WO2016124436A1 - Resonateur isochrone d'horlogerie - Google Patents

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WO2016124436A1
WO2016124436A1 PCT/EP2016/051486 EP2016051486W WO2016124436A1 WO 2016124436 A1 WO2016124436 A1 WO 2016124436A1 EP 2016051486 W EP2016051486 W EP 2016051486W WO 2016124436 A1 WO2016124436 A1 WO 2016124436A1
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WO
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primary
oscillator mechanism
isochronous
mass
flexible
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PCT/EP2016/051486
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Pascal Winkler
Jean-Luc Helfer
Gianni Di Domenico
Thierry Conus
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Eta Sa Manufacture Horlogere Suisse
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Priority to EP16701499.2A priority patent/EP3254158B1/fr
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    • G04B5/02—Automatic winding up by self-winding caused by the movement of the watch
    • G04B5/04—Automatic winding up by self-winding caused by the movement of the watch by oscillating weights the movement of which is limited

Definitions

  • the invention relates to an isochronous clock oscillator mechanism, comprising a fixed support which carries a carrier beam of a plurality of N primary resonators each comprising at least one mass carried by a flexible rotary guide fixed to said cross-member.
  • the invention also relates to a watch movement comprising at least one such isochronous oscillator mechanism.
  • the invention also relates to a watch comprising at least one such movement.
  • the invention relates to the field of clock oscillator mechanisms and regulators, in particular for mechanical movements.
  • the isochronism of the movement must be optimal in all positions in space, which implies the design of movements able to compensate for the effects of gravitation on their constituents.
  • oscillators comprising a plurality of primary resonators having flexible branches, arranged relative to each other so as to average their errors.
  • a first type of oscillator with coupled primary resonators is known as a tuning fork whose each branch is formed by a primary resonator; however, such a system is very sensitive to variations in position in space.
  • the patent CH 451021 in the name of Ebauches SA thus describes a symmetrical oscillator in U whose two flexible branches vibrate in tuning fork mode, each being connected to a rigid arm forming a counterweight, and each primary resonator thus formed is arranged so that the instant center of rotation coincides with the center of gravity, so that the frequency of the oscillator does not change substantially during changes in position in the center of gravity.
  • the transition to a U-shaped architecture with extended branches is better than the U-shape of the prior art.
  • the instantaneous center of rotation constantly moves during the oscillation of each primary resonator.
  • the patent CH 46203 also in the name of Ebauches SA is a variant of the previous, comprising a counting device transforming the oscillating movements of one of the two resonators into rotary movements of a counting wheel, this counting device being attached to the one of these rigid arms, so that the counting device is insensitive to accelerations and in particular to shocks.
  • GB 1293159 in the name of SEIKO develops a theory based on the influence on the regularity of operation of the derivative of the displacement of the center of mass with respect to the angle of rotation, and seeks a displacement along a straight line of the center of mass of each primary resonator, to optimize the influence on walking.
  • the center of mass is positioned two-thirds of the bending blade used in this system, to theoretically cancel the effect on walking in the vertical positions.
  • the center of mass moves a lot, and such a system remains sensitive to shocks.
  • this theory is based on a geometrical approximation, because in reality the deformation of the flexible blade is no longer really an arc of a circle, and the presumably rectilinear displacement of the center of mass is not verified. Summary of the invention
  • the invention proposes to jointly solve the problem of isochronism and that of obtaining the best possible quality factor. It is, in a way, to combine the respective advantages of known mechanisms using as resonator, or a balance-spiral assembly relatively insensitive to differences in position in space in its developments and most advanced montages but whose quality factor is strongly limited by the pivoting and the different losses, or a tuning fork with parallel blades which, freeing from the pivoting, has a factor of better quality than a sprung balance but is very sensitive to the position in the space.
  • the invention relates to an isochronous clock oscillator mechanism according to claim 1.
  • the invention also relates to a watch movement comprising at least one such isochronous oscillator mechanism.
  • the invention also relates to a watch comprising at least one such movement.
  • FIG. 1 is a diagrammatic plan view of an isochronous clock oscillator mechanism according to the invention, of the tuning fork type, comprising a fixed support which carries, by a main elastic connection, a carrier cross-section of two primary resonators. planes, symmetrical with respect to a plane of symmetry, and each comprising a mass carried by an elastic flexible blade arranged to work in bending and embedded in the cross;
  • FIG. 2 simulates, schematically:
  • FIG. 3 shows schematically and in plan view, a first embodiment of the invention, said "tuning fork H" in a simplified version;
  • FIG. 4 is a diagrammatic perspective view of a more elaborate H-tuning fork shown in FIG. 5 in an exploded form
  • FIG. 6 is an exploded view, with a local detail, of an H tuning fork in a configuration close to that of FIGS. 4 and 5, without axes, and
  • FIGS. 7A to 7H show the components and the assembly of this H tuning fork. of Figure 6;
  • FIG. 8 and 9 show schematically and in plan view, a second embodiment of the invention, called “tuning fork horns" in simplified versions;
  • Figure 10 shows, schematically and in perspective, and with a local detail, a more elaborate variant of tuning fork horns
  • FIG. 11 illustrates, in exploded form, a forked horn fork in a configuration similar to that of FIG. 10, without axes, and FIGS. 12A to 12H represent the components and the assembly of this H-tuning fork of FIG. ;
  • FIGS. 13 and 14 show, in perspective and in plan view, a torsion tuning fork which comprises arms, each provided with a mass at its distal end, and oscillating in parallel planes and symmetrically with respect to a axis parallel to these two planes;
  • FIG. 15 illustrates another variant of tuning fork with two resonators, each comprising a spiral spring recessed at a first end on a common cross-piece and having a mass at a second distal end, these two resonators extending in two parallel planes and being , in projection on one of these planes, symmetrical with respect to a plane of symmetry which is perpendicular to these two planes;
  • FIG. 16 schematically and in plan view shows a mechanism similar to the goat horn tuning fork of FIG. 8, which comprises, at each end of the cross member, a pair of spirals both connected to the same mass. respective at their internal turn, and attached to the respective cross on both sides of this mass;
  • FIGS. 17 and 18 are diagrams illustrating surfaces cooperating in friction in case of drift, this friction increasing with the amplitude in the case of FIG. 18;
  • FIG. 19 represents, schematically and in perspective, and with a local detail, a variant in which the cross-member constitutes a surrounding frame; primary resonators, in an example of application to four resonators;
  • FIG. 20 schematically and in plan view shows another variant of crossbar formed by a frame, in a straight-blade oscillator, constituting the counterpart of the H-tuning fork;
  • FIG. 21 shows schematically and in plan, another variant of a cross member formed by a frame in a spiral oscillator, constituting the pendulum of the tuning fork goat horns;
  • Fig. 22 is a block diagram showing a watch having a movement incorporating an isochronous oscillator mechanism according to the invention.
  • FIG. 23 is a diagrammatic plan view of an oscillator comprising three primary resonators mounted in a star;
  • FIG. 24 schematically and in plan view shows an oscillator comprising four identical primary resonators mounted in complete symmetry with each other;
  • FIG. 25 shows schematically and in plan, a cross-sectional flexible guide detail
  • FIG. 26 is a diagrammatic plan view of a flexible guide detail with two crossed blades arranged in two different planes parallel to each other.
  • the invention proposes to realize a resonator mechanism with the least possible loss, and which is the least sensitive chronometrically to its orientation in the gravitational field.
  • the invention seeks to reduce losses, in particular due to friction of pivots, and displacements of the recess.
  • the inventive step is to remove the traditional pivots, while minimizing the movements of the center of mass and the reactions of the support.
  • a mechanical resonator necessarily comprises at least one elastic element and an inertial element.
  • an elastic element to provide the guiding function.
  • This elastic element is then advantageously higher, thicker and more rigid than a conventional elastic element such as a spiral spring or the like, which leads to favor the use of flexible blades.
  • rotary resonators whose center of mass coincides with the center of rotation, which reduces the influence of gravity and shocks in translation on the accuracy of the resonator.
  • the search for a high quality factor encourages the implementation of a tuning fork type structure.
  • the inventive step consists in producing a tuning fork isochronous resonator, with a plurality of primary resonators arranged in a symmetry geometry with respect to an axis, and together constituting a tuning fork.
  • the invention sets out to privilege the least possible displacement of the center of mass of each primary resonator, which offers, again, the advantage of a very good insensitivity to shocks.
  • the invention proposes the construction of a structure comprising symmetries compensating for all efforts brought to the level of the fixation of the oscillator; for this purpose, it is advantageous to unfold the known U of the prior art to form a structure substantially in H.
  • the invention is more particularly described below, in a nonlimiting manner, in the preferred form of a tuning fork with two primary resonators symmetrical with respect to a plane of symmetry, which constitutes a particular advantageous case because of its simplicity.
  • the invention is applicable to any number N of primary resonators: three, four, or more, provided that the symmetry of their relative arrangement and their relative temporal phase-shift make it possible to compensate for the effects of the reaction torques on embedding.
  • the invention relates to an equilibrium isochronous oscillator mechanism 1, of the tuning fork type, comprising a fixed support 2 which carries a cross member 4 carrying a plurality of N primary resonators 10.
  • Each primary resonator 10 comprises at least one mass 5 carried by a flexible rotary guide 20 fixed to the crossbar 4.
  • These primary resonators 10 constitute the equivalent of the arms that includes a conventional fork fork, and crosses 4 the equivalent of the common part of the tuning fork protruding these arms.
  • each primary resonator 10 has a center of mass CM which is located, at rest, on the virtual pivot axis APV of the rotary flexible guide 20 that this primary resonator 10 comprises.
  • each primary resonator 10 is arranged to oscillate in a rotational movement about the virtual pivot axis APV.
  • the N primary resonators 10 are arranged in rotation symmetry of order N around a main axis AP which is parallel to all the virtual pivot axes APV which are parallel to each other.
  • each rotary flexible guide 20 is, in projection on a plane perpendicular to the main axis AP, symmetrical with respect to a plane of symmetry PS passing through the virtual pivot axis APV of the rotary flexible guide 20 considered.
  • each plane of symmetry PS passes through the main axis
  • Figure 24 illustrates an exemplary oscillator 1 having four identical primary resonators 10 mounted in complete symmetry with each other.
  • each rotary flexible guide 20 is arranged to cause a return torque proportional to the rotation angle of the mass 5, or masses 5 if there are several, with respect to the virtual pivot axis APV of the rotary flexible guide 20 considered.
  • the use of rotating flexible guides makes it possible to maintain the center of mass CM of each primary resonator 10 on the virtual pivot axis APV of the rotary flexible guide 20 considered, or in its immediate vicinity, for example during a strong acceleration or of a shock.
  • the rotary primary resonators surround the crosspiece 4, and have at least one identical resonance mode, and are arranged to vibrate in a phase shift between them of the value 2 ⁇ / ⁇ . Their arrangement of symmetry in space is such that the resultant of the forces and torques applied by the primary resonators 10 on the crossbar 4 is zero.
  • Each rotating flexible guide 20 constitutes an elastic return means, arranged to work in bending, and defines a substantially immobile virtual pivot axis APV.
  • all the primary resonators 10 are identical to each other.
  • the crosspiece 4 is fixed to the fixed support 2 by a main elastic connection 3, whose rigidity is greater than the rigidity of each rotary flexible guide 20.
  • This characteristic ensures a coupling between the primary resonators 10.
  • the rigidity of this main elastic connection 3 is greater than the total of the rigidities of all the rotary flexible guides 20 that the isochronous oscillator mechanism 1 comprises.
  • each primary resonator 10 is arranged to oscillate in a plane around a neutral axis AN.
  • the damping of the main elastic connection 3 is greater than the damping of each rotary flexible guide 20, and, more particularly, the damping of the main elastic connection 3 is greater than the total of the dampings of all the guides.
  • rotary hoses 20 that comprise the primary resonators 10.
  • the oscillator 1 comprises three primary resonators 10 mounted in a star, each with a neutral axis inclined with respect to the radial end of the main axis AP.
  • all the neutral axes AN are angularly offset from the value 2 ⁇ / ⁇ .
  • all the neutral axes AN are parallel to each other or to each other.
  • each flexible guide 20 is symmetrical with respect to the neutral axis AN of the primary resonator 10 to which it belongs.
  • the primary resonators 10 are even or two in number.
  • the flexible guide 20 comprises at least one elastic flexible blade 6, and its virtual pivot axis APV is in the middle of the elastic flexible blade 6, that is to say halfway between the recesses of this flexible blade 6 in the crossbar 4 and in the at least one mass 5.
  • the flexible guide 20 comprises at least crossed blades, in the same plane as visible in FIGS. 23 to 25, or in projection as visible in FIG. 26.
  • the flexible guide 20 comprises at least one neck with a narrowed section, as can be seen in FIG.
  • the primary resonators 10 are even or two in number, and each flexible guide 20 comprises at least one spiral winding around the virtual pivot axis APV which is located on the neutral axis AN of the primary resonator 10 to which it belongs. More particularly so as to ensure symmetry of operation, the spirals of these primary resonators 10 are arranged in pairs.
  • the flexible guide 20 is made of micro-machinable material, or silicon and / or silicon oxide, or quartz, or DLC, in particular in the form of a monoblock component, while particularly when the flexible guide 20 is substantially planar.
  • This one-piece component may also comprise a support for fixing the mass 5 or the masses 5, which are more particularly made of a material of higher density.
  • This monobloc component can also be integral with the cross member 4, or with its main elastic connection 3, or even with the fixed support 2.
  • each primary resonator 10 comprises thermal compensation means, at least at the level of the flexible guide 20.
  • each mass 5 is designed so that the center of mass CM remains invariant during temperature changes. .
  • thermal compensation means comprise at least one component made of élinvar, or of silicon and silicon oxide.
  • At least one primary resonator 10 comprises frost limiting means arranged to cooperate in the event of an abutment abutment impact with complementary frost limiting means, which comprises, for example, a structure 5 and / or the cross member 4.
  • frost limiting means which comprises, for example, a structure 5 and / or the cross member 4.
  • a mass 5 comprises a flowing finger, during the oscillation of the primary resonator 10, in an oblong groove of the fixed support 2, or vice versa.
  • each primary resonator 10 is coupled to each other, at least intermittently, by an escape wheel.
  • each primary resonator 10 carries, at a mass 5, an arm whose distal end is arranged to cooperate with the toothing of the escape wheel.
  • the primary resonators 10 are arranged to oscillate each at a frequency between 1 Hz and 100 Hz.
  • Figures 1 to 17 illustrate examples with two primary resonators
  • Figure 19 illustrates an example with four primary resonators.
  • the primary resonators 10 are arranged in the space so that the resultant of their operating errors due to the gravitation is zero.
  • the primary resonators 10 are rotatable, which makes the isochronous oscillator mechanism 1 according to the invention insensitive to gravitation.
  • each primary resonator 10 forms a rotary resonator, whose center of mass is on the place whose translations are minimal during rotation, and that one seeks to make null in normal operation. This is to minimize movements of the center of mass in the gravity field or under the effect of shocks, and thus improve the chronometry of the system.
  • the main elastic connection 3 between the cross member 4 and the fixed support 2 is preferably constituted by an elastic blade, it does not move substantially when the isochronous oscillator mechanism 1 oscillates in tuning fork mode. Indeed, the branches of the tuning fork constituted by the primary resonators 10 exchange energy movement through the cross 4, but the movements of the cross 4 are minimal.
  • the direction in which the centers of mass CM of the primary resonators 10 are moved is called the longitudinal direction X.
  • a transverse direction Y is substantially perpendicular to this longitudinal direction X.
  • a direction Z completes the direct trihedron.
  • the cross member 4 is straight and extends in the longitudinal direction X.
  • all or part of the isochronous oscillator mechanism 1 is arranged symmetrically with respect to a symmetry plane PSY which extends parallel to the transverse direction Y.
  • the main elastic connection 3 extends along the main direction Y, as can be seen in the examples of FIGS. 1 to 17.
  • the primary direction which connects the point of embedding on the crosspiece 4 of an elastic flexible blade 6 to the center of mass CM of the corresponding primary resonator 10, when the latter is at rest, is parallel to the longitudinal direction X.
  • FIG. 1 illustrates a simplified embodiment of an isochronous clock oscillator mechanism 1 according to the invention, of tuning fork type, comprising a fixed support 2 which carries, by a main elastic connection 3, made in the form of a flexible blade, a crossbar 4 carrying two planar primary resonators 10A, 10B, symmetrical with respect to a plane of symmetry PSY, and each having a mass, respectively 5A, 5B, carried by an elastic flexible blade, respectively 6A, 6B, constituting the flexible guide 20 of the primary resonator 10 concerned, arranged to work in bending and embedded in the crossbar 4, symmetrically with respect to the plane of symmetry PSY.
  • the primary directions of the different primary resonators 10 which constitute this isochronous oscillator mechanism 1 are parallel to the longitudinal direction X, or merged.
  • the flexible guides 20, in particular the flexible flexible blades 6, are arranged in such a way that the displacement of each center of mass CM of the given primary resonator 10 is minimal in the transverse direction Y where it is not provided that the displacements of the different centers of mass CM of the given primary resonators 10 are compensated with respect to one another in the longitudinal direction X: if, as in the case of the figures, the mechanism Isochronous oscillator 1 comprises two primary resonators 10A and 10B arranged back-to-back on either side of the crosspiece 4, their respective centers of mass CMA and CMB move essentially in the longitudinal direction X, but with displacements of the same value but opposite meanings.
  • the advantage of an arrangement according to the invention is to have elastic blades working in almost pure bending, which makes it possible to obtain an isochronous resonator.
  • the torque is proportional to the angle a whose corresponding mass pivots.
  • the frequency is therefore independent of the amplitude of the oscillation.
  • the distance between the embedding of the resilient flexible blade 6 in the crossbar 4 and the center of mass CM is equal to the distance between the center of mass CM and the embedding of the elastic flexible blade 6 in the associated mass 5, as visible in FIG.
  • the center of mass CM thus remains on the X axis, or in the immediate vicinity of the X axis, that is to say at a distance of a few micrometers.
  • each primary resonator 10 is arranged to oscillate in a plane.
  • each primary resonator 10 is monolithic.
  • the cross member 4 and the flexible guides 20, in particular the resilient flexible blades 6, primary resonators 10 form a monolithic assembly.
  • the fixed support 2, the main elastic connection 3, the crossbar 4, and the flexible guides 20, in particular the elastic flexible blades 6, primary resonators 10, form a monolithic assembly.
  • Such an embodiment makes it possible to obtain flexible guides 20, in particular so-called “high leaf” elastic blades 6, which have a height that is very large compared to their thickness, in particular at least five times higher than thick, and more particularly at least ten times higher than thick.
  • Such blades in high sheet make it possible to ensure the function of guidance, and to get rid of traditional pivots, which allows a significant increase in the quality factor.
  • the architecture in the form of a tuning fork, according to the invention makes it possible to compensate for all the reactions to the recesses, which still considerably increases the quality factor.
  • the masses 5, 51, 52, primary resonators 10 are essentially subjected to a pivoting movement.
  • the corresponding flexible guide 20, in particular the corresponding flexible flexible blade 6, provides the pivoting guide function.
  • the invention is illustrated here in variants where, each time, a single elastic flexible blade 6 maintains the respective mass 5 with respect to the crossbar 4. It is possible to imagine other variants where these blades 6 would be doubled or multiplied to ensure even better guidance.
  • the advantage of the single blade is to work in pure bending, which eliminates shear stresses, or transverse forces, which are unfavorable for isochronism, which explains the preference for a single flexible blade 6, which ensures therefore a better chronometry of a watch incorporating an oscillator 1 according to the invention.
  • each primary resonator 10 is arranged to oscillate in a plane
  • all the primary resonators 10 are arranged to oscillate in planes parallel to each other, or in the same plane.
  • all these primary resonators 10 are arranged to oscillate in the same plane, for example on the embodiments illustrated in Figures 1 to 12.
  • these primary resonators 10 each extend in a separate plane.
  • FIGS. 1 to 12 illustrate an isochronous oscillator mechanism 1, in which all the primary resonators 10 are identical, in even number, and arranged in symmetry with respect to a plane of symmetry PSY extending parallel to a transverse direction Y which is that of the main elastic connection 3 and perpendicularly to a longitudinal direction X in which are moved the centers of mass CM of the primary resonators 10. Within each pair, the primary resonators 10 then oscillate in phase opposition, which guarantees the compensation of the movements of the centers of mass CM in the longitudinal direction X.
  • the main elastic connection 3 is straight.
  • the elastic flexible blades 6 are straight in the longitudinal direction X.
  • the centers of mass CM of the primary resonators 10 are considered in their alignment at rest . This arrangement guarantees insensitivity to the positions of the isochronous oscillator mechanism 1 according to the invention, unlike a tuning fork of the conventional type with parallel branches which is much too sensitive to the positions in space if it is incorporated in a watch, and which can only be suitable for a piece of clock.
  • the gait diagram shows a delay of a certain value R
  • the residual defect after compensation of the displacements of the centers of mass in X is of very small value, of the same order of magnitude as the defect due to displacements of the centers of mass in Y, which is limited to 3 or 4 micrometers, for a blade of 1 mm long, the cumulative defect thus remains less than 6 seconds per day.
  • the compensation due to the geometry of the isochronous oscillator mechanism 1 according to the invention thus reinforces the character of insensitivity to gravitation due to the operation.
  • the symmetry thus compensates for any residual run error.
  • the resilient flexible blades 6 that comprise the primary resonators 10 are straight and aligned in pairs.
  • the flexible guides 20 are constituted by resilient flexible blades 6 in spirals, wound around the centers of mass CM primary resonators 10 considered.
  • a variant illustrated in FIGS. 13 and 14 represents a torsion tuning fork which comprises arms 51 and 52, each provided with a mass at its distal end, and oscillating in parallel planes P1 and P2 and symmetrically with respect to a axis A parallel to these two planes P1 and P2.
  • tuning fork illustrated in FIG. 15 comprises two resonators, each comprising a spiral spring recessed at a first end on a common cross-piece and having a mass at a second distal end, these two resonators extending in two parallel planes and being, in projection on one of these planes, symmetrical with respect to a plane of symmetry PS which is perpendicular to these two planes.
  • the resulting torque is zero at the embedding at the crossbar 4.
  • the mechanisms must be usable in a watch, and incorporate security, including shockproof.
  • This crosspiece 4 carries a pair of marked masses 51 and 52, mounted symmetrically on either side of the fixed support 2 and the first elastic connection 3.
  • each of them comprises an arm connected in the middle to the corresponding flexible blade 6, this arm extending substantially parallel in the transverse direction Y, and being either a solid arm as in FIG. 3, or an arm comprising inertial flyweights at its opposite ends, either substantially punctual as in Figure 1, or in the form of annular sectors, as visible in Figures 2 and 4 to 7.
  • Each of these masses 51, 52 is mounted oscillating about a virtual pivoting axis of position determined relative to the crossbar 4, and recalled by an elastic flexible blade 6, respectively marked 61, 62, which constitutes means of resilient return and which is secured to one end 41, 42 of the cross member 4, the two ends 41 and 42 being opposite and on either side of the crossbar 4.
  • These flexible blades 61, 62 extend from preferably linearly in the extension and on both sides of the crossbar 4.
  • Each virtual pivoting axis is, in the rest position of the isochronous oscillator mechanism 1, coinciding with the center of mass CM1, CM2, of the respective mass 51, 52.
  • These resilient flexible blades 61, 62 are arranged to limit the displacement of the centers of mass CM1, CM2, to a transverse stroke relative to the crossbar 4, as small as possible in the transverse direction Y, and at a longitudinal stroke in the longitudinal direction X greater than this transverse stroke.
  • the longitudinal arrangement of the resilient flexible blades 61, 62 makes it possible to compensate for the direction of greater displacement of the centers of mass CM1 and CM2, which move symmetrically relative to the plane symmetry PS.
  • the isochronous oscillator mechanism 1 advantageously comprises rotational stops, and / or translational limit stops in the X and Y directions, and / or translation Z limit stops. These stroke limiting means can be integrated, part of a one-piece construction, and / or be reported.
  • the masses 51, 52 advantageously comprise abutment means 7, labeled 71, 72, which are arranged to cooperate with complementary abutment means 73, 74, which the crosspiece 4 comprises, and to limit the displacement of the elastic flexible blades. 61, 62, with respect to the crossbar 4, in the event of shocks or similar accelerations.
  • a mass 5 is not directly carried by the flexible blade 6, the latter comprises, on the other side relative to the main body of the crosspiece 4, an end plate 45, which is arranged to receive, directly or indirectly, this mass 6.
  • the execution of Figures 4 and 5, as the variant of the second embodiment of Figures 1 1 and 12, comprises endpieces 53, 54, arranged to be reported on such a plate end 45 and receive a mass 51 or 52.
  • the variant of the first embodiment of Figures 6 and 7 comprises a sleeve 55 arranged to perform the same function.
  • the ends of the crossmember 4 each comprise two abutment bearing surfaces 42, each of which is arranged to stop an oblique surface 74 that the end plate 45 comprises, so as to limit the angle of deformation a (defined in Figure 1) that can take the flexible blade 6 relative to its installation in the crossbar 4, and thus constituting stops in rotation.
  • the corresponding end of the crosspiece 4 further comprises a housing 79, in this case a bore, arranged to act as a limit stop around the periphery 48 of the substantially circular end plate 45, to limit X and Y translations. to these different stops, which limit the translations in X and Y, we limit the possible influence of shocks, protects the flexible blade 6, and preserves this flexible blade 6 against excessive deformation. And of course the possible movement of the CM centers of mass is limited.
  • FIG. 5 illustrates endpieces 53, 54, which either comprise bores aligned with journals 56 carried by a plate, or comprise bearings aligned with bores of a plate, the bearings thus constituted being non-contact in normal operating mode, and being arranged to take the efforts, especially in Z, in case of shock.
  • FIG. 6 shows, with regard to the variant with the receipt of a sleeve 55, a similar arrangement with respect to the stops.
  • the end plate 45 further comprises a lug with stop surfaces 76 arranged to cooperate abutting abutment with complementary surfaces 78 of the cross member 4, to limit the translations.
  • the bushing 55 has a skirt 57 driven on the end plate 45, but the periphery 59 of this bushing 55 remains at a distance from the bore 79 of the cross member 4, and thus ensures with it the safety in translation in X and in Y .
  • Z-shaped shoulders may also be provided on certain surfaces to form Z-limiting abutment surfaces.
  • the complementary surfaces of the stops In the absence of unexpected accelerations such as shocks, the complementary surfaces of the stops must not be in contact with each other, so as to avoid any unnecessary friction detrimental to the quality factor.
  • Some stroke limiting means may be used to perform damping functions of unwanted vibration modes.
  • first and second embodiments thus show the fixed support 2 and the crossbar 4 which are separated only by a narrow groove 30, here called “honey groove”, around the main elastic connection 3, which is designed to allow coupling in tuning fork mode.
  • the groove 30 allows to limit the angular movement of the crossbar 4, which is insignificant in normal regime, but can occur in case of shock.
  • this groove is filled with a viscous or pasty product, which allows the dissipation of energy in the event of excessive travel.
  • the elastic flexible blades 61, 62 which extend substantially in the longitudinal direction X, are short blades, that is to say a length less than the smallest value between four times their height or thirty times their thickness. It is this short blade characteristic that makes it possible to limit the movements of the center of mass CM concerned.
  • each primary resonator 10 does not move substantially in the transverse direction Y: it performs a crawling movement, on either side of an average axis parallel to the longitudinal direction X, around from a point on this mean axis.
  • the resilient flexible blades 61 and 62 are preferably aligned, these blades being preferably straight.
  • the second mode of tuning horn fork is shown in Figures 8 to 12.
  • the fixed support 2, the main elastic connection 3, the crossbar 4, the flexible flexible blades 6, and the end plates 45 of the primary resonators 10 together form a planar monolithic structure, made of silicon, or oxidized silicon, or quartz, or DLC, or the like, which, in the rest position of the isochronous oscillator mechanism 1, is symmetrical with respect to a plane of symmetry PS, and comprises an elongate cross member 4 extending in the longitudinal direction X, perpendicular to the main elastic connection 3, which extends in the transverse direction Y, and which holds the crossbar 4 on the fixed support 2.
  • this crosspiece 4 carries a pair of marked masses 51 and 52, mounted symmetrically on either side of the fixed support 2 and the first elastic connection 3.
  • Each of these masses 51, 52 is mounted oscillatingly and biased by an elastic flexible blade 6 respectively marked 61, 62, which is a spiral 8, respectively 81, 82, or a spiral assembly.
  • a first hairspring 81 and a second hairspring 82 are each bonded at its inner turn to an end plate 45 for receiving a mass 51, 52, and attached to the respective end 41, 42 of the sleeper 4. by its external turn.
  • the masses 51 and 52 each pivot about a virtual pivot axis of position determined relative to the crossbar 4.
  • Each virtual pivoting axis is, in the rest position of the isochronous oscillator mechanism 1, coinciding with the center of mass CM1, CM2, of the respective mass 51, 52.
  • the masses 51, 52 extend substantially in the transverse direction Y.
  • each of them comprises an arm connected in its middle to the corresponding flexible blade 6, this arm s' extending substantially parallel in the transverse direction Y, and being either a solid arm as in FIG. 3, or an arm having inertial flyweights at its opposite ends, or substantially pointwise as in FIG. 8, or in the form of annular sectors, as shown in FIGS. 9 to 12.
  • each spiral 81, 82 is section or variable curvature along its development.
  • the version illustrated by the figures is a variation of variable thickness, optimized to limit the movements of the center of mass CM.
  • the mass 5 pendulum is preferably suspended by a coil thicker than the rest of the spiral.
  • the development of the hairspring is greater than one turn, and in particular greater than 1.5 turns, which is easier to minimize the displacement of the center of mass.
  • a regular decrease in thickness over 270 °, followed by growth in thickness may make it possible to limit the displacement of the center of mass CM to 3 micrometers in Y and 4 micrometers in X.
  • the polar elemental stiffness advantageously passes through an extremum, for example a mini between two maxi, or the opposite.
  • a satisfactory simulation consists, again, in giving the hairspring an upper stiffness in its portion 89 which is beyond the center of mass towards the outside, than in its portion 88 which lies between the two centers of mass CM1 and CM2.
  • variable thickness corresponds to an elaboration MEMS easier.
  • the modes of oscillation in translation and the displacements in the event of shocks are preferably mechanically limited by axes, or by end pieces 53, 54, or sockets 55.
  • the first hairspring 81 and the second hairspring 82 are attached to the ends 41, 42, in alignment with their respective virtual pivoting axis, in the rest position of the isochronous oscillator mechanism 1.
  • FIG. 16 illustrates another embodiment close to the invention, in which this figure diagram of the second mode is extrapolated by suspending each mass, not to a single spiral, but pairs of spirals 81, 810, respectively 82, 820, attached to the cross member 4, on either side of the centers of mass in the Y direction.
  • This very robust embodiment is however closer of a system with crossed flexible blades that the principle of the present invention.
  • FIG. 19 illustrates a variant where the cross member 4 constitutes a frame surrounding the primary resonators 10, in one example of application to four resonators 10A, 10B, 10C, 10D. It is understood that this inverse architecture of the previous examples is also usable for the implementation of the invention, in all its variants described above, and which are therefore not detailed further here.
  • FIG. 20 illustrates, in this variant of crossbar 4 formed by a frame, the pendant of the tuning fork H.
  • the crossbar 4 carries a pair 51, 52, of masses 5, mounted symmetrically inside the crossbar 4 which form a frame suspended by the first elastic connection 3 to the fixed structure 2, the masses 51, 52 extending substantially in the transverse direction Y.
  • Each of the masses 51, 52 is mounted oscillating about a pivot axis virtual position determined with respect to the crossbar 4, and recalled by a resilient flexible blade 6, respectively 61, 62, which is integral with one side of the frame forming the crossbar 4, the flexible blades 61, 62, extending linearly inside the frame.
  • FIG. 21 illustrates, in this variant of crossbar 4 formed by a frame, the pendulum of the goat horn fork.
  • the crossbar 4 carries a pair 51, 52, masses 5, mounted symmetrically inside the crossbar 4 which forms a frame suspended by the first elastic connection 3 to the fixed structure 2, and substantially in a transverse direction Y perpendicular to the longitudinal direction X in which the centers of mass CM of the primary resonators 10 are movable.
  • Each of the masses 51, 52 is oscillatingly mounted about a virtual pivot axis of position determined with respect to the crossbar 4, and recalled by a spiral 8, respectively 81, 82, which is integral with one side of the frame forming the crossbar 4, these spirals 81, 82, extending inside the frame.
  • the masses 5, 5A, 5B, 51, 52, form rockers.
  • the masses 51, 52 comprise, for balancing adjustment, inertia and adjustment of frequency of oscillation, flyweights 91, 92, and / or housings 93 for receiving such flyweights, preferably in the areas furthest from the ends 41, 42 of the crossbar 4.
  • flyweights advantageously comprise an eccentric insert, for example in platinum, to facilitate adjustment by pivoting the insert.
  • particular areas of these masses may be assigned to laser ablation, or, conversely, to plasma, ink jet or the like, to provide these settings.
  • the invention also relates to a clockwork movement 100, in particular a mechanical movement, comprising such an isochronous oscillator mechanism 1.
  • the invention also relates to a watch 200 comprising such a mechanical movement 100.
  • the oscillator according to the invention constitutes a tuning fork composed of two resonators, preferably rotary, with flexion blades, mounted on a cross member connected, preferably viscoelastically, to the plate.
  • each primary resonator 10 is designed to minimize the displacement of the center of mass CM in the transverse direction Y of the symmetry plane PSY of the tuning fork.
  • the plane of symmetry PSY of the tuning fork is chosen so that the operating errors due to the positions in the longitudinal direction X perpendicular to the transverse direction Y, are canceled between the two branches of the tuning fork constituted by the primary resonators 10, both sides of the crossbar 4.
  • tuning fork type limits the effect of reactions to embedding.
  • the invention minimizes the displacement of the center of mass CM of each primary resonator 10.
  • the elastic element constituted by the flexible blade also acts as a guide, so there is no need for pivots, so there is no friction, and so we get a better quality factor;
  • blade thickness in the form of a turn variable and optimized to limit parasitic movements of the center of mass in the Y direction, resulting in a low error of walking in the vertical position of the watch:
  • the invention makes it possible to obtain a perfectly isochronous oscillator, very compact, requiring no adjustment other than the inertia of the masses, and very easy assembly.

Landscapes

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Abstract

Mécanisme oscillateur isochrone (1) d'horlogerie, comportant un support fixe (2) portant une traverse (4) portant N résonateurs primaires (10) comportant chacun une masse (5) portée par un guidage flexible rotatif (20) fixé à ladite traverse (4). Chaque résonateur primaire (10) a un centre de masse (CM) qui est, au repos, sur l'axe de pivotement virtuel (APV) de son guidage flexible rotatif (20) et est agencé pour osciller en rotation autour dudit axe de pivotement virtuel (APV), lesdits résonateurs primaires (10) sont agencés en symétrie de rotation d'ordre N autour d'un axe principal (AP) parallèle aux axes de pivotement virtuels (APV), et les mouvements d'oscillation de deux résonateurs primaires (10) quelconques sont déphasés de la valeur de l'angle au centre que font leurs axes de pivotement virtuels (APV) respectifs avec l'axe principal (AP). Mouvement d'horlogerie (100) comportant un tel mécanisme oscillateur isochrone 15 (1). Montre (200) comportant un tel mouvement (100).

Description

Résonateur isochrone d'horlogerie
Domaine de l'invention
L'invention concerne un mécanisme oscillateur isochrone d'horlogerie, comportant un support fixe lequel porte une traverse porteuse d'une pluralité de N résonateurs primaires comportant chacun au moins une masse portée par un guidage flexible rotatif fixé à ladite traverse.
L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme oscillateur isochrone.
L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel mouvement.
L'invention concerne le domaine des mécanismes oscillateurs et régulateurs d'horlogerie, en particulier pour des mouvements mécaniques.
Arrière-plan de l'invention
Dans une montre mécanique classique, les frottements de l'air sur le balancier, les frottements des pivots dans leurs paliers et les réactions du piton, limitent le facteur de qualité du résonateur. On cherche à supprimer les frottements des pivots et les réactions de l'encastrement.
Pour une montre, l'isochronisme du mouvement doit être optimal dans toutes les positions dans l'espace, ce qui implique la conception de mouvements aptes à compenser les effets de la gravitation sur leurs constituants.
Des documents anciens décrivent des oscillateurs comportant plusieurs résonateurs primaires comportant des branches flexibles, agencés les uns par rapport aux autres de façon à moyenner leurs erreurs.
Un premier type d'oscillateur à résonateurs primaires couplés est connu sous la forme d'un diapason en U dont chaque branche est formée par un résonateur primaire ; toutefois, un tel système est très sensible aux variations de position dans l'espace.
Le brevet CH 451021 au nom de Ebauches SA décrit ainsi un oscillateur symétrique en U dont les deux branches flexibles vibrent en mode diapason, chacune étant reliée à un bras rigide formant contrepoids, et chaque résonateur primaire ainsi constitué est agencé de façon à ce que le centre instantané de rotation coïncide avec le centre de gravité, de façon à ce que la fréquence de l'oscillateur ne varie pratiquement pas lors des changements de position dans le centre de gravité. Le passage à une architecture en forme de U à branches prolongées se révèle meilleure que la forme en U de l'art antérieur. Toutefois le centre instantané de rotation se déplace en permanence lors de l'oscillation de chaque résonateur primaire.
Le brevet CH 46203 également au nom de Ebauches SA est une variante du précédent, comportant un dispositif de comptage transformant les mouvements oscillants d'un des deux résonateurs en mouvements rotatifs d'une roue de comptage, ce dispositif de comptage étant attaché à l'un de ces bras rigides, de manière à ce que le dispositif de comptage soit peu sensible aux accélérations et notamment aux chocs.
Le brevet GB 1293159 au nom de SEIKO développe une théorie basée sur l'influence sur la régularité de marche de la dérivée du déplacement du centre de masse par rapport à l'angle de rotation, et recherche un déplacement selon une droite du centre de masse de chaque résonateur primaire, pour optimiser l'influence sur la marche. A cet effet, le centre de masse est positionné aux deux tiers de la lame en flexion utilisée dans ce système, pour théoriquement annuler l'effet sur la marche dans les positions verticales. Toutefois le centre de masse se déplace beaucoup, et un tel système reste sensible aux chocs. De plus, cette théorie est basée sur une approximation géométrique, car en réalité la déformée de la lame flexible n'est plus réellement un arc de cercle, et le déplacement présumé rectiligne du centre de masse n'est pas vérifié. Résumé de l'invention
L'invention se propose de résoudre conjointement le problème de l'isochronisme et celui de l'obtention du meilleur facteur de qualité possible. Il s'agit, en quelque sorte, de cumuler les avantages respectifs propres aux mécanismes connus utilisant comme résonateur, ou bien un ensemble balancier- spiral relativement peu sensible aux différences de position dans l'espace dans ses développements et ses montages les plus évolués mais dont le facteur de qualité est fortement limité par les pivotements et les différentes pertes, ou bien un diapason à lames parallèles qui, s'affranchissant des pivotements, a un facteur de qualité meilleur qu'un balancier-spiral mais est très sensible à la position dans l'espace.
A cet effet, l'invention concerne un mécanisme oscillateur isochrone d'horlogerie selon la revendication 1 .
L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un tel mécanisme oscillateur isochrone.
L'invention concerne encore une montre comportant au moins un tel mouvement. Description sommaire des dessins
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 figure 1 représente, de façon schématisée et en vue en plan, un mécanisme oscillateur isochrone d'horlogerie selon l'invention, de type diapason, comportant un support fixe qui porte, par une liaison élastique principale, une traverse porteuse de deux résonateurs primaires plans, symétriques par rapport à un plan de symétrie, et comportant chacun une masse portée par une lame flexible élastique agencée pour travailler en flexion et encastrée dans la traverse ;
- la figure 2 simule, de façon schématisée :
o l'influence de la gravité sur une première masse suspendue vers le haut par l'intermédiaire d'une lame flexible, et le diagramme de marche correspondant à un retard d'une certaine valeur,
o l'influence de la gravité sur une deuxième masse identique suspendue vers le bas par l'intermédiaire d'une lame flexible identique, et le diagramme de marche correspondant à une avance d'une certaine valeur,
o l'influence de la gravité sur un mécanisme selon l'invention qui combine les deux précédents, et le diagramme de marche correspondant à un défaut quasiment nul ;
- la figure 3 représente, de façon schématisée et en vue en plan, un premier mode de réalisation de l'invention, dit « diapason en H » dans une version simplifiée ;
la figure 4 représente, de façon schématisée et en perspective, une variante plus élaborée de diapason en H, représentée en figure 5 en éclaté ; la figure 6 illustre en éclaté, et avec un détail local, un diapason en H dans une configuration voisine de celle des figures 4 et 5, sans axes, et les figures 7A à 7H représentent les composants et l'assemblage de ce diapason en H de la figure 6 ;
- les figures 8 et 9 représentent, de façon schématisée et en vue en plan, un deuxième mode de réalisation de l'invention, dit « diapason en cornes de bouc » dans des versions simplifiées ;
la figure 10 représente, de façon schématisée et en perspective, et avec un détail local, une variante plus élaborée de diapason en cornes de bouc ;
la figure 1 1 illustre en éclaté un diapason en cornes de bouc dans une configuration voisine de celle de la figure 10, sans axes, et les figures 12A à 12H représentent les composants et l'assemblage de ce diapason en H de la figure 1 1 ;
- les figures 13 et 14 représentent, en perspective et en vue en plan, un diapason de torsion qui comporte des bras, chacun muni d'une masse à son extrémité distale, et oscillant dans des plans parallèles et de façon symétrique par rapport à un axe parallèle à ces deux plans ;
la figure 15 illustre une autre variante de diapason avec deux résonateurs, chacun comportant un ressort-spiral encastré à une première extrémité sur une traverse commune et comportant une masse à une deuxième extrémité distale, ces deux résonateurs s'étendant selon deux plans parallèles et étant, en projection sur l'un de ces plans, symétrique par rapport à un plan de symétrie lequel est perpendiculaire à ces deux plans ;
- la figure 16 représente, de façon schématisée et en vue en plan, un mécanisme voisin du diapason en cornes de bouc de la figure 8, qui comporte, à chaque extrémité de la traverse, une paire de spiraux tous deux liés à la même masse respective au niveau de leur spire interne, et attachés à la traverse respective de part et d'autre de cette masse ;
- les figures 17 et 18 sont des croquis illustrant des surfaces coopérant en frottement en cas de dérive, ce frottement augmentant avec l'amplitude dans le cas de la figure 18 ;
la figure 19 représente, de façon schématisée et en perspective, et avec un détail local, une variante où la traverse constitue un cadre entourant les résonateurs primaires, dans un exemple d'application à quatre résonateurs ; la figure 20 représente, de façon schématisée et en plan, une autre variante de traverse formée par un cadre, dans un oscillateur à lames droites, constituant le pendant du diapason en H ;
- la figure 21 représente, de façon schématisée et en plan, une autre variante de traverse formée par un cadre, dans un oscillateur à spiraux, constituant le pendant du diapason en cornes de bouc ;
la figure 22 est un schéma-blocs représentant une montre comportant un mouvement incorporant un mécanisme oscillateur isochrone selon l'invention ;
- la figure 23 représente, de façon schématisée et en plan, un oscillateur comportant trois résonateurs primaires montés en étoile ;
la figure 24 représente, de façon schématisée et en plan, un oscillateur comportant quatre résonateurs primaires identiques montés en complète symétrie les uns par rapport aux autres ;
- la figure 25 représente, de façon schématisée et en plan, un détail de guidage flexible plan croisé ;
la figure 26 représente, de façon schématisée et en plan, un détail de guidage flexible à deux lames croisées disposées dans deux plans différents et parallèles entre eux.
Description détaillée des modes de réalisation préférés
L'invention se propose de réaliser un mécanisme résonateur avec le moins possible de pertes, et qui soit le moins sensible chronométriquement à son orientation dans le champ de gravité.
L'invention s'attache à réduire les pertes, notamment dues à des frottements de pivots, et aux déplacements de l'encastrement.
La démarche inventive consiste à supprimer les pivots traditionnels, tout en minimisant les déplacements du centre de masse et les réactions du support.
Un résonateur mécanique comporte nécessairement au moins un élément élastique et un élément inertiel.
Il est avantageux d'utiliser alors un élément élastique pour assurer la fonction de guidage. Cet élément élastique est alors avantageusement plus haut, plus épais, et plus rigide qu'un élément élastique usuel tel qu'un ressort spiral ou similaire, ce qui conduit à privilégier l'utilisation de lames flexibles. II est avantageux d'utiliser des résonateurs rotatifs, dont le centre de masse est confondu avec le centre de rotation, ce qui réduit l'influence de la gravité, et des chocs en translation, sur la précision du résonateur.
La recherche d'un facteur de qualité élevé incite à mettre en œuvre une structure de type diapason.
Il convient toutefois de minimiser les pertes: en effet, quand un résonateur à lame flexible fonctionne, le facteur de qualité est bon lors du mouvement de va- et-vient, mais le couple de réaction à l'encastrement se traduit par des pertes.
Aussi, la démarche inventive consiste à réaliser un résonateur isochrone de type diapason, avec une pluralité de résonateurs primaires disposés selon une géométrie en symétrie par rapport à un axe, et constituant ensemble un diapason.
L'utilisation de plusieurs résonateurs primaires permet de diminuer la résistance à l'encastrement, et de moyenner l'erreur.
Pour gagner encore un ordre de grandeur par rapport à l'art antérieur, en ce qui concerne l'insensibilité aux positions dans l'espace, l'invention s'attache à privilégier le moindre déplacement possible du centre de masse de chaque résonateur primaire, ce qui offre, encore, l'avantage d'une très bonne insensibilité aux chocs. Pour favoriser cette amélioration, l'invention propose la construction d'une structure comportant des symétries compensant tous les efforts ramenés au niveau de la fixation de l'oscillateur; à cet effet, il est avantageux de déplier le U connu de l'art antérieur, pour constituer une structure sensiblement en H.
L'invention est plus particulièrement décrite ci-après, de façon non limitative, sous la forme préférée d'un diapason avec deux résonateurs primaires symétriques par rapport à un plan de symétrie, ce qui constitue un cas particulier avantageux en raison de sa simplicité. Mais l'invention est applicable à tout nombre N de résonateurs primaires: trois, quatre, ou davantage, pourvu que la symétrie de leur disposition relative et leur déphasage temporel relatif permettent de compenser les effets des couples de réaction à l'encastrement.
Le montage de ces résonateurs primaires est réalisé de telle manière qu'ils aient au moins un mode de résonance identique, et que la résultante des efforts et des couples à l'encastrement soit nulle.
Ainsi l'invention concerne un mécanisme oscillateur isochrone 1 d'horlogerie, de type diapason, comportant un support fixe 2 lequel porte une traverse 4 porteuse d'une pluralité de N résonateurs primaires 10. Chaque résonateur primaire 10 comporte au moins une masse 5 portée par un guidage flexible rotatif 20 fixé à la traverse 4.
Ces résonateurs primaires 10 constituent l'équivalent des bras que comporte un diapason à fourche classique, et la traverse 4 l'équivalent de la partie commune du diapason dont saillent ces bras.
Selon l'invention, chaque résonateur primaire 10 a un centre de masse CM qui est situé, au repos, sur l'axe de pivotement virtuel APV du guidage flexible rotatif 20 que comporte ce résonateur primaire 10.
Et chaque résonateur primaire 10 est agencé pour osciller selon un mouvement de rotation autour de l'axe de pivotement virtuel APV.
Les N résonateurs primaires 10 sont agencés selon une symétrie de rotation d'ordre N autour d'un axe principal AP qui est parallèle à tous les axes de pivotement virtuels APV qui sont parallèles entre eux.
Et les mouvements d'oscillation de deux résonateurs primaires 10 quelconques du mécanisme oscillateur 1 sont déphasés de la valeur de l'angle au centre que font leurs axes de pivotement virtuels APV respectifs par rapport à l'axe principal AP.
Dans une réalisation particulière, chaque guidage flexible rotatif 20 est, en projection sur un plan perpendiculaire à l'axe principal AP, symétrique par rapport à un plan de symétrie PS passant par l'axe de pivotement virtuel APV du guidage flexible rotatif 20 considéré.
Plus particulièrement, chaque plan de symétrie PS passe par l'axe principal
AP.
La figure 24 illustre un exemple d'oscillateur 1 comportant quatre résonateurs primaires 10 identiques montés en complète symétrie les uns par rapport aux autres.
De façon avantageuse, chaque guidage flexible rotatif 20 est agencé pour provoquer un couple de rappel proportionnel à l'angle de rotation de la masse 5, ou des masses 5 s'il y en a plusieurs, par rapport à l'axe de pivotement virtuel APV du guidage flexible rotatif 20 considéré.
L'utilisation de guidages flexibles rotatifs permet le maintien du centre de masse CM de chaque résonateur primaire 10 sur l'axe de pivotement virtuel APV du guidage flexible rotatif 20 considéré, ou en son voisinage immédiat, par exemple lors d'une forte accélération ou d'un choc. Les résonateurs primaires 10 rotatifs entourent la traverse 4, et ont au moins un mode de résonance identique, et sont agencés pour vibrer selon un déphasage entre eux de la valeur 2π/Ν. Leur agencement de symétrie dans l'espace est tel que la résultante des efforts et des couples appliqués par les résonateurs primaires 10 sur la traverse 4 est nulle.
Chaque guidage flexible 20 rotatif constitue un moyen de rappel élastique, agencé pour travailler en flexion, et définit un axe de pivotement virtuel APV sensiblement immobile.
Dans une réalisation avantageuse, tous les résonateurs primaires 10 sont identiques entre eux.
Dans une réalisation particulière, la traverse 4 est fixée au support fixe 2 par une liaison élastique principale 3, dont la rigidité est supérieure à la rigidité de chaque guidage flexible rotatif 20. Cette caractéristique assure un couplage entre les résonateurs primaires 10. Et, plus particulièrement, la rigidité de cette liaison élastique principale 3 est supérieure au total des rigidités de tous les guidages flexibles rotatifs 20 que comporte le mécanisme oscillateur isochrone 1 . Dans une réalisation particulière, chaque résonateur primaire 10 est agencé pour osciller dans un plan autour d'un axe neutre AN. De façon avantageuse, l'amortissement de la liaison élastique principale 3 est supérieur à l'amortissement de chaque guidage flexible rotatif 20, et, plus particulièrement, l'amortissement de la liaison élastique principale 3 est supérieur au total des amortissements de tous les guidages flexibles rotatifs 20 que comportent les résonateurs primaires 10.
Plus particulièrement, et notamment quand le nombre N est impair, et tous les axes neutres AN sont concourants en un point unique, ou bien concourants deux à deux en des points de rencontre tous situés à la même distance de l'axe principal AP, tel que visible sur la figure 23 où l'oscillateur 1 comporte trois résonateurs primaires 10 montés en étoile, chacun avec un axe neutre incliné par rapport à la radiale issue de l'axe principal AP.
Plus particulièrement, tous les axes neutres AN sont décalés angulairement de la valeur 2ττ/Ν.
Plus particulièrement, et notamment quand le nombre N est pair, tous les axes neutres AN sont parallèles entre eux ou confondus.
Dans une réalisation particulière, chaque guidage flexible 20 est symétrique par rapport à l'axe neutre AN du résonateur primaire 10 auquel il appartient. Dans une réalisation particulière, les résonateurs primaires 10 sont en nombre pair ou au nombre de deux.
Dans une réalisation particulière, le guidage flexible 20 comporte au moins une lame flexible élastique 6, et son axe de pivotement virtuel APV est au milieu de la lame flexible élastique 6, c'est-à-dire à mi-distance entre les encastrements de cette lame flexible 6 dans la traverse 4 et dans la au moins une masse 5.
Dans une réalisation particulière, le guidage flexible 20 comporte au moins des lames croisées, dans le même plan tel que visible sur les figures 23 à 25, ou en projection tel que visible sur la figure 26.
Dans une réalisation particulière, le guidage flexible 20 comporte au moins un col à section rétreinte, tel que visible sur la figure 3.
Dans une réalisation particulière, les résonateurs primaires 10 sont en nombre pair ou au nombre de deux, et chaque guidage flexible 20 comporte au moins un enroulement en spirale autour de l'axe de pivotement virtuel APV lequel est situé sur l'axe neutre AN du résonateur primaire 10 auquel il appartient. Plus particulièrement de façon à assurer une symétrie de fonctionnement, les spiraux de ces résonateurs primaires 10 sont disposés en miroir deux à deux.
Dans une réalisation particulière, au moins le guidage flexible 20 est réalisé en matériau micro-usinable, ou en silicium ou/et en oxyde de silicium, ou en quartz, ou en DLC, en particulier sous la forme d'un composant monobloc, tout particulièrement quand le guidage flexible 20 est sensiblement plan. Ce composant monobloc peut aussi comporter un support pour la fixation de la masse 5 ou les masses 5, qui sont plus particulièrement réalisées dans un matériau de densité supérieure. Ce composant monobloc peut, encore, être monobloc avec la traverse 4, voire avec sa liaison élastique principale 3, voire encore avec le support fixe 2.
Dans une variante avantageuse, chaque résonateur primaire 10 comporte des moyens de compensation thermique, au moins au niveau du guidage flexible 20. De préférence, chaque masse 5 est dessinée de façon à ce que le centre de masse CM reste invariant lors des changements de température.
Plus particulièrement, ces moyens de compensation thermique comportent au moins un composant réalisé en élinvar, ou bien en silicium et oxyde de silicium.
Dans une variante avantageuse, au moins un résonateur primaire 10 comporte des moyens de limitation d'ébat agencés pour coopérer en cas de choc en appui de butée avec des moyens complémentaires de limitation d'ébat, que comporte la structure 2 ou/et la traverse 4. Par exemple, une masse 5 comporte un doigt circulant, lors de l'oscillation du résonateur primaire 10, dans une rainure oblongue du support fixe 2, ou inversement.
Dans une application particulière, au moins deux résonateurs primaires 10 sont couplés l'un à l'autre, de façon au moins intermittente, par une roue d'échappement. Par exemple, chaque résonateur primaire 10 porte, au niveau d'une masse 5, un bras dont une extrémité distale est agencée pour coopérer avec la denture de la roue d'échappement.
Dans une réalisation particulière, les résonateurs primaires 10 sont agencés pour osciller chacun à une fréquence comprise entre 1 Hz et 100 Hz.
Les figures 1 à 17 illustrent des exemples à deux résonateurs primaires, la figure 19 illustre un exemple à quatre résonateurs primaires.
Les résonateurs primaires 10 y sont agencés dans l'espace de manière à ce que la résultante de leurs erreurs de marche dues à la gravitation soit nulle.
De préférence, les résonateurs primaires 10 sont rotatifs, ce qui rend le mécanisme oscillateur isochrone 1 selon l'invention peu sensible à la gravitation.
Ainsi, chaque résonateur primaire 10 forme un résonateur rotatif, dont le centre de masse se trouve sur le lieu dont les translations sont minimales durant la rotation, et qu'on cherche à rendre nulles en marche normale. Cela afin de minimiser les déplacements du centre de masse dans le champ de gravité ou sous l'effet de chocs, et, partant, d'améliorer la chronométrie du système.
La liaison élastique principale 3 entre la traverse 4 et le support fixe 2 est de préférence constituée par une lame élastique, elle ne bouge pratiquement pas quand le mécanisme oscillateur isochrone 1 oscille en mode diapason. En effet, les branches du diapason constituées par les résonateurs primaires 10 s'échangent de l'énergie du mouvement au travers de la traverse 4, mais les mouvements de la traverse 4 sont infimes.
La direction selon laquelle sont mobiles les centres de masse CM des résonateurs primaires 10 est appelée direction longitudinale X. Une direction transversale Y est sensiblement perpendiculaire à cette direction longitudinale X. Une direction Z complète le trièdre direct.
Dans les variantes illustrées aux figures 1 à 17, la traverse 4 est droite et s'étend selon la direction longitudinale X. Dans une réalisation avantageuse, mais non limitative, qui correspond aux variantes illustrées par les figures, tout ou partie du mécanisme oscillateur isochrone 1 est agencé de façon symétrique par rapport à un plan de symétrie PSY qui s'étendant parallèlement à la direction transversale Y.
De préférence, mais non obligatoirement, la liaison élastique principale 3 s'étend selon la direction principale Y, tel que visible sur les exemples des figures 1 à 17.
Dans une réalisation particulière, la direction primaire qui relie le point d'encastrement sur la traverse 4 d'une lame flexible élastique 6 au centre de masse CM du résonateur primaire 10 correspondant, quand ce dernier est au repos, est parallèle à la direction longitudinale X.
La figure 1 illustre une réalisation simplifiée d'un mécanisme oscillateur isochrone 1 d'horlogerie selon l'invention, de type diapason, comportant un support fixe 2 qui porte, par une liaison élastique principale 3, réalisée sous forme d'une lame flexible, une traverse 4 porteuse de deux résonateurs primaires plans 10A, 10B, symétriques par rapport à un plan de symétrie PSY, et comportant chacun une masse, respectivement 5A, 5B, portée par une lame flexible élastique, respectivement 6A, 6B, constituant le guidage flexible 20 du résonateur primaire 10 concerné, agencée pour travailler en flexion et encastrée dans la traverse 4, symétriquement par rapport au plan de symétrie PSY.
Le choix d'une symétrie géométrique de construction facilite la mise au point. Néanmoins un tel mécanisme oscillateur isochrone 1 peut aussi être réalisé avec des résonateurs primaires non symétriques, et fonctionner de façon correcte.
Dans les variantes illustrées par les figures 1 , 3, 6, 8 à 11 , non limitatives de l'invention, les directions primaires des différents résonateurs primaires 10 qui constituent ce mécanisme oscillateur isochrone 1 sont parallèles à la direction longitudinale X, ou confondues.
Pour une efficacité maximale, les guidages flexibles 20, notamment les lames flexibles élastiques 6, sont agencés de façon à ce que le déplacement de chaque centre de masse CM de résonateur primaire 10 donné soit minimal selon la direction transversale Y où il n'est pas prévu de compensation, et de façon à ce que les déplacements des différents centres de masses CM des résonateurs primaires 10 donnés soit compensés les uns par rapport aux autres dans la direction longitudinale X : si, comme dans le cas des figures, le mécanisme oscillateur isochrone 1 comporte deux résonateurs primaires 10A et 10B disposés dos à dos de part et d'autre de la traverse 4, leurs centres de masse respectifs CMA et CMB se déplacent essentiellement selon la direction longitudinale X, mais avec des déplacements de même valeur mais de sens opposés.
L'avantage d'un agencement selon l'invention est d'avoir des lames élastiques travaillant en flexion quasi-pure, ce qui permet l'obtention d'un résonateur isochrone. Le couple est proportionnel à l'angle a dont la masse 5 correspondante pivote. La fréquence est donc indépendante de l'amplitude de l'oscillation.
De façon préférée, la distance entre l'encastrement de la lame flexible élastique 6 dans la traverse 4 et le centre de masse CM, est égale à la distance entre le centre de masse CM et l'encastrement de la lame flexible élastique 6 dans la masse 5 associée, tel que visible sur la figure 1 . Le centre de masse CM reste ainsi sur l'axe X, ou au voisinage immédiat de l'axe X, c'est-à-dire à une distance de quelques micromètres.
Dans une réalisation particulière, qui autorise une fabrication économique, notamment par la mise en œuvre de matériaux micro-usinables selon les procédés « MEMS, « LIGA », ou similaires, chaque résonateur primaire 10 est agencé pour osciller dans un plan.
Dans une réalisation particulière, chaque résonateur primaire 10 est monolithique.
Dans une réalisation particulière, la traverse 4 et les guidages flexibles 20, notamment les lames flexibles élastiques 6, des résonateurs primaires 10 forment un ensemble monolithique.
Dans une réalisation particulière, le support fixe 2, la liaison élastique principale 3, la traverse 4, et les guidages flexibles 20, notamment les lames flexibles élastiques 6, des résonateurs primaires 10, forment un ensemble monolithique.
Un tel mode de réalisation permet d'obtenir des guidages flexibles 20, notamment des lames élastiques 6 dites « en feuille haute », qui ont une hauteur très grande par rapport à leur épaisseur, notamment au moins cinq fois plus hautes qu'épaisses, et plus particulièrement au moins dix fois plus hautes qu'épaisses. De telles lames en feuille haute permettent d'assurer la fonction de guidage, et de s'affranchir de pivots traditionnels, ce qui permet une augmentation importante du facteur de qualité.
L'architecture en forme de diapason, selon l'invention, permet de compenser toutes les réactions aux encastrements, ce qui augmente encore très sensiblement le facteur de qualité.
Dans les modes de réalisation illustrés par les figures, les masses 5, 51 , 52, des résonateurs primaires 10 sont soumises essentiellement à un mouvement de pivotement. Le guidage flexible 20 correspondant, notamment la lame flexible élastique 6 correspondante, assure la fonction de guidage en pivotement.
L'invention est illustrée ici dans des variantes où, à chaque fois, une seule lame flexible élastique 6 maintient la masse 5 respective par rapport à la traverse 4. On peut imaginer d'autres variantes où ces lames 6 seraient doublées ou multipliées pour assurer un guidage encore meilleur. Toutefois l'avantage de la lame unique est de travailler en flexion pure, ce qui élimine les contraintes de cisaillement, ou de forces transverses, qui sont défavorables pour l'isochronisme, ce qui explique la préférence pour une lame flexible 6 unique, qui assure donc une meilleure chronométrie d'une montre incorporant un oscillateur 1 selon l'invention.
Dans le cas de variantes, telles qu'illustrées par les figures, où chaque résonateur primaire 10 est agencé pour osciller dans un plan, tous les résonateurs primaires 10 sont agencés pour osciller dans des plans parallèles entre eux, ou bien dans un même plan.
Plus particulièrement, tous ces résonateurs primaires 10 sont agencés pour osciller dans un même plan, par exemple sur les réalisations illustrées aux figures 1 à 12.
Dans des réalisations particulières, tel que visible sur les figures 13 à 16, ces résonateurs primaires 10 s'étendent chacun dans un plan distinct.
Il est néanmoins possible de mettre en œuvre l'invention avec des résonateurs primaires 10 disposés différemment dans l'espace.
Les figures 1 à 12 illustrent un mécanisme oscillateur isochrone 1 , dont tous les résonateurs primaires 10 sont identiques, en nombre pair, et agencés en symétrie par rapport à un plan de symétrie PSY s'étendant parallèlement à une direction transversale Y qui est celle de la liaison élastique principale 3 et perpendiculairement à une direction longitudinale X selon laquelle sont mobiles les centres de masse CM des résonateurs primaires 10. Au sein de chaque paire, les résonateurs primaires 10 oscillent alors en opposition de phase, ce qui garantit la compensation des mouvements des centres de masse CM selon la direction longitudinale X.
De préférence, la liaison élastique principale 3 est droite.
Sur les variantes des figures 1 à 8, selon un premier mode de réalisation détaillé ci-après, les lames flexibles élastiques 6 sont droites, selon la direction longitudinale X. Les centres de masse CM des résonateurs primaires 10 considérés sont dans leur alignement au repos. Cette disposition garantit l'insensibilité aux positions du mécanisme oscillateur isochrone 1 selon l'invention, contrairement à un diapason de type classique à branches parallèles qui est beaucoup trop sensible aux positions dans l'espace s'il est incorporé dans une montre, et qui ne peut convenir qu'à une pièce de pendulerie.
Les croquis de la figure 2 permettent de comprendre l'influence de la gravité g :
- sur le croquis supérieur, sur une première masse suspendue vers le haut par l'intermédiaire d'une lame flexible, le diagramme de marche montre un retard d'une certaine valeur R,
sur le croquis médian, sur une deuxième masse identique suspendue vers le bas par l'intermédiaire d'une lame flexible identique, et le diagramme de marche correspondant à une avance de la même valeur R,
sur le croquis inférieur, sur un mécanisme selon l'invention qui combine les deux précédents, et le diagramme de marche correspondant qui montre une avance ou un retard proche de zéro, grâce à l'alignement en sens contraire, ce qui permet un équilibrage, par le moyennage des avance/retard des deux résonateurs qui le composent, rendant ainsi le mécanisme insensible aux positions dans l'espace.
Le défaut résiduel après compensation des déplacements des centre de masse en X est de très faible valeur, du même ordre de grandeur que le défaut dû aux déplacements des centres de masse en Y, lequel est limité à 3 ou 4 micromètres, pour une lame de de longueur 1 millimètre, le défaut cumulé reste ainsi inférieur à 6 secondes par jour.
La compensation due à la géométrie du mécanisme oscillateur isochrone 1 selon l'invention, en particulier dans une exécution entièrement symétrique, renforce donc le caractère d'insensibilité à la gravitation dû au fonctionnement rotatif des résonateurs primaires 10. La symétrie compense ainsi toute erreur de marche résiduelle.
De plus, la compensation des efforts et des couples à l'encastrement permet aux résonateurs primaires 10 d'osciller très longtemps sans s'amortir.
Dans une variante particulière de ce premier mode, les lames flexibles élastiques 6 que comportent les résonateurs primaires 10 sont droites et alignées deux à deux.
Sur les variantes des figures 9 à 12, selon un deuxième mode de réalisation détaillé ci-après, les guidages flexibles 20 sont constitués par des lames flexibles élastiques 6 en spirales, enroulées autour des centres de masse CM des résonateurs primaires 10 considérés.
Une variante illustrée sur les figures 13 et 14 représente un diapason de torsion qui comporte des bras 51 et 52, chacun muni d'une masse à son extrémité distale, et oscillant dans des plans parallèles P1 et P2 et de façon symétrique par rapport à un axe A parallèle à ces deux plans P1 et P2.
Une autre variante de diapason illustrée par la figure 15 comporte deux résonateurs, chacun comportant un ressort-spiral encastré à une première extrémité sur une traverse commune et comportant une masse à une deuxième extrémité distale, ces deux résonateurs s'étendant selon deux plans parallèles et étant, en projection sur l'un de ces plans, symétrique par rapport à un plan de symétrie PS lequel est perpendiculaire à ces deux plans. Le couple résultant est bien nul à l'encastrement au niveau de la traverse 4.
On comprend que l'invention autorise une grande variété d'architectures géométriques.
Les difficultés pratiques ne manquent pas, car il est difficile d'assurer la limitation en déplacement des centres de masse CM des résonateurs primaires 10 selon la direction transversale Y.
De plus, les mécanismes doivent être utilisables dans une montre, et incorporer des sécurités, notamment antichoc.
Deux réalisations particulières, géométriquement assez différentes, mais obéissant toutes deux à la logique de l'invention, sont présentées ci-après : un premier mode de diapason « en H », et un deuxième mode de diapason « cornes de bouc ». Le premier mode de diapason en H, est représenté sur les figures 1 à 7. Le support fixe 2, la liaison élastique principale 3, la traverse 4, et les lames flexibles élastiques 6 des résonateurs primaires 10, forment ensemble une structure monolithique plane, en silicium, ou silicium oxydé, ou quartz, ou DLC, ou similaire, qui, dans la position de repos du mécanisme oscillateur isochrone 1 , est symétrique par rapport à un plan de symétrie PS, et comporte une traverse 4 longiligne qui s'étend selon la direction longitudinale X, perpendiculairement à la liaison élastique principale 3, qui s'étend selon la direction transversale Y, et qui maintient la traverse 4 sur le support fixe 2.
Cette traverse 4 porte une paire de masses 5 repérées 51 et 52, montées de façon symétrique de part et d'autre du support fixe 2 et de la première liaison élastique 3.
Ces masses 51 , 52, s'étendent sensiblement selon la direction transversale Y, formant les barres latérales d'un H dont la traverse 4 constitue la barre horizontale. De préférence chacune d'elles comporte un bras relié en son milieu à la lame flexible 6 correspondante, ce bras s'étendant sensiblement parallèlement selon la direction transversale Y, et étant, soit un bras massif comme sur la figure 3, soit un bras comportant des masselottes inertielles à ses extrémités opposées, soit sensiblement ponctuelles comme sur la figure 1 , soit sous forme de secteurs annulaires, tel que visible sur les figures 2, et 4 à 7.
Chacune de ces masses 51 , 52 est montée de façon oscillante autour d'un axe de pivotement virtuel de position déterminée par rapport à la traverse 4, et rappelée par une lame flexible élastique 6, repérée respectivement 61 , 62, qui constitue des moyens de rappel élastique et qui est solidaire d'une extrémité 41 , 42, de la traverse 4, les deux extrémités 41 et 42 étant opposées et de part et d'autre de la traverse 4. Ces lames flexibles 61 , 62, s'étendent de préférence linéairement dans le prolongement et de part et d'autre de la traverse 4.
Chaque axe de pivotement virtuel est, en position de repos du mécanisme oscillateur isochrone 1 , confondu avec le centre de masse CM1 , CM2, de la masse respective 51 , 52.
Ces lames flexibles élastiques 61 , 62, sont agencées pour limiter le déplacement des centres de masse CM1 , CM2, à une course transversale par rapport à la traverse 4, aussi réduite que possible dans la direction transversale Y, et à une course longitudinale selon la direction longitudinale X supérieure à cette course transversale.
Du fait de la symétrie, et de l'alignement, la disposition longitudinale des lames flexibles élastiques 61 , 62, permet de compenser la direction de plus grand déplacement des centres de masse CM1 et CM2, qui se déplacent de façon symétrique par rapport au plan de symétrie PS.
Le mécanisme oscillateur isochrone 1 selon l'invention comporte avantageusement des butées en rotation, ou/et des butées de limitation de translation selon les directions X et Y, ou/et des butées de limitation en translation en Z. Ces moyens de limitation de course peuvent être intégrés, faire partie d'une construction monobloc, ou/et être rapportés.
Les masses 51 , 52, comportent, avantageusement, des moyens de butée 7, repérés 71 , 72, qui sont agencés pour coopérer avec des moyens de butée complémentaire 73, 74, que comporte la traverse 4, et limiter le déplacement des lames flexibles élastiques 61 , 62, par rapport à la traverse 4, en cas de chocs ou d'accélérations similaires.
Dans le cas où une masse 5 n'est pas directement portée par la lame flexible 6, celle-ci comporte, de l'autre côté par rapport au corps principal de la traverse 4, une plaque d'extrémité 45, qui est agencée pour recevoir, directement ou indirectement, cette masse 6. Par exemple, l'exécution des figures 4 et 5, comme la variante du deuxième mode des figures 1 1 et 12, comporte des embouts 53, 54, agencés pour être rapportés sur une telle plaque d'extrémité 45 et recevoir une masse 51 ou 52. La variante du premier mode des figures 6 et 7 comporte une douille 55 agencée pour remplir la même fonction.
Sur la variante du premier mode de réalisation des figures 4 et 5, les extrémités de la traverse 4 comportent chacune deux surfaces d'appui de butée 42, qui sont agencées chacune pour arrêter une surface oblique 74 que comporte la plaque d'extrémité 45, de façon à limiter l'angle de déformation a (défini en figure 1 ) que peut prendre la lame flexible 6 par rapport à son encastrement dans la traverse 4, et constituant ainsi des butées en rotation. L'extrémité correspondante de la traverse 4 comporte encore un logement 79, notamment ici un alésage, agencé pour servir de butée de limitation au pourtour 48 de la plaque d'extrémité 45 sensiblement circulaire, pour limiter les translations en X et en Y. Grâce à ces différentes butées, qui limitent les translations en X et en Y, on limite l'influence possible des chocs, on protège la lame flexible 6, et on préserve cette lame flexible 6 contre toute déformation excessive. Et on limite bien sûr le déplacement possible des centres de masse CM.
Des butées en Z sont prévues principalement en cas d'utilisation d'embouts 53, 54, de douilles 55, ou similaires; par exemple la figure 5 illustre des embouts 53, 54, qui, ou bien comportent des alésages alignés avec des tourillons 56 portés par une platine, ou bien comportent des portées alignées avec des alésages d'une platine, les paliers ainsi constitués étant sans contact en régime de fonctionnement normal, et étant agencés pour reprendre les efforts, notamment en Z, en cas de choc.
Le détail de la figure 6 montre, en ce qui concerne la variante avec la réception d'une douille 55, un agencement similaire en ce qui concerne les butées. La plaque d'extrémité 45 comporte encore un ergot avec des surfaces d'arrêt 76 agencées pour coopérer en appui de butée avec des surfaces complémentaires 78 de la traverse 4, pour limiter les translations. La douille 55 comporte une jupe 57 chassée sur la plaque d'extrémité 45 mais le pourtour 59 de cette douille 55 reste à distance de l'alésage 79 de la traverse 4, et assurer alors avec lui la sécurité en translation en X et en Y.
Des épaulements en Z peuvent, encore, être ménagés sur certaines surfaces pour constituer des surfaces de butée de limitation en Z.
Naturellement, ces agencements de butée, de limitation du débattement de la lame flexible 6 comme de sécurité antichoc sont réalisables dans des variantes sans pièce intermédiaire. Et en particulier dans le cas où le support fixe 2, la liaison élastique principale 3, la traverse 4, et les résonateurs primaires 10, y compris les masses 5, forment un ensemble monolithique.
En l'absence d'accélérations inopinées telles que des chocs, les surfaces complémentaires des butées ne doivent pas être en contact entre elles, de façon à éviter tout frottement inutile préjudiciable au facteur de qualité.
Certains moyens de limitation de course peuvent être utilisés pour remplir des fonctions d'amortissement de modes de vibrations non désirés.
Les illustrations des premier et deuxième mode de réalisation montrent ainsi le support fixe 2 et la traverse 4 qui ne sont séparés que par une étroite rainure 30, dite ici «rainure à miel», autour de la liaison élastique principale 3, laquelle est conçue pour autoriser le couplage en mode diapason. La rainure 30 permet de limiter le mouvement angulaire de la traverse 4, qui est insignifiant en régime normal, mais qui peut se produire en cas de choc. Avantageusement, cette rainure est remplie d'un produit visqueux ou pâteux, qui permet la dissipation d'énergie en cas de débattement trop important.
En particulier il s'agit de prévenir, ou du moins d'en limiter la durée, un mode de fonctionnement de type «essuie-glace» dans lequel les résonateurs primaires 10 oscillent, non plus en opposition de phase, mais en phase, car on comprend que la compensation des mouvements des centres de masse n'est alors plus assurée dans ce régime d'oscillation en phase, qui ne permet plus à l'oscillateur d'être isochrone.
En variante, ou en complément, il est possible de rajouter des surfaces coopérant en Z avec un frottement solide, ou visqueux, ou pâteux, et de préférence qui augmente avec la vitesse ou/et avec l'amplitude, par exemple avec des surfaces coniques ou faisant coin, tel que visible sur les croquis des figures 17 et 18.
De préférence, les lames flexibles élastiques 61 , 62, qui s'étendent sensiblement selon la direction longitudinale X, sont des lames courtes, c'est-à- dire d'une longueur inférieure à la plus petite valeur entre quatre fois leur hauteur ou trente fois leur épaisseur. C'est cette caractéristique de lame courte qui permet de limiter les déplacements du centre de masse CM concerné.
En fonctionnement normal, il n'y a pas de frottement. Les modes d'oscillation en translation, et les déplacements en cas de chocs sont limités mécaniquement par des axes ou similaire.
Dans cette configuration, le centre de masse CM de chaque résonateur primaire 10 ne bouge pratiquement pas selon la direction transversale Y : il effectue un mouvement de rebroussement, de part et d'autre d'un axe moyen parallèle à la direction longitudinale X, autour d'un point situé sur cet axe moyen.
C'est pour compenser ce déplacement du centre de masse CM selon X que, selon l'invention, les lames flexibles élastiques 61 et 62 sont de préférence alignées, ces lames étant de préférence droites.
Le deuxième mode de diapason en cornes de bouc est représenté sur les figures 8 à 12. Le support fixe 2, la liaison élastique principale 3, la traverse 4, les lames flexibles élastiques 6, et les plaques d'extrémité 45 des résonateurs primaires 10, forment ensemble une structure monolithique plane, en silicium, ou silicium oxydé, ou quartz, ou DLC, ou similaire, qui, dans la position de repos du mécanisme oscillateur isochrone 1 , est symétrique par rapport à un plan de symétrie PS, et comporte une traverse 4 longiligne qui s'étend selon la direction longitudinale X, perpendiculairement à la liaison élastique principale 3, qui s'étend selon la direction transversale Y, et qui maintient la traverse 4 sur le support fixe 2.
De façon analogue au premier mode, cette traverse 4 porte une paire de masses 5 repérées 51 et 52, montées de façon symétrique de part et d'autre du support fixe 2 et de la première liaison élastique 3. Chacune de ces masses 51 , 52 est montée de façon oscillante et rappelée par une lame flexible élastique 6 repérée respectivement 61 , 62, qui est un spiral 8, respectivement 81 , 82, ou encore un assemblage de spiraux. Un premier spiral 81 et un deuxième spiral 82 sont, chacun, lié au niveau de sa spire interne à une plaque d'extrémité 45 destinée à recevoir une masse 51 , 52, et attachés à l'extrémité 41 , 42 respective de la traverse 4 par sa spire externe.
Les masses 51 et 52 pivotent chacune autour d'un axe de pivotement virtuel de position déterminée par rapport à la traverse 4.
Chaque axe de pivotement virtuel est, en position de repos du mécanisme oscillateur isochrone 1 , confondu avec le centre de masse CM1 , CM2, de la masse respective 51 , 52.
De la même façon que pour le premier mode, les masses 51 , 52, s'étendent sensiblement selon la direction transversale Y. De préférence chacune d'elles comporte un bras relié en son milieu à la lame flexible 6 correspondante, ce bras s'étendant sensiblement parallèlement selon la direction transversale Y, et étant, soit un bras massif comme sur la figure 3, soit un bras comportant des masselottes inertielles à ses extrémités opposées, soit sensiblement ponctuelles comme sur la figure 8, soit sous forme de secteurs annulaires, tel que visible sur les figures 9 à 12.
Pour limiter le déplacement des centres de masse CM1 , CM2, à une course transversale par rapport à la traverse 4, aussi réduite que possible dans la direction transversale Y, et à une course longitudinale selon la direction longitudinale X supérieure à cette course transversale, chaque spiral 81 , 82, est à section ou courbure variable le long de son développement.
La version illustré par les figures est une variante à épaisseur variable, optimisée pour limiter les déplacements du centre de masse CM. La masse 5 en balancier est suspendue de préférence par une spire plus épaisse que le reste du spiral.
De préférence, le développement du spiral est supérieur à un tour, et notamment supérieur à 1 ,5 tour, ce qui s'avère plus aisé pour minimiser le déplacement du centre de masse. Par exemple, une diminution régulière d'épaisseur sur 270°, suivie d'une croissance d'épaisseur peut permettre de limiter le déplacement du centre de masse CM à 3 micromètres en Y et 4 micromètres en X. La raideur élémentaire polaire passe avantageusement par un extremum, par exemple un mini entre deux maxi, ou l'inverse.
Une simulation satisfaisante consiste, encore, à donner au spiral une raideur supérieure dans sa partie 89 qui est au-delà du centre de masse vers l'extérieur, que dans sa partie 88 qui est comprise entre les deux centres de masse CM1 et CM2.
On remarque ainsi que les déplacements en X des centres de masse CM sont moindres dans ce deuxième mode à spiral que dans le premier mode à lame droite.
On peut, bien sûr, jouer sur la hauteur au lieu de l'épaisseur pour obtenir une section variable: le choix de l'épaisseur variable correspond à une élaboration MEMS plus facile.
En somme, on peut faire une analogie entre ce spiral à caractéristiques variables et une courbe terminale Breguet ou Grossmann d'un spiral d'ensemble balancier-spiral.
Une fois le déplacement du centre de masse minimisé, le montage en symétrie par rapport au plan de symétrie PS permet d'obtenir un excellent isochronisme.
En fonctionnement normal, il n'y a pas de frottement: Les modes d'oscillation en translation et les déplacements en cas de chocs sont de préférence limités mécaniquement par des axes, ou par des embouts 53, 54, ou des douilles 55.
De préférence, le premier spiral 81 et le deuxième spiral 82 sont attachés aux extrémités 41 , 42, en alignement avec leur axe de pivotement virtuel respectif, en position de repos du mécanisme oscillateur isochrone 1 .
La figure 16 illustre une autre réalisation voisine de l'invention, où ce schéma de figure du deuxième mode est extrapolé en suspendant chaque masse, non pas à un spiral unique, mais à couples de spiraux 81 , 810, respectivement 82, 820, attachés à la traverse 4, de part et d'autre des centres de masse selon la direction Y. Cette réalisation très robuste est toutefois plus proche d'un système à lames flexibles croisées que du principe de la présente invention.
La figure 19 illustre une variante où la traverse 4 constitue un cadre entourant les résonateurs primaires 10, dans un exemple d'application à quatre résonateurs 10A, 10B, 10C, 10D. On comprend que cette architecture inverse des exemples précédents est également utilisable pour la mise en œuvre de l'invention, dans toutes ses variantes exposées ci-dessus, et qui ne sont donc pas détaillées davantage ici.
La figure 20 illustre, dans cette variante de traverse 4 formée par un cadre, le pendant du diapason en H. La traverse 4 porte une paire 51 , 52, de masses 5, montées de façon symétrique à l'intérieur de la traverse 4 qui forme un cadre suspendu par la première liaison élastique 3 à la structure fixe 2, les masses 51 , 52 s'étendant sensiblement selon la direction transversale Y. Chacune des masses 51 , 52, est montée de façon oscillante autour d'un axe de pivotement virtuel de position déterminée par rapport à la traverse 4, et rappelée par une lame flexible élastique 6, respectivement 61 , 62, qui est solidaire d'un côté du cadre formant la traverse 4, les lames flexibles 61 , 62, s'étendant linéairement à l'intérieur du cadre.
De façon similaire, la figure 21 illustre, dans cette variante de traverse 4 formée par un cadre, le pendant du diapason en cornes de bouc. La traverse 4 porte une paire 51 , 52, de masses 5, montées de façon symétrique à l'intérieur de la traverse 4 qui forme un cadre suspendu par la première liaison élastique 3 à la structure fixe 2, et sensiblement selon une direction transversale Y perpendiculaire à la direction longitudinale X selon laquelle sont mobiles les centres de masse CM des résonateurs primaires 10. Chacune des masses 51 , 52, est montée de façon oscillante autour d'un axe de pivotement virtuel de position déterminée par rapport à la traverse 4, et rappelée par un spiral 8, respectivement 81 , 82, qui est solidaire d'un côté du cadre formant la traverse 4, ces spiraux 81 , 82, s'étendant à l'intérieur du cadre.
Dans les réalisations illustrées les masses 5, 5A, 5B, 51 , 52, forment des balanciers.
Avantageusement, dans tout mode de réalisation, les masses 51 , 52, comportent, aux fins de réglage d'équilibrage, d'inertie et d'ajustement de fréquence d'oscillation, des masselottes 91 , 92, ou/et des logements 93 pour recevoir de telles masselottes, de préférence dans les zones les plus éloignées des extrémités 41 , 42 de la traverse 4. De telles masselottes comportent avantageusement un insert excentré, par exemple en platine, pour faciliter le réglage par pivotement de l'insert. Naturellement, des zones particulières de ces masses 5 peuvent être dévolues à une ablation laser, ou, à l'inverse, à un rechargement par plasma, jet d'encre ou similaire, pour assurer ces réglages.
L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie 100, notamment mécanique, comportant un tel mécanisme oscillateur isochrone 1 .
L'invention concerne encore une montre 200 comportant un tel mouvement mécanique 100.
En somme, dans sa version totalement symétrique, l'oscillateur selon l'invention constitue un diapason composé de deux résonateurs, de préférence rotatifs, à lames en flexion, montés sur une traverse reliée, de préférence visco- élastiquement, à la platine.
Les éléments élastiques de chaque résonateur primaire 10 sont conçus pour minimiser le déplacement du centre de masse CM dans la direction transversale Y du plan de symétrie PSY du diapason.
Le plan de symétrie PSY du diapason est choisi de manière à ce que les erreurs de marche dues aux positions selon la direction longitudinale X perpendiculaire à la direction transversale Y, s'annulent entre les deux branches du diapason constituées par les résonateurs primaires 10, de part et d'autre de la traverse 4.
L'utilisation de résonateurs primaires rotatifs permet de limiter l'effet d'accélérations en translation (chocs et orientation dans le champ de gravité) sur le rythme du résonateur.
L'architecture de type diapason permet de limiter l'effet des réactions aux encastrements.
Pour rendre le mouvement de la montre insensible aux positions, l'invention minimise le déplacement du centre de masse CM de chaque résonateur primaire 10.
Pour le deuxième mode de réalisation de l'invention dit diapason en corne de bouc, les avantages sont :
lames en flexion pure, d'où isochronisme ; architecture de type diapason, donc des réactions nulles à l'encastrement, et donc un meilleur facteur de qualité ;
l'élément élastique constitué par la lame flexible joue également le rôle de guidage, il n'est donc pas besoin de pivots, il n'y a donc pas de frottements, et on obtient donc un meilleur facteur de qualité ;
épaisseur de la lame en forme de spire variable et optimisée pour limiter les déplacements parasites du centre de masse dans la direction Y, d'où une faible erreur de marche en position verticale de la montre :
lames orientées de manière à ce que l'erreur de marche résiduelle (due aux positions verticales selon la direction longitudinale X) s'annule entre les deux lames du diapason ;
limitation des courses intégrées, ce qui procure une grande robustesse, et évite la rupture des lames en cas de chocs en X, Y, Z, ou a;
rainure à miel, permettant un amortissement du mode d'oscillation en «essuie-glace» susceptible de survenir lors d'un choc.
Pour le premier mode de réalisation de l'invention dit diapason en en H, les caractéristiques principales sont similaires, sauf en ce qui concerne :
longueur de la lame minimisée pour limiter les déplacements parasites du centre de masse selon les directions X et Y, ce qui procure donc une faible erreur de marche en position verticale
lames flexibles rectilignes orientées selon un axe perpendiculaire au plan de symétrie du diapason, de manière à ce que l'erreur due aux positions verticales selon la direction longitudinale X, qui est plus importante que l'erreur selon la direction transversale Y dans ce cas, s'annule entre les deux lames du diapason.
En résumé, l'invention permet d'obtenir un oscillateur parfaitement isochrone, très compact, ne nécessitant pas d'autre réglage que l'inertie des masses, et d'assemblage très aisé.

Claims

R EVE N D I CATI ON S
1 . Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) d'horlogerie, comportant un support fixe (2) lequel porte une traverse (4) porteuse d'une pluralité de N résonateurs primaires (10) comportant chacun au moins une masse (5) portée par un guidage flexible rotatif (20) fixé à ladite traverse (4), caractérisé en ce que chaque dit résonateur primaire (10) a un centre de masse (CM) qui est situé, au repos, sur l'axe de pivotement virtuel (APV) de son dit guidage flexible rotatif (20) respectif, et en ce que chaque dit résonateur primaire (10) est agencé pour osciller selon un mouvement de rotation autour dudit axe de pivotement virtuel (APV), en ce que lesdits N résonateurs primaires (10) sont agencés selon une symétrie de rotation d'ordre N autour d'un axe principal (AP) qui est parallèle à tous les dits axes de pivotement virtuels (APV) qui sont parallèles entre eux, et en ce que les mouvements d'oscillation de deux dits résonateurs primaires (10) quelconques dudit mécanisme oscillateur (1 ) sont déphasés de la valeur de l'angle au centre que font leurs axes de pivotement virtuels (APV) respectifs par rapport audit axe principal (AP).
2. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque dit guidage flexible rotatif (20) est, en projection sur un plan perpendiculaire audit axe principal (AP), symétrique par rapport à un plan de symétrie (PS) passant par ledit axe de pivotement virtuel (APV) dudit guidage flexible rotatif (20) considéré.
3. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon la revendication 2, caractérisé en ce que chaque dit plan de symétrie (PS) passe par ledit axe principal (AP).
4. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que chaque dit guidage flexible rotatif (20) est agencé pour provoquer un couple de rappel proportionnel à l'angle de rotation de ladite au moins une masse (5) par rapport audit axe de pivotement virtuel (APV) dudit guidage flexible rotatif (20) considéré.
5. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits résonateurs primaires (10) ont au moins un mode de résonance identique.
6. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que tous lesdits résonateurs primaires (10) sont identiques entre eux.
7. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite traverse (4) est fixée audit support fixe (2) par une liaison élastique principale (3), dont la rigidité est supérieure à la rigidité de chaque dit guidage flexible rotatif (20)
8. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que chaque dit résonateur primaire (10) est agencé pour osciller dans un plan autour d'un axe radial neutre (AN) et en ce que tous lesdits axes radiaux neutres (AN) sont concourants en un point unique ou bien concourants deux à deux en des points de rencontre tous situés à la même distance dudit axe principal (AP).
9. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits résonateurs primaires (10) sont en nombre pair ou au nombre de deux, et en ce que tous lesdits axes neutres (AN) sont, deux à deux, parallèles entre eux ou confondus.
10. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit guidage flexible (20) comporte au moins une lame flexible élastique (6) et en ce que ledit axe de pivotement virtuel (APV) est au milieu de ladite lame flexible élastique (6).
1 1. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit guidage flexible (20) comporte au moins des lames croisées, qui sont ou bien croisées dans le même plan, ou bien dont les projections sur un plan perpendiculaire audit axe principal (AP) sont croisées, et dont le croisement réel ou en projection sur ledit plan perpendiculaire audit axe principal (AP) définit ledit axe de pivotement virtuel (APV) dudit guidage flexible (20).
12 Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que ledit guidage flexible (20) comporte au moins un col à section rétreinte.
13. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que lesdits résonateurs primaires (10) sont en nombre pair ou au nombre de deux, et en ce que ledit guidage flexible (20) de chaque dit résonateur primaire comporte au moins un spiral, lesdits spiraux desdits résonateurs primaires (10) étant disposés en miroir deux à deux.
14. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que au moins ledit guidage flexible (20) est réalisé en matériau micro-usinable, ou en silicium ou/et en oxyde de silicium, ou en quartz, ou en DLC.
15. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que chaque dit résonateur primaire (10) comporte des moyens de compensation thermique au moins au niveau dudit guidage flexible (20).
16. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon la revendication 15, caractérisé en ce que lesdits moyens de compensation thermique comportent au moins un composant réalisé en élinvar ou bien en silicium et oxyde de silicium.
17. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 16, caractérisé en ce que au moins un dit résonateur primaire (10) comporte des moyens de limitation d'ébat agencés pour coopérer en cas de choc en appui de butée avec des moyens complémentaires de limitation d'ébat, que comporte ladite structure (2) ou/et ladite traverse (4).
18. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 17, caractérisé en ce que au moins deux dits résonateurs primaires (10) sont couplés l'un à l'autre, de façon au moins intermittente, par une roue d'échappement.
19. Mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 18, caractérisé en ce que lesdits résonateurs primaires (10) sont agencés pour osciller chacun à une fréquence comprise entre 1 Hz et 100 Hz.
20. Mouvement d'horlogerie (100) comportant au moins un mécanisme oscillateur isochrone (1 ) selon l'une des revendications 1 à 19.
21. Montre (200) comportant au moins un mouvement (100) selon la revendication précédente.
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