spiral, dont le spiral est maintenu entre un piton à une première extrémité externe et une virole d’un balancier à une deuxième extrémité interne, ledit premier ensemble balancier-spiral étant agencé pour osciller autour de sa fréquence propre, caractérisé en ce que ledit mouvement comporte au moins un dit dispositif régulateur pour la mise en oeuvre du procédé, pour réguler en fréquence ledit mécanisme résonateur, ledit au moins un dispositif régulateur étant agencé pour osciller à une fréquence de régulation qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier de ladite fréquence propre, ledit multiple entier étant supérieur ou égal à 2, pour modifier périodiquement la position d’au moins un point dudit spiral et/ou dudit piton et/ou de ladite virole et/ou d’au moins un point de pivotement du balancier que comporte ledit ensemble balancier-spiral, ledit dispositif régulateur étant agencé pour, ou bien imposer une modulation périodique de l’équilibre entre les forces de rappel agissant sur ledit mécanisme résonateur, ou bien pour imposer une modulation périodique de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur par modulation de la position d’au moins d’un des points de fixation dudit mécanisme résonateur, par action périodique sur, ou bien un degré de liberté du point de pitonnage dudit spiral au niveau dudit piton, ou bien la position du point d’attache dudit spiral à ladite virole, ou bien à la fois un degré de liberté du point de pitonnage dudit spiral au niveau dudit piton et la position du point d’attache dudit spiral à ladite virole.
[0010] L’invention concerne encore une pièce d’horlogerie comportant au moins un tel mouvement d’horlogerie.
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Description sommaire des dessins [0011] D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, en référence aux dessins annexés, où:
la fig. 1 représente, de façon schématisée, un mécanisme résonateur paramétrique régulé selon l’invention, comportant un balancier-spiral d’horlogerie, dont la spire externe du spiral est fixée à un piton auquel un dispositif régulateur impose un mouvement périodique;
la fig. 2 représente, de façon schématisée, un diapason avec deux balanciers-spiraux attachés l’un à l’autre;
la fig. 3 représente, sous forme d’un schéma-blocs, une montre comportant un mouvement mécanique avec un mécanisme résonateur régulé selon l’invention;
la fig. 4 représente un spiral principal fixé à une virole formée par la serge d’un petit balancier-spiral de fréquence double de celle du spiral principal.
Description détaillée des modes de réalisation préférés [0012] Le but de l’invention est de fabriquer une base de temps pour rendre une pièce d’horlogerie, en particulier une pièce d’horlogerie mécanique, notamment une montre mécanique, la plus précise possible.
[0013] Une manière d’y parvenir consiste à associer différents résonateurs, soit directement, soit via l’échappement.
[0014] Pour pallier le facteur d’instabilité lié à un mécanisme d’échappement, un système de résonateur paramétrique permet notamment de diminuer l’influence de ce mécanisme d’échappement, et de rendre ainsi la montre plus précise.
[0015] Un oscillateur paramétrique selon l’invention utilise, pour le maintien des oscillations, une actuation paramétrique qui consiste à faire varier au moins un des paramètres de l’oscillateur avec une fréquence de régulation roR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier de la fréquence propre ωθ du système oscillateur à réguler, ce multiple entier étant supérieur ou égal à 2.
[0016] Dans une variante particulière, la fréquence de régulation roR a la valeur d’un multiple entier, notamment double, de la fréquence propre ωθ du système oscillateur à réguler.
[0017] Par convention et afin de bien les distinguer, on appelle ici «dispositif régulateur» 2 l’oscillateur qui sert à l’entretien et à la régulation de fréquence de l’autre système entretenu, lequel est dénommé «le mécanisme résonateur» 1.
[0018] La lagrangienne L d’un résonateur paramétrique de dimension 1 est:
1 1
L = T - V = - /(t)x2 - - Æ(t)[x - %o(0]2 où T est l’énergie cinétique, et V l’énergie potentielle, et l’inertie I(t), la rigidité k(t) et la position du point de repos x0(t) dudit mécanisme résonateur sont une fonction périodique du temps t,
X est la coordonnée généralisée du mécanisme résonateur.
[0019] La notation des dérivées est faite par un point au-dessus du nom de la grandeur pour la dérivée première, par deux points pour la dérivée seconde.
[0020] L’équation du résonateur paramétrique forcé et amorti est obtenue par l’équation de Lagrange pour la lagrangienne L en ajoutant un forçant f(t) et une force de Langevin prenant en compte les mécanismes dissipatifs:
+ /(0 2 W[* “ x0 (0] = /(0 o t ot où le coefficient de la dérivée du premier ordre en x est:
y(t)= [/?(t) + /(t)]//(O, ß(t) > 0 étant le terme décrivant les pertes, et où le coefficient du terme d’ordre nul dépend de la fréquence du résonateur ω(ί) = [0021] La fonction f(t) prend la valeur 0 dans le cas d’un oscillateur non-forcé.
[0022] Cette fonction f(t) peut, encore, être une fonction périodique, ou encore être représentative d’une impulsion de type Dirac.
CH 709 277 B1 [0023] L’invention consiste à faire varier, par l’action d’un premier mécanisme oscillateur d’entretien dit dispositif régulateur, l’un et/ou l’autre, ou tous, les termes ß(t), k(t), l(t), x0(t), avec une fréquence de régulation roR, dont la valeur qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier supérieur ou égal à 2, et est notamment double, de la fréquence propre ωθ du mécanisme résonateur à réguler.
[0024] Dans une réalisation particulière, la fréquence de régulation roR est un multiple entier, notamment double, de la fréquence propre ωθ du mécanisme résonateur à réguler.
[0025] De préférence, un ou plusieurs ou tous les termes ß(t), k(t), l(t), x0(t), varient avec une fréquence de régulation roR qui est de préférence multiple entière, notamment double, de la fréquence propre roO du mécanisme résonateur à réguler.
[0026] Généralement, l’oscillateur d’entretien ou dispositif régulateur, en plus de la modulation des termes paramétriques, introduit aussi un terme d’entretien non paramétrique f(t), dont l’amplitude est négligeable une fois que le régime paramétrique est atteint [W. B. Case, The pumping of a swing from the standing position, Am. J. Phys. 64, 215 (1996)].
[0027] Dans une variante, le terme forçant f(t) peut être introduit par un deuxième mécanisme d’entretien.
[0028] Dans l’exemple de l’oscillateur amorti non forcé, et dans le cas où Xq est une constante, les paramètres de l’équation se résument au terme de fréquence ro et au terme de pertes ß, notamment de pertes par frottements mécaniques, ou aérodynamiques, ou internes, ou autres.
[0029] Le facteur de qualité de l’oscillateur est défini par Q = ω/β.
Pour mieux comprendre le phénomène, on peut se rapprocher de l’exemple d’un pendule dont on fait varier la longueur. Dans ce cas,
..2 S
û) = —
L avec L la longueur du pendule, et g l’accélération de la pesanteur.
[0030] Dans cet exemple particulier, si la longueur L est modulée dans le temps périodiquement avec une fréquence 2ro et une amplitude de modulation ôL suffisante (ôL/L > 2β/ω), le système oscille à la fréquence ro sans s’amortir.
[D. Rugar et P. Grutter, Mechanical parametric amplification and thermomechanical noise squeezing, PRL 67, 699 (1991), A. H. Nayfeh and D. T. Mook, Nonlinear Oscillations, Wiley-lnterscience, (1977)].
Le terme d’ordre nul peut encore prendre la forme ro2(A, t), où A est l’amplitude d’oscillation.
Le principe peut être repris dans une pièce d’horlogerie ou une montre qui comporte un mécanisme résonateur mécanique à balancier-spiral, avec une extrémité du spiral fixée à une virole solidaire du balancier, et l’autre extrémité fixée à un piton. L’entretien paramétrique d’un tel système balancier-spiral peut notamment être réalisé en rendant mobile, de façon périodique, ce piton, ou cette virole, ou encore un autre point de ce spiral.
[0031] L’oscillation peut être maintenue et la précision du système est notoirement améliorée.
[0032] L’industrialisation de tels systèmes d’oscillateurs paramétriques est liée aux deux fonctions essentielles: la fourniture d’énergie et le comptage.
[0033] Ces deux fonctions peuvent être séparées, comme illustré par la fig. 2, en utilisant un diapason avec deux balanciers-spiraux attachés l’un à l’autre, où l’un oscillant à une fréquence 2ro est lié à l’échappement, et l’autre oscillant à une fréquence ro est lié au comptage.
[0034] Il est, encore, possible de privilégier une modification, notamment périodique, des pertes par frottements dans l’air, plutôt que défaire osciller le terme de fréquence, ou encore de modifier l’inertie du balancier par un balourd.
[0035] Pour une efficacité maximale, l’entretien est avantageusement effectué avec une fréquence multiple dont la valeur est un multiple entier supérieur ou égal à 2, et notamment est double, de la fréquence du mécanisme résonateur entretenu. Les moyens mécaniques d’entretien peuvent prendre différentes formes, celle présentée ici consiste dans l’entretien par déplacement du piton.
[0036] Le principe est de faire varier la position du piton en x ou y ou z ou rotation autour de l’axe x ou y ou z, en particulier en rotation selon un angle θ dans le plan xy, ou encore en vrillage du spiral 4 selon l’angle ψ, tel que visible sur la fig. 1.
[0037] L’utilisation d’un échappement paramétrique à système bielle-manivelle permet de secouer le piton tangentiellement, ou encore, de façon avantageuse, selon un arc de cercle ou similaire, autour du balancier.
[0038] L’excitation au double de la fréquence peut être effectuée avec un signal carré ou impulsionnel, il n’est pas indispensable d’avoir une excitation sinusoïdale.
[0039] Le dispositif régulateur d’entretien n’a pas besoin d’être très précis: son défaut de précision éventuel se traduit seulement par une perte d’amplitude, mais sans variation de la fréquence (sauf bien sûr si cette fréquence est très variable, ce qui est à éviter). En fait, ces deux oscillateurs, dispositif régulateur d’entretien et mécanisme résonateur entretenu, ne sont pas couplés, mais l’un des deux entretient l’autre, idéalement à sens unique.
[0040] Dans une réalisation préférée, il n’y a pas de ressort de couplage entre ce dispositif régulateur d’entretien et le mécanisme résonateur entretenu.
CH 709 277 B1 [0041] On comprend bien que l’invention se distingue des oscillateurs couplés connus par ailleurs: en effet, on ne souhaite pas, dans la mise en oeuvre de l’invention, de réversibilité du transfert d’énergie entre deux oscillateurs, mais plutôt, dans la mesure du possible un transfert d’énergie à sens unique d’un oscillateur vers l’autre.
[0042] Dans une variante particulière de l’invention, on effectue un déplacement continu et monotone du comptage-repos.
[0043] Dans une variante particulière de l’invention, on effectue un déplacement impulsionnel du comptage-repos.
[0044] Ainsi, l’invention concerne un procédé d’entretien et de régulation de fréquence d’un mécanisme résonateur 1 d’horlogerie autour de sa fréquence propre ωθ.
[0045] Selon l’invention, on met en oeuvre au moins un dispositif régulateur 2 agissant sur ledit mécanisme résonateur 1 avec un mouvement périodique, et ledit mouvement périodique impose une modulation périodique au moins du point de la position dudit mécanisme résonateur 1, avec une fréquence de régulation roR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier de ladite fréquence propre ωθ, ledit multiple entier étant supérieur ou égal à 2.
[0046] Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l’invention, ce mouvement périodique impose une modulation périodique au moins du facteur de qualité et de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur 1, avec une fréquence de régulation roR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier de ladite fréquence propre ωθ, ledit multiple entier étant supérieur ou égal à 2.
[0047] Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l’invention, ce mouvement périodique impose une modulation périodique au moins de la fréquence de résonance et de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur 1, avec une fréquence de régulation roR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier de ladite fréquence propre roO, ledit multiple entier étant supérieur ou égal à 2.
[0048] Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l’invention, ce mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance et du facteur de qualité et de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur 1, avec une fréquence de régulation roR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier de ladite fréquence propre roO, ledit multiple entier étant supérieur ou égal à 2.
[0049] Plus particulièrement, ce mouvement périodique impose une modulation périodique de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur 1, par modulation au moins d’un des points de fixation dudit mécanisme résonateur 1.
[0050] Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l’invention, ce mouvement périodique impose une modulation périodique de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur 1, par modulation de la position de fixation dudit mécanisme résonateur 1 et/ou par modulation de l’équilibre entre les forces de rappel agissant sur ledit mécanisme résonateur 1.
[0051] Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l’invention, la fréquence de régulation roR a une valeur qui est un multiple entier de la fréquence propre roO, et notamment une valeur double.
[0052] Dans un mode particulier de mise en oeuvre de l’invention, la fréquence de régulation roR est comprise entre 1.8 roO et 2.2 roO.
[0053] De façon avantageuse, le mouvement périodique imprimé par le dispositif régulateur 2 a une amplitude supérieure à la valeur définie par le quotient de l’amplitude du mécanisme résonateur 1 par le facteur de qualité de ce mécanisme résonateur 1.
[0054] L’invention concerne plus précisément la régulation de fréquence d’un mécanisme résonateur d’horlogerie avec déplacement local du spiral.
[0055] Dans une application particulière de l’invention, on l’applique à un mécanisme résonateur 1 comportant au moins un ensemble balancier-spiral 3, dont le spiral 4 est maintenu entre un piton 5 à une première extrémité externe 6 et une virole 7 à une deuxième extrémité interne 8, et on fait agir au moins un dispositif régulateur 2 sur au moins un point du spiral 4 et/ou sur le piton 5 et/ou sur la virole 7, et/ou au moins un point de pivotement du balancier que comporte cet ensemble balancier-spiral 3.
[0056] Tel que visible sur la fig. 1, dans une première variante de l’invention, on fait agir au moins un dispositif régulateur 2 en entretien de l’oscillation du mécanisme résonateur 1 par déplacement périodique du piton 5 et on excite le balancierspiral 3 en modifiant périodiquement au moins un degré de liberté de son point de pitonnage au niveau du piton 5.
[0057] Ce mouvement périodique imprimé au piton 5 peut être réalisé de différentes manières:
- on modifie la position du piton 5 au moins dans un plan perpendiculaire à l’axe de pivotement D du balancier 9 que comporte l’ensemble balancier-spiral 3, et/ou
- on modifie la position du piton 5 au moins selon un axe linéaire parallèle à l’axe de pivotement D du balancier 9 que comporte l’ensemble balancier-spiral 3, et/ou
- on modifie la position du piton 5 au moins dans un mouvement de lacet autour d’un axe linéaire parallèle à l’axe de pivotement D du balancier 9 que comporte l’ensemble balancier-spiral 3.
CH 709 277 B1 [0058] Dans une deuxième variante de l’invention, on fait agir au moins un tel dispositif régulateur 2 sur au moins le point d’attache du spiral 4 à la virole 7. La fig. 4 illustre un exemple où la virole 7 à laquelle est attaché le spiral principal 4 est formée par la serge d’un petit balancier-spiral de fréquence 2 ωθ.
[0059] Dans une troisième variante de l’invention, on fait agir au moins un tel dispositif régulateur 2 sur au moins un point de pivotement du balancier que comporte l’ensemble balancier-spiral 3.
[0060] De façon avantageuse, pour les différentes variantes, la fréquence de régulation coR est le double de la fréquence propre ωθ.
[0061] L’invention concerne encore un mouvement d’horlogerie 10 comportant au moins un mécanisme résonateur 1 comportant au moins un ensemble balancier-spiral 3, dont le spiral 4 est maintenu entre un piton 5 à une première extrémité externe 6 et une virole 7 à une deuxième extrémité interne 8.
[0062] Selon l’invention, ce mouvement 10 comporte au moins un dispositif régulateur 2 modifiant périodiquement la position du piton 5.
[0063] L’invention concerne encore une pièce d’horlogerie 30, notamment une montre, comportant au moins un tel mouvement d’horlogerie 10.
Revendications
1. Procédé d’entretien et de régulation de fréquence, autour de sa fréquence propre ωθ, d’un mécanisme résonateur (1) d’horlogerie comportant au moins un premier ensemble balancier-spiral (3), comportant un balancier (9) et un spiral (4), ledit premier ensemble balancier-spiral (3) oscillant autour de ladite fréquence propre ωθ et assurant une fonction de comptage, et dont ledit spiral (4) est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et une virole (7) du balancier (9) à une deuxième extrémité interne (8), selon lequel procédé on met en oeuvre au moins un dispositif régulateur (2) constitué par un deuxième ensemble balancier-spiral qui assure une fonction de fourniture d’énergie et oscille à une fréquence de régulation coR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d’un multiple entier de ladite fréquence propre ωθ, ledit multiple entier étant supérieur ou égal à 2, et ledit au moins un dispositif régulateur (2) agissant sur ledit mécanisme résonateur (1) avec un mouvement périodique qui impose une modulation périodique au moins de la position d’un point de repos dudit mécanisme résonateur (1), avec ladite fréquence de régulation coR, par modulation de la position d’au moins un des points de fixation dudit mécanisme résonateur (1), caractérisé en ce qu’on fait agir ledit au moins un dispositif régulateur (2) en entretien de l’oscillation dudit mécanisme résonateur (1) par déplacement périodique dudit piton (5), ou par modification périodique de la position du point d’attache du spiral (4) dudit premier ensemble balancier-spiral (3) à ladite virole (7), ou par action sur au moins un point de pivotement dudit balancier (9) que comporte ledit premier ensemble balancier-spiral (3).