Résonateur de rotation mécanique pour appareil de mesure du temps On connaît divers types de résonateurs mécaniques dont le plus commun est le diapason. Ce dernier pré sente deux inconvénients dans son application comme base de temps d'une montre-bracelet par exemple - L'ordre inférieur de symétrie du diapason simple lui confère un effet de position relativement important dans le champ de la pesanteur. La fréquence d'un dia pason est plus élevée lorsque ses branches sont orien tées vers le bas que dans le sens contraire, les forces dues à la pesanteur s'ajoutant aux forces élastiques de rappel ; - Le diapason est excitable par un choc latéral ou une trépidation énergique et cela d'autant plus que sa fréquence est plus basse. Ces effets extérieurs provo quent, par conséquent, une perturbation de marche.
Les deux effets mentionnés ci-dessus s'atténuent avec l'élévation de la fréquence, de sorte que le diapason simple n'est pratiquement pas utilisable comme garde- temps d'une bonne montre-bracelet si sa fréquence est inférieure à 300 Hz. Une fréquence plus basse présente rait cependant plusieurs avantages importants, notam ment une moindre consommation de courant et un sys tème de transmission du mouvement moins délicat. L'ordre de symétrie plus élevé que l'on trouve par exem ple dans le diapason double ou en H et dans bien d'autres types d'oscillateurs élimine l'effet de position, mais non l'effet de chocs. Il faut, pour éliminer ce der nier, avoir recours au résonateur de rotation dont l'exemple le plus connu est le balancier-spiral.
Un résonateur astreint à une oscillation circulaire autour d'un axe par rapport auquel il accuse une sy métrie axiale, ne peut pas, en principe, être excité ou perturbé par un choc non destructif. C'est là un privi lège exclusif qui, associé à l'absence d'effet de position si l'on prévoit un équilibrage dynamique, permet de faire travailler le résonateur de rotation à une fréquence relativement faible, par exemple 180 Hz, qui lui confère les avantages mentionnés plus haut.
On connaît déjà divers résonateurs de rotation à au- diofréquence. Ainsi, dans une construction connue (bre vet suisse N 367443), on fait appel à une structure élas tique cruciforme qui permet les oscillations de rotation par une importante composante de torsion, tandis qu'elle oppose une rigidité élevée aux déplacements parasites de translation. II n'est toutefois pas possible de confé rer à cette structure élastique cruciforme l'envergure souhaitable dans la faible place disponible à l'intérieur d'une montre-bracelet, d'où un manque de souplesse par rapport aux chocs qui peuvent entraîner un dépasse ment des limites élastiques, partant une dérive perma nente de fréquence avant l'intervention de butées de limitation.
Une structure élastique idéale de résonateur de ro tation doit permettre - L'isochronisme des oscillations jusqu'à une am plitude suffisante pour assurer un excellent rendement du transducteur et une puissance virtuelle suffisante à une fréquence relativement basse, par exemple de 180 Hz ; La présence de ressorts d'un volume actif maxi mum et d'une forme adaptée à l'espace très restreint disponible dans une montre-bracelet et à la présence d'un transducteur à haut rendement ; La possibilité d'une exécution simple, à un prix compétitif.
La présente invention vise à satisfaire ces conditions. Elle a pour objet un résonateur de rotation mécanique pour appareil de mesure du temps comprenant au moins une masse montée en porte à faux de manière à pou voir osciller circulairement autour d'un axe de symé trie, ce résonateur étant caractérisé en ce que ladite masse est montée sur son support au moyen de plusieurs ressorts dont la partie active, comprise entre une pre mière liaison avec la masse et une seconde liaison avec le support.
est en forme de portion cylindrique à généra trices parallèles à l'axe d'oscillation du résonateur et conserve ce caractère au cours de la déformation élas tique engendrée par l'oscillation circulaire, la longueur et la largeur de la partie active des ressorts étant com prises sur la-surface cylindrique, tandis que leur épais seur lui est perpendiculaire, et en ce que la longueur dé veloppée de ladite partie active est plus grande que la distance entre ses extrémités. Cette disposition permet de n'engendrer pratiquement que des oscillations de flexion pure et. d'augmenter autant que possible le vo lume actif des ressorts.
Au sens large utilisé en géométrie et dans le présent mémoire, un cylindre est une surface réglée à géné ratrices parallèles, dont le cylindre de révolution n'est qu'un exemple particulier.
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 plan\ de cçtte forme d'exé cution.
La fig. 2 est une vue en coupe, à échelle agrandie, suivant la ligne 11-1I de la fig. 3.
La fig. 3 est une coupe suivant la ligne I11-111 de la fig. 2.
La fig. 4 est une coupe suivant la ligne 1V-IV de la fig. 2.
Le résonateur de rotation représenté au dessin com prend deux masses ou têtes oscillantes 1 et 2 montées en porte à faux sur un support central 3 de manière à pou voir osciller circulairement autour d'un axe de symé trie. La masse 1 est montée sur le support 3 au moyen de quatre ressorts 4 à 7 et la masse 2 au moyen de quatre ressorts 4' à 7'. On voit sur la fig. 2 comment les res sorts 4' à 7' sont reliés à la masse 2 ; cette dernière porte quatre tenons 8' de section carrée sur lesquels les ressorts viennent soudés après un coude à angle droit de manière que les soudures ne soient sollicitées que tangentiellement.
De la même manière, les ressorts 4 à 7 sont reliés à la masse 1, au moyen de tenons 8 dont on n'aperçoit sur la fig. 1 que l'autre extrémité, de sec tion circulaire. Chacun des huit ressorts a la forme d'un ruban d'épaisseur et de largeur constantes et com porte essentiellement deux tronçons plans, dirigés ra- dialement par rapport à l'axe d'oscillation et reliés par une partie cylindrique circulaire à génératrices paral lèles à l'axe d'oscillation.
On voit ainsi que la partie active des ressorts est en forme de portion cylindrique (au sens large susindiqué) à génératrices parallèles à l'axe d'oscillation du résonateur, la longueur et la lar geur de la partie active des ressorts étant comprises sur la surface cylindrique, tandis que leur épaisseur lui est perpendiculaire. De plus, la longueur développée de ladite partie active est plus grande que la distance entre ses extrémités, comme cela ressort clairement de la fig. 2. Les ressorts d'un même système de sustentation sont obtenus deux à deux d'une même pièce, ici les ressorts .+ et 5, d'une part, 6 et 7, d'autre part.
Leur liaison au support central 3 est assurée par une soudure de leur zone commune 9 (fig. 2). Un tronçon élastique commun appartient aux ressorts sustentateurs de l'une des masses et aux ressorts sustentateurs de l'autre des masses, pris deux à deux, de manière à produire un couplage dyna mique des cieux masses. Ainsi, comme le montre la fig. 4, les ressorts 4 et 4', respectivement 5 et 5', comportent une partie élastique commune au voisinage de leur sou dure au support central 3. De ce fait, les huit ressorts sont constitués par deux pièces distinctes seulement.
En effet, les quatre ressorts 4, 4', 5, 5' sont tirés d'une même pièce par étampage et pliage ; il en est de même des quatre ressorts 6, 6', 7, 7'.
Un des ressorts de sustentation, dans l'exemple dé crit le ressort 7', porte un cliquet d'impulsion 10 destiné à coopérer avec une roue à rochet non- représentée, en vue de transformer- le mouvement oscillatoire en un mou vement<B>de</B> rotation unidirectionnel. Cette disposition- per met de ne transmettre audit cliquet 10 qu'une fraction des mouvements parasites des têtes oscillantes 1 et 2 engendrés par les chocs et les trépidations.
La fia. 3 met en évidence la symétrie de l'ensemble des ressorts du résonateur par rapport à l'axe II-II qui assure l'équilibrage dynamique et l'absence d'effet de position.
Une tige 11 fixée au support 3 se termine par deux pivots 12- et 13 engagés avec jeu respectivement dans des trous des têtes 1 et 2 (fig. 4). Ces pivots limitent le déplacement accidentel des têtes 1 et 2, sans arrêter l'oscillation circulaire de ces têtes. En l'absence de choc, les pivots 12 et 13 ne sont pas en contact avec les têtes oscillantes 1 et 2, d'où absence de frottement.
Comme le montre surtout la fi-. 2, le support 3 pré sente un bras 14 de section réduite, ce qui lui donne une certaine élasticité.
La tête ou masse 1 présente deux oreilles 15, et de même la tête ou masse 2 présente deux oreilles 16. Dans chacune de ces oreilles est disposé un aimant permanent 17 (voir fig. 2), servant à l'entretien des oscillations du résonateur par un dispositif électromagnétique connu.
L'équilibrage dynamique du résonateur est réalisé lorsqu'on fait osciller les deux têtes 1 et 2 avec un dé phasage de l'angle :r, c'est-à-dire en opposition de phase, ce qui supprime toute réaction sur le support 3 et permet d'obtenir un amortissement aussi faible que possible de l'oscillation.
Le résonateur décrit et représenté assure un travail rationnel des ressorts et permet de leur donner des di mensions maximales en rapport avec la place dispo nible, d'où une meilleure résistance aux chocs. Grâce aux parties radiales des ressorts de sustentation, la trans lation des têtes oscillantes 1 et 2 dans le plan d'oscillation implique une force relativement élevée de même que perpendiculairement au plan d'oscillation, les ressorts étant alors sollicités de chant. En revanche, la rotation des têtes oscillantes 1, 2 n'engendre que des sollicita tions de flexion par rapport à l'épaisseur relativement faible des ressorts. Ce dernier mode d'oscillation est donc fortement préférentiel.
Mechanical Rotation Resonator for a Time Measuring Device Various types of mechanical resonators are known, the most common of which is the tuning fork. The latter has two drawbacks in its application as the time base of a wristwatch for example - The lower order of symmetry of the single tuning fork gives it a relatively large position effect in the field of gravity. The frequency of a dia pason is higher when its branches are oriented downwards than in the opposite direction, the forces due to gravity being added to the elastic restoring forces; - The tuning fork is excitable by a side impact or an energetic trepidation and this all the more as its frequency is lower. These external effects therefore cause a disturbance in the operation.
The two effects mentioned above attenuate with increasing frequency, so that the single tuning fork is hardly usable as a timepiece of a good wristwatch if its frequency is below 300 Hz. A lower frequency would however have several important advantages, in particular a lower current consumption and a less delicate movement transmission system. The higher order of symmetry found, for example, in the double or H tuning fork and in many other types of oscillators eliminates the position effect, but not the impact effect. To eliminate the latter, it is necessary to have recourse to the rotation resonator, the best known example of which is the sprung balance.
A resonator forced to a circular oscillation around an axis with respect to which it exhibits an axial symmetry, cannot, in principle, be excited or disturbed by a non-destructive shock. This is an exclusive privilege which, associated with the absence of position effect if dynamic balancing is provided, allows the rotational resonator to work at a relatively low frequency, for example 180 Hz, which allows it to operate. confers the advantages mentioned above.
Various radio frequency rotation resonators are already known. Thus, in a known construction (Swiss patent N 367443), a cruciform elastic structure is used which allows rotational oscillations by a large torsional component, while it opposes a high rigidity to parasitic translational displacements. However, it is not possible to give this cruciform elastic structure the desired size in the small space available inside a wristwatch, hence a lack of flexibility with respect to shocks which can cause a elastic limits are exceeded, resulting in a permanent frequency drift before the intervention of limit stops.
An ideal elastic structure of a rotating resonator must allow: - The isochronism of the oscillations up to a sufficient amplitude to ensure an excellent efficiency of the transducer and a sufficient virtual power at a relatively low frequency, for example 180 Hz; The presence of springs with a maximum active volume and of a shape adapted to the very limited space available in a wristwatch and to the presence of a high efficiency transducer; The possibility of simple execution at a competitive price.
The present invention aims to satisfy these conditions. It relates to a mechanical rotation resonator for a time measuring device comprising at least one mass mounted in a cantilever manner so as to be able to oscillate circularly about an axis of symmetry, this resonator being characterized in that said mass is mounted on its support by means of several springs, the active part of which lies between a first connection with the mass and a second connection with the support.
is in the form of a cylindrical portion with generators parallel to the axis of oscillation of the resonator and retains this character during the elastic deformation generated by the circular oscillation, the length and width of the active part of the springs being com taken on the cylindrical surface, while their thickness is perpendicular thereto, and in that the developed length of said active part is greater than the distance between its ends. This arrangement makes it possible to generate practically only pure bending oscillations and. increase the active volume of the springs as much as possible.
In the broad sense used in geometry and in the present memory, a cylinder is a ruled surface with parallel generators, of which the cylinder of revolution is only one particular example.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention. Fig. 1 is a side plan view of this embodiment.
Fig. 2 is a sectional view, on an enlarged scale, taken along line 11-1I of FIG. 3.
Fig. 3 is a section taken along line I11-111 of FIG. 2.
Fig. 4 is a section taken along line 1V-IV of FIG. 2.
The rotation resonator shown in the drawing com takes two masses or oscillating heads 1 and 2 mounted cantilevered on a central support 3 so as to be able to oscillate circularly about an axis of symmetry. The mass 1 is mounted on the support 3 by means of four springs 4 to 7 and the mass 2 by means of four springs 4 'to 7'. It is seen in fig. 2 how the sources 4 'to 7' are connected to ground 2; the latter carries four tenons 8 'of square section on which the springs are welded after a bend at right angles so that the welds are only stressed tangentially.
In the same way, the springs 4 to 7 are connected to the mass 1, by means of tenons 8 which cannot be seen in FIG. 1 than the other end, of circular sec tion. Each of the eight springs has the shape of a strip of constant thickness and width and essentially comprises two plane sections, directed radially with respect to the axis of oscillation and connected by a circular cylindrical part with parallel generators. to the axis of oscillation.
It can thus be seen that the active part of the springs is in the form of a cylindrical portion (in the broad sense indicated above) with generatrices parallel to the axis of oscillation of the resonator, the length and width of the active part of the springs being included on the cylindrical surface, while their thickness is perpendicular to it. In addition, the developed length of said active part is greater than the distance between its ends, as is clear from fig. 2. The springs of the same lifting system are obtained two by two from the same part, here the + and 5 springs on the one hand, 6 and 7 on the other hand.
Their connection to the central support 3 is ensured by a weld of their common zone 9 (FIG. 2). A common elastic section belongs to the lift springs of one of the masses and to the lift springs of the other of the masses, taken in pairs, so as to produce a dynamic coupling of the heavens masses. Thus, as shown in fig. 4, the springs 4 and 4 ', respectively 5 and 5', comprise a common elastic part in the vicinity of their hard sou to the central support 3. Therefore, the eight springs are formed by two separate parts only.
Indeed, the four springs 4, 4 ', 5, 5' are drawn from the same part by stamping and bending; the same applies to the four springs 6, 6 ', 7, 7'.
One of the lift springs, in the example described the spring 7 ', carries an impulse pawl 10 intended to cooperate with a ratchet wheel, not shown, in order to transform the oscillatory movement into a movement <B > unidirectional </B> rotation. This arrangement makes it possible to transmit to said pawl 10 only a fraction of the parasitic movements of the oscillating heads 1 and 2 caused by shocks and tremors.
The fia. 3 shows the symmetry of all the springs of the resonator with respect to the axis II-II which ensures dynamic balancing and the absence of position effect.
A rod 11 fixed to the support 3 ends with two pivots 12- and 13 engaged with play respectively in the holes of the heads 1 and 2 (FIG. 4). These pivots limit the accidental displacement of heads 1 and 2, without stopping the circular oscillation of these heads. In the absence of shock, the pivots 12 and 13 are not in contact with the oscillating heads 1 and 2, hence the absence of friction.
As shown above all in fi-. 2, the support 3 has an arm 14 of reduced section, which gives it a certain elasticity.
The head or mass 1 has two ears 15, and likewise the head or mass 2 has two ears 16. In each of these ears is placed a permanent magnet 17 (see fig. 2), serving to maintain the oscillations of the resonator. by a known electromagnetic device.
The dynamic balancing of the resonator is achieved when the two heads 1 and 2 are made to oscillate with a phasing of the angle: r, that is to say in phase opposition, which eliminates any reaction on the support 3 and makes it possible to obtain as low a damping as possible of the oscillation.
The resonator described and shown ensures rational operation of the springs and allows them to be given maximum dimensions in relation to the available space, hence better resistance to shocks. Thanks to the radial parts of the support springs, the translation of the oscillating heads 1 and 2 in the oscillation plane involves a relatively high force as well as perpendicular to the oscillation plane, the springs then being biased singly. On the other hand, the rotation of the oscillating heads 1, 2 only generates bending stresses with respect to the relatively small thickness of the springs. This latter mode of oscillation is therefore highly preferred.