EP2908191A2 - Régulation en fréquence d'un résonateur d'horlogerie par action sur la rigidité d'un moyen de rappel élastique - Google Patents

Régulation en fréquence d'un résonateur d'horlogerie par action sur la rigidité d'un moyen de rappel élastique Download PDF

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EP2908191A2
EP2908191A2 EP15153321.3A EP15153321A EP2908191A2 EP 2908191 A2 EP2908191 A2 EP 2908191A2 EP 15153321 A EP15153321 A EP 15153321A EP 2908191 A2 EP2908191 A2 EP 2908191A2
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EP
European Patent Office
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spiral
return means
elastic return
regulating device
resonator mechanism
Prior art date
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EP15153321.3A
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EP2908191A3 (fr
EP2908191B1 (fr
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Thierry Hessler
Davide Sarchi
Marc Stranczl
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Swatch Group Research and Development SA
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Swatch Group Research and Development SA
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    • G04B18/02—Regulator or adjustment devices; Indexing devices, e.g. raquettes
    • G—PHYSICS
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    • G04B17/06—Oscillators with hairsprings, e.g. balance
    • G04B17/063—Balance construction
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    • G04B17/20—Compensation of mechanisms for stabilising frequency
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    • G04B18/00—Mechanisms for setting frequency
    • G04B18/04—Adjusting the beat of the pendulum, balance, or the like, e.g. putting into beat

Definitions

  • the invention relates to a method of frequency maintenance and regulation, around its natural frequency, of a clockwork resonator mechanism comprising at least one elastic return means which comprises at least one spiral or a torsion wire or a flexible guide, where at least one regulating device acting on said resonator mechanism is used with a periodic movement.
  • the invention also relates to a watch movement comprising at least one clock resonator mechanism designed to oscillate at a natural frequency, said clock resonator mechanism comprising at least one elastic return means comprising at least one hairspring or a wire of torsion or flexible guidance.
  • the invention also relates to a timepiece, more particularly a watch, comprising at least one such watch movement.
  • the invention relates to the field of time bases in mechanical watchmaking, in particular based on a spiral balance resonator mechanism.
  • the document EP 1 843 227 A1 of the same applicant describes a coupled resonator comprising a first low frequency resonator for example of the order of a few hertz and a second resonator at higher frequency, for example of the order of one kilohertz.
  • the invention is characterized in that the first resonator and the second resonator comprise permanent mechanical coupling means, said coupling making it possible to stabilize the frequency in the event of external disturbances, for example in the event of shocks.
  • the document CH 615 314 A3 in the name of PATEK PHILIPPE SA describes a mobile watch clock regulation unit, comprising an oscillating balance mechanically maintained by a spiral spring, and a vibrating member magnetically coupled with a fixed member for the synchronization of the balance.
  • the balance and the vibrating member are constituted by a single mobile element vibrating and oscillating simultaneously.
  • the vibration frequency of the vibrating member is an integer multiple of the oscillation frequency of the balance.
  • the invention proposes to manufacture a time base as accurate as possible.
  • the invention relates to a frequency maintenance and regulation method, around its natural frequency, of a clockwork resonator mechanism comprising at least one elastic return means which comprises at least one hairspring or a wire torsion or flexible guide, wherein at least one regulating device acting on said resonator mechanism with a periodic movement is used, characterized in that said periodic movement imposes a periodic modulation, with a regulation frequency which is between 0.9 times and 1.1 times the value of an integer multiple of said natural frequency, said integer being greater than or equal to 2 and less than or equal to 10, by controlling a periodic variation of the real part and / or the imaginary part of the rigidity of at least one said elastic return means.
  • said periodic movement imposes a periodic modulation of the resonant frequency of said resonator mechanism, by imposing a modulation of the section of at least one said elastic return means, and / or a modulation of the modulus of elasticity of at least one said elastic return means, and / or a modulation of the shape of at least one said elastic return means, and / or a modulation of the stresses at the attachment points of at least one said means elastic return.
  • At least one said regulator device is used to impart periodic movement to at least one component of said resonator mechanism or to a tooling influencing the position of such a component of said resonator mechanism and prints said periodic movement to a said resonator mechanism comprising at least one means of resilient return comprising at least one hairspring or a torsion wire or a flexible guide, and is made to act at least one said regulating device by controlling a periodic variation of the rigidity of said elastic return means by modulating its section and / or its modulus elasticity and / or its shape and / or stresses at its attachment points.
  • the invention also relates to a watch movement comprising at least one clock resonator mechanism designed to oscillate at a natural frequency, said clock resonator mechanism comprising at least one elastic return means comprising at least one hairspring or a wire of torsion or flexible guide, characterized in that said movement comprises at least one regulating device arranged to control a periodic variation of the rigidity of said elastic return means with a control frequency which is between 0.9 times and 1.1 times the value of an integer multiple of said natural frequency of said resonator, said integer being greater than or equal to 2 and less than or equal to 10, and in that said regulating device is arranged to print a periodic movement to at least one component of said resonator mechanism for exerting on said component a twisting or pulling or compressive force, and / or for printing a periodic movement to at least one tooling influencing the position of such a component of said resonator mechanism, and in that at least one said regulating device is arranged to impose a modulation of the section of at least one said elastic return means, and
  • the invention also relates to a timepiece, more particularly a watch, comprising at least one such watch movement.
  • the object of the invention is to manufacture a time base to make a mechanical timepiece, including a mechanical watch, as accurate as possible.
  • a parametric resonator system reduces the influence of the exhaust and thus make the watch more accurate.
  • a parametric oscillator uses, for the maintenance of oscillations, a parametric actuation which consists in varying one of the parameters of the oscillator with a regulation frequency ⁇ R between 0.9 times and 1.1 times the value of a multiple integer of the eigenfrequency ⁇ 0 of the oscillator system to be regulated, this integer being greater than or equal to 2, and which is preferably an integer multiple, in particular double, of the natural frequency ⁇ 0.
  • regulator 2 the oscillator which serves for maintenance and frequency regulation of the other system maintained, which is called “the resonator” 1.
  • T is the kinetic energy
  • V the potential energy and the inertia I ( t )
  • the rigidity k ( t ) and the rest position x 0 ( t ) of said resonator are a periodic function of time
  • x is the generalized coordinate of the resonator.
  • the function f (t) takes the value 0 in the case of a non-forced oscillator.
  • This function f (t) can, again, be a periodic function, or be representative of a Dirac type pulse.
  • the invention consists in varying, by the action of a maintenance oscillator or regulator, one or the other, or all, the terms ⁇ (t), ⁇ (t), by modifying the real part and / or imaginary rigidity, with a regulation frequency ⁇ R which is between 0.9 times and 1.1 times the value of an integer multiple, this integer being greater than or equal to 2, in particular double, of the natural frequency ⁇ 0 of the system oscillator to be regulated.
  • the regulation frequency ⁇ R is an integer multiple, in particular double, of the natural frequency ⁇ 0 of the resonator system to be regulated.
  • the rest position x 0 (t) varies simultaneously with the parameters ⁇ (t), ⁇ (t), with a regulation frequency ⁇ R which is between 0.9 times and 1.1 times the value of a multiple integer, this integer being greater than or equal to 2, in particular double, of the natural frequency ⁇ 0 of the oscillator system to be regulated.
  • all the terms ⁇ (t), ⁇ (t), x 0 (t), vary with a control frequency ⁇ R which is preferably multiple integer, in particular double, of the natural frequency ⁇ 0 of the resonator system to be regulated.
  • the maintenance oscillator or regulator in addition to the modulation of the parametric terms, also introduces a nonparametric maintenance term f (t) , the amplitude of which is negligible once the parametric regime is reached [ WB Case, The pumping of a swing from the standing position, Am. J. Phys. 64, 215 (1996) )].
  • forcing term f (t) may be introduced by a second maintenance mechanism.
  • the principle can be reproduced in a timepiece or a watch which comprises a mechanical resonator balance sprung, with one end of the spiral attached to a ferrule integral with the balance, and the other end attached to a stud.
  • the oscillation can be maintained and the accuracy of the system is notoriously improved.
  • the maintenance is advantageously carried out with an integer multiple frequency, in particular double, of the frequency of the maintained resonator.
  • the mechanical means of maintenance can take different forms.
  • the present invention consists in varying the rigidity of the spiral.
  • the excitation at twice the frequency can be performed with a square signal, or with a pulse signal, it is not essential to have a sinusoidal excitation.
  • the maintenance regulator does not need to be very precise: its possible lack of precision only results in a loss of amplitude, but without variation of the frequency (except of course if this frequency is very variable, which is to be avoided).
  • these two oscillators, maintenance regulator and resonator maintained are not coupled, but one maintains the other, one-way.
  • the invention differs from the coupled oscillators known elsewhere: indeed, it is not desired, in the implementation of the invention, reversibility of energy transfer between two oscillators, but rather, in the whenever possible, a one-way energy transfer from one oscillator to the other.
  • the invention more particularly relates to the frequency regulation of a clock resonator by acting on the rigidity of an elastic return means.
  • the invention relates to a method of frequency regulation of a clock resonator mechanism 1 around its natural frequency ⁇ 0.
  • This method implements at least one regulating device 2 imparting a periodic movement to at least one component of the resonator mechanism 1 or to a tooling influencing the position or the rigidity of such a component of the resonator mechanism 1.
  • this periodic movement imposes a periodic modulation at least of the resonance frequency of the resonator mechanism 1, acting at least on the rigidity of an elastic return means that includes this resonator mechanism 1, with a regulation frequency ⁇ R which is included between 0.9 times and 1.1 times the value of an integer multiple of the natural frequency ⁇ 0, this integer being greater than or equal to 2 and less than or equal to 10.
  • the periodic movement imposes a periodic modulation of the resonant frequency of the resonator mechanism 1, imposing both a modulation of the rigidity of the resonator mechanism 1 and an inertial modulation of the mechanism resonator 1.
  • the periodic movement imposes a periodic modulation of the resonance frequency of the resonator mechanism 1, by imposing a modulation of the section of an elastic return means, in particular but not exclusively a spring, that comprises said resonator mechanism 1 and / or a modulation of the modulus of elasticity of an elastic return means that comprises the resonator mechanism 1, and / or a modulating the shape of an elastic return means that comprises the resonator mechanism 1.
  • this periodic movement may, again, impose a periodic modulation of the resonance frequency of the resonator mechanism 1, by imposing, again, a modulation of the active length of an elastic return means, in particular a spring , what does this resonator mechanism 1 involve?
  • the periodic movement imposes a periodic modulation of the resonance frequency of the resonator mechanism 1 by imposing both a modulation of the rigidity of the resonator mechanism 1, and a modulation of the rest point of the resonator mechanism 1.
  • At least one said regulator device 2 is used to impart periodic movement to at least one component of the resonator mechanism 1, or to a tool that influences the position of such a component of the resonator mechanism. 1, and this periodic movement is imparted to a resonator mechanism 1 comprising at least one elastic return means 40 comprising at least one hairspring 4 or a torsion wire 46, or an elastic flexible guide including a virtual pivot (such as butterfly guide, or 4-necked RCC, combination of flexible blades, or set of crossed blades, or the like, which can be produced in one piece by the technologies of micro-machinable materials, "MEMS", “LIGA” or the like), and at least one said regulator device 2 by controlling a periodic variation of the rigidity of the elastic return means 40 by modulating its section and / or its modulus of elasticity and / or its form e and / or constraints at its attachment points.
  • a resonator mechanism 1 comprising at least one elastic return means 40 comprising at least one hairspring 4 or a torsion wire
  • shape modulation is meant here a deformation, under the effect of an external constraint, with respect to the idle form of the elastic return means, and not the normal deformation in service that takes for example a spiral spring during its contraction and its elongation. This is for example a deformation induced by contact, by aerodynamic friction, a contactless force such as a force of magnetic or electrostatic origin, or other.
  • the elastic return means 40 considered here is the means used to ensure the oscillation frequency of the resonator mechanism 1.
  • the preferred application of the invention concerns watches, especially for an application where the elastic return means 40 is constituted by a torsion wire.
  • this method is applied to a resonator mechanism 1 comprising at least one elastic return means 40 comprising at least one hairspring 4 or a torsion wire 46 or a flexible guide 46, and at least one such device is made to act.
  • regulator 2 by controlling a periodic variation of the real part and / or the imaginary part of the rigidity of this elastic return means 40, the real part of the rigidity defining the frequency of this resonator mechanism 1, and the imaginary part of the rigidity defining the quality factor of this resonator mechanism 1.
  • this method is applied to a sprung-balance assembly 3, the spiral 4 of which constitutes the elastic return means 40 and is held between a stud 5 at a first external end 6 and a ferrule 7 at a second inner end 8, and is made to act at least one such regulator device 2 by controlling a periodic variation of the real part and / or the imaginary part of the rigidity of the spiral 4.
  • the external terminal curve 17 of the hairspring 4 is doubled locally by an additional turn 18 fixed to this hairspring 4 at at least a first junction point 19, and is made periodically with the regulating device 2 of twists in opposite directions on the outer end curve 17 and on the additional turn 18, by acting on the peak 5 for the outer terminal curve 17, and on an end 18A opposite this first junction point 19 of the additional turn 18 for the additional turn 18.
  • This double torsion has the advantage of allowing the modification of the rigidity of the spiral, without modifying its position in its plane.
  • the external terminal curve 17 of the spiral 4 is locally doubled by an additional turn 18 fixed to this spring 4 at at least a first junction point 19, and a movement is made periodically with the regulating device 2 on an opposite end 18A. at this first junction point 19 of the additional coil 18.
  • the stiffness of the external terminal curve, and consequently that of the spiral, is thus modified. It is also possible to use the regulator device 2 to move the stud 5 and the end 18A.
  • an arm 20 is attached to the external terminal curve 17 of the hairspring 4 at at least a second junction point 21, and a movement is made periodically with the regulating device 2 on one end 22 of the arm 20 opposite this second point.
  • the arm 20 is chosen to be stiffer than the external terminal curve 17.
  • the spiral 4 is made with at least two conductive strips 41, 42, separated by insulating elements 43 and such a regulating device 2 is used to periodically apply a field to the two blades 41, 42 so as to modify the gap E1 ( Figure 7A ) or E2 ( Figure 7B ) between these two blades 41,42, and thus to change the total section and stiffness of the spiral 4. In a variant, they are periodically applied a different field.
  • the two blades 41, 42 are subjected to a different electromagnetic and / or electrostatic and / or magnetostatic field, by a movement printed on a ferromagnetic or magnetized or electrostatically conductive or electrised polar mass (in particular magnets or electrets) in the vicinity.
  • each blade so as to give rise to an electric or magnetic or electrostatic or magnetostatic force between them, and to approach them or to move them away from each other.
  • the rigidity of the spiral 4 is modified because its section varies.
  • the movement is preferably mechanically printed to these polar masses.
  • the two blades 41, 42 are subjected to an electric or electrostatic field so as to locally polarize the spiral 4 and locally modify its rigidity 4.
  • such a regulating device 2 comprising a rotating mobile 28 equipped with magnets 29 at its periphery and whose field cooperates periodically with at least one magnet 45 placed on the spiral 4 (one can imagine placing the magnet on the side of the ferrule), to periodically change the stiffness of the hairspring 4.
  • the prestressing of the hairspring and the radial position of the counting point are also periodically modified.
  • a rotating mobile 28 is used that is inhomogeneously magnetized to periodically modify the rigidity of the spring 4 by the phenomenon of magnetostriction.
  • a regulator device 2 comprising a similar rotating mobile 28, this time equipped with electrets at its periphery, and whose electric field cooperates periodically with at least one electret placed on the external terminal curve 17 of the spiral 4, to periodically change the rigidity of the spiral 4, by the phenomenon of piezoelectricity.
  • the rigidity is modulated through a temperature variation.
  • the regulation frequency ⁇ R is twice the natural frequency ⁇ 0.
  • the relative amplitude of the modulation of the real part of the rigidity of the resonator mechanism 1 is greater than twice the inverse of the quality factor of the resonator mechanism 1.
  • the invention also relates to a watch movement 10, comprising at least one clocking resonator mechanism 1 designed to oscillate at a natural frequency ⁇ 0, this clock resonator mechanism 1 comprising at least one elastic return means 40 comprising at least a hairspring 4 or a torsion wire 46 or a flexible guide.
  • this movement 10 comprises at least one regulating device 2 controlling a periodic variation of the rigidity of the elastic return means 40 with a regulation frequency ⁇ R, which is between 0.9 times and 1.1 times the value of an integer multiple of the natural frequency ⁇ 0 of the resonator 1, said integer being greater than or equal to 2 and less than or equal to 10.
  • the clockwork resonator mechanism 1 comprises at least one balance spring-balance 3, the spiral 4 constitutes the elastic return means 40 and is held between a stud 5 at a first outer end 6 and a ferrule 7 to a second internal end 8, and the regulator device 2 controls a periodic variation of the rigidity of the spiral 4.
  • the movement 10 comprises an additional turn 18 fixed to this spring 4 in at least a first junction point 19 and lining locally with the external terminal curve 17 of the spiral 4.
  • the regulating device 2 periodically makes twists of opposite directions on the outer terminal curve 17 and on the additional turn 18, by acting on the stud 5 for the outer terminal curve 17, and on one end 18A of the additional turn 18 opposite this first connection point 19.
  • the movement 10 comprises an additional turn 18 fixed to this spring 4 at at least a first junction point 19 and lining locally with the external terminal curve 17 of the spring 4, and the regulating device 2 periodically moves on an end 18A of the additional turn 18 opposite this first junction point 19.
  • the additional turn 18 is either of flexibility equivalent to that of the external terminal curve 17, or much more rigid than the external terminal curve 17.
  • the movement 10 comprises an arm 20 fixed to the outer end curve 17 of the hairspring 4 at at least a second junction point 21, and the regulating device 2 periodically moves on one end 22 of the arm 20 opposite to this second junction point 21.
  • the arm 20 is more rigid than the external terminal curve 17.
  • the movement 10 comprises, in the vicinity of the outer terminal curve 17 of the spiral 4, another turn 23 which is maintained at a first end by a support 24 operated by the regulating device 2, and which is free at a second end 25 arranged to periodically come into contact with the external terminal curve 17 under the action of the regulating device 2 on this support 24.
  • the hairspring 4 comprises at least two conductive strips 41, 42, separated by insulating elements 43, and the regulating device 2 is arranged to periodically subject the two blades 41, 42 to an electric and / or magnetic field (in the broad sense , according to the definition of fields above), so as to change the gap E1, E2, between the two blades 41, 42, and thus to modify the total section and the rigidity of the spiral 4.
  • the regulator 2 is arranged to periodically subject the two blades 41, 42 to a different electric field.
  • the regulating device 2 comprises a rotating mobile 28 equipped with magnets 29 at its periphery and whose magnetic field cooperates periodically with at least one magnet 45 placed on the external terminal curve 17 of the spiral 4, to periodically modify the rigidity of the spiral 4 .
  • the resonator mechanism 1 comprises at least one rocker 26 comprising a ferrule 7 holding a torsion wire 46 which constitutes the elastic return means 40, and the regulating device 2 controls a periodic variation of the tension of the torsion wire 46.
  • layers or electrostatic elements may be implemented to vary the rigidity of a spring or spiral by covering it partially or completely with a piezoelectric layer activated by a small electronic module.
  • the regulation frequency ⁇ R of the regulating device 2 is twice the natural frequency ⁇ 0 of the resonator mechanism 1.
  • the invention also relates to a timepiece, more particularly a watch, comprising at least one such watch movement 10.

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Abstract

Procédé de régulation en fréquence, autour de sa fréquence propre (É0), d'un mécanisme résonateur (1) comportant un moyen de rappel élastique (40) avec un spiral (4) ou un fil de torsion (46), où un dispositif régulateur (2) agit sur ledit mécanisme résonateur (1) avec un mouvement périodique, avec une fréquence de régulation (ÉR) qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier entre 2 et 10 de ladite fréquence propre (É0), commandant une variation périodique de la partie réelle et/ou de la partie imaginaire de la rigidité dudit moyen de rappel élastique (40). Mouvement d'horlogerie (10) comportant un tel mécanisme résonateur (1) et comportant un tel dispositif régulateur (2) agencé pour commander une variation périodique de la rigidité dudit moyen de rappel élastique (40).

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention concerne un procédé d'entretien et de régulation en fréquence, autour de sa fréquence propre, d'un mécanisme résonateur d'horlogerie comportant au moins un moyen de rappel élastique lequel comporte au moins un spiral ou un fil de torsion ou un guidage flexible, où on met en oeuvre au moins un dispositif régulateur agissant sur ledit mécanisme résonateur avec un mouvement périodique.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un mécanisme résonateur d'horlogerie conçu pour osciller à une fréquence propre, ledit mécanisme résonateur d'horlogerie comportant au moins un moyen de rappel élastique comportant au moins un spiral ou un fil de torsion ou un guidage flexible.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, plus particulièrement une montre, comportant au moins un tel mouvement d'horlogerie.
  • L'invention concerne le domaine des bases de temps en horlogerie mécanique, en particulier basées sur un mécanisme résonateur à balancier-spiral.
    • Arrière-plan de l'invention
  • La recherche de l'amélioration de performances des bases de temps horlogères est une préoccupation constante. Une limitation importante à la performance chronométrique des montres mécaniques réside dans l'utilisation des échappements impulsionnels conventionnels, et aucune solution d'échappement n'a jamais pu éviter ce type de perturbation.
  • Le document EP 1 843 227 A1 du même déposant décrit un résonateur couplé comportant un premier résonateur à basse fréquence par exemple de l'ordre de quelques hertz et un deuxième résonateur à plus haute fréquence, par exemple de l'ordre du kilohertz. L'invention est caractérisée en ce que le premier résonateur et le deuxième résonateur comportent des moyens de couplage mécanique permanent, ledit couplage permettant de stabiliser la fréquence en cas de perturbations extérieures, par exemple en cas de chocs.
  • Le document CH 615 314 A3 au nom de PATEK PHILIPPE SA décrit un ensemble mobile de régulation de mouvement d'horlogerie, comportant un balancier oscillant entretenu mécaniquement par un ressort spiral, et un organe vibrant couplé magnétiquement avec un organe fixe pour la synchronisation du balancier. Le balancier et l'organe vibrant sont constitués par un seul et même élément mobile vibrant et oscillant simultanément. La fréquence de vibration de l'organe vibrant est un multiple entier de la fréquence d'oscillation du balancier.
    • Résumé de l'invention
  • L'invention se propose de fabriquer une base de temps la plus précise possible.
  • A cet effet, l'invention concerne un procédé d'entretien et de régulation en fréquence, autour de sa fréquence propre, d'un mécanisme résonateur d'horlogerie comportant au moins un moyen de rappel élastique lequel comporte au moins un spiral ou un fil de torsion ou un guidage flexible, où on met en oeuvre au moins un dispositif régulateur agissant sur ledit mécanisme résonateur avec un mouvement périodique, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique, avec une fréquence de régulation qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier de ladite fréquence propre, ledit entier étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 10, en commandant une variation périodique de la partie réelle et/ou de la partie imaginaire de la rigidité d'au moins un dit moyen de rappel élastique.
  • Selon une caractéristique de l'invention, ledit mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance dudit mécanisme résonateur, en imposant une modulation de la section d'au moins un dit moyen de rappel élastique, et/ou une modulation du module d'élasticité d'au moins un dit moyen de rappel élastique, et/ou une modulation de la forme d'au moins un dit moyen de rappel élastique, ou/et une modulation des contraintes aux points de fixation d'au moins un dit moyen de rappel élastique.
  • Selon une caractéristique de l'invention, on met en oeuvre au moins un dit dispositif régulateur imprimant un mouvement périodique à au moins un composant dudit mécanisme résonateur ou à un outillage influant sur la position d'un tel composant dudit mécanisme résonateur et on imprime ledit mouvement périodique à un dit mécanisme résonateur comportant au moins un moyen de rappel élastique comportant au moins un spiral ou un fil de torsion ou un guidage flexible, et on fait agir au moins un dit dispositif régulateur en commandant une variation périodique de la rigidité dudit moyen de rappel élastique en modulant sa section et/ou son module d'élasticité et/ou sa forme et/ou les contraintes à ses points de fixation.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie comportant au moins un mécanisme résonateur d'horlogerie conçu pour osciller à une fréquence propre, ledit mécanisme résonateur d'horlogerie comportant au moins un moyen de rappel élastique comportant au moins un spiral ou un fil de torsion ou un guidage flexible, caractérisé en ce que ledit mouvement comporte au moins un dispositif régulateur agencé pour commander une variation périodique de la rigidité dudit moyen de rappel élastique avec une fréquence de régulation qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier de ladite fréquence propre dudit résonateur, ledit entier étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 10, et en ce que ledit dispositif régulateur est agencé pour imprimer un mouvement périodique à au moins un composant dudit mécanisme résonateur pour exercer sur ledit composant un effort de vrillage ou de traction ou de compression, ou/et pour imprimer un mouvement périodique à au moins un outillage influant sur la position d'un tel composant dudit mécanisme résonateur, et en ce que au moins un dit dispositif régulateur est agencé pour imposer une modulation de la section d'au moins un dit moyen de rappel élastique, et/ou une modulation du module d'élasticité d'au moins un dit moyen de rappel élastique, et/ou une modulation de la forme d'au moins un dit moyen de rappel élastique, ou/et une modulation des contraintes aux points de fixation d'au moins un dit moyen de rappel élastique.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, plus particulièrement une montre, comportant au moins un tel mouvement d'horlogerie.
    • Description sommaire des dessins
  • D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit, en référence aux dessins annexés, où :
    • la figure 1 représente, de façon schématisée, un pendule dont on fait varier la longueur ;
    • la figure 2 représente, de façon schématisée, un diapason avec deux balanciers-spiraux attachés l'un à l'autre
    • la figure 3 représente, de façon schématisée, et partielle, le spiral d'un ensemble balancier-spiral, avec une spire additionnelle fixée à ce spiral et venant en doublure localement avec la courbe terminale externe du spiral, et un dispositif régulateur pour effectuer des torsions de sens opposés sur la courbe terminale externe et sur cette spire additionnelle ;
    • la figure 4 représente, de façon similaire à la figure 3, une spire additionnelle et un dispositif régulateur actionnant une extrémité de cette spire additionnelle ;
    • la figure 5 représente un spiral auquel est fixé un bras, et un dispositif régulateur actionnant une extrémité de ce bras ;
    • la figure 6 illustre un spiral avec, au voisinage de sa courbe terminale externe, une autre spire qui est maintenue à une première extrémité par un appui manoeuvré par un dispositif régulateur, et qui est libre à une deuxième extrémité agencée pour venir périodiquement en contact avec la courbe terminale externe sous l'action du dispositif régulateur sur cet appui ;
    • la figure 7 illustre un spiral comportant deux lames conductrices séparées par des éléments isolants, et les figures 7A et 7B montrent, en coupe, deux sections de ce spiral selon les champs électriques appliqués à ce spiral ;
    • la figure 8 illustre un dispositif régulateur comportant un mobile rotatif équipé d'aimants à sa périphérie et dont le champ coopère périodiquement avec un aimant placé sur la courbe terminale externe d'un spiral ;
    • la figure 9 illustre un mécanisme résonateur comportant un balancier comportant une virole maintenant un fil de torsion, dont un dispositif régulateur commande une variation périodique de la tension ;
    • la figure 10 représente, sous forme d'un schéma-blocs, une montre comportant un mouvement mécanique avec un mécanisme résonateur régulé selon l'invention.
    Description détaillée des modes de réalisation préférés
  • Le but de l'invention est de fabriquer une base de temps pour rendre une pièce d'horlogerie mécanique, notamment une montre mécanique, la plus précise possible.
  • Une manière d'y parvenir consiste à associer différents résonateurs, soit directement, soit via l'échappement.
  • Pour pallier le facteur d'instabilité lié au mécanisme d'échappement, un système de résonateur paramétrique permet de diminuer l'influence de l'échappement et de rendre ainsi la montre plus précise.
  • Selon l'invention, un oscillateur paramétrique utilise, pour le maintien des oscillations, une actuation paramétrique qui consiste à faire varier un des paramètres de l'oscillateur avec une fréquence de régulation ωR comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier de la fréquence propre ω0 du système oscillateur à réguler, cet entier étant supérieur ou égal à 2, et qui est de préférence multiple entière, notamment double, de la fréquence propre ω0.
  • Par convention et afin de bien les distinguer, on appelle ici « régulateur » 2 l'oscillateur qui sert à l'entretien et à la régulation en fréquence de l'autre système entretenu, lequel est dénommé « le résonateur» 1.
  • La lagrangienne L d'un résonateur paramétrique de dimension 1 est : L = T - V = 1 2 ⁢ I t ⁢ x ˙ 2 - 1 2 ⁢ k t ⁢ x - x 0 t 2
    Figure imgb0001
    où T est l'énergie cinétique et V l'énergie potentielle et l'inertie I(t), la rigidité k(t) et la position de repos x0(t) dudit résonateur sont une fonction périodique du temps, x est la coordonnée généralisée du résonateur.
  • L'équation du résonateur paramétrique forcé et amorti est obtenue par l'équation de Lagrange pour la lagrangienne L en ajoutant un forçant f(t) et une force de Langevin prenant en compte les mécanismes dissipatifs : ∂ 2 ⁢ x ∂ 2 ⁢ t + γ t ∂ x ∂ t + ω 2 t ⁢ x - x 0 t = f t
    Figure imgb0002
     où le coefficient de la dérivée du premier ordre en x est : γ t = β t + I ˙ t / I t ,
    Figure imgb0003
     β(t) > 0 étant le terme décrivant les pertes, et où le coefficient du terme d'ordre nul dépend de la fréquence du résonateur ω t = k t / I t .
    Figure imgb0004
    La fonction f(t) prend la valeur 0 dans le cas d'un oscillateur non-forcé.
    Cette fonction f(t) peut, encore, être une fonction périodique, ou encore être représentative d'une impulsion de type Dirac.
  • L'invention consiste à faire varier, par l'action d'un oscillateur d'entretien ou régulateur, l'un ou l'autre, ou tous, les termes β(t), ω(t), en modifiant la partie réelle et/ou imaginaire de la rigidité, avec une fréquence de régulation ωR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier, cet entier étant supérieur ou égal à 2, notamment double, de la fréquence propre ω0 du système oscillateur à réguler.
  • Dans une réalisation particulière, la fréquence de régulation ωR est multiple entière, notamment double, de la fréquence propre ω0 du système résonateur à réguler.
  • Dans une variante, la position de repos x0(t), varie simultanément avec les paramètres β(t), ω(t), avec une fréquence de régulation ωR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier, cet entier étant supérieur ou égal à 2, notamment double, de la fréquence propre ω0 du système oscillateur à réguler.
  • De préférence, tous les termes β(t), ω(t), x0(t), varient avec une fréquence de régulation ωR qui est de préférence multiple entière, notamment double, de la fréquence propre ω0 du système résonateur à réguler.
  • Généralement, l'oscillateur d'entretien ou régulateur, en plus que la modulation des termes paramétriques, introduit aussi un terme d'entretien non paramétrique f(t), dont l'amplitude est négligeable une fois que le régime paramétrique est atteint [W. B. Case, The pumping of a swing from the standing position, Am. J. Phys. 64, 215 (1996)].
  • Dans une variante, le terme forçant f(t) peut être introduit par un deuxième mécanisme d'entretien.
  • Les paramètres de cette équation sont le terme de fréquence ω et le terme de pertes et frottements β. Le facteur de qualité de l'oscillateur est défini par Q = ω/β.
    Pour mieux comprendre le phénomène, on peut se rapprocher de l'exemple d'un pendule dont on fait varier la longueur. Dans ce cas, ω 2 = g L
    Figure imgb0005
     avec L la longueur du pendule, et g l'attraction de la pesanteur.
  • Dans cet exemple particulier, si la longueur L est modulée dans le temps périodiquement avec une fréquence 2ω et une amplitude de modulation δL suffisante (δL/L > 2β/ω), le système oscille à la fréquence ω sans s'amortir.
    [D. Rugar et P. Grutter, Mechanical parametric amplification and thermomechanical noise squeezing, PRL 67, 699 (1991), A. H. Nayfeh and D. T. Mook, Nonlinear Oscillations, Wiley-Interscience, (1977)].
  • Le principe peut être repris dans une pièce d'horlogerie ou une montre qui comporte un résonateur mécanique à balancier-spiral, avec une extrémité du spiral fixée à une virole solidaire du balancier, et l'autre extrémité fixée à un piton.
  • L'entretien paramétrique d'un tel système balancier-spiral peut notamment être réalisé en rendant ce piton mobile, de façon périodique.
  • L'oscillation peut être maintenue et la précision du système est notoirement améliorée.
  • Le choix d'une fréquence d'un oscillateur d'excitation au double de la fréquence du système que l'on veut stabiliser en régularité d'oscillation permet d'effectuer la modulation sur une alternance complète, et d'obtenir un amortissement nul ou négatif.
  • L'industrialisation de tels systèmes d'oscillateurs paramétriques est liée aux deux fonctions essentielles: la fourniture d'énergie et le comptage.
  • Ces deux fonctions peuvent être séparées, comme illustré par la figure 2, en utilisant un diapason avec deux balanciers-spiraux attachés l'un à l'autre, où l'un oscillant à une fréquence 2ω est lié à l'échappement, et l'autre oscillant à une fréquence ω est lié au comptage.
  • Il est encore possible de privilégier une modification des pertes par frottements dans l'air, plutôt que de faire osciller le terme de fréquence, ou encore de modifier l'inertie du balancier par un balourd.
  • Pour une efficacité maximale, l'entretien est avantageusement effectué avec une fréquence multiple entière, notamment double, de la fréquence du résonateur entretenu. Les moyens mécaniques d'entretien peuvent prendre différentes formes.
  • La présente invention consiste à faire varier la rigidité du spiral.
  • L'excitation au double de la fréquence peut être effectuée avec un signal carré, ou encore avec un signal impulsionnel, il n'est pas indispensable d'avoir une excitation sinusoïdale.
  • Le régulateur d'entretien n'a pas besoin d'être très précis: son défaut de précision éventuel se traduit seulement par une perte d'amplitude, mais sans variation de la fréquence (sauf bien sûr si cette fréquence est très variable, ce qui est à éviter). En fait, ces deux oscillateurs, régulateur d'entretien et résonateur entretenu, ne sont pas couplés, mais l'un entretient l'autre, à sens unique.
  • Dans une réalisation préférée, il n'y a pas de ressort de couplage entre ces deux oscillateurs.
  • On comprend bien que l'invention se distingue des oscillateurs couplés connus par ailleurs: en effet, on ne souhaite pas, dans la mise en oeuvre de l'invention, de réversibilité du transfert d'énergie entre deux oscillateurs, mais plutôt, dans la mesure du possible, un transfert d'énergie à sens unique d'un oscillateur vers l'autre.
  • L'invention concerne plus particulièrement la régulation en fréquence d'un résonateur d'horlogerie par action sur la rigidité d'un moyen de rappel élastique.
  • Ainsi, l'invention concerne un procédé de régulation en fréquence d'un mécanisme résonateur 1 d'horlogerie autour de sa fréquence propre ω0. Ce procédé met en oeuvre au moins un dispositif régulateur 2 imprimant un mouvement périodique à au moins un composant du mécanisme résonateur 1 ou à un outillage influant sur la position ou sur la rigidité d'un tel composant du mécanisme résonateur 1.
  • Et ce mouvement périodique impose une modulation périodique au moins de la fréquence de résonance du mécanisme résonateur 1, en agissant au moins sur la rigidité d'un moyen de rappel élastique que comporte ce mécanisme résonateur 1, avec une fréquence de régulation ωR qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier de la fréquence propre ω0, cet entier étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 10.
  • Dans une mise en oeuvre particulière de l'invention, le mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance du mécanisme résonateur 1, en imposant à la fois une modulation de la rigidité du mécanisme résonateur 1 et une modulation d'inertie du mécanisme résonateur 1.
  • Dans une mise en oeuvre particulière de l'invention, le mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance du mécanisme résonateur 1, en imposant une modulation de la section d'un moyen de rappel élastique, notamment mais non limitativement un ressort, que comporte ledit mécanisme résonateur 1 et/ou une modulation du module d'élasticité d'un moyen de rappel élastique que comporte le mécanisme résonateur 1, et/ou une modulation de la forme d'un moyen de rappel élastique que comporte le mécanisme résonateur 1.
  • Dans une application particulière, ce mouvement périodique peut, encore, imposer une modulation périodique de la fréquence de résonance du mécanisme résonateur 1, en imposant, encore, une modulation de la longueur active d'un moyen de rappel élastique, notamment d'un ressort, que comporte ce mécanisme résonateur 1.
  • Dans une mise en oeuvre particulière de l'invention, le mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance du mécanisme résonateur 1 en imposant à la fois une modulation de la rigidité du mécanisme résonateur 1, et une modulation du point de repos du mécanisme résonateur 1.
  • Dans une application particulière illustrée par les figures, on met en oeuvre au moins un dit dispositif régulateur 2 imprimant un mouvement périodique à au moins un composant du mécanisme résonateur 1, ou à un outillage influant sur la position d'un tel composant du mécanisme résonateur 1, et on imprime ce mouvement périodique à un mécanisme résonateur 1 comportant au moins un moyen de rappel élastique 40 comportant au moins un spiral 4 ou un fil de torsion 46, ou un guidage flexible élastique notamment à pivot virtuel (tel que guidage papillon, ou RCC 4 cols, combinaison de lames flexibles, ou ensemble de lames croisées, ou similaire, réalisable de façon monobloc par les technologies des matériaux micro-usinables, « MEMS », « LIGA » ou similaires), et on fait agir au moins un dit dispositif régulateur 2 en commandant une variation périodique de la rigidité du moyen de rappel élastique 40 en modulant sa section et/ou son module d'élasticité et/ou sa forme et/ou les contraintes à ses points de fixation.
  • Par modulation de forme on entend ici une déformation, sous l'effet d'une contrainte externe, par rapport à la forme à vide du moyen de rappel élastique, et non la déformation normale en service que prend par exemple un ressort spiral au cours de sa contraction et de son élongation. Il s'agit par exemple d'une déformation induite par un contact, par un frottement aérodynamique, un effort sans contact tel qu'une force d'origine magnétique ou électrostatique, ou autre.
  • Naturellement, le moyen de rappel élastique 40 considéré ici est le moyen utilisé pour assurer la fréquence d'oscillation du mécanisme résonateur 1.
  • L'application préférée de l'invention concerne les montres, tout particulièrement pour une application où le moyen de rappel élastique 40 est constitué par un fil de torsion.
  • Selon l'invention, on applique ce procédé à un mécanisme résonateur 1 comportant au moins un moyen de rappel élastique 40 comportant au moins un spiral 4 ou un fil de torsion 46 ou un guidage flexible 46, et on fait agir au moins un tel dispositif régulateur 2 en commandant une variation périodique de la partie réelle et/ou de la partie imaginaire de la rigidité de ce moyen de rappel élastique 40, la partie réelle de la rigidité définissant la fréquence de ce mécanisme résonateur 1, et la partie imaginaire de la rigidité définissant le facteur de qualité de ce mécanisme résonateur 1.
  • Dans les variantes illustrées aux figures 3 à 8 (où le balancier n'est pas représenté pour ne pas encombrer les figures), on applique ce procédé à un ensemble balancier-spiral 3, dont le spiral 4 constitue le moyen de rappel élastique 40 et est maintenu entre un piton 5 à une première extrémité externe 6 et à une virole 7 à une deuxième extrémité interne 8, et on fait agir au moins un tel dispositif régulateur 2 en commandant une variation périodique de la partie réelle et/ou de la partie imaginaire de la rigidité du spiral 4.
  • Dans la variante de la figure 3, on double localement la courbe terminale externe 17 du spiral 4 par une spire additionnelle 18 fixée à ce spiral 4 en au moins un premier point de jonction 19, et on effectue de façon périodique avec le dispositif régulateur 2 des torsions de sens opposés sur la courbe terminale externe 17 et sur la spire additionnelle 18, en agissant sur le piton 5 pour la courbe terminale externe 17, et sur une extrémité 18A opposée à ce premier point de jonction 19 de la spire additionnelle 18 pour la spire additionnelle 18. Cette double torsion présente l'avantage de permettre la modification de la rigidité du spiral, sans modifier sa position dans son plan.
  • Dans la variante de la figure 4, on double localement la courbe terminale externe 17 du spiral 4 par une spire additionnelle 18 fixée à ce spiral 4 en au moins un premier point de jonction 19, et on effectue de façon périodique avec le dispositif régulateur 2 un mouvement sur une extrémité 18A opposée à ce premier point de jonction 19 de la spire additionnelle 18. On modifie, ainsi, la rigidité de la courbe terminale externe, et, par conséquent, celle du spiral. On peut, aussi, utiliser le dispositif régulateur 2 pour mouvoir le piton 5 et l'extrémité 18A.
  • On peut choisir de donner une rigidité particulière à cette spire additionnelle 18, et notamment :
    • ou bien on choisit une telle spire additionnelle 18 de souplesse équivalente à celle de la courbe terminale externe 17,
    • ou bien on choisit une telle spire additionnelle 18 plus rigide que la courbe terminale externe 17.
  • Dans la variante de la figure 5, on fixe à la courbe terminale externe 17 du spiral 4 un bras 20 en au moins un deuxième point de jonction 21, et on effectue de façon périodique avec le dispositif régulateur 2 un mouvement sur une extrémité 22 du bras 20 opposée à ce deuxième point de jonction 21. Dans une variante particulière, on choisit le bras 20 plus rigide que la courbe terminale externe 17.
  • Dans la variante de la figure 6, on positionne, au voisinage de la courbe terminale externe 17 du spiral 4, une autre spire 23, qui à l'état au repos du mécanisme résonateur 1 est complètement indépendante du moyen de rappel élastique 40, et à distance de ce dernier, et qui est maintenue à une première extrémité par un appui 24 manoeuvré par le dispositif régulateur 2, et qui est libre à une deuxième extrémité 25 agencée pour venir périodiquement en contact avec la courbe terminale externe 17 sous l'action du dispositif régulateur 2 sur cet appui 24. Cette autre spire 23 courbe vient ainsi se rapprocher, et éventuellement coller, périodiquement au spiral 4, pour modifier la rigidité du composant de rappel.
  • Dans la variante de la figure 7, on réalise le spiral 4 avec au moins deux lames conductrices 41, 42, séparées par des éléments isolants 43 et on utilise un tel dispositif régulateur 2 pour appliquer périodiquement un champ aux deux lames 41, 42, de façon à modifier l'écart E1 (figure 7A) ou E2 (figure 7B) entre ces deux lames 41,42, et ainsi à modifier la section totale et la rigidité du spiral 4. Dans une variante, on leur applique périodiquement un champ différent.
  • Notamment on soumet les deux lames 41, 42, à un champ, électromagnétique et/ou électrostatique et/ou magnétostatique, différent, par un mouvement imprimé à une masse polaire ferromagnétique ou magnétisée ou électrostatiquement conductrice ou électrisée (notamment aimants ou électrets) à proximité immédiate de chaque lame de façon à faire naître une force électrique ou magnétique ou électrostatique ou magnétostatique entre elles, et les approcher ou les éloigner l'une de l'autre. La rigidité du spiral 4 est modifiée car sa section varie. Le mouvement est de préférence imprimé mécaniquement à ces masses polaires.
  • Dans une variante on soumet les deux lames 41, 42, à un champ électrique ou électrostatique de façon à polariser localement le spiral 4 et à modifier localement sa rigidité 4.
  • Dans la variante de la figure 8, on utilise un tel dispositif régulateur 2 comportant un mobile rotatif 28 équipé d'aimants 29 à sa périphérie et dont le champ coopère périodiquement avec au moins un aimant 45 placé sur le spiral 4 (on peut imaginer placer l'aimant du côté de la virole), pour modifier périodiquement la rigidité du spiral 4. La précontrainte du spiral et la position radiale du point de comptage sont également modifiées périodiquement.
  • Dans une autre variante, on utilise un mobile rotatif 28 aimanté de manière inhomogène pour modifier périodiquement la rigidité du spiral 4 par le phénomène de la magnétostriction.
  • Dans une variante électrostatique, on utilise un tel dispositif régulateur 2 comportant un mobile rotatif 28 similaire, cette fois équipé d'électrets à sa périphérie, et dont le champ électrique coopère périodiquement avec au moins un électret placé sur la courbe terminale externe 17 du spiral 4, pour modifier périodiquement la rigidité du spiral 4, par le phénomène de la piézoélectricité.
  • Dans une autre variante encore, on module la rigidité à travers une variation de température.
  • Dans une mise en oeuvre avantageuse de ce procédé, valable pour toutes les variantes exposées ci-dessus, la fréquence de régulation ωR est le double de la fréquence propre ω0.
  • Dans une mise en oeuvre avantageuse du procédé, l'amplitude relative de la modulation de la partie réelle de la rigidité du mécanisme résonateur 1 est supérieure à deux fois l'inverse du facteur de qualité du mécanisme résonateur 1.
  • L'invention concerne encore un mouvement d'horlogerie 10, comportant au moins un mécanisme résonateur 1 d'horlogerie conçu pour osciller à une fréquence propre ω0, ce mécanisme résonateur 1 d'horlogerie comportant au moins un moyen de rappel élastique 40 comportant au moins un spiral 4 ou un fil de torsion 46 ou un guidage flexible. Selon l'invention ce mouvement 10 comporte au moins un dispositif régulateur 2 commandant une variation périodique de la rigidité du moyen de rappel élastique 40 avec une fréquence de régulation ωR, qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier de la fréquence propre ω0 du résonateur 1, ledit entier étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 10.
  • Dans les variantes illustrées aux figures 3 à 8, le mécanisme résonateur d'horlogerie 1 comporte au moins un ensemble balancier-spiral 3, dont le spiral 4 constitue le moyen de rappel élastique 40 et est maintenu entre un piton 5 à une première extrémité externe 6 et à une virole 7 à une deuxième extrémité interne 8, et le dispositif régulateur 2 commande une variation périodique de la rigidité du spiral 4.
  • Dans la variante de la figure 3, le mouvement 10 comporte une spire additionnelle 18 fixée à ce spiral 4 en au moins un premier point de jonction 19 et venant en doublure localement avec la courbe terminale externe 17 du spiral 4. Et le dispositif régulateur 2 effectue de façon périodique des torsions de sens opposés sur la courbe terminale externe 17 et sur la spire additionnelle 18, en agissant sur le piton 5 pour la courbe terminale externe 17, et sur une extrémité 18A de la spire additionnelle 18 opposée à ce premier point de jonction 19.
  • Dans la variante de la figure 4, le mouvement 10 comporte une spire additionnelle 18 fixée à ce spiral 4 en au moins un premier point de jonction 19 et venant en doublure localement avec la courbe terminale externe 17 du spiral 4, et le dispositif régulateur 2 effectue de façon périodique un mouvement sur une extrémité 18A de la spire additionnelle 18 opposée à ce premier point de jonction 19.
  • La spire additionnelle 18 est, ou bien de souplesse équivalente à celle de la courbe terminale externe 17, ou bien plus rigide que la courbe terminale externe 17.
  • Dans la variante de la figure 5, le mouvement 10 comporte un bras 20 fixé à la courbe terminale externe 17 du spiral 4 en au moins un deuxième point de jonction 21, et le dispositif régulateur 2 effectue de façon périodique un mouvement sur une extrémité 22 du bras 20 opposée à ce deuxième point de jonction 21.
  • Dans une réalisation particulière, le bras 20 est plus rigide que la courbe terminale externe 17.
  • Dans la variante de la figure 6, le mouvement 10 comporte, au voisinage de la courbe terminale externe 17 du spiral 4, une autre spire 23 qui est maintenue à une première extrémité par un appui 24 manoeuvré par le dispositif régulateur 2, et qui est libre à une deuxième extrémité 25 agencée pour venir périodiquement en contact avec la courbe terminale externe 17 sous l'action du dispositif régulateur 2 sur cet appui 24.
  • Dans la variante de la figure 7, le spiral 4 comporte au moins deux lames conductrices 41, 42, séparées par des éléments isolants 43, et le dispositif régulateur 2 est agencé pour soumettre périodiquement les deux lames 41, 42, à un champ électrique et/ou magnétique (au sens large, selon la définition de champs plus haut), de façon à modifier l'écart E1, E2, entre les deux lames 41, 42, et ainsi à modifier la section totale et la rigidité du spiral 4. De façon particulière, le régulateur 2 est agencé pour soumettre périodiquement les deux lames 41, 42, à un champ électrique différent.
  • Dans la variante de la figure 8, le dispositif régulateur 2 comporte un mobile rotatif 28 équipé d'aimants 29 à sa périphérie et dont le champ magnétique coopère périodiquement avec au moins un aimant 45 placé sur la courbe terminale externe 17 du spiral 4, pour modifier périodiquement la rigidité du spiral 4.
  • Dans la variante de la figure 9, le mécanisme résonateur 1 comporte au moins un balancier 26 comportant une virole 7 maintenant un fil de torsion 46 lequel constitue le moyen de rappel élastique 40, et le dispositif régulateur 2 commande une variation périodique de la tension du fil de torsion 46.
  • Dans une autre variante encore, des couches ou éléments électrostatiques peuvent être mis en oeuvre pour faire varier la rigidité d'un ressort ou spiral en le recouvrant partiellement ou complètement d'une couche piézoélectrique activée par un petit module électronique.
  • De préférence, la fréquence de régulation ωR du dispositif régulateur 2 est le double de la fréquence propre ω0 du mécanisme résonateur 1.
  • L'invention concerne encore une pièce d'horlogerie, plus particulièrement une montre, 30 comportant au moins un tel mouvement d'horlogerie 10.

Claims (41)

  1. Procédé d'entretien et de régulation en fréquence, autour de sa fréquence propre (ω0), d'un mécanisme résonateur (1) d'horlogerie comportant au moins un moyen de rappel élastique (40) lequel comporte au moins un spiral (4) ou un fil de torsion (46) ou un guidage flexible, où on met en oeuvre au moins un dispositif régulateur (2) agissant sur ledit mécanisme résonateur (1) avec un mouvement périodique, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique, avec une fréquence de régulation (ωR) qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier de ladite fréquence propre (ω0), ledit entier étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 10, en commandant une variation périodique de la partie réelle et/ou de la partie imaginaire de la rigidité d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40).
  2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance dudit mécanisme résonateur (1), en imposant une modulation de la section d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40), et/ou une modulation du module d'élasticité d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40), et/ou une modulation de la forme d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40), ou/et une modulation des contraintes aux points de fixation d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40).
  3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance dudit mécanisme résonateur (1), en imposant une modulation de la section d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40).
  4. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance dudit mécanisme résonateur (1), en imposant une modulation du module d'élasticité d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40).
  5. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance dudit mécanisme résonateur (1), en imposant une modulation de la forme d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40).
  6. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance dudit mécanisme résonateur (1), en imposant une modulation des contraintes aux points de fixation d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40).
  7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on double localement la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4) par une spire additionnelle (18) fixée audit spiral (4) en au moins un premier point de jonction (19), et en ce qu'on effectue de façon périodique avec ledit dispositif régulateur (2) des torsions de sens opposés sur ladite courbe terminale externe (17) et sur ladite spire additionnelle (18), en agissant sur ledit piton (5) pour ladite courbe terminale externe (17), et sur une extrémité (18A) opposée audit premier point de jonction (19) de ladite spire additionnelle (18) pour ladite spire additionnelle (18).
  8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on choisit une dite spire additionnelle (18) de souplesse équivalente à celle de ladite courbe terminale externe (17).
  9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'on choisit une dite spire additionnelle (18) plus rigide que ladite courbe terminale externe (17).
  10. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on double localement la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4) par une spire additionnelle (18) fixée audit spiral (4) en au moins un premier point de jonction (19), et en ce qu'on effectue de façon périodique avec ledit dispositif régulateur (2) un mouvement sur une extrémité (18A) opposée audit premier point de jonction (19) de ladite spire additionnelle (18).
  11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'on choisit une dite spire additionnelle (18) de souplesse équivalente à celle de ladite courbe terminale externe (17).
  12. Procédé selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce qu'on choisit une dite spire additionnelle (18) plus rigide que ladite courbe terminale externe (17).
  13. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on fixe à la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4) un bras (20) en au moins un deuxième point de jonction (21), et en ce qu'on effectue de façon périodique avec ledit dispositif régulateur (2) un mouvement sur une extrémité (22) dudit bras (20) opposée audit deuxième point de jonction (21).
  14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce qu'on choisit ledit bras (20) plus rigide que ladite courbe terminale externe (17).
  15. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on positionne, au voisinage de la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4), une autre spire (23) maintenue à une première extrémité par un appui (24) manoeuvré par ledit dispositif régulateur (2), et libre à une deuxième extrémité (25) agencée pour venir périodiquement en contact avec ladite courbe terminale externe (17) sous l'action dudit dispositif régulateur (2) sur ledit appui (24).
  16. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on réalise ledit spiral (4) avec au moins deux lames conductrices (41 ; 42) séparées par des éléments isolants (43) et en ce qu'on utilise un dit dispositif régulateur (2) pour appliquer périodiquement un champ électrique et/ou magnétique auxdites deux lames (41 ; 42) de façon à modifier l'écart (E1 ; E2) entre les deux dites lames (41 ; 42) et ainsi à modifier la section totale et la rigidité dudit spiral (4).
  17. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on réalise ledit spiral (4) avec au moins deux lames conductrices (41 ; 42) séparées par des éléments isolants (43) et en ce qu'on utilise un dit dispositif régulateur (2) pour soumettre périodiquement lesdites deux lames (41 ; 42) à un champ électrique ou électrostatique différent de façon à polariser localement ledit spiral (4) et modifier localement sa rigidité (4).
  18. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on utilise un dit dispositif régulateur (2) comportant un mobile rotatif (28) équipé d'aimants (29) à sa périphérie et dont le champ coopère périodiquement avec au moins un aimant (45) placé sur la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4), pour modifier périodiquement la rigidité dudit spiral (4).
  19. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on utilise un dit dispositif régulateur (2) comportant un mobile rotatif (28) équipé d'électrets à sa périphérie et dont le champ électrique coopère périodiquement avec au moins un électret placé sur la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4), pour modifier périodiquement la rigidité dudit spiral (4).
  20. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce qu'on utilise un dit dispositif régulateur (2) comportant un mobile rotatif (28) aimanté de manière inhomogène pour modifier périodiquement la rigidité dudit spiral (4) par le phénomène de la magnétostriction.
  21. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'on applique ledit procédé à un dit mécanisme résonateur (1) comportant au moins un moyen de rappel élastique (40) comportant au moins un fil de torsion (46), et en ce qu'on fait agir au moins un dit dispositif régulateur (2) en commandant une variation périodique de la rigidité dudit moyen de rappel élastique (40) en modulant de façon périodique la tension dudit fil de torsion (46)..
  22. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait agir au moins un dit dispositif régulateur (2) pour appliquer périodiquement un champ électrique et/ou magnétique sur au moins un élément d'au moins un moyen de rappel élastique (40) pour modifier sa rigidité.
  23. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance dudit mécanisme résonateur (1), en imposant à la fois une modulation de la rigidité d'un moyen de rappel élastique que comporte ledit mécanisme résonateur (1) et une modulation d'inertie d'un balourd dudit mécanisme résonateur (1).
  24. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit mouvement périodique impose une modulation périodique de la fréquence de résonance dudit mécanisme résonateur (1) en imposant une modulation de la rigidité dudit mécanisme résonateur (1), et une modulation de la position du point de repos dudit mécanisme résonateur (1).
  25. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fréquence de régulation (ωR) est le double de ladite fréquence propre (ω0)
  26. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplitude relative de la modulation de la partie réelle de la rigidité dudit mécanisme résonateur (1) est supérieure à deux fois l'inverse du facteur de qualité dudit mécanisme résonateur (1).
  27. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fait agir au moins un dit dispositif régulateur (2) pour appliquer périodiquement un champ électrique et/ou magnétique
  28. Mouvement d'horlogerie (10) comportant au moins un mécanisme résonateur (1) d'horlogerie conçu pour osciller à une fréquence propre (ω0), ledit mécanisme résonateur (1) d'horlogerie comportant au moins un moyen de rappel élastique (40) comportant au moins un spiral (4) ou un fil de torsion (46) ou un guidage flexible, caractérisé en ce que ledit mouvement (10) comporte au moins un dispositif régulateur (2) agencé pour commander une variation périodique de la rigidité dudit moyen de rappel élastique (40) avec une fréquence de régulation (ωR) qui est comprise entre 0.9 fois et 1.1 fois la valeur d'un multiple entier de ladite fréquence propre (ω0) dudit résonateur (1), ledit entier étant supérieur ou égal à 2 et inférieur ou égal à 10, et en ce que ledit dispositif régulateur (2) est agencé pour imprimer un mouvement périodique à au moins un composant dudit mécanisme résonateur (1) pour exercer sur ledit composant un effort de vrillage ou de traction ou de compression, ou/et pour imprimer un mouvement périodique à au moins un outillage influant sur la position d'un tel composant dudit mécanisme résonateur (1), et en ce que au moins un dit dispositif régulateur (2) est agencé pour imposer une modulation de la section d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40), et/ou une modulation du module d'élasticité d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40), et/ou une modulation de la forme d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40), ou/et une modulation des contraintes aux points de fixation d'au moins un dit moyen de rappel élastique (40).
  29. Mouvement d'horlogerie (10) selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit mécanisme résonateur d'horlogerie (1) comporte au moins un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) commande une variation périodique de la rigidité dudit spiral (4), et en ce que ledit mécanisme résonateur (1) comporte une spire additionnelle (18) fixée audit spiral (4) en au moins un premier point de jonction (19) et venant en doublure localement avec la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) effectue de façon périodique des torsions de sens opposés sur ladite courbe terminale externe (17) et sur ladite spire additionnelle (18), en agissant sur ledit piton (5) pour ladite courbe terminale externe (17), et sur une extrémité (18A) de ladite spire additionnelle (18) opposée audit premier point de jonction (19).
  30. Mouvement (10) selon la revendication 29, caractérisé en ce que ladite spire additionnelle (18) est de souplesse équivalente à celle de ladite courbe terminale externe (17).
  31. Mouvement (10) selon la revendication 29, caractérisé en ce que ladite spire additionnelle (18) est plus rigide que ladite courbe terminale externe (17).
  32. Mouvement d'horlogerie (10) selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit mécanisme résonateur d'horlogerie (1) comporte au moins un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) commande une variation périodique de la rigidité dudit spiral (4). Et en ce que ledit mécanisme résonateur (1) comporte une spire additionnelle (18) fixée audit spiral (4) en au moins un premier point de jonction (19) et venant en doublure localement avec la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) effectue de façon périodique un mouvement sur une extrémité (18A) de ladite spire additionnelle (18) opposée audit premier point de jonction (19).
  33. Mouvement (10) selon la revendication 32, caractérisé en ce que ladite spire additionnelle (18) est de souplesse équivalente à celle de ladite courbe terminale externe (17).
  34. Mouvement (10) selon la revendication 32, caractérisé en ce que ladite spire additionnelle (18) est plus rigide que ladite courbe terminale externe (17).
  35. Mouvement d'horlogerie (10) selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit mécanisme résonateur d'horlogerie (1) comporte au moins un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) commande une variation périodique de la rigidité dudit spiral (4). et en ce que ledit mécanisme résonateur (1) comporte un bras (20) fixé à la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4) en au moins un deuxième point de jonction (21), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) effectue de façon périodique un mouvement sur une extrémité (22) dudit bras (20) opposée audit deuxième point de jonction (21).
  36. Mouvement (10) selon la revendication 35, caractérisé en ce que ledit bras (20) est plus rigide que ladite courbe terminale externe (17).
  37. Mouvement d'horlogerie (10) selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit mécanisme résonateur d'horlogerie (1) comporte au moins un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) commande une variation périodique de la rigidité dudit spiral (4), et en ce que ledit mécanisme résonateur (1) comporte, au voisinage de la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4), une autre spire (23) qui est maintenue à une première extrémité par un appui (24) manoeuvré par ledit dispositif régulateur (2), et qui est libre à une deuxième extrémité (25) agencée pour venir périodiquement en contact avec ladite courbe terminale externe (17) sous l'action dudit dispositif régulateur (2) sur ledit appui (24).
  38. Mouvement d'horlogerie (10) selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit mécanisme résonateur d'horlogerie (1) comporte au moins un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) commande une variation périodique de la rigidité dudit spiral (4). et en ce que ledit spiral (4) comporte au moins deux lames conductrices (41 ; 42) séparées par des éléments isolants (43), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) est agencé pour appliquer périodiquement un champ électrique et/ou magnétique auxdites deux lames (41 ; 42) de façon à modifier l'écart (E1 ; E2) entre les deux dites lames (41 ; 42) et ainsi à modifier la section totale et la rigidité dudit spiral (4).
  39. Mouvement d'horlogerie (10) selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit mécanisme résonateur d'horlogerie (1) comporte au moins un ensemble balancier-spiral (3), dont le spiral (4) constitue ledit moyen de rappel élastique (40) et est maintenu entre un piton (5) à une première extrémité externe (6) et à une virole (7) à une deuxième extrémité interne (8), et en ce que ledit dispositif régulateur (2) commande une variation périodique de la rigidité dudit spiral (4), et en ce que ledit mécanisme résonateur (1) en ce que ledit dispositif régulateur (2) comporte un mobile rotatif (28) équipé d'aimants (29) à sa périphérie et dont le champ coopère périodiquement avec au moins un aimant (45) placé sur la courbe terminale externe (17) dudit spiral (4), pour modifier périodiquement la rigidité dudit spiral (4).
  40. Mouvement (10) selon l'une des revendication 28, caractérisé en ce que ladite fréquence de régulation (ωR) dudit dispositif régulateur (2) est le double de ladite fréquence propre (ω0) dudit mécanisme résonateur (1).
  41. Pièce d'horlogerie (30) comportant au moins un mouvement d'horlogerie (10) selon la revendication 28, caractérisée en ce qu'elle est une montre..
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