Oscillateur mécanique La plupart des appareils chronométriques utilisent un oscillateur comme base de temps. L'ensemble balancier-spiral en est un cas particulier, caractérisé par une basse fréquence d'oscillation, d'où la possi bilité d'un entretien par procédé purement mécani que. La présence de pivots, source de frottements, engendre toutefois des perturbations d'isochronisme qui justifient, entre autres, le remplacement du balan- cier-spiral par un oscillateur piézoélectrique ou un diapason dans les appareils chronométriques de haute précision.
Dans l'état actuel de la technique, l'ap plication d'un tel oscillateur à une montre-bracelet ne peut être envisagée que si sa fréquence est assez basse pour permettre l'attaque directe d'une roue phonique (par roue phonique, on entend, dans le présent brevet, le rotor d'un moteur électrique syn chrone d'horlogerie, destiné à être alimenté par une fréquence audible). Il n'est guère possible de réaliser de petits oscillateurs piézoélectriques à très basse fré quence, et les diapasons autorisant de telles perfor mances sont très sensibles aux chocs et d'une réa lisation difficile.
La présente invention a pour objet un oscillateur mécanique, comprenant une masse montée en porte à faux et de manière à pouvoir osciller circulairement autour d'un axe de symétrie. On a déjà proposé un oscillateur de ce type, dans lequel un fléau, servant de balancier et portant des masses réglables destinées à ajuster la période, est fixé à l'une des extrémités d'un barreau de torsion dont l'autre extrémité est ajustée rigidement dans un support. La section du barreau a la forme d'une croix, obtenue par un frai sage longitudinal.<B>Ce</B> dispositif ne présente donc pas de pivots et permet d'obtenir une fréquence de l'ordre de 25 oscillations par seconde (50 alternan ces).
Il présente toutefois quelques graves défauts, notamment les suivants : la longueur utile du barreau de torsion, c'est-à-dire la longueur du fraisage, n'est pas déterminée de façon exacte ; d'autre part, l'épais seur des bras de la croix ne peut pas être faite cons- tante, et enfin, le dispositif ne peut pas être réalisé dans des dimensions permettant son usage dans une montre-bracelet.
L'invention vise à remédier aux inconvénients signalés ci-dessus. L'oscillateur mécanique qu'elle a pour objet est caractérisé en ce que ladite masse est montée sur son support au moyen d'au moins trois ressorts de rappel en forme de rubans plats d'épais seur constante, disposés dans des plans différents se coupant suivant l'axe d'oscillation de la masse et répartis uniformément autour de cet axe, cette dispo sition permettant l'oscillation circulaire de la masse oscillante tout en s'opposant à sa translation, et en ce que lesdits ressorts de rappel sont encastrés, d'une part, dans ladite masse et, d'autre part, dans ledit support,
de sorte que leur longueur utile est parfai tement délimitée.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en perspective de cette forme d'exécution.
La fig. 2 en est une vue de dessus, à échelle légè rement agrandie.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne III-III de la fig. 2.
La fig. 4 est une élévation de l'oscillateur, par tiellement en coupe et à échelle réduite.
Les fig. 5 et 6 montrent deux exemples d'équili brage dynamique de l'ensemble oscillant. L'oscillateur représenté aux fig. 1 à 4 comprend une masse 1 montée en porte à faux sur un support 2, constitué par exemple par la platine d'une montre, et oscillant circulairement autour d'un axe de symé trie.
La masse 1 est montée sur le support 2 au moyen de trois ressorts de rappel 3 en forme de rubans plats d'épaisseur constante, disposés dans des plans différents se coupant suivant l'axe de rotation de la masse 1 et répartis uniformément autour de cet axe, c'est-à-dire faisant entre eux des angles de 1200. Les ressorts 3 ne s'étendent pas tout à fait jus qu'à l'axe de rotation, comme montré aux fig. 1 et 2.
La disposition décrite des ressorts 3 par rapport à l'axe d'oscillation est telle qu'elle engendre un faible coefficient de rappel à la torsion autour de l'axe, mais un coefficient de rappel très élevé à la flexion par rapport à l'axe.
Les ressorts 3 sont fixés à leur extrémité supé rieure par des secteurs 4 en acier de haute résistance, sertis ou chassés dans une monture métallique cons tituant la masse 1. En donnant à ces secteurs 4 et à la monture 1 une forme appropriée, il est possible d'assurer le serrage des extrémités des ressorts 3 de manière à délimiter parfaitement la longueur utile de ces ressorts 3. On voit en effet aux fig. 2 et 3 que la monture 1 présente deux chanfreins 5, tandis que les secteurs 4 présentent sur leurs bords radiaux, vers le milieu de leur épaisseur, des rainures 6.
De ce fait, la pression exercée par la monture 1 sur la partie médiane des secteurs 4 se répartit au-dessus et au-dessous des rainures 6 et assure un encastre- ment solide des ressorts 3 au moins en deux points à leur extrémité supérieure. Un dispositif d'encas- trage identique est prévu à l'autre extrémité des res sorts 3, la monture 1 étant ici remplacée par le sup port 2 présentant les chanfreins 7 (fig. 1).
On pour rait d'ailleurs, selon une variante non représentée, prévoir une monture identique à la monture 1 et la chasser dans un emplacement que présenterait le support 2.
Le nombre des ressorts pourrait être différent de trois. On pourrait en particulier prévoir quatre res sorts constitués par deux rubans présentant chacun une fente médiane s'étendant sur presque toute la hauteur, cette fente étant ouverte vers le hâut pour l'un des rubans et vers le bas pour l'autre, ces deux rubans étant emboîtés l'un dans l'autre de façon à former une croix. Cette solution est donc équiva lente à une construction comportant quatre ressorts indépendants.
L'entretien peut, en principe, être obtenu par l'un des dispositifs classiques connus ; un dispositif électromagnétique, par exemple, est particulièrement bien adapté à cette forme d'exécution, du fait qu'il permet la réalisation d'une tête oscillante de très petites dimensions et bénéficiant des avantages que lui confère une symétrie de révolution.
La masse oscillante 1 portera à cet effet un aimant multipo laire 8 (fig. 4), en forme de cylindre ou de disque, tandis qu'un bobinage fixe (non représenté), placé en regard des pôles de l'aimant 8, assurera la liaison électromagnétique permettant l'entretien des oscilla tions.
L'ajustage de la fréquence peut être obtenu au moyen d'un petit anneau ferromagnétique 9, parfai- tement concentrique à l'axe d'oscillation, rendu soli daire de la masse 1 par sa seule interaction avec l'aimant multipolaire 8, c'est-à-dire par attraction magnétique. A la fig. 4, l'anneau 9 est représenté, contrairement à la réalité, à une certaine distance du corps 1, 8, pour faire voir qu'on peut facilement le retirer pour modifier son épaisseur ou son diamètre, de façon à faire varier le moment d'inertie de l'en semble des pièces 1, 4, 8, 9 et à régler ainsi la fré quence. Les retouches nécessaires pour cet ajustage de fréquence, le plus souvent très faibles, peuvent être obtenues par exemple par meulage de la surface de l'anneau 9.
On peut aussi prévoir un jeu d'an neaux 9 dont les dimensions varient peu d'un an neau à l'autre ; dans ce cas, il suffit d'échanger un anneau contre un autre, jusqu'à obtention de la fréquence désirée, l'anneau choisi pouvant encore, si nécessaire, être un peu retouché par meulage.
L'équilibrage dynamique de l'ensemble oscillant, en vue d'un amortissement aussi faible que possible de l'oscillation, peut être obtenu en plaçant côte à côte, sur la même platine 2, deux oscillateurs du type décrit, fonctionnant avec un déphasage de l'angle :,c (fig. 5). Il est encore possible de placer ces deux oscillateurs en opposition sur un même axe géomé trique, de part et d'autre de la platine commune 2 (fig. 6).
L'avantage fondamental de l'oscillateur décrit est de permettre la réalisation d'oscillateurs très pe tits sans augmenter excessivement la fréquence, du fait que les ressorts 3 peuvent être obtenus avec grande précision par les procédés classiques et que leur dispositif d'encastrage délimite parfaitement leur longueur utile. De tels oscillateurs peuvent dès lors être utilisés dans des montres et en particulier dans des montres-bracelets.
On sait, d'autre part, que les oscillateurs à diapa son sont sensibles à leur position dans le champ de la pesanteur, le poids des branches oscillantes s'ajou tant ou se retranchant aux forces élastiques de rap pel, suivant la position. En raison de cette dépen dance, la fréquence des diapasons pour montres élec troniques doit être choisie relativement élevée. Un avantage important de l'oscillateur décrit est de ne pas être sensiblement influencé par la pesanteur, ce qui permet de réduire considérablement la fréquence de fonctionnement, d'où une simplification de la transmission du mouvement aux aiguilles.
Mechanical Oscillator Most chronometric devices use an oscillator as the time base. The sprung balance assembly is a special case, characterized by a low oscillation frequency, hence the possibility of maintenance by a purely mechanical process. The presence of pivots, a source of friction, however generates isochronism disturbances which justify, among other things, the replacement of the balance spring by a piezoelectric oscillator or a tuning fork in high precision chronometric devices.
In the current state of the art, the application of such an oscillator to a wristwatch can only be considered if its frequency is low enough to allow direct attack of a tone wheel (by tone wheel, in the present patent is meant the rotor of a synchronized clockwork electric motor, intended to be powered by an audible frequency). It is hardly possible to make small piezoelectric oscillators at very low frequency, and tuning forks allowing such performances are very sensitive to shocks and difficult to make.
The present invention relates to a mechanical oscillator, comprising a mass mounted cantilevered and so as to be able to oscillate circularly about an axis of symmetry. An oscillator of this type has already been proposed, in which a beam, serving as a balance and carrying adjustable masses intended to adjust the period, is fixed to one end of a torsion bar, the other end of which is adjusted. rigidly in a support. The section of the bar has the shape of a cross, obtained by longitudinal milling. <B> This </B> device therefore has no pivots and makes it possible to obtain a frequency of the order of 25 oscillations per second (50 alternans).
However, it has some serious flaws, in particular the following: the useful length of the torsion bar, that is to say the length of the milling, is not determined exactly; on the other hand, the thickness of the arms of the cross cannot be made constant, and finally, the device cannot be made in dimensions allowing its use in a wristwatch.
The invention aims to remedy the drawbacks mentioned above. The mechanical oscillator to which it relates is characterized in that said mass is mounted on its support by means of at least three return springs in the form of flat ribbons of constant thickness, arranged in different planes intersecting along the axis of oscillation of the mass and distributed uniformly around this axis, this arrangement allowing the circular oscillation of the oscillating mass while opposing its translation, and in that said return springs are embedded, on the one hand, in said mass and, on the other hand, in said support,
so that their useful length is perfectly delimited.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention.
Fig. 1 is a perspective view of this embodiment.
Fig. 2 is a top view, on a slightly enlarged scale.
Fig. 3 is a section taken along line III-III of FIG. 2.
Fig. 4 is an elevation of the oscillator, partly in section and on a reduced scale.
Figs. 5 and 6 show two examples of dynamic balancing of the oscillating assembly. The oscillator shown in fig. 1 to 4 comprises a mass 1 mounted in a cantilever manner on a support 2, constituted for example by the plate of a watch, and oscillating circularly about an axis of symmetry.
The mass 1 is mounted on the support 2 by means of three return springs 3 in the form of flat ribbons of constant thickness, arranged in different planes intersecting along the axis of rotation of the mass 1 and distributed uniformly around this axis, that is to say making angles of 1200 between them. The springs 3 do not extend completely to the axis of rotation, as shown in FIGS. 1 and 2.
The described arrangement of the springs 3 with respect to the axis of oscillation is such that it generates a low return coefficient to torsion around the axis, but a very high return coefficient to bending relative to the axis.
The springs 3 are fixed at their upper end by sectors 4 made of high strength steel, crimped or driven into a metal frame constituting the mass 1. By giving these sectors 4 and the frame 1 an appropriate shape, it is possible to ensure the tightening of the ends of the springs 3 so as to perfectly delimit the useful length of these springs 3. We see in fact in FIGS. 2 and 3 that the frame 1 has two chamfers 5, while the sectors 4 have on their radial edges, towards the middle of their thickness, grooves 6.
As a result, the pressure exerted by the frame 1 on the middle part of the sectors 4 is distributed above and below the grooves 6 and ensures a solid embedding of the springs 3 at least at two points at their upper end. An identical fitting device is provided at the other end of the springs 3, the frame 1 being here replaced by the support 2 having the chamfers 7 (fig. 1).
One could moreover, according to a variant not shown, provide a frame identical to the frame 1 and drive it into a location that the support 2 would present.
The number of springs could be different from three. One could in particular provide four res spells constituted by two ribbons each having a median slit extending over almost the entire height, this slit being open towards the top for one of the ribbons and downwards for the other, these two ribbons being nested one inside the other so as to form a cross. This solution is therefore equivalent to a construction comprising four independent springs.
Maintenance can, in principle, be obtained by one of the known conventional devices; an electromagnetic device, for example, is particularly well suited to this embodiment, owing to the fact that it allows the production of an oscillating head of very small dimensions and benefiting from the advantages conferred on it by symmetry of revolution.
The oscillating mass 1 will carry for this purpose a multipo lar magnet 8 (fig. 4), in the form of a cylinder or a disc, while a fixed winding (not shown), placed opposite the poles of the magnet 8, will ensure the electromagnetic link allowing maintenance of the oscillations.
The frequency adjustment can be obtained by means of a small ferromagnetic ring 9, perfectly concentric with the axis of oscillation, made solid with the mass 1 by its only interaction with the multipolar magnet 8, c 'that is to say by magnetic attraction. In fig. 4, the ring 9 is shown, contrary to reality, at a certain distance from the body 1, 8, to show that it can easily be removed to modify its thickness or its diameter, so as to vary the moment d inertia of all parts 1, 4, 8, 9 and thus adjust the frequency. The alterations required for this frequency adjustment, which are most often very small, can be obtained for example by grinding the surface of the ring 9.
It is also possible to provide a set of rings 9, the dimensions of which vary little from one ring to another; in this case, it suffices to exchange one ring against another, until the desired frequency is obtained, the chosen ring still being able, if necessary, to be retouched a little by grinding.
The dynamic balancing of the oscillating assembly, with a view to as low a damping as possible of the oscillation, can be obtained by placing side by side, on the same plate 2, two oscillators of the type described, operating with a phase shift angle:, c (fig. 5). It is still possible to place these two oscillators in opposition on the same geometric axis, on either side of the common plate 2 (fig. 6).
The fundamental advantage of the oscillator described is that it allows very small oscillators to be produced without excessively increasing the frequency, owing to the fact that the springs 3 can be obtained with great precision by conventional methods and that their mounting device delimits perfectly their useful length. Such oscillators can therefore be used in watches and in particular in wristwatches.
We know, on the other hand, that diapason oscillators are sensitive to their position in the field of gravity, the weight of the oscillating branches being added to or subtracted from the elastic forces of rap pel, depending on the position. Because of this dependence, the frequency of tuning forks for electronic watches must be chosen relatively high. An important advantage of the oscillator described is that it is not significantly influenced by gravity, which allows the operating frequency to be considerably reduced, hence simplifying the transmission of movement to the hands.